课题4时序逻辑电路.ppt

1、课题4时序逻辑电路,实训4. 1 Multisim仿真计数器电路 实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路 实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,实训4. 1 Multisim仿真计数器电路,4.1.1时序逻辑电路的概述 时序逻辑电路简称为时序电路，指任何时刻电路的稳态输出不仅取决于该时刻的输入，而且还与电路原来状态有关的逻辑电路。时序电路通常由组合电路和存储电路组成，组合电路基本单元是门电路，存储电路基本单元是触发器。 时序电路有多种分类方式。根据触发脉冲CP控制方式不同，时序电路分为同步时序电路和异步时序电路两大类。在同步时序电路中，所有存储单元(即触发器)状态的变化都是在同一时钟脉冲

2、信号的上沿或下沿控制下同时发生的;而在异步时序电路中，存储单元(即触发器)状态的变化不是同时发生的，各存储单元(即触发器)状态的变化不受同一时钟脉冲统一控制。 常用的时序电路有计数器、寄存器、时序脉冲分配器等。,下一页,返回,实训4. 1 Multisim仿真计数器电路,4.1.2时序逻辑电路的分析 在进行时序逻辑电路的分析时，就是根据给定的时序逻辑电路图，找出该时序电路在输入信号及时钟信号作用下，存储电路状态变化的规律及电路的输出，从而了解该时序电路所完成的逻辑功能。 1.分析过程与步骤 1)写方程式 2)求状态方程 3)列状态表 4)画状态图 5)画时序图 6)功能描述,上一页,返回,实训

3、4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 1同步计数器电路 4. 2. 1. 1计数器概述 数字电路中，能够对脉冲信号计数的逻辑器件称为计数器。 计数器的种类繁多，有不同的分类方法，主要分类有以下几种 按计数器中各个触发器CP控制方式不同，可分为同步计数器和异步计数器。在同步计数器中各触发器均采用同一个CP脉冲触发;而异步计数器中各触发器的脉冲触发CP不相同。 按计数器的计数数字的变化规律分，有加法(递增)计数器、减法(递减)计数器和可逆(加法、减法)计数器。它是指在计数工作时其计数结果是增加还是减少的情况。 按计数进制分，有二进制计数器、二一十进制计数器(或称十进制计数器)、N任意进

4、制计数器。,下一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 1. 2同步计数器电路实例分析 例4 -3试分析如图4一10所示同步二进制减法计数器 解:(1)驱动方程 (2)特征方程,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,(3)状态方程 (4)状态表(表4一3) (5)状态图(图4一11) (6)时序图(图4一12),下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 1. 3集成同步计数器 1.中规模集成计数器74LS161 74 LS 161它是4位二进制同步计数器，其逻辑符号和外引线图如图4一13所示，它具有计数、保持、

5、同步预置、异步清零功能。 表4一4是74LS161的功能表。 2.中规模集成计数器件74LS160 这是一个二-十进制(BCD)加法计数器芯片，除了计数不同外其余与74 LS 160相同。 3.中规模集成计数器件74LS163 74 LS163与74LS161不同的是采用同步清零方式。当 为低电平时，在CP脉冲的上升沿到来时，计数器才清零，Q2Q3Q1Q0=0000。其他逻辑功能、计数工作原理和引脚与74LS161没有区别，表4一5是74 LS163的功能表。,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 2异步计数器电路 异步时序逻辑电路的分析过程与同步时序逻辑

6、电路的分析过程基本相同。由于不同触发器的时钟脉冲各不相同，触发器只有在它自己的CP脉冲的相应边沿才动作，故异步时序逻辑电路的分析应该写出每一级的时钟方程，具体分析过程比同步时序逻辑电路的分析要复杂。 4. 2. 2. 1二进制异步计数器 例4 -4试分析图4一14所示异步四位二进制加法数器,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,解:(1)驱动方程 (2)特征方程 (3)状态方程和时钟方程 (4)状态表(表4一6),下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,(5)状态图(4一15) (6)时序图(4一16) 4. 2. 2. 2集成异步计数器 常见

