數(shù)字電路課件時(shí)序電路.ppt

概 述,一、時(shí)序電路的特點(diǎn),1. 定義,任何時(shí)刻電路的 輸出，不僅和該時(shí)刻 的輸入信號(hào)有關(guān)，而 且還取決于電路原來(lái) 的狀態(tài)。,2. 電路特點(diǎn),(1) 與時(shí)間因素 (CP) 有關(guān)；,(2) 含有記憶性的元件(觸發(fā)器)。,輸 入,輸 出,二、時(shí)序電路邏輯功能表示方法,1. 邏輯表達(dá)式,(1) 輸出方程,(3) 狀態(tài)方程,(2) 驅(qū)動(dòng)方程,2. 狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖,三、時(shí)序邏輯電路分類,1. 按邏輯功能劃分：,計(jì)數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、 順序脈沖發(fā)生器等。,2. 按時(shí)鐘控制方式劃分：,同步時(shí)序電路,觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘 CP，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。,異步時(shí)序電路,電路中所有觸發(fā)器沒(méi)有共用一個(gè) CP。,3. 按輸出信號(hào)的特性劃分：,Moore型,Mealy型,5.1 時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法,5.1.1 時(shí)序電路的基本分析方法,1. 分析步驟,時(shí)序電路,時(shí)鐘方程,驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài)表,狀態(tài)圖,時(shí)序圖,CP 觸 發(fā) 沿,特性方程,輸出方程,狀態(tài)方程,計(jì)算,2. 分析舉例,寫方程式,時(shí)鐘方程,輸出方程,(同步),驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài)方程,特性方程,(Moore 型),例 5.1.1,解,計(jì)算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,0 0 0,1,0 0 1,1,0 1 1,1,1 1 1,1,1 1 0,1,0,1 0 0,0 1 0,1,1 0 1,1,0 1 0,1,畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,000,001,/1,011,/1,111,/1,110,/1,100,/1,/0,有效狀態(tài)和有效循環(huán),010,101,/1,/1,無(wú)效狀態(tài)和無(wú)效循環(huán),能否自啟動(dòng)?,能自啟動(dòng)：,存在無(wú)效狀態(tài)，但沒(méi)有 形成循環(huán)。,不能自啟動(dòng)：,無(wú)效狀態(tài)形成死循環(huán),0 0 0,1,方法2 利用卡諾圖求狀態(tài)圖,Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1,001,011,111,101,000,010,110,100,000,001,011,111,110,100,010,101,畫時(shí)序圖,CP下降沿觸發(fā),Q2,Q1,Q0,0 0 0,0 0 1,0 1 1,1 1 1,1 1 0,1 0 0,0 0 0,Y,不畫無(wú) 效狀態(tài),Mealy型,例 5.1.2,時(shí)鐘方程,輸出方程,驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài)方程,解,寫方程式,S = 0,Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1,001,010,100,011,101,110,000,111,S = 1,001,010,100,011,101,000,000,111,狀態(tài) 轉(zhuǎn)換表,狀態(tài)圖,000,001,/00,010,/00,011,/00,100,/00,101,/00,110,0/00,111,0/00,0/01,1/10,110,111,1/00,能自啟動(dòng),S/Y1Y2,1/11,畫時(shí)序圖,當(dāng) S = 0 時(shí)，每 8 個(gè) CP 一個(gè)循環(huán)；,當(dāng) S =1 時(shí)，每 6 個(gè) CP 一個(gè)循環(huán)。,S/Y1Y2,可控加計(jì)數(shù)器,1/11,Y2 Y1,例 5.1.3,異步時(shí)序電路,解,時(shí)鐘方程,驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài) 方程,(CP 有效),(CP 有效),寫方程式,畫時(shí)序圖,Q0,Q1,Q2,求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,CP0,CP2,1 0 1 0 0 0 0 0,0 0 0 1 0 0 0 1,CP1,CP1,CP1,CP1,0 1 1 0 0 1 1 0,能自啟動(dòng),電路圖,5,特性方程：,例,5.1.2 時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法,1. 設(shè)計(jì)的一般步驟,時(shí)序邏輯 問(wèn)題,邏輯 抽象,狀態(tài)轉(zhuǎn)換 圖（表）,狀態(tài) 化簡(jiǎn),最簡(jiǎn)狀態(tài) 轉(zhuǎn)換圖（表）,電路方程式 （時(shí)鐘、輸出、 狀態(tài)方程）,選定觸發(fā)器的類型,邏輯 電路圖,檢查能否自啟動(dòng),求出 驅(qū)動(dòng)方程,二進(jìn)制代碼 狀態(tài)圖(表),盡量利用約束項(xiàng),2. 