第5章時序邏輯電路的概述

1、數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)12.4.1 時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)與特點時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)與特點 按照邏輯功能和電路組成的不同特點常常把數(shù)字電路分成兩按照邏輯功能和電路組成的不同特點常常把數(shù)字電路分成兩大類，一類是在第大類，一類是在第11章已經(jīng)介紹的組合邏輯電路，還有一類就是章已經(jīng)介紹的組合邏輯電路，還有一類就是本章著重學(xué)習(xí)的時序邏輯電路。本章著重學(xué)習(xí)的時序邏輯電路。 在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且還和電路原來狀態(tài)有關(guān)者，都叫做時序邏輯電路，簡輸入，而且還和電路原來狀態(tài)有關(guān)者，都叫做時序邏輯電路，簡稱時序電路。稱時序

2、電路。 時序電路的狀態(tài)是靠具有存儲功能的觸發(fā)器所組成的存儲電時序電路的狀態(tài)是靠具有存儲功能的觸發(fā)器所組成的存儲電路來記憶和表征的，所以，從電路組成來看時序電路一定包含有路來記憶和表征的，所以，從電路組成來看時序電路一定包含有觸發(fā)器。存儲電路的輸出狀態(tài)反饋到組合電路的輸入端，與輸入觸發(fā)器。存儲電路的輸出狀態(tài)反饋到組合電路的輸入端，與輸入信號一起，共同決定組合邏輯電路的輸出。它的結(jié)構(gòu)示意圖信號一起，共同決定組合邏輯電路的輸出。它的結(jié)構(gòu)示意圖見圖見圖5.18。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 在圖在圖5.18所示的時序電路示意框圖中，所示的時序電路示意框圖中，X1Xi為時序電路的輸為時序電路的輸入端，入端，

3、Z1 Zj為時序電路的輸出端，為時序電路的輸出端，Y1Ym為存儲電路的驅(qū)動輸為存儲電路的驅(qū)動輸入端（又稱為激勵輸入端），入端（又稱為激勵輸入端），Q1Qk為存儲電路的狀態(tài)。為存儲電路的狀態(tài)。時序邏輯電路具有如下特點：時序邏輯電路具有如下特點： （1）功能上電路的輸出狀態(tài)不僅與即刻輸入變量的狀態(tài)有關(guān)，）功能上電路的輸出狀態(tài)不僅與即刻輸入變量的狀態(tài)有關(guān)，而且與系統(tǒng)原先的狀態(tài)有關(guān)。而且與系統(tǒng)原先的狀態(tài)有關(guān)。 組合電路 存儲電路 X1 Xi Z1 Zj Q1 Qk Y1 Ym 輸入 輸出 圖圖5.18 時序邏輯電路結(jié)構(gòu)框圖時序邏輯電路結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （2）結(jié)構(gòu)上由組合電路和存儲電路（

4、記憶單元）組成，其中存）結(jié)構(gòu)上由組合電路和存儲電路（記憶單元）組成，其中存儲電路一般由觸發(fā)器構(gòu)成。儲電路一般由觸發(fā)器構(gòu)成。 （3）“狀態(tài)狀態(tài)”的概念十分重要。存儲電路當(dāng)前時刻的狀態(tài)，稱的概念十分重要。存儲電路當(dāng)前時刻的狀態(tài)，稱為為“現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)”或或“原態(tài)原態(tài)”；下一時刻的狀態(tài)，稱為；下一時刻的狀態(tài)，稱為“次態(tài)次態(tài)”或或“新新態(tài)態(tài)”。 上面講的是時序邏輯電路的完整框圖，以后還會看到，在有上面講的是時序邏輯電路的完整框圖，以后還會看到，在有些具體的時序電路中，并不都具備些具體的時序電路中，并不都具備如圖如圖5.18所示的完整形式。例所示的完整形式。例如，有的時序電路中沒有組合電路部分，有的時序電路又

5、可能沒如，有的時序電路中沒有組合電路部分，有的時序電路又可能沒有輸入邏輯變量，或者不存在獨立設(shè)置的輸出，而以電路的狀態(tài)有輸入邏輯變量，或者不存在獨立設(shè)置的輸出，而以電路的狀態(tài)直接作為輸出。但它們在邏輯功能上仍具有時序電路的基本特征。直接作為輸出。但它們在邏輯功能上仍具有時序電路的基本特征。 例如電子表，當(dāng)前時刻的狀態(tài)是例如電子表，當(dāng)前時刻的狀態(tài)是11:25:31（11時時25分分31秒），秒），在秒脈沖的作用下，下一時刻的狀態(tài)是在秒脈沖的作用下，下一時刻的狀態(tài)是11:25:32（11時時25分分32秒）。秒）。 它由具有它由具有“記憶記憶”功能的功能的“存儲電路存儲電路”記住計時電路當(dāng)前時刻記

