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第5章 時(shí)序邏輯電路,5.1時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)和表示方法 5.2時(shí)序電路的分析方法 5.3寄存器 5.4計(jì)數(shù)器 5.5順序脈沖發(fā)生器 5.6時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法,5.1 時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn),邏輯功能上的特點(diǎn)(時(shí)序電路定義) 任一時(shí)刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時(shí)刻的輸入，而且和電路原來(lái)狀態(tài)有關(guān)。 結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn) 電路中包含存儲(chǔ)元件─通常由觸發(fā)器構(gòu)成。 存儲(chǔ)元件的輸出和電路輸入間存在著反饋連接，這是時(shí)序電路區(qū)別于組合電路的重要特點(diǎn)之一。,時(shí)序邏輯電路的框圖表示,tn和tn+1：兩個(gè)相鄰的離散時(shí)間。,現(xiàn)在的 輸入信號(hào),現(xiàn)在的 輸出信號(hào),存儲(chǔ)電路現(xiàn)在的輸入信號(hào),存儲(chǔ)電路現(xiàn)在的輸出信號(hào),F(tn )=W[X(tn ),Q(tn )] (5-1) 輸出方程,Z(tn )=H[X(tn),Q(tn)] (5-3) 驅(qū)動(dòng)方程,Q(tn+1 )=G[Z(tn),Q(tn)] (5-2) 狀態(tài)方程,時(shí)序電路分類,按觸發(fā)方式分兩類 同步時(shí)序電路：所有觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，即所有觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在同一時(shí)刻 異步時(shí)序電路：觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不一定發(fā)生在同一時(shí)刻。,時(shí)序電路分類,按輸出方式分兩類 米里型：時(shí)序電路的輸出狀態(tài)與輸入和現(xiàn)態(tài)有關(guān)的電路稱為米里型 莫爾型：輸出狀態(tài)只與現(xiàn)態(tài)有關(guān)的電路，稱為莫爾型。,按觸發(fā)方式分兩類,時(shí)序電路的邏輯功能表示法,邏輯方程式,F(tn )=W[X(tn ),Q(tn )] (5-1) 輸出方程,Z(tn )=H[X(tn),Q(tn)] (5-3) 驅(qū)動(dòng)方程,Q(tn+1 )=G[Z(tn),Q(tn)] (5-2) 狀態(tài)方程,時(shí)序電路的邏輯功能表示法,狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)圖、時(shí)序圖(工作波形圖) 時(shí)序電路的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)，是由構(gòu)成該時(shí)序電路的存儲(chǔ)電路（一般由觸發(fā)器組成）的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)分別表示的，那么就可以用分析觸發(fā)器的有關(guān)方法，列出時(shí)序電路的狀態(tài)表，畫出時(shí)序電路的卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖。 以上四種表示方法從不同側(cè)面突出了時(shí)序電路的邏輯功能，它們本質(zhì)上是相通的，可相互轉(zhuǎn)換。在實(shí)際中根據(jù)需要選用。,5.2時(shí)序電路的分析方法,分析一個(gè)時(shí)序電路，就是要找出給定時(shí)序電路的邏輯功能。 對(duì)具體電路而言，就是通過(guò)分析找出電路的狀態(tài)和電路的輸出在輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)作用下的變化規(guī)律。,①分析電路組成，寫邏輯方程式 根據(jù)給定電路，寫出：時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程,分析步驟,②求狀態(tài)方程 將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器特性方程，求出狀態(tài)方程。,將任何一組輸入變量及電路的初始狀態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可計(jì)算出電路的次態(tài)值和相應(yīng)輸出值，然后繼續(xù)這個(gè)過(guò)程，直到考慮了所有可能的狀態(tài)為止。將這些計(jì)算結(jié)果列成真值表的形式，就得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。,④概括邏輯功能,③進(jìn)行計(jì)算和列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表,分析過(guò)程示意圖如下,給定電路,,,寫時(shí)鐘方程,輸出方程,驅(qū)動(dòng)方程,,,狀態(tài)方程,特性方程,,,,,,,計(jì)算,CP觸發(fā)沿,,,,,,狀態(tài)表,時(shí)序圖,狀態(tài)圖,,,,,概括邏輯功能,例5-1,試分析圖5-2所示時(shí)序電路的邏輯功能。,⑴根據(jù)圖5-2所示邏輯圖寫出：,輸出方程,,時(shí)鐘方程：CP1=CP2=CP3=CP,驅(qū)動(dòng)方程：,J1=1 K1=1,,,,,例5-1,J1=1 K1=1,,,,例5-1,求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，畫波形圖。