設(shè)計(jì)舉例,按如下狀態(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。,解,已給出最簡(jiǎn)狀態(tài)圖，若用同步方式：,輸出方程,Y,0,0,0,0,0,1,為方便，略去右上角 標(biāo)n。,例 5.1.4,讀懂狀態(tài)圖所表達(dá)的信息,狀態(tài)方程,1,0,1,0,1,0,0,1,0,0,0,1,1,選用 JK 觸發(fā)器,驅(qū)動(dòng)方程,約束項(xiàng),邏輯圖,Y,1,(Moore型),檢查能否自啟動(dòng)：,無(wú)效狀態(tài),代入,輸出方程和變換后的狀態(tài)方程5.1.14中,5.1.14,110,能自啟動(dòng),/0,/1,111,000,例 5.1.5,按如下狀態(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。,P/Y1Y2,解,時(shí)鐘方程,輸出方程,選用上升沿觸發(fā)的 D 觸發(fā)器,狀態(tài)方程,驅(qū)動(dòng)方程,= D0,= D1,= D2,邏輯圖等 (略),1/1,例 5.1.6,設(shè)計(jì) 一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，要求輸入 3 或 3 個(gè)以上數(shù)據(jù)1時(shí)輸出為 1，否則為 0。,解,邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖,S0 原始狀態(tài)(0),S1 輸入1個(gè)1,S2 連續(xù)輸入 2 個(gè) 1,S3 連續(xù)輸入 3 或 3 個(gè)以上 1,S0,S1,S2,S3,X 輸入數(shù)據(jù),Y 輸出數(shù)據(jù),0/0,1/0,0/0,1/0,0/0,0/0,1/1,狀態(tài)化簡(jiǎn),0/0,0/0,狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼、狀態(tài)圖,M = 3，取 n = 2,S0 = 00,S1 = 01,S2 = 11,選觸發(fā)器、寫方程式,選 JK ( ) 觸發(fā)器,同步方式,輸出方程,Y,0,0,0,0,0,1,Q1,1,Q0,1,狀態(tài)方程,驅(qū) 動(dòng) 方 程,約束項(xiàng),邏 輯 圖,Y,(Mealy 型),無(wú)效狀態(tài) 10,10,00,0/0,11,1/1,能自啟動(dòng),例,設(shè)計(jì)一個(gè)異步時(shí)序電路，要求如右圖所示狀態(tài)圖。,選觸發(fā)器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)方程,選用3個(gè)CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。,輸出方程,次態(tài)卡諾圖,時(shí)鐘方程：,FF0每輸入一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次，只能選CP。,選擇時(shí)鐘脈沖的一個(gè)基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。,電路圖,檢查電路能否自啟動(dòng),將無(wú)效狀態(tài)110、111代入輸出方程和狀態(tài)方程計(jì)算：,電路能夠自啟動(dòng)。,特性方程：,觸發(fā)器課堂練習(xí),題目:時(shí)鐘CP及輸入信號(hào)D 的波形如圖所示,試畫 出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)各輸出端Q的 初始狀態(tài)=0.,觸發(fā)器課堂練習(xí)(續(xù)),維-阻型J-K觸發(fā)器,主從型J-K觸發(fā)器,5.2 計(jì)數(shù)器 (Counter),5.2.1 計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)和分類,一、計(jì)數(shù)器的功能及應(yīng)用,1. 功能：,對(duì)時(shí)鐘脈沖 CP 計(jì)數(shù)。,2. 應(yīng)用：,分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖 序列、進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。,二、計(jì)數(shù)器的特點(diǎn),1. 輸入信號(hào)：,計(jì)數(shù)脈沖 CP,Moore 型,2. 