6、住計時電路當(dāng)前時刻的狀態(tài)，并產(chǎn)生下一時刻的狀態(tài)。的狀態(tài)，并產(chǎn)生下一時刻的狀態(tài)。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)12.4.2 時序邏輯電路的分類時序邏輯電路的分類 按電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步可分為同步時序電路和異按電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步可分為同步時序電路和異步時序電路。步時序電路。 （1）同步時序電路：電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的）同步時序電路：電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器是同步翻轉(zhuǎn)的。因為在這種時序電路中，其狀態(tài)的改變受觸發(fā)器是同步翻轉(zhuǎn)的。因為在這種時序電路中，其狀態(tài)的改變受同一個時鐘脈沖控制，各個觸發(fā)器的同一個時鐘脈沖控制，各個觸發(fā)器的CP信號都是輸入時鐘脈沖。信號都是輸

7、入時鐘脈沖。 （2）異步時序電路：電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的）異步時序電路：電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器，有的先翻轉(zhuǎn)，有的后翻轉(zhuǎn)，是異步進行的。因為在這種觸發(fā)器，有的先翻轉(zhuǎn)，有的后翻轉(zhuǎn)，是異步進行的。因為在這種時序電路中，有的觸發(fā)器，其時序電路中，有的觸發(fā)器，其CP信號就是輸入時鐘脈沖，有的觸信號就是輸入時鐘脈沖，有的觸發(fā)器則不是，而是其它觸發(fā)器的輸出。發(fā)器則不是，而是其它觸發(fā)器的輸出。 按邏輯功能劃分有計數(shù)器、寄存器、移位寄存器、讀按邏輯功能劃分有計數(shù)器、寄存器、移位寄存器、讀/寫存儲寫存儲器、順序脈沖發(fā)生器等。在科研、生產(chǎn)和生活中，完成各種各樣器、順序脈沖發(fā)生器等。在科

8、研、生產(chǎn)和生活中，完成各種各樣操作的時序邏輯電路是千變?nèi)f化的，這里提到的只是幾種比較典操作的時序邏輯電路是千變?nèi)f化的，這里提到的只是幾種比較典型的電路。型的電路。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)12.4.3 時序邏輯電路功能的描述方法時序邏輯電路功能的描述方法 時序電路功能的描述方法和上一章講的觸發(fā)器有一些相似，時序電路功能的描述方法和上一章講的觸發(fā)器有一些相似，但這里的描述對象考慮的是整個時序電路。但這里的描述對象考慮的是整個時序電路。 1邏輯方程式 時序電路的邏輯功能可以用輸出方程、驅(qū)動方程和狀態(tài)方程時序電路的邏輯功能可以用輸出方程、驅(qū)動方程和狀態(tài)方程全面描述。因此，只要能寫出給定邏輯電路的這三個

9、方程，它的全面描述。因此，只要能寫出給定邏輯電路的這三個方程，它的邏輯功能也就表示清楚了。根據(jù)這三個方程，就能夠求得在任何邏輯功能也就表示清楚了。根據(jù)這三個方程，就能夠求得在任何給定輸入變量狀態(tài)和電路狀態(tài)下電路的次態(tài)和輸出。給定輸入變量狀態(tài)和電路狀態(tài)下電路的次態(tài)和輸出。 2狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 從理論上講，有了驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和輸出方程以后，時從理論上講，有了驅(qū)動方程、狀態(tài)方程和輸出方程以后，時序電路的邏輯功能就已經(jīng)描述清楚了。但從這一組方程式中還不序電路的邏輯功能就已經(jīng)描述清楚了。但從這一組方程式中還不能獲得電路邏輯功能的完整印象。這主要是由于電路每一時刻的能獲得電路邏輯功能的完整印象。這主要是由于

10、電路每一時刻的狀態(tài)都和電路的歷史情況有關(guān)的緣故。由此可以想到，如果把電狀態(tài)都和電路的歷史情況有關(guān)的緣故。由此可以想到，如果把電數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)路在一系列時鐘信號作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全部過程找出來，則電路路在一系列時鐘信號作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全部過程找出來，則電路的邏輯功能便可一目了然了。的邏輯功能便可一目了然了。 若將任何一組輸入變量及電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸若將任何一組輸入變量及電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可算得電路次態(tài)和輸出值；以得到的次態(tài)作為新的初出方程，即可算得電路次態(tài)和輸出值；以得到的次態(tài)作為新的初態(tài)，和這時的輸入變量取值一起，再代入狀態(tài)方程和輸出方程進態(tài)，和這時的

11、輸入變量取值一起，再代入狀態(tài)方程和輸出方程進行計算，又可得到一組新的次態(tài)和輸出值。如此繼續(xù)，將結(jié)果列行計算，又可得到一組新的次態(tài)和輸出值。如此繼續(xù)，將結(jié)果列為真值表形式，便得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表）。為真值表形式，便得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表）。3狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 為了以更加形象的方式立體地表示出時序電路的邏輯功能，為了以更加形象的方式立體地表示出時序電路的邏輯功能，有時還進一步把狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的內(nèi)容表示成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式。它有時還進一步把狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的內(nèi)容表示成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的形式。它比狀態(tài)表更為清晰、直觀地描述了同步時序邏輯電路的狀態(tài)變化。比狀態(tài)表更為清晰、直觀地描述了同步時序邏輯電路的

