第7章時(shí)序邏輯電路

1、第7章時(shí)序邏輯電路、學(xué)習(xí)目的時(shí)序邏輯電路是數(shù)字電子電路的另一個(gè)主要分支。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要掌握時(shí)序邏輯電路的工作特點(diǎn)，掌握時(shí)序邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法，掌握各種類(lèi)型的計(jì)數(shù)器的基本原理和使用方法。、內(nèi)容概要.本章在介紹了時(shí)序邏輯電路的分析方法及異步計(jì)數(shù)器、同步計(jì)數(shù)器、寄存器與移位寄存器的基 本工作原理后，著重介紹了有關(guān)中規(guī)模集成電路的邏輯功能、使用方法和應(yīng)用。還介紹了時(shí)序邏輯電路的 設(shè)計(jì)方法。三、學(xué)習(xí)指導(dǎo)0本章重點(diǎn)：時(shí)序邏輯電路分析和設(shè)計(jì)方法，同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器的應(yīng)用，寄存器的工作原理 和分析方法。本章難點(diǎn)：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。0方法提示：對(duì)時(shí)序邏輯電路的分析設(shè)計(jì)方法要認(rèn)真掌握，

2、它是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一個(gè)基本功。在計(jì) 數(shù)器設(shè)計(jì)和分析時(shí)要把計(jì)數(shù)器看成是“狀態(tài)轉(zhuǎn)換器”，對(duì)計(jì)數(shù)器的理解要跳出“計(jì)數(shù)”的限制，把它看成 是多種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。7.1概述教學(xué)要求也理解時(shí)序邏輯電路的概念竺理解時(shí)序邏輯電路的工作特時(shí)序邏輯電路被跡時(shí)序邏輯電路.兩7.2時(shí)序邏輯電路的分析方法教學(xué)要求:理解同步時(shí)序邏輯電路的分析方法:了解異步時(shí)序邏輯電路的分析方法用法o掌握狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程的概念和用法O掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和時(shí)序圖的時(shí)序邏輯電路的分析：根據(jù)給定的電路，寫(xiě)出它的方程、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換 圖和時(shí)序圖，而后得出它的功能。一、同步時(shí)序邏輯電路的分析方法同步時(shí)序

3、邏輯電路的主要特點(diǎn)：在同步時(shí)序邏輯電路中，由于所有觸發(fā)器都由同一個(gè)時(shí)鐘 脈沖信號(hào)CP來(lái)觸發(fā)，它只控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，而對(duì)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)并無(wú)影響，所以， 在分析同 步時(shí)序邏輯電路時(shí)，可以不考慮時(shí)鐘條件。1、基本分析步驟。寫(xiě)方程式：驅(qū)動(dòng)方程：各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式。狀態(tài)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，便得到該觸發(fā)器的狀態(tài)方程。列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值代入狀態(tài)方程和輸出方程中進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出，從而列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。如現(xiàn)態(tài)的起始值已給定時(shí)，則從給定值開(kāi)始計(jì)算。如沒(méi)有給定時(shí)，則可設(shè)定一個(gè)現(xiàn)態(tài)起始 值依次進(jìn)行計(jì)算。0邏輯功能的說(shuō)明：根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來(lái)

4、說(shuō)明電路的邏輯功能。0畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：是指電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖。時(shí)序圖：是在時(shí)鐘脈沖CP作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。0檢驗(yàn)電路能否自啟動(dòng)關(guān)于電路的自啟動(dòng)問(wèn)題和檢驗(yàn)方法，在下例中得到說(shuō)明2、分析舉例例、試分析下圖所示電路的邏輯功能，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖CP島1解：由上圖所示電路可看出，時(shí)鐘脈沖 CP加在每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上。因此，它是一個(gè) 同步時(shí)序邏輯電路，時(shí)鐘方程可以不寫(xiě)。 寫(xiě)方程式：輸出方程：Y (J。二瓦二 1驅(qū)動(dòng)方程：E QW Kf0嚴(yán)=幾萌+叫0” =1而+ TQ嚴(yán)雷=Q?Qon ©Q狀態(tài)方程:Q嚴(yán)詁 Q? + 鷲 & =