主要組成單元：,時(shí)鐘觸發(fā)器,三、 計(jì)數(shù)器的分類,按數(shù)制分：,二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 N 進(jìn)制(任意進(jìn)制)計(jì)數(shù)器,按計(jì)數(shù) 方式分：,加法計(jì)數(shù)器 減法計(jì)數(shù)器 可逆計(jì)數(shù) (Up-Down Counter),按時(shí)鐘 控制分：,同步計(jì)數(shù)器 (Synchronous ) 異步計(jì)數(shù)器 (Asynchronous ),按開關(guān) 元件分：,TTL 計(jì)數(shù)器 CMOS 計(jì)數(shù)器,二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,二進(jìn)制數(shù): 用0和1兩個(gè)數(shù)字表示, 加1計(jì)數(shù),逢2進(jìn)1,二進(jìn)制數(shù),4位二進(jìn)制數(shù): Q3 Q2 Q1 Q0,位數(shù): 3 2 1 0,8 4 2 1,相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù): 8Q3+4Q2+2Q1+1Q0,例: Q3Q2Q1Q0=1010B =81+4 0+2 1+1 0 =10D,4位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為: 1111B=8+4+2+1=15D=,8位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為: 11111111B=,16位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:,二進(jìn)制數(shù)所表示數(shù)的范圍:,5.2.2 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)容量、長(zhǎng)度或模的概念,計(jì)數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，即電路的有效狀態(tài)數(shù) M 。,3 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：,0000,1111,/1,4 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：,000,111,/1,n 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：,一、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,(一) 3 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,FF2、FF1、FF0,Q2、Q1、Q0,設(shè)計(jì)方法一：,按前述設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行,設(shè)計(jì)方法二：,按計(jì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行級(jí)聯(lián),C = Q2n Q1n Q0n, Carry,向高位的進(jìn)位,J0= K0 = 1,J1= K1 = Q0,J2= K2 = Q1Q0,= T0,= T1,= T2,n 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)規(guī)律：,J0= K0 =1,J1= K1 = Q0,J2= K2 = Q1Q0,串行進(jìn)位,觸發(fā)器 負(fù)載均勻,并行進(jìn)位,低位觸發(fā) 器負(fù)載重,Borrow,若用T 觸發(fā)器：,(二) 3 位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器, 向高位發(fā)出的借位信號(hào),T0 = 1,級(jí)聯(lián)規(guī)律：,(三) 二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,單時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,加/減 控制端,加計(jì)數(shù),T0 = 1、T1= Q0n、 T2 = Q1nQ0n,減計(jì)數(shù),雙時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,加計(jì)數(shù)脈沖,減計(jì)數(shù)脈沖,CP0= CPU+ CPD,CPU 和CPD 互相排斥,CPU = CP，CPD= 0,CPD= CP，CPU= 0,CPU,CPD,(四) 集成二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,1. 集成 4 位二進(jìn)制可預(yù)置同步加法計(jì)數(shù)器,引腳排列圖,邏輯功能示意圖,0 0 1 1,Q3 Q0 = 0000,同步并行置數(shù),異步清零,Q3 Q0 = D3 D0,1) 74LS161 和 74LS163,74161的狀態(tài)表,CTP = CTT = 1,二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù),CTPCTT = 0,保持,若 CTT = 0,CO = 0,若 CTT = 1,74163,例,D0D3可隨意處理,D0D3必須都接0,2) CC4520,使能端 也可作 計(jì)數(shù)脈 沖輸入,計(jì)數(shù)脈 沖輸入 也可作 使能端,異 步 清 零,2. 集成 4 位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,1) 74191（單時(shí)鐘）,加計(jì)數(shù)時(shí)CO/BO = Q3nQ2nQ1nQ0n,并行異 步置數(shù),CT = 1,CO/BO = 1時(shí)，,2) 74193(雙時(shí)鐘),二、二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器,(一) 二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器,CP0 = CP,CP1 = Q0,CP2 = Q1,用T 觸發(fā)器 (J = K = 1) 下降沿觸發(fā),C = Q2n Q1n Q0n,并行 進(jìn)位,若采用上升沿觸發(fā)的 T 觸發(fā)器,CP0= CP,D 觸發(fā)器構(gòu)成的 T 觸發(fā)器 ( D = Qn )， 下降沿觸發(fā),D 觸發(fā)器構(gòu)成的 T 觸發(fā)器 ( D = Qn )， 下降沿觸發(fā),若改用上升沿觸發(fā)的 D 觸發(fā)器？