設(shè)電路的初始狀態(tài),將這一結(jié)果作為新的初始狀態(tài)，再代入狀態(tài)方程和輸出方程…。將結(jié)果添入表中得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。,,,,0,表5-2是狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。,例5-1,由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表很容易畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,例5-1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Q1,Q2,Q3,F,圖5-7 例5-1的波形圖,1,0,0,0,1,1,0,該電路是一個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,有效狀態(tài),有效循環(huán),自啟動(dòng),,,,,,,,,例5-2,試分析圖5-5所示時(shí)序電路的邏輯功能。,解：⑴根據(jù)圖5-5寫出：,驅(qū)動(dòng)方程,時(shí)鐘方程 CP1=CP2=CP,輸出方程,,,,例5-2,⑶根據(jù)以上方程計(jì)算得狀態(tài)表。,驅(qū)動(dòng)方程,輸出方程,,,,,,例5-2,,,,,⑷確定邏輯功能：X=0，回到00狀態(tài)，且F=0；只有連續(xù)輸入四個(gè)或四個(gè)以上個(gè)1時(shí)，才使F=1否則F=0。故該電路稱作1111序列檢測(cè)器。,例5-3,試分析圖5-7所示時(shí)序電路的邏輯功能。,解：圖5-7所示電路為異步時(shí)序電路。根據(jù)電路寫出：,時(shí)鐘方程： CP1=CP3=CP↓ CP2=Q1↓,輸出方程：,K1=1 J2=K2=1,K3=1,驅(qū)動(dòng)方程：,CP下降沿到來(lái)時(shí)方程有效,Q1下降沿到來(lái)時(shí)方程有效,CP下降沿到來(lái)時(shí)方程有效,根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程寫出狀態(tài)方程：,例5-3,K1=1 J2=K2=1,K3=1,分析異步時(shí)序電路時(shí)，只有確定狀態(tài)方程有效，才可以將電路的初始狀態(tài)和輸入變量取值代入狀態(tài)方程。,⑵列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,CP↓,Q1↓,CP↓,例5-3,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Q1,Q2,Q3,圖5-9 例5-3 的波形圖,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5-8所示。,例5-3,由分析可知，此例是異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,5.3 寄存器,在數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中，經(jīng)常要把一些數(shù)據(jù)信息暫時(shí)存放起來(lái)，等待處理。 寄存器就是能暫時(shí)寄存數(shù)碼的邏輯器件。 寄存器內(nèi)部的記憶單元是觸發(fā)器。 一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)，N個(gè)觸發(fā)器就可以存儲(chǔ)N位二進(jìn)制數(shù)。 主要數(shù)碼寄存器、鎖存器及移位寄存器。,寄存器的作用、功能、分類及組成,數(shù)碼寄存器具有存儲(chǔ)二進(jìn)制代碼，并可輸出所存二進(jìn)制代碼的功能。具有雙拍和單拍兩種工作方式。 雙拍工作方式是指接收數(shù)碼時(shí)，先清零，再接收數(shù)碼。 單拍工作方式是指只需一個(gè)接收脈沖就可以完成接收數(shù)碼的工作方式。 集成數(shù)碼寄存器幾乎都采用單拍工作方式。 數(shù)碼寄存器要求所存的代碼與輸入代碼相同，故由D觸發(fā)器構(gòu)成。,⒈數(shù)碼寄存器,圖5-10為四位上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器74LS175的邏輯圖。在時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來(lái)時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入-并行輸出。,⒈數(shù)碼寄存器,⒉鎖存器,鎖存器有如下特點(diǎn)： 鎖存信號(hào)沒(méi)到來(lái)時(shí)，鎖存器的輸出狀態(tài)隨輸入信號(hào)變化而變化(相當(dāng)于輸出直接接到輸入端，即所謂“透明”），當(dāng)鎖存信號(hào)到達(dá)時(shí)，鎖存器輸出狀態(tài)保持鎖存信號(hào)跳變時(shí)的狀態(tài)。 如圖為一位D鎖存器的邏輯圖。,D=0時(shí)，Q=0；,CP由1變0時(shí)，由于CP=0，將D和 信號(hào)封鎖住,基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)不變，實(shí)現(xiàn)了鎖存功能。,當(dāng)CP=1時(shí)，兩個(gè)與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器 ：,若D=l，得,⒉鎖存器,當(dāng)CP由0變1時(shí)，即鎖存信號(hào)到達(dá)時(shí)，Q的狀態(tài)被鎖存。,如圖為八位D鎖存器74LS 373 的邏輯圖。 三態(tài)輸出。