数字电子技术项目教程 课件 项目四 篮球24秒倒计时电路的制作

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计数器3

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项目四

篮球24秒倒计时电路的制作

任务4-1学习篮球24秒倒计时电路知识

寄存器子任务4-1-1

同步时序逻辑电路的分析方法45555定时器的结构及其功能同步时序逻辑电路的分析方法

555定时器的几种应用电路

第5章数字逻辑电路基础

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同步时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法

主要学习内容：

（1）了解时序逻辑电路的特点及其逻辑功能的表示方法。（2）了解时序逻辑电路的组成和分类。（3）掌握时序逻辑电路的分析方法。

第5章数字逻辑电路基础一、时序逻辑电路的组成

时序逻辑电路又称时序电路，它主要由存储电路和组合逻辑电路两部分组成。时序逻辑电路在任意时刻的输出状态不仅取决于当时的输人信号，还与电路原来的状态有关，即时序逻辑电路具有记忆功能。时序逻辑电路的框图如图所示。

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础二、时序逻辑电路的分类

按触发脉冲输入方式的不同，时序逻辑电路分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。在同步时序逻辑电路中，所有触发器的时钟脉冲输入端CP都连在一起，在同一个时钟脉冲CP的作用下凡具有翻转条件的触发器在同一时刻翻转，也就是说触发器状态的更新和时钟脉冲CP是同步的。而在异步时序逻辑电路中，时钟脉冲CP只触发部分触发器，其余触发器则是由电路内部信号触发的。因此，凡具有翻转条件的触发器状态的翻转有先有后，并不都与时钟脉冲CP同步。

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础

逻辑功能的表示方法：（1）逻辑方程（时钟方程、驱动方程、状态方程和输出方程）；（2）状态转换表；（3）状态转换图；

（4）时序图。

时序逻辑电路的特点：（1）时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，具有记忆过去状态的功能；

（2）时序逻辑电路加入了反馈通道，将存储电路的输出反馈到输人端，与输入信号共同决定电路的输出信号。所以时序逻辑电路任意时刻的输出由输人和电路的原状态共同决定。三、时序逻辑电路的特点及功能表示方法

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础时序分析的步骤如下：

（1）写出逻辑图中每个触发器的驱动方程（输入方程），驱动方程就是各触发器输入端的逻辑表达式，如JK触发器J和K的逻辑表送式，D触发器D的逻辑表达式等；

（2）将驱动方程代入程应触发器的特征方程，得出每个触发器的状态方程；

（3）根据逻辑图写出电路的输出方程（并非所有电路都有输出方程）。即时序逻辑电路的输出逻辑表达式它通常为现态和输入信号的函数；

（4）根据电路的状态方程，输出方程列出状态表；

（5）根据状态表，画出状态转换图；（6）根据状态转换图判断电路的逻辑功能。四、时序逻辑电路的分析方法

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础例题：

分析下图所示的时序逻辑电路功能

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础解：

（1）写出各个触发器的驱动方程（输入方程）

（2）根据驱动方程及D触发器特征方程，得出各触发器的状态方程

（3）写出输出方程

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础（4）列出状态表00010011001011011001

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同步时序逻辑电路的分析方法

第5章数字逻辑电路基础（5）画出状态图（6）根据状态转换图，总结逻辑功能如下：

该同步时序电路是同步四进制加法计数器。

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计数器3

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寄存器子任务4-1-2

计数器45555定时器的结构及其功能同步时序逻辑电路的分析方法

555定时器的几种应用电路子任务4-1-2

计数器13一、概述2、计数器的分类按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器按集成度，分为小规模和中规模集成计数器1、计数器的逻辑功能

计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等等。子任务4-1-2

计数器14二、异步计数器1、异步2位二进制加计数器输出波形图异步2位二进制加计数器15二、异步计数器2、异步2位二进制减计数器输出波形图异步2位二进制减计数器子任务4-1-2

计数器16二、异步计数器3、异步4位二进制加计数器异步4位二进制加计数器子任务4-1-2

计数器17二、异步计数器3、异步4位二进制加计数器输出波形图子任务4-1-2

计数器18二、异步计数器4、异步4位二进制减计数器异步4位二进制减计数器子任务4-1-2

计数器19二、异步计数器4、异步4位二进制减计数器输出波形图子任务4-1-2

计数器20二、异步计数器5、异步十进制加法计数器十进制加法计数器子任务4-1-2

计数器21二、异步计数器5、异步十进制加法计数器输出波形图J=K=1子任务4-1-2

计数器22二、异步计数器6、异步n位二进制计数器其构成具有一定的规律：(a)异步n位二进制计数器由n个触发器组成，每个触发器均接成T触发器。(b)各个触发器之间采用级联方式，其连接形式由计数方式（加或减）和触发器的边沿触发方式（上升沿或下降沿）共同决定。子任务4-1-2