12、狀態(tài)變化。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中以圓圈表示電路的各個狀態(tài)，以箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中以圓圈表示電路的各個狀態(tài)，以箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向。同時，還在箭頭旁注明狀態(tài)轉(zhuǎn)換前的輸入變量取值和換的方向。同時，還在箭頭旁注明狀態(tài)轉(zhuǎn)換前的輸入變量取值和輸出值。通常將輸入變量取值寫在斜線以上，將輸出值寫在斜線輸出值。通常將輸入變量取值寫在斜線以上，將輸出值寫在斜線數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)以下。以下。4時序圖 為便于用實驗觀察的方法檢查時序電路的邏輯功能，還可以為便于用實驗觀察的方法檢查時序電路的邏輯功能，還可以將狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的內(nèi)容畫成時間波形的形式。在時鐘脈沖序列作用將狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的內(nèi)容畫成時間波形的形式。在時鐘脈沖

13、序列作用下，電路狀態(tài)、輸出狀態(tài)隨時間變化的波形圖叫做時序圖。下，電路狀態(tài)、輸出狀態(tài)隨時間變化的波形圖叫做時序圖。 由于這三種方法和方程組一樣，都可以用來描述同一個時序由于這三種方法和方程組一樣，都可以用來描述同一個時序電路的邏輯功能，所以它們之間可以互相轉(zhuǎn)換。電路的邏輯功能，所以它們之間可以互相轉(zhuǎn)換。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 所謂時序邏輯電路的分析，就是根據(jù)已知的時序電路找出該所謂時序邏輯電路的分析，就是根據(jù)已知的時序電路找出該電路所實現(xiàn)的邏輯功能。具體地講，就是要求找出電路的狀態(tài)和電路所實現(xiàn)的邏輯功能。具體地講，就是要求找出電路的狀態(tài)和輸出的狀態(tài)在輸入變量和時鐘信號作用下的變化規(guī)律。給定的是

14、輸出的狀態(tài)在輸入變量和時鐘信號作用下的變化規(guī)律。給定的是時序邏輯電路，待求的是狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時序圖。時序邏輯電路，待求的是狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時序圖。 圖圖5.19中給出了分析時序電路的一般過程。通常有兩種方法：中給出了分析時序電路的一般過程。通常有兩種方法：直觀分析法與狀態(tài)方程分析法。直觀分析法與狀態(tài)方程分析法。 如果該電路的連線簡單且規(guī)律性強，無須用狀態(tài)方程分析法如果該電路的連線簡單且規(guī)律性強，無須用狀態(tài)方程分析法進行分析，只需作簡單的觀察與推斷就可畫出時序波形圖或狀態(tài)進行分析，只需作簡單的觀察與推斷就可畫出時序波形圖或狀態(tài)圖，該分析方法稱為圖，該分析方法稱為“直觀分析法直觀分析法”。 狀態(tài)

15、方程分析法是一種系統(tǒng)規(guī)范的通用方法，要對電路列方狀態(tài)方程分析法是一種系統(tǒng)規(guī)范的通用方法，要對電路列方程演算，原則上適用于所有時序邏輯電路。程演算，原則上適用于所有時序邏輯電路。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 本節(jié)重點介紹狀態(tài)方程分析法。同步時序電路中所有觸發(fā)器本節(jié)重點介紹狀態(tài)方程分析法。同步時序電路中所有觸發(fā)器都是在同一個時鐘脈沖作用下的，其分析方法比較簡單。在分析都是在同一個時鐘脈沖作用下的，其分析方法比較簡單。在分析時序電路時，應(yīng)設(shè)法寫出電路的三種方程，找出該時序電路所對時序電路時，應(yīng)設(shè)法寫出電路的三種方程，找出該時序電路所對應(yīng)的狀態(tài)表和狀態(tài)圖。具體可按如下步驟進行分析：應(yīng)的狀態(tài)表和狀態(tài)圖。具體

16、可按如下步驟進行分析： （1）根據(jù)給定的時序電路，寫出電路的輸出方程。）根據(jù)給定的時序電路，寫出電路的輸出方程。 （2）寫出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程，也就是各觸發(fā)器的輸入信）寫出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程，也就是各觸發(fā)器的輸入信號（激勵）的邏輯表達式。號（激勵）的邏輯表達式。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖5.19 時序邏輯電路分析的一般過程時序邏輯電路分析的一般過程 （3）將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程，得到每個觸發(fā)器）將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程，得到每個觸發(fā)器的狀態(tài)方程。的狀態(tài)方程。 （4）根據(jù)上述方程，求出該時序電路相對應(yīng)的狀態(tài)表。方法是：）根據(jù)上述方程，求出該時序電路相對應(yīng)的狀態(tài)表。方法