,⒉鎖存器,⒉鎖存器,圖5-12 八位D鎖存器引腳圖,⒊移位寄存器,移位寄存器不僅可以存儲(chǔ)代碼，還可以將代碼移位。 ⑴四位右移移位寄存器的原理：,各觸發(fā)器的次態(tài)方程為：,四個(gè)脈沖過(guò)去之后，移位寄存器的波形圖如圖示：,可用于：數(shù)據(jù)的串行-并行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的并行-串行轉(zhuǎn)換。,⑵四位雙向移位寄存器74194的邏輯圖,,74194的外引腳排列圖,例5-4,試分析圖5-17所示電路的邏輯功能。,解：兩片74194組成八位右移移位寄存器。 并行輸入數(shù)據(jù)為0N1N2N3N4N5N6N7，右移串行輸入數(shù)據(jù)為SR=1。,0 N1N2N3 N4 N5 N6 N7,1,0,S1S0=01→右移,N7,N6,N5,N4,N3,N2,N1,0,0,0,1,S1S0=11 →送數(shù),1 0 N1N2 N3 N4 N5 N6,1 1 0 N1 N2 N3N4 N5,1 1 1 0 N1 N2 N3 N4,1 1 1 1 0N1 N2 N3,1 1 1 1 1 0 N1 N2,1 1 1 1 1 1 0 N1,1 1 1 1 1 1 1 0,1,啟動(dòng)命令ST=0使S1S0=11→送數(shù)。,交互,5.4計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)：具有記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的作用稱為計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)器：具有記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)功能的電路稱為計(jì)數(shù)器。 用途：計(jì)數(shù)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。主要用于計(jì)數(shù)、定時(shí)、分頻和進(jìn)行數(shù)字計(jì)算等。如各種數(shù)字儀表（萬(wàn)用表、測(cè)溫表），各種數(shù)字表、鐘等。,⒈計(jì)數(shù)器的分類,按照各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)更新情況的不同可分為： 同步計(jì)數(shù)器：各觸發(fā)器受同一時(shí)鐘脈沖─輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，同步更新?tīng)顟B(tài)。 異步計(jì)數(shù)器：有的觸發(fā)器受計(jì)數(shù)脈沖控制，有的是以其它觸發(fā)器輸出為時(shí)鐘脈沖，狀態(tài)更新有先有后。,⒈計(jì)數(shù)器的分類,按照計(jì)數(shù)長(zhǎng)度(計(jì)數(shù)容量)的不同分為： N進(jìn)制：N為≥2的自然數(shù)，N叫做計(jì)數(shù)器的容量或計(jì)數(shù)長(zhǎng)度。 對(duì)于計(jì)數(shù)器的一位而言，電路有N個(gè)狀態(tài)，該計(jì)數(shù)器就為N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。例如八進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，一位八進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有八個(gè)狀態(tài)，二位八進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有六十四個(gè)狀態(tài)。n位八進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有8n個(gè)狀態(tài)。,二進(jìn)制：N進(jìn)制的特例。此時(shí)，N=2，對(duì)于n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，共有2n (2、4、8、16、32.)個(gè)狀態(tài)。,十進(jìn)制：N進(jìn)制的特例。此時(shí)，N=10。一位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有十個(gè)狀態(tài)，二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有一百個(gè)狀態(tài)。n位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有10n個(gè)狀態(tài)。,⒈計(jì)數(shù)器的分類,按照計(jì)數(shù)器數(shù)值增減情況不同分為： 加法計(jì)數(shù)器：隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入遞增計(jì)數(shù)。 減法計(jì)數(shù)器：隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入遞減計(jì)數(shù)。 可逆計(jì)數(shù)器：隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入可增可減地計(jì)數(shù)。 目前，集成計(jì)數(shù)器的種類很多，無(wú)需用戶用觸發(fā)器組成計(jì)數(shù)器，因此本節(jié)主要介紹集成計(jì)數(shù)器。