7、的集成异步计数器芯片有74LS290 , 74LS292, 74LS293 , 74LS393等几种，它们功能大致相同，下面主要介绍二-五-十进制异步计数器74 LS290。 74 LS290功能如表4一7所示。 它主要有以下功能 1.置 2.置9 3.计数,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 3 N进制计数(N分频)电路 在通常情况下，实际使用N进制计数(N分频)电路时一般都是采用中规模集成器件来实现，目前有许多TTL和CMOS集成器件可以使用，这些器件功能强大，灵活性好，用来实现N进制计数(N分频)电路简单可靠。 4. 2. 3. 1同步集成计数芯片

8、N进制计数(N分频)电路 用集成器件来组成N进制计数(N分频)电路是需要一定的连接方法才能实现。n位二进制计数器的模数为M = 2n(n为构成计数器的触发器的个数)所谓N进制计数器是指M2n ，即非模2计数器，也称任意进制计数器，如七进制、十二进制、六十进制等，这里以同步集成计数芯片74LS161 , 74LS163为例介绍实现N进制的方法。,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,1.组成N任意进制计数器 利用中规模计数器构成任意进制计数器的方法有两种:反馈归零法和反馈置数法。 反馈归零法有异步清零和同步清零，这两种清零稍有区别(具体见例4一5和例4-6)，都是利用计

9、数器清零端的清零作用，截取计数过程中的某一个中间状态控制清零端，使计数器由此状态返回到零重新开始计数，这样就弃掉了一些状态，把模较大的计数器改成了模较小的计数器 反馈置数法是利用具有置数功能的计数器，截取某一计数中间状态反馈到同步预置数控制端，预置数据输入端D3、D2、D1、D0分别接d,c,b,a, 使计数器的状态在dcba到这一中间状态之间循环。,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,2.利用计数器的级联获大容量N进制计数(N分频)计数器 计数器的级联是将多个集成计数器连接起来，可获得计数容量更大的计数器。两个模为N计数器级联，可实现NN的计数器 计数器的级联一般

10、用低位片的进位/借位输出端和高位片的使能端或时钟端相连来实现的。根据集成计数器进位/借位输出信号的类型，计数器有下列两种常用的级联方式。 1)同步级联 2)异步级联,下一页,上一页,返回,实训4. 2实现N进制计数(N分频)电路,4. 2. 3. 2异步集成计数芯片N进制计数(N分频)电路 类似于同步集成计数芯片构成N进制计数方法，异步集成计数芯片也可构成N进制，这里以异步集成计数芯片74 LS290为例介绍实现N进制的方法。 方法1:直接利用74 LS290的外部引线不同，可组成不同进制的计数器。 方法2:用两个模小的计数器串接，可以构成模为两者之积的计数器。,上一页,返回,实训4. 3步进

11、电机序列脉冲发生器的设计,4. 3. 1寄存器 寄存器是数字系统和计算机中用来存放数据和代码信息的一种基本数字逻辑部件。寄存器具有接收信息、存放信息或传递信息的功能。一个触发器可以存储一位二进制代码，因此存放n位二进制代码，用n个触发器即可。 寄存器按功能分类，可分为基本寄存器和移位寄存器。后者除了寄存信息外，还有信息移位功能。 按接收数码方式分类，可分为双拍工作方式和单拍工作方式。单拍工作方式就是时钟触发脉冲一到达，就存入新信息;双拍工作方式就是先将寄存器置。，然后再存入新的信息，现在大多采用单拍工作方式。 按数据的输入/输出方式分类，可分为并行和串行两种。并行是指数据从寄存器各对应端子同时