计数器23二、同步计数器1、同步2位二进制计数器输出波形图同步2位二进制计数器子任务4-1-2

计数器24二、同步计数器2、同步3位二进制计数器同步3位二进制计数器子任务4-1-2

计数器二、同步计数器2、同步3位二进制计数器输出波形图子任务4-1-2

计数器26二、同步计数器3、同步十进制计数器——74LS192集成计数器输入输出

RD

CU

CD

D0

D1

D2

D3Q0

Q1

Q2

Q300××d0

d1

d2d3

10↑1××××101↑××××1011×××××1××××××d0

d1

d2

d3加计数减计数保持0000特点：①双时钟输入CP+、CP-，上升沿有效。②异步清0端Cr，高电平有效。③异步预置控制端LD，低电平有效。④进位输出OC、借位输出OB分开。（b）功能表子任务4-1-2

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寄存器

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寄存器45555定时器的结构及其功能同步时序逻辑电路的分析方法

555定时器的几种应用电路

第5章数字逻辑电路基础

寄存器

主要学习内容：

（1）掌握数据寄存器的类型及其工作原理。（2）掌握移位寄存器的类型及其工作原理。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础一、数据寄存器

第4章篮球24S倒计时电路的制作

寄存器常用于接收、暂存、传递数据和指令等信息，主要由触发器和控制门组成。一个触发器有两种稳定状态，可以存放一位二进制数码，存放

n 位二进制数码需要

n 个触发器。寄存器按功能分为数据寄存器和移位寄存‍器。

数据寄存器又称数据缓冲储存器或数据锁存器，其功能是接受、存储和输出数据。数据寄存器按其接受数据的方式又分为双拍式和单拍式两种。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作1双拍式数据寄存器（1）电路结构

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础（2）工作原理第一拍，在接收数据前，送入清零负脉冲至触发器的置零端，使触发器输出为0，完成输出清零功能。

第二拍，触发器清零之后，当接收脉冲为高电平“1”时，输入数据D3D2D1D0，经与非门送至对应触发器而寄存下来，在第二节拍完成接收数据任务。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础2.单拍式数据寄存器(1)电路(2)工作原理当接收脉冲CP有效时，输入数据直接存入触发器，故称为单拍式数据寄存器。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作(1)右移移位寄存器电路

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作(2)功能分析①写相关方程式时钟方程：CP0=CP1=CP2=CP3=CP↑驱动方程：②求状态方程

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作③假定电路初态为零，而此电路输入数据D在第一、二、三、四个CP脉冲时依次为1、0、1、1，根据状态方程可得对应的电路输出的变化情况。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作④确定该时序电路的逻辑功能。由时钟方程可知该电路是同步电路。。数据从最右端依次输出，称为串行输出；由端同时输出，称为并行输出。串行输出要经过八个CP脉冲才能将输入的四个数据全部输出，而并行输出只需4个CP脉冲。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作2.双向移位寄存器(1)电路子任务4-1-2

寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作(2)功能M是工作方式控制端。当M=0时，实现数据左移寄存功能；当M=1时，实现数据右移寄存功能；B是左移串行输入端，而A是右移串行输入端。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础3.移位寄存器的应用(1)实现数据传输方式的转换(2)构成移位型计数器①环形计数器。它是将单向移位寄存器的串行输出端相连，构成一个闭合的环。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作实现环形计数器时，电路必须预先设置适当的初态，且输出端初始状态不能完全一致（即不能全为“1”或“0”），这样电路才能实现计数，环形计数器的进制数N与寄存器内的触发器个数n相等，即N=n

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础②扭环形计数器。它是将单向移位寄存器的串行输入端和串行反相输出端相连，构成一个闭合的环。

实现扭环形计数器时，电路不必设置初态。扭环形计数器进制数N与寄存器内的触发器个数n满足N=2n的关系。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作4．集成移位寄存器集成移位寄存器从结构上可分为TTL型和CMOS型；按寄存数据位数，可分为四位、八位、十六位等；按移位方向，可分为单向和双向两种。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础74LS194是双向4位TTL型集成移位寄存器，除具有清零、保持、实现数据左移、右移功能外，还可实现数码并行输入或串行输入、并行输出或串行输出的功能。

（1）引脚排列图

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

第4章篮球24S倒计时电路的制作端为异步清零端，M0、M1 控制寄存器的功能；DSL 为左移数据输入端，DSR 为右移数据输入端；D0、D1、D2、D3 为并行数据输入端；为并行数据输出端；CP为时钟脉冲输入端。