,⒉集成計(jì)數(shù)器,⑴二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ⑵8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器(CC40160) ⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器 ⑷可逆(加/減)計(jì)數(shù)器 ⑸用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器 ⑹移位寄存器型計(jì)數(shù)器 ⑺扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,⑴二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,四位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161電路,清零端,預(yù)置數(shù)端(送數(shù)),保持：P=0，T=1；P=1，T=0,74161的功能表,⑴二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,表5-5 74161功能表,74161的邏輯符號(hào)和外引腳圖,⑴二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,74161的邏輯符號(hào),⑴二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,74161的波形圖,⑵ 8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160是TTL型十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。CC40160是MOS型十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 CC40160是由TTL系列74160移植過(guò)來(lái)的，邏輯功能及引腳排列圖完全一致。 其特點(diǎn)是： 計(jì)數(shù)器的初始值可由預(yù)置端任意置入。 電路內(nèi)部采用快速提前進(jìn)位，為級(jí)聯(lián)方便而專門有進(jìn)位輸出端。 預(yù)置數(shù)與CP同步，清零與CP異步。,CC40160功能表如表5-6所示。,表5-6 CC40160功能表,⑵8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,CC40160的波形圖如圖5-30所示。,⑵8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,CC40160的外引腳排列圖如圖5-31所示。,⑵8421編碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74290（T1290）的邏輯圖如圖所示。,二進(jìn)制計(jì)數(shù),,,8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,,,,,5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,復(fù)位,置位,表5-7是74290的功能表。,⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,如圖是74290的外引腳排列圖。,74290的應(yīng)用： 實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)：52=10,⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,實(shí)現(xiàn)5421碼模10計(jì)數(shù),實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù) 實(shí)現(xiàn)模7加法計(jì)數(shù)器:主要的7個(gè)狀態(tài)0000～0110為主循環(huán)狀態(tài)，0111出現(xiàn)后瞬間即逝。,⑶二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,⑷可逆（加/減）計(jì)數(shù)器,可逆計(jì)數(shù)器亦稱加/減計(jì)數(shù)器。 同步加/減計(jì)數(shù)器有雙時(shí)鐘結(jié)構(gòu)單時(shí)鐘結(jié)構(gòu) 雙時(shí)鐘結(jié)構(gòu):有兩個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入端的加/減計(jì)數(shù)器為雙時(shí)鐘結(jié)構(gòu)。其中一個(gè)為加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端，另一個(gè)為減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端。 單時(shí)鐘結(jié)構(gòu)：有一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入端的加/減計(jì)數(shù)器 同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74190為單時(shí)鐘結(jié)構(gòu)。它是靠加/減控制端的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)加法或減法計(jì)數(shù)的。,預(yù)置數(shù) 只要在置入端加入負(fù)脈沖，就可以對(duì)計(jì)數(shù)器置數(shù)，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。,加/減計(jì)數(shù) M=0，做加法計(jì)數(shù)，M=1時(shí)，做減法計(jì)數(shù)。,利用允許端可以使多片級(jí)聯(lián)為同步工作方式。低位片計(jì)數(shù)器的MAX/MIN接到高位片的允許輸入端，這樣，只有計(jì)數(shù)到最大/最小時(shí)，才允許高位片計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，否則不允許計(jì)數(shù)。