2022年時序邏輯電路本章要求理解時序電路的一般組成特點

1、.第十二章時序規(guī)律電路本章要求：懂得時序電路的一般組成特點；熟識和把握描述時序電路規(guī)律功能的方法，會按步驟分析時序電路； 熟識計數(shù)器、寄存器的電路組成和工作特點；12.1 時序規(guī)律電路概述12.1.1 時序規(guī)律電路的基本特點1時序電路的特點（1） 組成：一般由組合電路和儲備電路（反饋電路）兩部分組成；儲備電路可以由觸發(fā)器構(gòu)成，也可以由其它記憶器件構(gòu)成；（2） 結(jié)構(gòu)框圖：如圖12-1 所示；圖中， x1 xi 代表時序電路輸入信號，y1 yj 代表時序電路輸出信號， w1 wm代表儲備電路輸入信號，q1 qn 代表儲備電路輸出信號，x1 xi 和 q1 qn 共同打算時序電路輸出狀態(tài)y1 yj

2、；（3） 特點 從結(jié)構(gòu)上看：第一，包含組合電路和儲備電路兩部分；由于它要記憶以前的輸入和輸出信號， 所以儲備電路必不行少； 其次， 組合電路至少由一個輸出反饋到儲備電路的輸入端，儲備電路的輸出至少有一個作為組合電路的輸入，與其它輸入信號共同打算時序電路的輸出；從功能上看： 由于時序電路中含有儲備電路，具有記憶功能， 因此電路在任一時刻的穩(wěn)固輸出不僅取決于該時刻的輸入，而且仍與電路原先的狀態(tài)有關(guān)；2時序電路規(guī)律功能的表示方法常用的表示方法有：規(guī)律方程式、狀態(tài)表、狀態(tài)圖、時序圖12.1.2時序規(guī)律電路的種類可分為同步時序電路和異步時序電路2時序電路規(guī)律功能的表示方法常用的表示方法有：規(guī)律方程式、狀

3、態(tài)表、狀態(tài)圖、時序圖 1）規(guī)律方程式：表示時序電路各組成部分之間關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；包括時鐘方程、驅(qū)動方程、輸出方程、狀態(tài)方程；時鐘方程：觸發(fā)器的時鐘信號表達(dá)式，反映各觸發(fā)器cp脈沖的規(guī)律關(guān)系；驅(qū)動方程： 各觸發(fā)器輸入端的規(guī)律表達(dá)式；它反映了觸發(fā)器輸入端變量與時序電路的輸入信號和電路狀態(tài)之間的關(guān)系；一般有n 個觸發(fā)器就有n 個驅(qū)動方程；輸出方程： 時序電路的輸出規(guī)律表達(dá)式，反映了時序電路的輸出端變量與輸入信號和電路狀態(tài)之間的規(guī)律關(guān)系；它通常為現(xiàn)態(tài)的函數(shù)；狀態(tài)方程： 將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特點方程中即可求得狀態(tài)方程；它反映時序電路的次態(tài)與輸入信號和現(xiàn)態(tài)之間的規(guī)律關(guān)系；因此狀態(tài)方程又稱次態(tài)方程；

4、z.（ 2）狀態(tài)表： 它是反映時序電路輸出y、次態(tài) qn+1 和輸入信號 x、現(xiàn)態(tài) qn 之間對應(yīng)取值關(guān)系的表格； 將電路輸入信號和觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)的全部取值組合代入相應(yīng)的狀態(tài)方程和輸出方程中進行運算，求出次態(tài)和輸出，列表即可；（ 3）狀態(tài)圖 : 是反映時序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律及相應(yīng)輸入、輸出取值情形的幾何圖形；它以圖形的方式表示時序電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換規(guī)律，是電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖；（ 4）時序圖：即工作波形圖；它反映輸入信號、電路狀態(tài)和輸出信號等的取值在時間上的對應(yīng)關(guān)系；12.1.2 時序規(guī)律電路的種類時序電路按觸發(fā)信號（ cp脈沖）輸入方式的不同，即電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情形的不同，可分為同步時序電路和異步

5、時序電路兩大類；1同步時序電路： 對于同步時序電路來說， 儲備電路中全部儲備單元 （各觸發(fā)器）狀態(tài)的變化受同一時鐘脈沖掌握；即全部觸發(fā)器的時鐘輸入端cp都連在一起，在同一時鐘脈沖 cp作用下，凡是具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器在同一時刻狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；也就是說，觸發(fā)器狀態(tài)的更新和時鐘脈沖cp是同步的；正由于如此，在分析同步時序電路時，往往可以不考慮時鐘條件，即不用寫出時鐘方程；2異步時序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不受同一時鐘脈沖掌握；時鐘脈沖只觸發(fā)部分觸發(fā)器， 其余觸發(fā)器就是由電路內(nèi)部信號觸發(fā)的；因此， 凡具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)有先有后，并不都和時鐘脈沖cp同步；也正由于如此，在分析異步時序電路時，必