,(二) 二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器,0 1 2 3 4 5 6 7 8,0 0 0,1 1 1,1 1 0,1 0 1,1 0 0,0 1 1,0 1 0,0 0 1,0 0 0,用T 觸發(fā)器 上升沿觸發(fā),CP0= CP,CP1= Q0,CP2= Q1,二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器級(jí)間連接規(guī)律,CP0= CP,若下降沿觸發(fā),(三) 集成二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器,74197、74LS197(317),計(jì)數(shù)/置數(shù),異步清零,異步置數(shù),加法計(jì)數(shù),二 八 十六進(jìn)制計(jì)數(shù),二-八-十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn),M = 2,計(jì)數(shù)輸出：,M = 8,計(jì)數(shù)輸出：,M = 16,計(jì)數(shù)輸出：,其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。,5.2.3 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,（8421BCD 碼）,一、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,(一) 十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,狀態(tài)圖,時(shí)鐘方程,輸出方程,狀態(tài)方程,選擇下降沿、JK 觸發(fā)器,驅(qū)動(dòng)方程,J0 = K0 = 1,J2 = K2 = Q1nQ0n,J3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n,邏輯圖,檢查能否自啟動(dòng),將無(wú)效狀態(tài)1010 1111 代入狀態(tài)方程：,1010,1011,0100,1110,1111,0000,1100,1101,0100,能自啟動(dòng),(二) 十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器,(略),(三) 十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,(略),(四) 集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,74160、74162,(引腳排列與74161相同),異步清零功能：,(74162 同步清零),同步置數(shù)功能：,同步計(jì)數(shù)功能：,保持功能：,進(jìn)位信號(hào)保持,進(jìn)位輸出低電平,1. 集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器,2. 集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器,(1) 74190 (單時(shí)鐘，引腳與74191相同),異步并行置數(shù)功能：,同步可逆計(jì)數(shù)功能：,加法計(jì)數(shù),減法計(jì)數(shù),保持功能：,(2) 74192 (雙時(shí)鐘，引腳與74193相同),異步清零功能：,異步置數(shù)功能：,同步可逆計(jì)數(shù)功能：,加法計(jì)數(shù),減法計(jì)數(shù),保持功能,二*、十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器,(三) 集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器,異步計(jì)數(shù)功能,M = 2,M = 5,M = 10,CP,CP,CP1=CP，CP0=Q310進(jìn)制(計(jì)數(shù)規(guī)律5421碼),5.2.4 N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器,方法,用觸發(fā)器和門電路設(shè)計(jì),用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成,清零端,置數(shù)端,(同步、異步),六進(jìn)制 計(jì)數(shù)器,七進(jìn)制 計(jì)數(shù)器,例 利用EWB觀察同步和異步歸零的區(qū)別。,一、利用同步清零或置數(shù)端獲得 N 進(jìn)制計(jì)數(shù),思 路：,當(dāng) M 進(jìn)制計(jì)數(shù)到 SN 1 后使計(jì)數(shù)回到 S0 狀態(tài),2. 求歸零邏輯表達(dá)式；,1. 寫出狀態(tài) SN 1 的二進(jìn)制代碼；,3. 畫連線圖。,步 驟：,例 用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74163 構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,解：,1.,= 1011,2. 歸零表達(dá)式：,3. 