,⑷可逆（加/減）計(jì)數(shù)器,保持 允許端為低電平時(shí)，做加/減計(jì)數(shù)。 為高電平時(shí)，加減計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)。,⑸用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,利用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法歸納起來(lái)有乘數(shù)法、復(fù)位法、和置數(shù)法。,①乘數(shù)法,將兩個(gè)計(jì)數(shù)器串接起來(lái)，即計(jì)數(shù)脈沖接到N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出接到M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，則兩個(gè)計(jì)數(shù)器一起構(gòu)成了NM進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 74290就是典型例子，二進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成25=10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,②復(fù)位法,用復(fù)位法構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器所選用的中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量必須大于N。當(dāng)輸入N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖之后，計(jì)數(shù)器應(yīng)回到全0狀態(tài)。,③置數(shù)法,置數(shù)法即對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置數(shù)。 在計(jì)數(shù)器計(jì)到最大數(shù)時(shí)，置入計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中的最小數(shù)，作為計(jì)數(shù)循環(huán)的起點(diǎn)；可以在計(jì)數(shù)到某個(gè)數(shù)之后，置入最大數(shù)，然后接著從0開(kāi)始計(jì)數(shù)。 如果用N進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需要跳過(guò)（N－M）個(gè)狀態(tài)?；蛟贜進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)長(zhǎng)度中間跳過(guò)（N－M）個(gè)狀態(tài)。,例：,試用74161采用復(fù)位法構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 解：對(duì)于十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)輸入十二個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，Q3Q2Q1Q0 =0000，使計(jì)數(shù)器回到全0狀態(tài)。而對(duì)于四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，輸入十二個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，Q3Q2Q1Q0 =1100，所以要用74161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)到Q3Q2Q1Q0=1100，應(yīng)使計(jì)數(shù)器Q3Q2Q1Q0=0000。,置0復(fù)位法,使 ，當(dāng)計(jì)到Q3Q2Q1Q0=1100，計(jì)數(shù)器Q3Q2Q1Q0=0000。實(shí)現(xiàn)了十二進(jìn)制計(jì)數(shù)。,置0復(fù)位法,Q3Q2Q1Q0=1100,Q3Q2Q1Q0=0000,,,對(duì)于置零復(fù)位法，隨著計(jì)數(shù)器被置0，復(fù)位信號(hào)隨之消失，所以復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，電路的可靠性不高。,預(yù)置端送0。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1011時(shí)，應(yīng)具備送數(shù)條件即 ，令 ，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到Q3Q2Q1Q0=1011時(shí)， =0。第十二個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)，將D3D2D1D0=0000置入計(jì)數(shù)器，從而使計(jì)數(shù)器復(fù)位。,預(yù)置端送0,,,預(yù)置端送0,Q3Q2Q1Q0=1011,Q3Q2Q1Q0=0000,,,例：置數(shù),試用74161采用置數(shù)法構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 解：置最小數(shù)：74161的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為十六。十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度等于十二。預(yù)置數(shù)應(yīng)是(16-12)=4，即D3D2D1D0=0100。即計(jì)數(shù)器計(jì)到最大數(shù)1111之后，應(yīng)使計(jì)數(shù)器處于預(yù)置數(shù)工作狀態(tài)。