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寄存器

第5章数字逻辑电路基础

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（2）功能

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寄存器子任务4-1-4

555定时器的结构及其功能45555定时器的结构及其功能同步时序逻辑电路的分析方法

555定时器的几种应用电路一、555时基电路的结构与原理1．555时基电路的构成及工作原理555时基电路分为TTL和MOS两大类，TTL型电路的内部结构如右图所示。它是由分压器、比较器、RS锁存器、输出级和放电开关等组成。

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555定时器的结构及其功能一、555时基电路的结构与原理2．集成555时基电路的外形及引脚分布

①引脚及说明

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555定时器的结构及其功能

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555定时器的结构及其功能

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555定时器的结构及其功能一、555时基电路的结构与原理3．555时基电路的功能表输入输出THUOTD状态0xx低导通1>2/3VCC>1/3VCC低导通1<2/3VCC>1/3VCC不变不变1<2/3VCC<1/3VCC高截止1>2/3VCC<1/3VCC高截止

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寄存器子任务4-1-5

555定时器的几种应用电路45555定时器的结构及其功能555定时器的几种应用电路同步时序逻辑电路的分析方法一、555时基电路构成振荡电路1．构成单稳态触发器

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555定时器的几种应用电路

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555定时器的几种应用电路应用举例：例题4-4

试分析图4-33所示由555定时器构成的温度控制电路的工作原理。图4-33由555定时器构成的温度定时器电路二、555时基电路构成振荡电路2．构成多谐振荡器

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555定时器的几种应用电路

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555定时器的几种应用电路应用举例：例题4-5

图4-35所示是由555定时器所构成的“叮咚”门铃电路，试分析其工作原理。图4-35“叮咚”门铃电路分析：

图中555接成无稳态多谐振荡器，当按钮S断开时，电容C1未被充电，4端处在低电平、555定时器的3端输出低电平，扬声器不发声。当按下S闭合，电流通过二极管D1给电容C1快速充电，当4端达到高电平时，555定时器开始振荡，振荡的充电时间常数是（R3+R4）C2，放电时间常数是R4C2，扬声器发出“叮叮”的声音。松开S断开时，电容C1经R1缓慢放电，4端仍处于高电平，555定时器仍维持振荡，但充电电路中串入R2使振荡频率降低，扬声器发出“咚咚”声音，直到电容C1放电到低电平，555定时器停止振荡。二、555时基电路构成振荡电路3．施密特触发器

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555定时器的几种应用电路

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555定时器的几种应用电路应用举例：（1）波形变换利用由555定时器组成的施密特触发器可以将任何符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波输出信号。如图4-37所示正弦波、三角波变换成矩形波的输入、输出电压波形图。正弦波变换成矩形波

（b）三角波变换成矩形波

图4-37施密特触发器的波形变换

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555定时器的几种应用电路应用举例：（2）幅度签别如图4-38所示，若将一系列不同幅度的脉冲信号输入到施密特触发器中，只有那些幅度高于的脉冲才能够在定时器的输出端产生负脉冲输出。

图4-38利用施密特触发器进行幅度鉴别

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555定时器的几种应用电路应用举例：（3）脉冲整形脉冲整形如图4-39所示。图4-39利用施密特触发器脉冲整形谢谢观看！子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路一、设计方案1．设计要求（1）24秒倒计时器具有显示24s的计时功能；（2）系统设置外部操作开关，控制计时器的直接清零、启动、暂停/连续功能；（3）倒计时为24s递减计时，其计时间隔为1s；（4）当倒计时器递减到零时，数码显示器不能灭灯，应发出光电报警信号。一、设计方案2．参考电路子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理1．电路组成电路由脉冲发生器、计数器、译码显示器、报警电路和辅助控制电路五部分组成。2．设计原理24秒计时器的总体方框图如右图所示。其计数器和控制电路是系统的主要模块。计数器完成24秒计时功能，而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数、暂停/连续计数、译码显示电路与灭灯、定时时间的报警等功能。子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理3．译码显示电路(1)译码器-CD4511①引脚及说明CD4511引脚图

子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理3．译码显示电路(1)译码器-CD4511②功能表子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理(2)显示器件-七段字符数码管

(a)实物图

(b)引脚分布图

(c)共阴极子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理3．译码显示电路(3)译码显示电路图子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理4．计数电路74LS192引脚图(1)计数器-74LS192①引脚及说明

子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理4．计数电路(1)计数器-74LS192②功能表子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理4．计数电路(3)计数电路图子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理5．振荡电路(1)脉冲发生器-NE555

子任务4-2-1熟悉篮球24秒倒计时电路二、设计原理5．振荡电路(