連線圖,同步清零,同步置零,二、利用異步清零或置數(shù)端獲得 N 進(jìn)制計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到 SN 時(shí)，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號(hào)， 使返回 S0 狀態(tài)。（瞬間即逝）,思 路：,步 驟：,1. 寫出狀態(tài) SN 的二進(jìn)制代碼；,2. 求歸零邏輯表達(dá)式；,3. 畫連線圖。,例 用二-八-十六進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74197構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,狀態(tài)S12的作用： 產(chǎn)生歸零信號(hào),異步清零,異步置零,(一) 歸零法存在的問(wèn)題和解決辦法,各觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性和帶負(fù)載情況不盡相同，且有隨機(jī)干擾信號(hào)，造成有的觸發(fā)器已歸零，有的不能歸零。,1 1,0,0,1,一種 提高 歸零 可靠 性的 方法,計(jì)到 S12 = 1100 前：,1,0,1,0,1,計(jì)到 S12 = 1100時(shí)()：,1 1,0,1,0,0,0,1,CP = 0 之后：,0,1,0,有足夠的時(shí)間歸零,三、提高歸零可靠性和計(jì)數(shù)容量的擴(kuò)展,思路： 用 RS 觸發(fā)器暫存清零信號(hào)， 保證有足夠的歸零時(shí)間。,(二) 計(jì)數(shù)容量的擴(kuò)展,1. 集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián),CP,1,CO0,16 16 = 256,2) 用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的 N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器,例 試分別用 74161 和 74162 接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器341,用 SN 產(chǎn)生異步清零信號(hào)：,用 SN1 產(chǎn)生同步置數(shù)信號(hào)：,先用兩片74161構(gòu)成 256 進(jìn)制計(jì)數(shù)器,74162 同步清零，同步置數(shù)。,再用歸零法將M = 100改為N = 60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，,即用SN1產(chǎn)生同步清零、置數(shù)信號(hào)。,先用兩片74162構(gòu)成 1010 進(jìn)制計(jì)數(shù)器， P325,1. 同步 清零(或置數(shù))端計(jì)數(shù)終值為 SN1 異步 清零(或置數(shù))端計(jì)數(shù)終值為 SN,2. 用集成 二進(jìn)制 計(jì)數(shù)器擴(kuò)展容量后， 終值 SN (或 SN1 )是二進(jìn)制代碼；,用集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器擴(kuò)展容量后， 終值 SN (或SN1 )的代碼由個(gè)位、十位、 百位的十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的 BCD 代碼構(gòu)成。,注意,總結(jié): 用一片74LS90設(shè)計(jì)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一般方法,第N個(gè)CP脈沖后,由輸出端的“1”去控制清0端 R0(1)、R0(2),將輸出端全部清0,練習(xí)1: 下圖是幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器?,輸出端狀態(tài)的變化范圍: 00000111,集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS290,練習(xí)2: 下圖是幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器?,答: 7進(jìn)制,練習(xí)3: 九進(jìn)制計(jì)數(shù)器如何設(shè)計(jì)?,第9個(gè)CP脈沖后,QDQCQBQA=1001時(shí), 用QD 和QA的1去R0(1)、 R0(2)將輸出清0,用一片74LS90設(shè)計(jì)九進(jìn)制計(jì)數(shù)器,(3) 用2片74LS90組成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器,方法: 用2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián),框圖如下:,CP,計(jì)數(shù)脈沖,個(gè)位向十位的進(jìn)位脈沖,個(gè)位,十位,詳細(xì)電路圖如下:,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,用2片74LS90組成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器,100進(jìn)制計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)范圍: 0099,十位,個(gè)位,(4) 用2片74LS90組成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,即用十位的QB 