,置最小數(shù),Q3Q2Q1Q0=1111,QCC=1,,,Q3Q2Q1Q0=0100,,置最大數(shù),置最大數(shù)須跳過(guò)1011、1100、1101、 1110四個(gè)狀態(tài)，因此令,Q3Q2Q1Q0=1010,,Q3Q2Q1Q0=1111,,置最大數(shù),若跳過(guò)的四個(gè)狀態(tài)取0110、0111、1000、1001，則Q3Q2Q1Q0=0101時(shí)， 即,Q3Q2Q1Q0=0101,,Q3Q2Q1Q0=1010,,例：用74161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,當(dāng)下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖一到，各置數(shù)端數(shù)據(jù)立即送到輸出端，預(yù)置數(shù)端D3D2D1D0=0000。,解：當(dāng)74161計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時(shí)，使 =0，為置數(shù)創(chuàng)造了條件。,電路如圖所示。在連續(xù)計(jì)數(shù)脈沖的作用下，計(jì)數(shù)器由開(kāi)始從0000、0001、……1000、1001循環(huán)計(jì)數(shù)—8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,Q3Q2Q1Q0=1001,,Q3Q2Q1Q0=0000,,例：用74161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,若例中預(yù)置數(shù)端D3D2D1D0≠0000，D3D2D1D0=0100，其余不變，得到的是幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器？,是六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器循環(huán)狀態(tài)是,,,,,,,例：用74161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,推廣,設(shè)各置數(shù)端數(shù)據(jù)為N，構(gòu)成模數(shù)為M的計(jì)數(shù)器，譯碼與非門必須對(duì)N+M－1所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)譯碼。 如N=3(0011)、 M=10，與非門必須對(duì)12(1100)譯碼。如圖所示。,,,,,,,,,,,,74161,,,CP,1,,,,,,,,,,,,1,,,,,1,,Q,CC,Q,0,Q,1,Q,3,T,L,D,,C,r,,CP,D,D,D,D,P,74LS161,Q,2,&,,,,,,,,,,,,,構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,,,,CP,1,,,,,,,,,,,,1,,,,,1,,Q,CC,Q,0,Q,1,Q,3,T,L,D,,C,r,,CP,3,D,2,D,1,0,P,74LS161,Q,2,&,例：用74LS161組成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,個(gè)位：當(dāng)計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時(shí)，向十位的P、T輸出高電平的進(jìn)位信號(hào)，并向本位計(jì)數(shù)預(yù)置端輸出低電平的預(yù)置信號(hào)，使下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)，在十位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器加1的同時(shí)，個(gè)位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能，將D3D2D1D0=0000裝入計(jì)數(shù)器。,實(shí)現(xiàn)逢24復(fù)0功能：用一個(gè)與非門對(duì)24譯碼(8421碼是00100100)當(dāng)計(jì)數(shù)到24時(shí)，與非門向計(jì)數(shù)器的清零端輸出低電平，強(qiáng)迫整個(gè)計(jì)數(shù)器復(fù)位到全0狀態(tài)。,說(shuō)明：采用置數(shù)法實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器時(shí)，若置數(shù)端數(shù)據(jù)不是零，可能出現(xiàn)無(wú)效狀態(tài)，計(jì)數(shù)器清零后不能立即進(jìn)入有效狀態(tài)循環(huán)。,例,采用進(jìn)位輸出置數(shù)法實(shí)現(xiàn)。,⑹移位寄存器型計(jì)數(shù)器,將移位寄存器首尾相接即構(gòu)成環(huán)型計(jì)數(shù)器。不斷輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移。,⑺扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,扭環(huán)型計(jì)數(shù)器亦稱約翰遜計(jì)數(shù)器。,⑺扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,扭環(huán)型計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖示。,5.5順序脈沖發(fā)生器,順序脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生一組在時(shí)間上有先后順序的脈沖。 