5、QinQon Q?+ Q? Qf 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表的作法是: 從第一個(gè)現(xiàn)態(tài)“ 000”開(kāi)始，代入狀態(tài)方程，得次態(tài)為“ 00T，代入輸出方程，得輸出為“ 0”把得出的次態(tài)“ 001 ”作為下一輪計(jì)算的“現(xiàn)態(tài)”，繼續(xù)計(jì)算下一輪的次態(tài)值和輸出值。依次類(lèi)推，直到次態(tài)值又回到了第一個(gè)現(xiàn)態(tài)值“ 000”。現(xiàn)態(tài)次 態(tài)輸出RiTo0nQ嚴(yán)Q嚴(yán)Y000001000101000110110010100010010101010001 邏輯功能說(shuō)明：電路在輸入第6個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，返回原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)輸出端 丫輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。因此，上圖所示電路為同步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖:狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和

6、時(shí)序圖如下圖所示/I狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的圓圈內(nèi)表示電路的一個(gè)狀態(tài),TTTT_rLTLrLrL011 I込1L即三個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)，箭頭表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向。箭頭線上方標(biāo)注的X/Y為轉(zhuǎn)換條件，X為電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換前輸入變量的取值，丫為輸出值，由于本例沒(méi)有輸 入變量，故X未標(biāo)數(shù)值。檢查電路能否自啟動(dòng)。三位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有8個(gè)狀態(tài)，由“狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖”可看出，只有 6個(gè)狀態(tài)被利用了，這6個(gè)狀 態(tài)稱(chēng)為有效狀態(tài)。還有110和111沒(méi)有被利用，稱(chēng)為無(wú)效狀態(tài)。將無(wú)效狀態(tài)110代入狀態(tài)方程中進(jìn)行計(jì)算， 得三個(gè)輸出狀態(tài)為111，再將111代入狀態(tài)方程后得010，為有效狀態(tài)?？梢?jiàn)，該電路 如果由于某種原因 而進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)工作時(shí)，

7、只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP,電路便會(huì)自動(dòng)返回到有效狀態(tài)工作，所以，該電路能夠自啟動(dòng)二、異步時(shí)序邏輯電路的分析方法0異步時(shí)序邏輯電路的分析方法和同步時(shí)序邏輯電路的基本相同，0但在異步時(shí)序邏輯電路中，只有部分觸發(fā)器由計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)源CP觸發(fā)，而其它觸發(fā)器則由電路內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)。0在分析異步時(shí)序邏輯電路時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘條件，即應(yīng)寫(xiě)出時(shí)鐘方程。這樣，各個(gè)觸 發(fā)器只有在滿足時(shí)鐘條件后，其狀態(tài)方程才能使用。這也是異步時(shí)序邏輯電路在分析方法上與同步時(shí)序邏 輯電路的根本不同點(diǎn)，應(yīng)引起足夠的重視。分析舉例例、試分析下圖所示電路的邏輯功能，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。Qi-1J二回1JOC1-1KRCP解：由

8、上圖可看出，F(xiàn)F1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端未和輸入時(shí)鐘信號(hào)源 CP相連，它是由FFO的Q0端輸出的負(fù)躍變信號(hào)來(lái)觸發(fā)的，所以是異步時(shí)序邏輯電路。 寫(xiě)方程式:時(shí)鐘方程：CP o=CP 2=CPFF o和FF2由CP的下降沿觸發(fā)。CP 1=Q oFF 1由Qo輸出的下降沿觸發(fā)。古Q嚴(yán)-J】二屯=1 驅(qū)動(dòng)方程：Lj訐QfQ宀%"廣Qr"二 Q。11 + ioQo"二 Q/Q。"Qi® = JiQ?十頁(yè) Qf 二 Qf狀態(tài)方程：Q嚴(yán)=120? + Q2- = Q嚴(yán)QQF 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：狀態(tài)方程只有在滿足時(shí)鐘條件后，將現(xiàn)態(tài)的各種取值代入計(jì)算才是有效的。設(shè)現(xiàn)態(tài)為