和個(gè)位的QC送R0(1) 和 R0(2)， 這樣，計(jì)數(shù)范圍變?yōu)?0023，即24進(jìn)制 計(jì)數(shù)器,用2片74LS90組成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)范圍為 0023,R0（1）、R0（2）同時(shí)為1，輸出 清0,先接成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器,(5) 用2片74LS90組成37進(jìn)制計(jì)數(shù)器,用2片74LS90組成37進(jìn)制計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)范圍為 0036，即37進(jìn)制計(jì)數(shù)器,問(wèn)題: 1.如何用2片74LS90組成 1099任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器? 2.如何用3片74LS90組成 100999任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器?,一、數(shù)字鐘的功能要求,1、基本功能(制作的電子系統(tǒng)) 準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間； 小時(shí)的計(jì)時(shí)要求為“24翻1”，分和秒的計(jì)時(shí)要求為60進(jìn)位； 校正時(shí)間。,2 、輔助功能 設(shè)計(jì)任務(wù)中, 數(shù)字鐘電子系統(tǒng)除了基本功能外,還需完成電源,信號(hào)源的電路設(shè)計(jì).,1.電子表電路,CP為秒脈沖(周期為1秒),秒顯示 0059秒,分顯示 0059分,小時(shí)顯示 0023小時(shí),顯示譯碼器,數(shù)碼管,74LS90計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例,整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路,校時(shí)顯示電路,時(shí)基電路,信號(hào)源,時(shí)基電路,校時(shí)顯示電路,整點(diǎn)報(bào)時(shí)電路,CP秒脈沖的產(chǎn)生,由D觸發(fā)器構(gòu)成的2分頻器,2. 數(shù)字頻率計(jì)可測(cè)量一個(gè)數(shù)字信號(hào)ux的頻率,顯示譯碼器,數(shù)碼管,&,1秒內(nèi)計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)即為信號(hào)頻率,問(wèn)題 二片74LS90級(jí)聯(lián)能測(cè)的最高信號(hào)頻率是多少？ 若信號(hào)頻率在10000Hz以內(nèi)，那么需要幾片74LS90？,5.3 寄存器和讀/寫存儲(chǔ)器 (Register and Random Access Memory),5.3.1 寄存器的主要特點(diǎn)和分類,一、 概念和特點(diǎn),(一) 概念,寄存：,把二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)。,寄存器：,具有寄存功能的電路。,(二) 特點(diǎn),主要由觸發(fā) 器構(gòu)成,一般不對(duì)存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行處理。,并行 輸入,并行 輸出,1 0 1 0,1 0 1 0,0,1,0,1,0,1,0,1,串行 輸入,串行 輸出,二、 分類,(一) 按功能分,基本寄存器,移位寄存器,(并入并出),(并入并出、并入串出、 串入并出、串入串出),(二) 按開關(guān)元件分,TTL 寄存器,CMOS 寄存器,基本寄存器,移位寄存器,多位 D 型觸發(fā)器,鎖存器,寄存器陣列,單向移位寄存器,雙向移位寄存器,基本寄存器,移位寄存器,(多位 D 型觸發(fā)器),(同 TTL),5.3.2 基本寄存器,一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ) 位二進(jìn)制信號(hào)；寄存 n 位 二進(jìn)制數(shù)碼，需要 個(gè)觸發(fā)器。,1,n,一、4 邊沿 D 觸發(fā)器 (74175、74LS175),保 持,特點(diǎn)：,并入并出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)。,二 、雙 4 位鎖存器 (74116),Latch,(一) 引腳排列圖和邏輯功能示意圖,異步清零,送數(shù) 控制,數(shù)碼并行輸入,數(shù)碼并行輸出,(二) 邏輯功能,清零,送數(shù),保持,三、 4 4 寄存器陣列 (74170、74LS170),(一) 引腳排列圖和邏輯功能示意圖,并行數(shù)碼輸入,數(shù) 碼 輸 出,AW0、AW1, 寫入地址碼,AR0、AR1, 讀出地址碼, 寫入時(shí)鐘脈沖, 讀出時(shí)鐘脈沖,(二) 邏輯功能,16個(gè)D鎖存器 構(gòu)成存儲(chǔ)矩陣,能存放4個(gè)字: W0、W1、W2、W3,0,0 0,0 0 0 1,0 0 0 1,0 1,0 0 1 0,0 0 1 0,1 0,0 1 0 0,0 1 0 0,1 1,1 0 0 0,1 0 0 0,1, ,寫 入 禁 止,0,0 0,0 0 0 1,0 1,0 0 1 0,1 0,0 1 0 0,1 1,1 0 0 0,1,1 1 1 1,特點(diǎn): 能同時(shí)進(jìn)行讀寫; 集電極開路輸出,每個(gè)字有4位：,5.3.3 移位寄存器,一、單向移位寄存器,右移寄存器,時(shí)鐘方程,驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài)方程,Di,00001011,0000011,000001,00001,0000,000,00,0,左移寄存器,Di,左移 輸入,左移 輸出,驅(qū)動(dòng)方程,狀態(tài)方程,主要特點(diǎn)：,1. 