用途：如在計(jì)算機(jī)中，機(jī)器執(zhí)行指令時(shí)，是將一條指令分成一些基本動(dòng)作，控制器發(fā)生一系列節(jié)拍脈沖，有順序地控制這些基本動(dòng)作的完成，實(shí)現(xiàn)一系列的操作或運(yùn)算。 電路組成 計(jì)數(shù)器：按設(shè)計(jì)要求計(jì)脈沖CP的個(gè)數(shù) 譯碼器：將計(jì)數(shù)器狀態(tài)翻譯成對(duì)應(yīng)輸出端(脈沖信號(hào))的高低電平順序輸出。,,,,,,,,5.5順序脈沖發(fā)生器,工作方式是異步的,輸入時(shí)鐘脈沖,產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn),,,,,,,5.5順序脈沖發(fā)生器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CP,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,5-50 順序脈沖發(fā)生器波形圖,,,尖脈沖是競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象在譯碼器輸出端產(chǎn)生的干擾脈沖。,消除干擾脈沖的方法 利用輸入脈沖封鎖譯碼門 采用扭形計(jì)數(shù)器 采用環(huán)形計(jì)數(shù)器,利用輸入脈沖封鎖譯碼門 用時(shí)鐘脈沖封鎖以消除干擾脈沖與清除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)時(shí)采用的方法相同，引入封鎖脈沖在可能產(chǎn)生干擾脈沖的時(shí)間里封鎖住譯碼門。如圖 (a)示圖(b)為其輸出波形。,,,,,,,,,,,,,,,,T1,T2,T3,(b),此時(shí)的順序脈沖不再是一個(gè)接一個(gè)。,采用約翰遜(扭環(huán)型)計(jì)數(shù)器構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器的邏輯圖如圖示。,采用扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,譯碼電路,,,扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,特點(diǎn)：每次狀態(tài)變化時(shí)，僅有一個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，故可消除干擾脈沖。,采用扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,四位約翰遜計(jì)數(shù)器時(shí)序及譯碼函數(shù)。,,采用環(huán)型計(jì)數(shù)器,特點(diǎn)：不需要譯碼器。環(huán)型計(jì)數(shù)器的有效循環(huán)中的每一個(gè)狀態(tài)都有一個(gè)1。每個(gè)觸發(fā)器的Q端就可以輸出對(duì)應(yīng)的脈沖。雖然計(jì)數(shù)器由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)有兩個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，但因沒(méi)有譯碼器，因此不產(chǎn)生干擾脈沖。,八位環(huán)型計(jì)數(shù)器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器工作波形。,采用環(huán)型計(jì)數(shù)器,5.6 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法,,已知邏輯電路，求狀態(tài)圖,⒈寫方程式:已知邏輯電路，求狀態(tài)圖 ⒉求狀態(tài)方程 ⒊進(jìn)行計(jì)算、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 ⒋畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖,復(fù)習(xí)：時(shí)序邏輯電路的分析步驟,時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)是分析的逆過(guò)程。 已知設(shè)計(jì)要求，求滿足要求的邏輯電路。,5.6 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)步驟,⑴畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 ⑵狀態(tài)化簡(jiǎn) ⑶確定觸發(fā)器的數(shù)目、類型、狀態(tài)分配（狀態(tài)編碼）根據(jù)2n≥M2n-1 ，確定觸發(fā)器的數(shù)目 ⑷求出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程 ⑸按照驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫出邏輯圖。 ⑹檢查所設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng),設(shè)計(jì)注意事項(xiàng),對(duì)于用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)時(shí)序電路，第四步以后的幾步就不完全適用了。 由于中規(guī)模集成電路已經(jīng)具有了一定的邏輯功能，因此用中規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)電路時(shí)，希望設(shè)計(jì)結(jié)果與命題要求的邏輯功能之間有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便于修改設(shè)計(jì)。