9、（JTQJ'Qr二ooo,代入輸出方程和狀態(tài)方程中進(jìn)行計(jì)算，可以得出該邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸 出時(shí)鐘脈沖Qf|QiM|Q十or】QomlYCP2:CP1CPC0000010100101001gm010011013t：i011100013m10000011i表中的第一行取值，在現(xiàn)態(tài)二ooo時(shí)，先計(jì)算次態(tài)為二oi,由于cpi= Qo,其由0躍到1為正躍變，故FF1保持0態(tài)不變，這時(shí)丨=001。表中的第二行取值，在現(xiàn)態(tài)為 WQrQf 001時(shí)，得心00,這時(shí)CP1=Q o由1躍到0為負(fù)躍變，F(xiàn)F1由0態(tài)翻到 1態(tài)，這時(shí)（上"0"弋17 = 010。其余依此類(lèi)

10、推。 邏輯功能說(shuō)明:由上表可看出，該電路在輸入第 5個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，返回初始的000狀態(tài)，同時(shí)輸出端丫輸出一個(gè) 負(fù)躍變的進(jìn)位信號(hào)，因此，該電路為異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表可畫(huà)出該電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖，如下圖所示/InIII7.3計(jì)數(shù)器教學(xué)要求0理解計(jì)數(shù)器的分類(lèi)、理解計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律。掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的組成和工作原理其應(yīng)用。掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能及關(guān)于計(jì)數(shù)器的概述。計(jì)數(shù)器：用以統(tǒng)計(jì)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP個(gè)數(shù)的電路，還常用于分頻和定時(shí)等。計(jì)數(shù)器的組成：有觸發(fā)器和邏輯門(mén)組成。計(jì)數(shù)器的分類(lèi)：按照控制方式分：異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器。按照計(jì)數(shù)增減分：加法計(jì)數(shù)器、減

11、法計(jì)數(shù)器和加減法計(jì)數(shù)器。按照計(jì)數(shù)進(jìn)制分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。0計(jì)數(shù)器的“模”：計(jì)數(shù)器累計(jì)輸入脈沖的最大數(shù)目稱(chēng)為“?！保肕表示。、異步計(jì)數(shù)器。異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖只加到部分觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上，而其它觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)則由電 路內(nèi)部提供，應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器狀態(tài)更新有先有后的計(jì)數(shù)器，稱(chēng)作異步計(jì)數(shù)器。1、異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：0電路結(jié)構(gòu)及工作原理演示：二進(jìn)制工作原理.0狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q00000010001200103001140100501016011070111810009100110101011

12、10111211001311011411101511111600000邏輯功能分析由該表可看出：當(dāng)輸入第16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，觸發(fā)器都返回到初始的 Q3Q2Q1Q60000狀態(tài) 計(jì)數(shù)器的Q3輸出一個(gè)負(fù)躍變的進(jìn)位信號(hào)。從輸入第 17個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP開(kāi)始，計(jì)數(shù)器又開(kāi)始了新的 環(huán)?？梢?jiàn)，該電路為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從其工作波形又可看出：輸入的計(jì)數(shù)脈沖每經(jīng)一級(jí)觸發(fā)器， 增加一倍，即頻率降低一半。所以， 該計(jì)數(shù)器也是一個(gè)16分頻器。0D觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯圖分析方法和邏輯功能同上述電路完全一樣。(2)異步二進(jìn)制 減法計(jì)數(shù)：0二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則：1-1 = 0, 0-1不夠，向相鄰高位借1作2

13、,這時(shí)可視為(1)0 - 1 = 1。如二進(jìn)制數(shù)0000-1時(shí)，可視為 (1)0000-1 = 1111; 1111-1=1110,其余減法運(yùn)算以此類(lèi)推。由上討論可知，4位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的關(guān)鍵是在輸入第1個(gè)減法計(jì)數(shù)脈沖后，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)由0000翻到1111。電路結(jié)構(gòu)：下圖所示為由JK觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的邏輯圖。FF3FFo都為T(mén)觸發(fā)器，負(fù) 躍變觸發(fā)。為了能實(shí)現(xiàn)向相鄰高位觸發(fā)器輸出借位信號(hào)，要求低位觸發(fā)器由0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)時(shí)能使高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，因此，低位觸發(fā)器應(yīng)從 Q端輸出借位信號(hào)。CPJUL-1J OC1 1監(jiān)< R0aFFfFP|FF1J >