17、是：設(shè)定電路的現(xiàn)態(tài)為某初態(tài)，代入上述觸發(fā)器的狀態(tài)方程和輸出方設(shè)定電路的現(xiàn)態(tài)為某初態(tài)，代入上述觸發(fā)器的狀態(tài)方程和輸出方程中進行計算，得到次態(tài)，再將它作為現(xiàn)態(tài)代入上述方程，將得程中進行計算，得到次態(tài)，再將它作為現(xiàn)態(tài)代入上述方程，將得數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)到下一個狀態(tài)，這樣反復(fù)由現(xiàn)態(tài)推算得次態(tài)，寫出狀態(tài)圖或時序到下一個狀態(tài)，這樣反復(fù)由現(xiàn)態(tài)推算得次態(tài)，寫出狀態(tài)圖或時序圖，以便直觀地表示該時序電路的邏輯功能。圖，以便直觀地表示該時序電路的邏輯功能。 （5）若電路中存在著無效狀態(tài)（即電路未使用的狀態(tài)）應(yīng)檢查）若電路中存在著無效狀態(tài)（即電路未使用的狀態(tài)）應(yīng)檢查電路能否自啟動。電路能否自啟動。 （6）文字?jǐn)?/p>

18、述該時序電路的邏輯功能。）文字?jǐn)⑹鲈摃r序電路的邏輯功能。 需要說明的是，上述步驟不是必須執(zhí)行的固定程序，實際應(yīng)需要說明的是，上述步驟不是必須執(zhí)行的固定程序，實際應(yīng)用中可根據(jù)題目要求或具體情況加以取舍。下面舉例說明。用中可根據(jù)題目要求或具體情況加以取舍。下面舉例說明?！纠?.5】試試分析圖分析圖5.20所示時序電路，畫出狀態(tài)圖和時序圖。所示時序電路，畫出狀態(tài)圖和時序圖。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖5.20 例例5.5的邏輯電路圖的邏輯電路圖解：由于解：由于 210CPCPCPCP電路。對于同步時序電路各個觸發(fā)器的時鐘信號是相同的，都是電路。對于同步時序電路各個觸發(fā)器的時鐘信號是相同的，都是輸入

19、輸入CP脈沖。觸發(fā)器都接至同一個時鐘脈沖源脈沖。觸發(fā)器都接至同一個時鐘脈沖源CP，所以各觸發(fā)，所以各觸發(fā)器的時鐘方程可以不寫。器的時鐘方程可以不寫。（1）寫出輸出方程為）寫出輸出方程為，可見圖可見圖5.20所示是一個同步時序所示是一個同步時序12nnZQ Q數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)寫出驅(qū)動方程為寫出驅(qū)動方程為212110100202 nnnnnnJQKQJQKQJQKQ122222121211111110101010000020202nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQJ QK QQ QQ QQQJ QK QQ QQ QQQJ QK QQ QQ QQ121110102nnnnnn

20、QQQQQQ（2）寫出）寫出JK觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程 1nnnQJQKQ方程代入方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程觸發(fā)器的特性方程，得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程，然后將各驅(qū)動，然后將各驅(qū)動12nnZQ Q數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（3）由方程組計算出狀態(tài)表。設(shè)電路的現(xiàn)態(tài)為）由方程組計算出狀態(tài)表。設(shè)電路的現(xiàn)態(tài)為 210 000nnnQ Q Qa， 代入上述觸發(fā)器的次態(tài)方程和輸出方程中進行計算，得到次態(tài)為代入上述觸發(fā)器的次態(tài)方程和輸出方程中進行計算，得到次態(tài)為001，再將它作為現(xiàn)態(tài)代入上述方程，將得到下一個狀態(tài)，這樣，再將它作為現(xiàn)態(tài)代入上述方程，將得到下一個狀態(tài)，這樣，反復(fù)由

21、現(xiàn)態(tài)推算得次態(tài)，得到電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表反復(fù)由現(xiàn)態(tài)推算得次態(tài)，得到電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表如表5.8所示。所示。 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（4）根據(jù)表根據(jù)表5.8所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表加以整理，可得電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表加以整理，可得電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖如圖如圖5.21所示。所示。 /0 /0 /0 /0 （a）有效循環(huán) 010 101 （b）無效循環(huán) /0 /1 210nnnQ Q Q 000 001 011 /1 /0 100 110 111 /Z 圖圖5.21 電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 （5）關(guān)于狀態(tài)圖還需要說明。本電路用了）關(guān)于狀態(tài)圖還需要說明。本電路用了3個觸發(fā)器，電路應(yīng)個觸發(fā)器，電路應(yīng)

22、該有該有2n=23=8（n為觸發(fā)器數(shù)目）個狀態(tài)。從狀態(tài)圖中可以看出，為觸發(fā)器數(shù)目）個狀態(tài)。從狀態(tài)圖中可以看出，電路只有效使用了電路只有效使用了6個狀態(tài)，個狀態(tài)，000、001、011、111、110、100，這這6個狀態(tài)稱為有效狀態(tài)。電路在個狀態(tài)稱為有效狀態(tài)。電路在CP控制脈沖作用下，正常工作控制脈沖作用下，正常工作時是在有效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為有效循環(huán)。時是在有效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為有效循環(huán)。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 該電路還有兩個狀態(tài)，該電路還有兩個狀態(tài)，101、010沒有使用，這兩個狀態(tài)稱為沒有使用，這兩個狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。電路在無效狀態(tài)。電路在CP脈沖作用下，在無效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為