輸入數(shù)碼在 CP 控制下，依次右移或左移；,2. 寄存 n 位二進(jìn)制數(shù)碼。N 個(gè)CP完成串行輸入，并可 從Q0Q3 端獲得并行輸出，再經(jīng) n 個(gè)CP又獲得串行輸出。,3. 若串行數(shù)據(jù)輸入端為 0，則 n 個(gè)CP后寄存器被清零。,二、雙向移位寄存器(自學(xué)),三、集成移位寄存器,(一) 8 位單向移位寄存器 74164,（二）4 位雙向移位寄存器 74LS194(略),由74LS194構(gòu)成的能自啟動(dòng)的4位環(huán)形計(jì)數(shù)器,時(shí)序圖,集成寄存器74LS194的應(yīng)用舉例,1.實(shí)現(xiàn)方法:,(1). 因?yàn)橛?位并行輸入，故需使用兩片74LS194；,(2). 用最高位QD2作為它的串行輸出端。,例：數(shù)據(jù)傳送方式變換電路,( QD2 ),2.具體電路:,0,啟動(dòng)脈沖的效果必然是并行輸入并行輸出 !,1,1,1,啟動(dòng)脈沖作用后，,1,0,74LS194必然轉(zhuǎn)入右移狀態(tài) !,1,1,3.工作效果:,提醒：在電路中，“右移輸入”端接 5V,QD2,5.3.4 移位寄存器型計(jì)數(shù)器,結(jié) 構(gòu) 示 意 圖,特點(diǎn)：,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)數(shù)順序一般為非自然態(tài)序， 用途極為廣泛。,一、環(huán)形計(jì)數(shù)器,(一) 電路組成,(二) 工作原理,1000,0100,0010,0001,有效循環(huán),0000,1111,0101,1010,1100,0110,0011,1001,1101,1110,0111,1011,無(wú) 效 循 環(huán),(三) 能自啟動(dòng)的環(huán)型計(jì)數(shù)器,二、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器,0000100011001110 0001001101111111,01001010 1101 0110 1001 001001011011,有效循環(huán),無(wú)效循環(huán),克服自啟動(dòng)電路：,P360 圖5.3.16,三、最大長(zhǎng)度移位寄存器型計(jì)數(shù)器 (略),5.3.5 讀/寫存儲(chǔ)器 RAM,(Random Access Memory),存儲(chǔ)單元, 存放一位二進(jìn)制數(shù)的基本單元(即位)。,存儲(chǔ)容量, 存儲(chǔ)器含存儲(chǔ)單元的總個(gè)(位)數(shù)。,存儲(chǔ)容量 = 字?jǐn)?shù)（word） 位數(shù)（bit）,地址, 存儲(chǔ)器中每一個(gè)字的編號(hào),2561，2564 一共有 256 個(gè)字，需要 256 個(gè)地址,10244，10248 一共有 1024 個(gè)字，需要 1024 個(gè)地址,地址譯碼, 用譯碼器賦予每一個(gè)字一個(gè)地址,N 個(gè)地址輸入，能產(chǎn)生 2N 個(gè)地址,一元地址譯碼(單向譯碼、基本譯碼、字譯碼),二元地址譯碼(雙向譯碼、位譯碼) 行譯碼、列譯碼,一、RAM 的結(jié)構(gòu),CS,I / O,例 對(duì) 256 4 存儲(chǔ)矩陣進(jìn)行地址譯碼,一元地址譯碼,8線 256線,缺點(diǎn): n 位地址輸入的譯碼器,需要 2n 條輸出線。,1 0 1 0,二元地址譯碼,4線 16線,1 0 . . . 0,1 0 0,8 位地址輸入的 地址譯碼器,只有 32 條輸出線。,25 (32) 根行選擇線,10 根地址線, 2n (1024)個(gè)地址,25 (32)根列選擇線,1024 個(gè)字排列成, 32 32 矩陣,當(dāng) X0 = 1，Y0 = 1 時(shí)，,對(duì) 0-0 單元讀(寫),當(dāng)X31 = 1，Y31 = 1時(shí)，,對(duì) 31-31 單元讀(寫),例 1024 1 存儲(chǔ)器矩陣,二、RAM的存儲(chǔ)單元,(一) 靜態(tài)存儲(chǔ)單元,基本工作原理：,T5、T6 門控管 控制觸發(fā)器與位線的連通,0,讀操作時(shí):,寫操作時(shí):,T7、T8 門控管 控制位線與數(shù)據(jù)線的連通,0,MOS管為 簡(jiǎn)化畫法,1. 六管 NMOS 存儲(chǔ)單元,1,導(dǎo)通,0,截止,特點(diǎn)：,斷電后數(shù)據(jù)丟失,2. 六管 CMOS 存儲(chǔ)單元,N,P,特點(diǎn)：,PMOS 作 NMOS負(fù)載，功耗極小，可在交流電源斷電后,靠電池保持存儲(chǔ)數(shù)據(jù).,(二) 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元,1. 四管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元,T5、T6 控制 對(duì)位線的預(yù)充電,VDD,1,導(dǎo)通,0,截止,T3、T4 門控管 控制存儲(chǔ)單元 與位線的連通,T7、T8 門控管 控制位線與數(shù) 據(jù)線的連通,若無(wú)預(yù)充電，在“讀”