14、;C1 IK R1J >C1 IK R亠ir >C1 IKRaD-Y3JYD。工作原理: 計(jì)數(shù)前在置0端Kd上加負(fù)脈沖，使各觸發(fā)器都為 0狀態(tài)，即Q3Q2Q1Q0 = 0000狀態(tài)。在 減法計(jì)數(shù)過(guò)程中，15為高電平。當(dāng)輸入第一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，第一位觸發(fā)器FFo由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，爸 端輸出 負(fù)躍變的借位信號(hào)， 使FF1由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，輸出負(fù)躍變的借位信號(hào)，使FF2由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)。同理，F(xiàn)F3也由0 狀態(tài)翻到1狀態(tài)，4輸出一個(gè)負(fù)躍變的借位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器翻到 Q3Q2Q1Q0 = 1111。當(dāng)CP端輸入第二個(gè)減法計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為 Q3Q2Q1Q0 = 1110。工作

15、波形：123456789 W H 1213 U 1516a_I! i iriii1 i1F"|n ；! !L-i1 ii iii vv11I1rlQt 1111IHiiit& jmrLTLrLrLrLrLrLrLrLrLrLrwv n>Ii i g j!I!_!-IIIII ugadai 111 oooio oooo0000 1H10001狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q0000001111121110311014110051011610107100181000901111001101101011201001300111400101

16、500011600002、異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器是在4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)適當(dāng)修改獲得的。它跳過(guò)了10101111六個(gè)狀態(tài)，利用自然二進(jìn)制數(shù)的前十個(gè)狀態(tài)00001001實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。O狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q0000001000120010300114010050101601107011181000910011000000電路結(jié)構(gòu):由4個(gè)JK觸發(fā)器組成的8421BCD碼異步十進(jìn)制計(jì)器的邏輯圖。工作波形:12345678910a 丨丨 1111_1 1'!1e ! ! 11I11 LLa&ae!6010000

17、1OD1 QOOO3、集成異步計(jì)數(shù)器CT74LS290下圖左側(cè)所示為集成異步二五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS290勺電路結(jié)構(gòu)框圖(未畫(huà)出置0和置9輸入端)。由該圖可看出，CT74LS290由一個(gè)一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩部分組成。下圖有 側(cè)所示為CT74LS290勺邏輯功能示意圖。圖中F0A和FOB為置0輸入端，S9A和S9B為置9輸入端。OCT74LS29 0結(jié)構(gòu)框圖和邏輯功能示意圖fio 2i Qi 035>CP.0A盡DB敢1CT74LS29OOCT74LS290功 能表輸入輸出說(shuō)明F0 A .R0BRA.R9BCPC3Q2QiQ010X0000置001X1001置900計(jì)數(shù)

18、0邏輯功能異步置0功能：當(dāng)F0 = R)a R)b= 1、S9= S9A S9B= 0時(shí)，計(jì)數(shù)器置0,艮卩QQ2Q1QO0000。與時(shí) 鐘脈沖CP沒(méi)有關(guān)系。因此，這是異步置 0。異步置 9 功能：當(dāng) S9= S9A S9B= 1、F0= R)A R)B= 0 時(shí)，計(jì)數(shù)器置 9，即卩 Q3Q2Q1Q01001，它也 與CP無(wú)關(guān)。顯然這是異步置9。計(jì)數(shù)功能：當(dāng)R)a.R3B= 0、S9A S9B= 0時(shí)，CT74LS29C處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，有下面四種情況，即計(jì)數(shù)脈沖由CF0端輸入，從Q0輸出時(shí)，則構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖由CP1端輸入，輸出為Q3Q2Q時(shí)，則構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如Q0和CP