23、脈沖作用下，在無效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為無效循環(huán)。無效循環(huán)。 所謂電路能夠自啟動，就是當(dāng)電源接通或者由于干擾信號的影所謂電路能夠自啟動，就是當(dāng)電源接通或者由于干擾信號的影響，電路進入到了無效狀態(tài)時，在響，電路進入到了無效狀態(tài)時，在CP控制脈沖作用下，電路能夠控制脈沖作用下，電路能夠進入到有效循環(huán)，則稱電路能夠自啟動。否則，電路就不能夠自進入到有效循環(huán)，則稱電路能夠自啟動。否則，電路就不能夠自啟動，本例就是這樣。后面我們將學(xué)習(xí)如何實現(xiàn)自啟動。啟動，本例就是這樣。后面我們將學(xué)習(xí)如何實現(xiàn)自啟動。 （6）畫出時序波形圖。）畫出時序波形圖。如圖如圖5.22所示。所示。 CP Q0 Q1 Q2 Z 圖圖5.

24、22 例例5.5電路的時序波形圖電路的時序波形圖數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （7）邏輯功能分析。由該例的狀態(tài)圖就可看出，有效循環(huán)的）邏輯功能分析。由該例的狀態(tài)圖就可看出，有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是個狀態(tài)分別是05這這6個十進制數(shù)字的格雷碼，并且在時鐘脈沖個十進制數(shù)字的格雷碼，并且在時鐘脈沖CP的作用下，這的作用下，這6個狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：個狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的，即：000001011111110100000所以這是一個用格雷所以這是一個用格雷碼表示的六進制同步加法計數(shù)器。當(dāng)對第碼表示的六進制同步加法計數(shù)器。當(dāng)對第6個脈沖計數(shù)時，計數(shù)器個脈沖計數(shù)時，計數(shù)器又重新從又重新從000開始計數(shù)，

25、并產(chǎn)生輸出開始計數(shù)，并產(chǎn)生輸出Z1。 上述對時序電路的分析步驟不是一成不變的，可根據(jù)電路的上述對時序電路的分析步驟不是一成不變的，可根據(jù)電路的繁簡情況、題目要求和分析者的熟悉程度進行取舍。繁簡情況、題目要求和分析者的熟悉程度進行取舍。 此外，由于異步時序電路的狀態(tài)方程分析過程比較繁瑣，不此外，由于異步時序電路的狀態(tài)方程分析過程比較繁瑣，不作介紹。本章在隨后對簡單異步時序電路僅用直觀分析法給予介作介紹。本章在隨后對簡單異步時序電路僅用直觀分析法給予介紹。紹。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 人們在工作、生活、學(xué)習(xí)與生產(chǎn)科研中，到處都遇到計數(shù)問人們在工作、生活、學(xué)習(xí)與生產(chǎn)科研中，到處都遇到計數(shù)問題，完成計

26、數(shù)功能的設(shè)備叫計數(shù)器，廣義地講，一切能夠完成計題，完成計數(shù)功能的設(shè)備叫計數(shù)器，廣義地講，一切能夠完成計數(shù)工作的設(shè)備都是計數(shù)器，算盤是計數(shù)器，里程表是計數(shù)器，鐘數(shù)工作的設(shè)備都是計數(shù)器，算盤是計數(shù)器，里程表是計數(shù)器，鐘表是計數(shù)器，我們要講的是數(shù)字電路中的計數(shù)器電路。在數(shù)字電表是計數(shù)器，我們要講的是數(shù)字電路中的計數(shù)器電路。在數(shù)字電路中，把記憶輸入路中，把記憶輸入CP脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù)，能實現(xiàn)計數(shù)操作脈沖個數(shù)的操作叫做計數(shù)，能實現(xiàn)計數(shù)操作的電子電路稱為計數(shù)器。它的主要特點是：的電子電路稱為計數(shù)器。它的主要特點是： （1）一般地說，這種計數(shù)器除了輸入計數(shù)脈沖）一般地說，這種計數(shù)器除了輸入計數(shù)脈沖CP

27、信號之外，信號之外，很少有另外的輸入信號，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。輸入計很少有另外的輸入信號，其輸出通常也都是現(xiàn)態(tài)的函數(shù)。輸入計數(shù)脈沖數(shù)脈沖CP是當(dāng)作觸發(fā)器的時鐘信號對待的。是當(dāng)作觸發(fā)器的時鐘信號對待的。 （2）從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發(fā)器。）從電路組成看，其主要組成單元是時鐘觸發(fā)器。 計數(shù)器的種類有很多，按照時鐘脈沖信號的特點分為同步計計數(shù)器的種類有很多，按照時鐘脈沖信號的特點分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩大類，其數(shù)器和異步計數(shù)器兩大類，其 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)中同步計數(shù)中構(gòu)成計數(shù)器的所有觸發(fā)器在同一個時刻進行翻轉(zhuǎn)，中同步計數(shù)中構(gòu)成計數(shù)器的所有觸發(fā)器在同一個時刻進行翻轉(zhuǎn)，其