6、必要寫出各個觸發(fā)器的時鐘方程，這是肯定不能省略的；12.1.3 時序規(guī)律電路的分析方法1. 時序電路分析的基本步驟（ 1）分析時序規(guī)律電路組成：確定輸入和輸出，區(qū)分其兩個組成部分，確定是同步仍是異步時序電路；（ 2）寫相關(guān)方程式： 依據(jù)給定的規(guī)律電路圖， 寫出儲備電路的驅(qū)動方程和時序電路的輸出方程，如為異步電路仍需要寫出時鐘方程；（ 3）求各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程：把驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，即可求得狀態(tài)方程；也就是各個觸發(fā)器的次態(tài)方程；（4） 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表 （狀態(tài)表）：第一列出輸入信號和儲備電路現(xiàn)態(tài)的全部可能取值組合， 然后代入狀態(tài)方程和輸出方程中進行運算，但需留意有效的時鐘條件，

7、假如不滿意條件，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；也就是說，只有觸發(fā)器的時鐘條件滿意后，才需要代入狀態(tài)方程和輸出方程中進行運算求次態(tài)和輸出；（ 5）畫狀態(tài)圖或時序圖： 依據(jù)狀態(tài)表可畫出電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖和在時鐘脈沖 cp作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖；（6）描述（說明）電路的規(guī)律功能：歸納總結(jié)分析結(jié)果，確定電路功能；2. 時序電路分析舉例（5） 畫狀態(tài)圖和時序圖依據(jù)表 12-1 可畫出圖 12-3 a ）所示的狀態(tài)圖，圖12-3 b ）所示的時序圖；圖中的 00、01、10、11 分別表示電路的四個狀態(tài)，箭頭表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向；箭頭上方標(biāo)注的 / c為輸出值；（6） 歸納總結(jié)，確定規(guī)律功能；

8、該電路為帶進位輸出的同步四進制加法計數(shù)器電路；12.2 寄存器12.2.1 數(shù)碼寄存器1. 電路組成2. 工作原理12.2.2 移位寄存器1. 單向移位寄存器圖 12-7 所示為由 4 個 d觸發(fā)器組成的4 位右移位寄存器；這4 個 d觸發(fā)器共用一個時鐘脈沖信號，因此為同步時序規(guī)律電路；（ 3）假設(shè)電路初始狀態(tài)為零，現(xiàn)依次串行輸入數(shù)碼di 1011，即電路輸入數(shù)據(jù)di在第 1、2、3、4 四個 cp脈沖時依次為 1、0、1、1，由此可列出狀態(tài)表如表12-3 所示；（4）畫出時序圖依據(jù)表 12-3 可畫出時序圖如圖12-8 所示；（5）確定電路規(guī)律功能從表 12-3 和圖 12-8 可知：在圖

9、12-7 所示右移位寄存器電路中，隨著 cp脈沖的遞增， 觸發(fā)器輸入端依次輸入數(shù)據(jù)di ，稱為串行輸入，輸入一個cp脈沖，數(shù)據(jù)向右移動一位；這樣，在 4 個移位脈沖的作用下，輸入的四位串行數(shù)碼1011 將全部存入寄存器中；移位寄存器中的數(shù)碼可由 q3q2q1q0 端同時輸出， 稱并行輸出， 也可以從最右端輸出，但這時需要連續(xù)輸入是說，串行輸出需要經(jīng)過八個四個 cp脈沖；4 個移位脈沖才能從寄存器中取出存放的q3 依次輸出， 稱串行4 位數(shù)碼 1011；也就cp脈沖才能將輸入的四個數(shù)據(jù)全部輸出，而并行輸出只需要2. 雙向移位寄存器既可將數(shù)據(jù)左移、又可右移的寄存器稱為雙向移位寄存器；12.2.3中