19、1相連，脈沖由CPo端輸入，輸出為Q3Q2Q1Q時(shí)，構(gòu)成8421BCD碼異步十如Q3和CP）相連，脈沖由CP1端輸入，輸出為Q0Q3Q2Q時(shí)，構(gòu)成5421BCD碼異步- 數(shù)器。-進(jìn)制計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制加法計(jì)。利用異步置0功能獲得N進(jìn)制（任意進(jìn)制）計(jì)數(shù)器利用計(jì)數(shù)器的異步置0功能可獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這時(shí)，只要異步置0輸入端出現(xiàn)置0信號(hào)，計(jì)數(shù)器便立刻被置0。因此，利用異步置0輸入端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)在輸入第 N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通 過(guò)控制電路（或反饋線）產(chǎn)生一個(gè)置 0信號(hào)加到異步置0輸入端上，使計(jì)數(shù)器置0,便實(shí)現(xiàn)了 N進(jìn)制計(jì)數(shù)。 具體方法如下：用S1，S2, ,， SN表示輸入1，2，,， N個(gè)計(jì)數(shù)

20、脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。.寫(xiě)出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。.寫(xiě)出反饋歸零函數(shù)。這實(shí)際上是根據(jù) SN寫(xiě)置0端的邏輯表達(dá)式。.畫(huà)連線圖。主要根據(jù)反饋歸零函數(shù)畫(huà)連線圖。例、試用CT74LS290勾成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：寫(xiě)出S6的二進(jìn)制代碼：S6 = 0110。 寫(xiě)出反饋歸零函數(shù)。由于CT74LS290勺異步 置0信號(hào)為高電平1,因此，只有在Roa和Roe同時(shí)為高電平 1時(shí)，計(jì)數(shù)器才能被置0,所以Ro = Rda Rdb= Q2 Qi。 畫(huà)連線圖。由上式可知，要實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)， 應(yīng)將Rda和F0B分別接Q2 Q1,同時(shí)將S9A和S9B接0。由于計(jì) 數(shù)容量為6,大于5,還應(yīng)將Q0和CP1相連。Co1

21、a汁數(shù)輸入a1 CT：r+LS290OBP*-L點(diǎn)擊進(jìn)入“同步計(jì)數(shù)器”7.4寄存器和移位寄存器教學(xué)要求理解寄存器和移位寄存器的作用和工作原理 了解集成移位寄存器的作用0寄存器是存放數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果或指令的電路，移位寄存器不但可存放數(shù)碼，而且在移位脈沖作用 下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。寄存器和移位寄存器是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中常用的基本 邏輯部件。0個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制代碼，n個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)n位二進(jìn)制代碼。因此，觸發(fā)器是寄存器 和移位寄存器的重要組成部分。一、寄存器。用以存放二進(jìn)制代碼的電路稱(chēng)作寄存器。下面請(qǐng)看寄存器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理寄奇器寄存器.avi、移位寄存器o具有存放數(shù)碼

22、和使數(shù)碼逐位右移或左移的電路稱(chēng)作移位寄存器，又稱(chēng)移存器。1單向移位寄存器0右移位寄存器電路結(jié)構(gòu):下圖所示為由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位右移位寄存器。這4個(gè)D觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào),因此為同步時(shí)序邏輯電路，數(shù)碼由 FFO的DO端串行輸入。0右移位寄存器工作原理:移位寄存器.0右移位寄存器狀態(tài)表:移位脈沖輸入數(shù)據(jù)移位寄存器中的數(shù)據(jù)Q0Q1Q2Q3000001110002001003110104111010左移位寄存器電路結(jié)構(gòu)：下圖所示為由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位左移位寄存器。其工作原理和右移位寄存器相同 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和右移寄存器類(lèi)似，只有輸入、輸出方向上的區(qū)別。O邏輯功能圖:輸入輸出說(shuō)

23、明CRM 1M 0CPDSLDSRD0DiD2D3QdQiQ2Q30XXXXXXXXX0000置零1XX0XXXXXX保持111XXd0d1d2d3dod1d2d3:并行置數(shù)101X1XXXX1coQiQ2右移入1101X0XXXX0coQiQ2右移入0110fX1XXXXQiQ2Q31左移入1101fX0XXXXQiQ2Q30左移入0100XX1XXXX保持2.雙向移位寄存器 CT74LS194。邏輯示意圖：右圖為4位雙向移位寄存器CT74LS194的邏 輯功能示意圖。圖中囲為置零端，DoD3為并行輸 入端，DSR為右移串行數(shù)碼輸入端，DSL為左移串行 數(shù)碼輸入端，Mo和Ml為工作方式控制端