28、時鐘輸入端全連在一起；異步計數(shù)器即構(gòu)成計數(shù)器的觸發(fā)器的其時鐘輸入端全連在一起；異步計數(shù)器即構(gòu)成計數(shù)器的觸發(fā)器的時鐘輸入時鐘輸入CP沒有連在一起，各個觸發(fā)器不在同一時刻變化。沒有連在一起，各個觸發(fā)器不在同一時刻變化。 按照計數(shù)的數(shù)碼變化遞增或遞減分為加法計數(shù)器和減法計數(shù)按照計數(shù)的數(shù)碼變化遞增或遞減分為加法計數(shù)器和減法計數(shù)器，也有一些計數(shù)器既可能實現(xiàn)加計數(shù)又可實現(xiàn)減計數(shù)，這類計器，也有一些計數(shù)器既可能實現(xiàn)加計數(shù)又可實現(xiàn)減計數(shù)，這類計數(shù)器為可逆計數(shù)器。數(shù)器為可逆計數(shù)器。 按照輸出的編碼形式可分為二進制計數(shù)器、二按照輸出的編碼形式可分為二進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)十進制計數(shù)器、循環(huán)碼計數(shù)器等。器、循環(huán)碼

29、計數(shù)器等。 按計數(shù)的模數(shù)（狀態(tài)總數(shù)或容量）可分為十進制計數(shù)、六十按計數(shù)的模數(shù)（狀態(tài)總數(shù)或容量）可分為十進制計數(shù)、六十進制計數(shù)器等。除了二進制和十進制計數(shù)器之外的其它進制的計進制計數(shù)器等。除了二進制和十進制計數(shù)器之外的其它進制的計數(shù)器，通常都稱為數(shù)器，通常都稱為N進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。N=12時的十二進制計數(shù)器，時的十二進制計數(shù)器，N=60時的六十進制計數(shù)器等。時的六十進制計數(shù)器等。 計數(shù)器不僅用于計數(shù)，還可以用于分頻、定時等應(yīng)用，是時計數(shù)器不僅用于計數(shù)，還可以用于分頻、定時等應(yīng)用，是時序電路中使用最廣的一種。從各種各樣的小型數(shù)字儀表，到大型序電路中使用最廣的一種。從各種各樣的小型數(shù)字儀表，到

30、大型數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電子數(shù)字計算機，是任何數(shù)字儀表和數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成電子數(shù)字計算機，是任何數(shù)字儀表和數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。部分。5.3.1 二進制異步加法計數(shù)器二進制異步加法計數(shù)器 二進制只有二進制只有0和和1兩個數(shù)碼。所謂二進制加法，就是兩個數(shù)碼。所謂二進制加法，就是“逢二進逢二進一一”，即，即0+1=1，1+1=10。也就是每當(dāng)本位是。也就是每當(dāng)本位是1，再加，再加1時，本位時，本位變?yōu)樽優(yōu)?，同時向高位進位。，同時向高位進位。 由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有“1”和和“0”兩個狀態(tài)，所以一個觸發(fā)器兩個狀態(tài)，所以一個觸發(fā)器可以表示一位二進制數(shù)。如果要表示可以表

31、示一位二進制數(shù)。如果要表示n位二進制數(shù)，就得用位二進制數(shù)，就得用n個觸個觸發(fā)器。發(fā)器。 二進制計數(shù)器是計數(shù)器中應(yīng)用最多的計數(shù)器，這并不是講它二進制計數(shù)器是計數(shù)器中應(yīng)用最多的計數(shù)器，這并不是講它的模數(shù)為的模數(shù)為2，而是講其模數(shù)為，而是講其模數(shù)為2n（其中（其中n為構(gòu)成計數(shù)器的觸發(fā)器的為構(gòu)成計數(shù)器的觸發(fā)器的個數(shù)），由于二進制計數(shù)器充分利用了計數(shù)器的資源，且電路簡個數(shù)），由于二進制計數(shù)器充分利用了計數(shù)器的資源，且電路簡單，又可以改制成其它進制計數(shù)器，故在計數(shù)器中占的比例最高。單，又可以改制成其它進制計數(shù)器，故在計數(shù)器中占的比例最高。 根據(jù)二進制數(shù)的遞增規(guī)律，我們先列出根據(jù)二進制數(shù)的遞增規(guī)律，我們先列

32、出4位二進制加法計數(shù)位二進制加法計數(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)器的狀態(tài)表（器的狀態(tài)表（見表見表5.9），表中還列出對應(yīng)的十進制數(shù)。），表中還列出對應(yīng)的十進制數(shù)。表5.9 4位二進制加法計數(shù)器的狀態(tài)表計數(shù)脈沖序號計數(shù)器狀態(tài)對應(yīng)十進制數(shù)Q3Q2Q1Q00123456780000000010000111100011001100101010100123456789101112131415161111111000011110011001101010101091011121314150數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 要要實現(xiàn)表實現(xiàn)表5.9所列的所列的4位二進制加法計數(shù)，必須用位二進制加法計數(shù)，必須用4個觸發(fā)器，個