10、規(guī)模集成移位寄存器1. 規(guī)律功能2. 移位寄存器的應(yīng)用作為一種重要的規(guī)律部件，寄存器的應(yīng)用是多方面的12.3 計數(shù)器1. 計數(shù)器的概念計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中能累計輸入脈沖個數(shù)的時序電路；它是由一系列具有儲備信息功能的各類觸發(fā)器和一些掌握門組成的；2. 計數(shù)器的功能計數(shù)器的基本功能就是運算輸入脈沖的個數(shù)；計數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的時序規(guī)律部件之一，它除了計數(shù)以外，仍可以實現(xiàn)計時、定時、分頻和自動掌握、信號產(chǎn)生等功能，應(yīng)用非常廣泛；3. 計數(shù)器的模計數(shù)器累計輸入脈沖的最大數(shù)目稱為計數(shù)器的“?！保胢表示；如 m 3 的計數(shù)器，稱三進制計數(shù)器， 又稱模 3 計數(shù)器； 因此， 計數(shù)器的“?！睂嶋H上為電

11、路的有效狀態(tài)數(shù)；4計數(shù)器的分類計數(shù)器的種類許多，特點各異，通常有以下幾種不同的分類方法（1） 按 cp脈沖的輸入方式，即計數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步可分為：同步計數(shù)器計數(shù)脈沖同時加到全部觸發(fā)器的時鐘信號輸入端，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器；異步計數(shù)器計數(shù)脈沖只加到部分觸發(fā)器的時鐘輸入端上，而其他觸發(fā)器的觸發(fā)信號就由電路內(nèi)部供應(yīng)，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器狀態(tài)更新有先有后的計數(shù)器；（2） 按計數(shù)過程中計數(shù)器數(shù)值的增減可分為：加法計數(shù)器隨著計數(shù)脈沖的輸入作遞增計數(shù)的電路；減法計數(shù)器隨著計數(shù)脈沖的輸入作遞減計數(shù)的電路；可逆計數(shù)器又叫加減計數(shù)器；在加減掌握信號的作用下，既可遞增計數(shù)， 也可遞減計數(shù)的電路；（3

12、） 按計數(shù)進制可分為：二進制計數(shù)器按二進制運算規(guī)律進行計數(shù)的電路；十進制計數(shù)器按十進制運算規(guī)律進行計數(shù)的電路；其m 10；任意進制計數(shù)器二進制和十進制計數(shù)器之外的其他進制計數(shù)器；如三進制、 六進制、 五十進制計數(shù)器等；12.3.2異步二進制計數(shù)器1. 異步二進制加法計數(shù)器（4） 列狀態(tài)表由于 t觸發(fā)器只具有翻轉(zhuǎn)功能，因此當(dāng)時鐘脈沖cp的下降沿到來時，觸發(fā)器狀態(tài)將會在 0 和 1 之間變化， 但應(yīng)同時留意到， 該計數(shù)器為異步時序電路，各觸發(fā)器有效的時鐘條件不同，故狀態(tài)翻轉(zhuǎn)是不同的；現(xiàn)列出狀態(tài)表如表12-6 所示；（5） 畫出狀態(tài)圖和時序圖由以上狀態(tài)表畫出狀態(tài)圖如圖12-14 a ）、時序圖如圖

13、12-14 b ）所示；（6）歸納總結(jié)，確定該電路的規(guī)律功能該電路是一個異步三位二進制（八進制）加法計數(shù)器；2異步二進制減法計數(shù)器12.3.3同步二進制計數(shù)器1同步二進制加法計數(shù)器（3） 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表三位二進制計數(shù)器共有23 8 種取值組合，將每一種取值代入以上各狀態(tài)方程中運算，求出次態(tài)，列狀態(tài)表如表12-8 所示；（4） 畫出狀態(tài)圖和時序圖依據(jù)上表畫出狀態(tài)圖和時序圖分別如圖12-18 a ）、b）所示；（5） 確定規(guī)律功能該電路是一個同步的二進制加法計數(shù)器；該計數(shù)器通常又稱為模8 計數(shù)器；2. 同步二進制減法計數(shù)器3. 中規(guī)模集成二進制計數(shù)器常用的集成二進制計數(shù)器有74ls191 和 74ls161，其中 74ls191 是一種功能比較強的集成四位二進制可逆計數(shù)器，而74ls161 就是集成四位二進制同步加法計數(shù)器，這里僅以74ls161 為例，爭論其芯片功能及使用方法；12.3.4十進制計數(shù)器1. 異步十進制加法計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器是在四位異步二進制加法計數(shù)器的基礎(chǔ)上經(jīng)過適當(dāng)修改獲得的；它跳過了 1010 1111 六個狀態(tài)， 利用自然二進制數(shù)的前十個狀態(tài)0000 1001 實現(xiàn)十進制計數(shù)；圖 12-23