,例：,試設(shè)計(jì)一個(gè)五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 解：由于計(jì)數(shù)器能夠在時(shí)鐘脈沖作用下，自動(dòng)地依次從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個(gè)狀態(tài)，所以計(jì)數(shù)器無(wú)信號(hào)輸入，只有進(jìn)位輸出信號(hào)。 令進(jìn)位輸出C=1表示有進(jìn)位輸出，而C=0則表示無(wú)進(jìn)位輸出。,具體步驟,⑴畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。 五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器應(yīng)有五個(gè)有效狀態(tài)。它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。,具體步驟,⑵狀態(tài)化簡(jiǎn) 無(wú)等價(jià)狀態(tài)。無(wú)需狀態(tài)化簡(jiǎn)。 ⑶狀態(tài)分配 有五個(gè)狀態(tài)，應(yīng)用三位二進(jìn)制代碼（三個(gè)觸發(fā)器）八種組合中取其五種組合得二進(jìn)制編碼的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,具體步驟,⑷求狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程 根據(jù)圖5-51，畫出次態(tài)卡諾圖和進(jìn)位輸出的卡諾圖(圖5-52)，并將其分解成小卡諾圖(圖5-53)。,,,,,,,,具體步驟,,,,,具體步驟,,,,狀態(tài)方程的形式，應(yīng)與選用的觸發(fā)器的特性方程的形式相似。以便于狀態(tài)方程和特性方程對(duì)比，求出驅(qū)動(dòng)方程。,,,,具體步驟,⑸根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫出邏輯圖，如圖5-54示。,具體步驟,⑹檢查能否自啟動(dòng)，結(jié)果為能自啟動(dòng),若選用D觸發(fā)器，狀態(tài)方程為,進(jìn)而求得驅(qū)動(dòng)方程：,根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫出的D觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器如圖所示。,檢查結(jié)果能自啟動(dòng)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。,例5-9 ：,試設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)1111序列檢測(cè)器。連續(xù)輸入四個(gè)或四個(gè)以上個(gè)1時(shí)，輸出F為1，否則F為0。 解：根據(jù)題意該電路只有一個(gè)輸入端X，檢測(cè)結(jié)果或者為1或者為0。故也只有一個(gè)輸出端F。令： S0：沒(méi)輸入1以前的狀態(tài)； S1：輸入一個(gè)1后的狀態(tài)； S2：連續(xù)輸入兩個(gè)1以后的狀態(tài)； S3：連續(xù)輸人三個(gè)1以后的狀態(tài)； S4：連續(xù)輸入四個(gè)或四個(gè)以上個(gè)1的狀態(tài)。,例5-9：,列狀態(tài)轉(zhuǎn)換(表5-9)所示，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(圖5-58)。,得到的最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。,例5-9：,,,,由狀態(tài)方程求得驅(qū)動(dòng)方程為：,由于兩個(gè)觸發(fā)器的四種狀態(tài)組合，均為有效狀態(tài)，沒(méi)有無(wú)效狀態(tài)，不存在能否自啟動(dòng)的問(wèn)題。,根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫出邏輯圖如圖5-61所示。,試設(shè)計(jì)一個(gè)能控制光點(diǎn)右移、左移、停止的控制電路。 光點(diǎn)右移表示電機(jī)正轉(zhuǎn)，光點(diǎn)左移表示電機(jī)反轉(zhuǎn)，光點(diǎn)停止移動(dòng)表示電機(jī)停轉(zhuǎn)。 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律如下：正轉(zhuǎn)20秒—停10秒—反轉(zhuǎn)20秒—停10秒—正轉(zhuǎn)20秒……。,例5-11,解：光點(diǎn)移動(dòng)可通過(guò)發(fā)光二極管的亮、滅變化顯示出來(lái)。為此控制電路應(yīng)包含兩部分：發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路和產(chǎn)生控制脈沖的電路。 如果四個(gè)發(fā)光二極管中只有一個(gè)亮，并能從左向右或從右向左依次亮，就形成了光點(diǎn)的移動(dòng)。 四位雙向移位寄存器74194具有送數(shù)、左移、右移、保持功能。用74194驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，便可得到符合題目要求的功能。,例5-11,例5-11,S1S0=11送數(shù)，,S1S0=01右移 20秒， S1S0=10左移 20秒， S1S0=00保持 10秒。,QAQBQCQD=1000,環(huán)型移位,六進(jìn)制計(jì)數(shù)器,74161構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Q2Q1Q0為74138地址輸入A2A1A0，產(chǎn)生所需的S1S0的脈沖序列。真值表如表5-12示。,例5-11,第五章作業(yè)：,5-4—5-6 5-12—5-19,