24、，QoQ3 為并行數(shù)碼輸出端，CP為移位脈沖輸入端。cpCT74LS194CR Dq Dj DjCRSL二、移位寄存器的應(yīng)用1.環(huán)形計(jì)數(shù)器。邏輯圖:>ci I>ci H>ci i>ciCP 計(jì)O工作波形:L 2 S 456w_rLTTTTTT_TLria-11i2 1 1i iA1 IIiQjji0狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表:計(jì)數(shù)脈沖現(xiàn)態(tài)次態(tài)QilQ評(píng)Q5+1QT+1QS+10000100101001001002010010003100000010邏輯功能：4位環(huán)形計(jì)數(shù)器只有4個(gè)有效工作狀態(tài)，即只能計(jì)4個(gè)數(shù)。而由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計(jì)16個(gè)不同的狀態(tài)，因此，4位環(huán)形計(jì)數(shù)器有12個(gè)

25、無(wú)效狀態(tài)，所以，環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)利用率是如環(huán)形計(jì)數(shù)器由于某種原因而進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)， 只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP電路就會(huì)自動(dòng)返回有效 作。2 扭環(huán)計(jì)數(shù)器（約翰遜計(jì)數(shù)器）。邏輯圖:>C1眄1D>C1一 1D -AC10工作波形:CPaq2123456789-TLrLrLrLTLrLrLrLrLio狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表:計(jì)數(shù)脈沖現(xiàn)態(tài)次態(tài)QoQ評(píng)Q?+1Qg+1000000001100010011200110111301111111411111110511101100611001000710000000。邏輯功能:4位扭環(huán)計(jì)數(shù)器共有8個(gè)有效工作狀態(tài)，即可計(jì)8個(gè)數(shù)，比環(huán)形計(jì)數(shù)器多了一倍，但仍有 狀態(tài)

26、。如果由于某種原因進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP電路就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入有效狀。七進(jìn)制扭環(huán)計(jì)數(shù)器介紹:CPXXX上圖所示為由雙向移位寄存器 CT74LS194組成的扭環(huán)計(jì)數(shù)器。由該圖可看出：它是將輸出C3和C2的信號(hào)通過(guò)與非門(mén)加在右移串行輸入端 DSR上,即DS 它說(shuō)明，在輸出C3、C2中任一為0時(shí)，DSR= 1;只有C3和C2同時(shí)為1時(shí)，DSR= 0,這是DSR輸入 據(jù)的根據(jù)。設(shè)雙向移位寄存器 CT74LS194的初始狀態(tài)為C0CiC2C3= 1000，置0端樸為高電平1。 M0 = 01，因此，電路在計(jì)數(shù)脈沖CP作用下，執(zhí)行右移操作。四、順序脈沖發(fā)生器。順序脈沖是指在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，在時(shí)

27、間上按一定先后順序排列的脈沖信號(hào)。產(chǎn)生順序脈沖信號(hào) 的電路稱(chēng)為順序脈沖發(fā)生器。在數(shù)字系統(tǒng)中，常用以控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。右圖所示為由雙向移位寄存器 CT74LS194 構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器。當(dāng)取 Mi Mo = 10、I = 1、 D0DiD2DB= 0001，并使電路處于 CdQC2C3= DdDiD2Db =0001，同時(shí)將C0和左移串行數(shù)碼輸入端CSL相連 時(shí)，這時(shí)，隨著移位脈沖CP的輸入，電路開(kāi)始左移 操作，由QC0端依次輸出順序脈沖。順序脈沖的 寬度為CP的一個(gè)周期。它實(shí)際上也是一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)Qi & &riiiCP'>Mi1CT7