33、觸發(fā)器，它們具有計數(shù)功能。采用不同的觸發(fā)器可有不同的邏輯電路，即它們具有計數(shù)功能。采用不同的觸發(fā)器可有不同的邏輯電路，即使用同種觸發(fā)器也可得出不同的邏輯電路。下面介紹典型的二進使用同種觸發(fā)器也可得出不同的邏輯電路。下面介紹典型的二進制加法計數(shù)器。制加法計數(shù)器。 1二進制加法計數(shù)器的電路組成 表表5.9為為4位二進制加法計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)表。位二進制加法計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)表。 根據(jù)表根據(jù)表5.9所示所示4位二進制加法計數(shù)的規(guī)律，最低位位二進制加法計數(shù)的規(guī)律，最低位Q0（即第（即第一位）是每來一個一位）是每來一個CP脈沖變化一次（翻轉(zhuǎn)一次）；次低位脈沖變化一次（翻轉(zhuǎn)一次）；次低位Q1（亦（亦即第二位）

34、是每來兩個脈沖翻轉(zhuǎn)一次，且當(dāng)即第二位）是每來兩個脈沖翻轉(zhuǎn)一次，且當(dāng)Q0從從1跳跳0時，時，F(xiàn)F1翻翻轉(zhuǎn)；高位轉(zhuǎn)；高位Q2（亦即第三位）是每來四個脈沖翻轉(zhuǎn)一次，且當(dāng)（亦即第三位）是每來四個脈沖翻轉(zhuǎn)一次，且當(dāng)Q1從從1跳跳0時，時，F(xiàn)F2才翻轉(zhuǎn)。依此類推，高位的觸發(fā)器才翻轉(zhuǎn)。依此類推，高位的觸發(fā)器FF3也是在鄰近的也是在鄰近的低位觸發(fā)器低位觸發(fā)器FF2從從1變?yōu)樽優(yōu)?進位時翻轉(zhuǎn)。進位時翻轉(zhuǎn)。 基于以上分析，采用異步方式構(gòu)成二進制加法計數(shù)器是很容基于以上分析，采用異步方式構(gòu)成二進制加法計數(shù)器是很容易的。上一章講到，易的。上一章講到，T 觸發(fā)器是一種計數(shù)型觸發(fā)器，它就是來觸發(fā)器是一種計數(shù)型觸發(fā)器，它就

35、是來數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一個一個CP翻轉(zhuǎn)一次。只要將觸發(fā)器接成翻轉(zhuǎn)一次。只要將觸發(fā)器接成T 觸發(fā)器，外來時鐘脈沖作觸發(fā)器，外來時鐘脈沖作為最低位觸發(fā)器的時鐘脈沖，而低位觸發(fā)器的輸出端作為相鄰高為最低位觸發(fā)器的時鐘脈沖，而低位觸發(fā)器的輸出端作為相鄰高位觸發(fā)器的時鐘脈沖，使相鄰兩位之間符合逢二進一的加法計數(shù)位觸發(fā)器的時鐘脈沖，使相鄰兩位之間符合逢二進一的加法計數(shù)規(guī)律，計數(shù)器就方便地構(gòu)成了規(guī)律，計數(shù)器就方便地構(gòu)成了。圖。圖5.23是由是由JK觸發(fā)器組成的觸發(fā)器組成的4位異位異步二進制加法計數(shù)器，其中的步二進制加法計數(shù)器，其中的JK觸發(fā)器均接成觸發(fā)器均接成T 觸發(fā)器，即觸發(fā)器，即J、K輸入端都接至

36、輸入端都接至1，或懸空。，或懸空。圖圖5.23 4位異步二進制加法計數(shù)器的邏輯圖位異步二進制加法計數(shù)器的邏輯圖 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2計數(shù)器的工作原理 由于該電路的連線簡單且規(guī)律性強，無須用前面介紹的狀態(tài)由于該電路的連線簡單且規(guī)律性強，無須用前面介紹的狀態(tài)方程分析法進行分析，只需作簡單的觀察與推斷就可畫出時序波方程分析法進行分析，只需作簡單的觀察與推斷就可畫出時序波形圖或狀態(tài)圖，這種分析方法稱為形圖或狀態(tài)圖，這種分析方法稱為“直觀分析法直觀分析法”。 設(shè)電路的初始狀態(tài)為設(shè)電路的初始狀態(tài)為0000，當(dāng)輸入第一個計數(shù)脈沖時，當(dāng)輸入第一個計數(shù)脈沖時，F(xiàn)F0的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，Q0從從0跳