12、输入/输出，而串行数据从寄存器各对应端子逐个输入/输出。 按使用开关元件不同，目前使用最多的是TTL寄存器和CMOS寄存器。它们都是中规模集成电路。,下一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,4. 3. 1. 1数码寄存器 D触发器是最简单的数码寄存器。在(P脉冲作用下，它能存储一位二进制代码。对于D触发器，当D =0时，在CP脉冲作用下，将。寄存在D触发器中;当D=1时，在CP脉冲作用下，将1寄存在D触发器中。 4. 3. 1. 2移位寄存器 移位寄存器除了具有存储数码的功能外，还具有移位的功能。在时钟脉冲作用下，移位寄存器中的数据有左移和右移两种形式。只能左移(或只能右移)的

13、寄存器称为单向移位寄存器，既可左移又可右移的称为双向移位寄存器，但同一时刻只能实现单向移位。 下面介绍单向移位寄存器，如图4 - 27所示。,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,图4一27是用D触发器组成的单向移位寄存器。其中每个触发器的输出端口依次接到下一个触发器的D端，只有第一个触发器的D端接收数据。当时钟脉冲的上升沿到来时，输入数码移入第一个触发器，同时其他触发器的状态也移给下一个触发器。 各触发器的特性方程为,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,假设输入数码D3D2D1 D0 1001，那么在移位脉冲作用下，移位寄存器中数码的移动

14、情况将如表4一9所示。 4. 3. 1. 3移位寄存器型计数器 移位寄存器不仅可将串行数码转换成并行数码，或将并行数码转换成串行数码，而且还可以很方便地构成移位寄存器型的计数器。 如果将移位寄存器的输出以一定方式反馈到串行输人端，便构成移位寄存器型计数器。常见的移位寄存器型计数器有环形计数器和扭环形计数器。 1.环形计数器 所谓环形计数器，就是把移位寄存器的串行输出反馈到串行输人端，组成自循环移位寄存器。,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,图4一28所示是四个D触发器组成的环形计数器，此电路在输人计数器脉冲CP作用下，可循环移位一个1或0。 2.扭环形计数器 图4

15、一30所示是四个D触发器组成的扭环形计数器 4. 3. 2序列脉冲发生器 序列脉冲发生器一般由计数器和译码器两部分组成。作为时间基准的时钟脉冲加在计数器输入端，经过译码器将计数器的状态译成输出上的序列脉冲信号。,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,4. 3. 2. 1计数器型序列脉冲发生器 计数器型顺序脉冲发生器一般用按自然态序计数的二进制计数器和译码器构成。如果用n位二进制计数器，可获得2n个序列脉冲 图4一32所示是一个能循环输出八个脉冲的序列发生器的逻辑图。3个D触发器构成一个八进制计数器，八个与门构成三八译码器，CP为输入计数脉冲，Y0 Y1Y2 Y3 Y4

16、 Y5 Y6 Y7是八个序列脉冲输出端。 输出方程为,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,4. 3. 2. 2移位型序列脉冲发生器 移位型序列脉冲发生器由移位寄存器型计数器加译码电路构成。其中环形计数器的输出就是序列脉冲，故可不加译码电路就可直接作为序列脉冲发生器。图4一34所示是一个3位扭环形计数器和译码电路构成的6位移位型序列脉冲发生器。 Y0 Y1Y2 Y3 Y4 Y5是六个序列脉冲输出端。 输出方程为,下一页,上一页,返回,实训4. 3步进电机序列脉冲发生器的设计,状态方程为 Y0 Y1Y2 Y3 Y4 Y5是六个序列脉冲输出端，波形如图4一35所示,上一页,返回,表4一3状态表,返回,表4一4 74LS161功能表,返回,下一页,表4一4 74LS161功能表,返回,上一页,表4一5 74LS163功能表,返回,表4一6状态表,返回,下一页,表4一6状态表,返回,上一页,表4一7 74LS290功能表,返回,表4 -9寄存器中数码移动情况,返回,图4一10同