28、4LS194 楓0XD皿CR Dq Dj 0 DjYI I I I10 0 0 1L 2 S 45678。下圖所示為其工作波形圖:%ictaicrs % 巧 sb _ 二 _ 一一一 ill X X X X-5>rlx一嗎n頁(yè)-耳耳0右圖所示為由同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS161和輸出低電平有效的3線8線譯碼器CT74LS138勾成的順序脈沖發(fā)生器。由于 CT74LS161輸出C2、Q、C0的狀態(tài)按自然二進(jìn)制序態(tài)從 000 111循環(huán)變化，因此，它可作為譯碼器CT74LS138的 三位二進(jìn)制代碼輸入，分別與 A2、Al、A0對(duì)應(yīng)相 連。這時(shí)電路在輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP作用下，譯碼器的 07依

29、次輸出低電平順序脈沖。為了防止產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，這里將計(jì)數(shù)脈沖CP經(jīng)非門(mén)反相后作為選通脈沖 CP接到CT74LS138 的使能端SAT上來(lái)控制譯碼器的工作。當(dāng)輸入計(jì)數(shù)脈沖 CP的上升沿到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，與此同時(shí)， 非門(mén)輸出CP使CTA為低電平0,譯碼器被封鎖而停止工作，07輸出高電平。當(dāng)CP下降沿到來(lái)后，CP為高電平1這時(shí)ST2 1譯碼器工作，相應(yīng)輸出端輸出低電平。由上分析可看出，選通脈沖CP使譯碼器的譯碼工作時(shí)間和計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)了，從而有效地消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。Q下圖所示為其工作波形圖：1234678LT 耳U召 LI耳U耳U石U弘U(xiǎn)耳LI7.5同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)教學(xué)

30、要求 了解同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法0同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與分析正好相反， 它是根據(jù)給定邏輯功能的要求，設(shè)計(jì)出能滿足要求的 同步時(shí)序邏輯電路。、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法如下：0根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。狀態(tài)化簡(jiǎn)。在擬定狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)，在滿足邏輯功能要求的前提下，電路越簡(jiǎn)單越好。狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表?；?jiǎn)后的電路狀態(tài)通常采用自然二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。每個(gè)觸發(fā)器表示一位二進(jìn)制數(shù)，因此，觸發(fā)器的數(shù)目 n可按下式確定：2n>N>2n 1O選擇觸發(fā)器的類(lèi)型，求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程。0根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫(huà)邏輯圖。0檢查電路有無(wú)自啟動(dòng)能

31、力。如設(shè)計(jì)的電路存在無(wú)效狀態(tài)時(shí)，應(yīng)檢查電路進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)后，能否在 時(shí)鐘脈沖作用下自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。如能回到有效狀態(tài)，則電路有自啟動(dòng)能力；如不能，貝U需修改設(shè) 計(jì)，使電路具有自啟動(dòng)能力。二、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例例、試設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。由于是七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此，應(yīng)有 7個(gè)不同的 狀態(tài)。分別用So，Si，,， S6表示，在狀態(tài)為S6時(shí)輸出丫=1。當(dāng)輸入第7個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器返回初 始狀態(tài)，同時(shí)，輸出Y向高位計(jì)數(shù)器送出一個(gè)進(jìn)位脈沖。/I 狀態(tài)化簡(jiǎn)。七進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有7個(gè)不同的狀態(tài)，已不能再作狀態(tài)化簡(jiǎn)。 狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù)式

32、2n>N>2n-L可知，在n=7時(shí)，n=3，即采用三位二 進(jìn)制代碼。該計(jì)數(shù)器選用三位自然二進(jìn)制加法計(jì) -1數(shù)編碼，即S0=000, S仁001, ,， S6=110。由此可列 出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表：狀態(tài)順序現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出QoQ1丫S00000010S10010100S20100110S30111000S41001010S51011100S61100001 選擇觸發(fā)器的類(lèi)型，求出狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。這里選用JK觸發(fā)器，其特性方程為：L* 根據(jù)上表可以得出" 丫的卡諾圖:nn+l _*Q2 、Q；q8qn 00010000(1jE00T00<LX0100?Qo V DOQ評(píng)qX 0001000CT110X010000010a0?Qo< 00 01 11 10根據(jù)卡諾圖地：輸出方程:Q?+1= QTQoO+qVq?Q?+1= Qo«f+Q2QuQ?狀態(tài)方