37、變?yōu)樘優(yōu)?。這對于。這對于FF1來說，出現(xiàn)的時鐘信來說，出現(xiàn)的時鐘信號為脈沖的上升沿，故號為脈沖的上升沿，故FF1狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。FF2和和FF3的狀態(tài)也不會變的狀態(tài)也不會變化，故計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)榛视嫈?shù)器的狀態(tài)變?yōu)?001。 當(dāng)輸入第二個計數(shù)脈沖后，當(dāng)輸入第二個計數(shù)脈沖后，F(xiàn)F0的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為0，Q0從從1跳變?yōu)樘優(yōu)?，這時對于，這時對于FF1來說，出現(xiàn)的時鐘信號為脈沖的下降沿，故來說，出現(xiàn)的時鐘信號為脈沖的下降沿，故FF1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1。FF2、FF3的狀態(tài)不變，計數(shù)器的狀態(tài)為的狀態(tài)不變，計數(shù)器的狀態(tài)為0010。輸。輸入第三個計數(shù)脈沖后，入第三個計數(shù)脈沖后，F(xiàn)F

38、0照翻為照翻為1，Q0從從0跳變?yōu)樘優(yōu)?，F(xiàn)F2、FF3不變，計數(shù)器的狀態(tài)變?yōu)椴蛔儯嫈?shù)器的狀態(tài)變?yōu)?011。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 以此類推，電路將以二進制的規(guī)律工作下去。當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)以此類推，電路將以二進制的規(guī)律工作下去。當(dāng)計數(shù)器狀態(tài)為為1111時，當(dāng)出現(xiàn)第時，當(dāng)出現(xiàn)第16個計數(shù)脈沖時，個計數(shù)脈沖時，F(xiàn)F3FF0的狀態(tài)為的狀態(tài)為0000，同時高端輸出一進位信號同時高端輸出一進位信號。圖。圖5.24是電路的狀態(tài)圖。是電路的狀態(tài)圖。圖圖5.24 電路的狀態(tài)圖電路的狀態(tài)圖 電路的時序波形圖可由狀態(tài)圖直接轉(zhuǎn)換而來。將輸出狀態(tài)以電路的時序波形圖可由狀態(tài)圖直接轉(zhuǎn)換而來。將輸出狀態(tài)以高低電平的脈沖形

39、式表示，翻轉(zhuǎn)時機要與高低電平的脈沖形式表示，翻轉(zhuǎn)時機要與CP觸發(fā)時間相對應(yīng)，按觸發(fā)時間相對應(yīng)，按時間軸展開，時間軸展開，Q3、Q2、Q1和和Q0按按“0”、“1”的高低電平對準(zhǔn)的高低電平對準(zhǔn)CP的下降沿一一畫出即可，的下降沿一一畫出即可，見圖見圖5.25。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 之所以稱為之所以稱為“異步異步”加法計數(shù)器，是由于計數(shù)脈沖不是同時加法計數(shù)器，是由于計數(shù)脈沖不是同時加到各位觸發(fā)器的加到各位觸發(fā)器的CP端，而只加到最低位觸發(fā)器，其他各位觸發(fā)端，而只加到最低位觸發(fā)器，其他各位觸發(fā)器則由相鄰低位觸發(fā)器的輸出的進位脈沖來觸發(fā)，因此它們狀態(tài)器則由相鄰低位觸發(fā)器的輸出的進位脈沖來觸發(fā)，因此它

40、們狀態(tài)的變化有先有后，是異步的。的變化有先有后，是異步的。 二進制加法計數(shù)器也可以用二進制加法計數(shù)器也可以用D觸發(fā)器構(gòu)成。常用的異步加法觸發(fā)器構(gòu)成。常用的異步加法計數(shù)器還有五進制，十進制等。限于篇幅不一一介紹了。計數(shù)器還有五進制，十進制等。限于篇幅不一一介紹了。5.3.2 集成異步加法計數(shù)器集成異步加法計數(shù)器74290數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 目前已系列化生產(chǎn)多種中規(guī)模集成電路（目前已系列化生產(chǎn)多種中規(guī)模集成電路（MSI）計數(shù)器，在一）計數(shù)器，在一個單片上將整個計數(shù)器全部集成在上面，因此這種計數(shù)器使用起個單片上將整個計數(shù)器全部集成在上面，因此這種計數(shù)器使用起來很方便。為了增強來很方便。為了增強

41、MSI計數(shù)器的適應(yīng)能力，一般計數(shù)器的適應(yīng)能力，一般MSI計數(shù)器比小計數(shù)器比小規(guī)模集成電路構(gòu)成的計數(shù)器有更多的功能，有的還能方便地改變規(guī)模集成電路構(gòu)成的計數(shù)器有更多的功能，有的還能方便地改變計數(shù)進制。我們將選擇其中的幾個加以介紹，下面介紹一種應(yīng)用計數(shù)進制。我們將選擇其中的幾個加以介紹，下面介紹一種應(yīng)用廣泛的集成異步計數(shù)器。廣泛的集成異步計數(shù)器。 二五十進制計數(shù)器二五十進制計數(shù)器74290的邏輯圖的邏輯圖如圖如圖5.26所示。它包含所示。它包含一個獨立的一個獨立的1位二進制計數(shù)器和一個獨立的異步五進制計數(shù)器。二位二進制計數(shù)器和一個獨立的異步五進制計數(shù)器。二進制計數(shù)器的時鐘輸入端為進制計數(shù)器的時鐘輸

42、入端為CP1，輸出端為，輸出端為Q0；五進制計數(shù)器的；五進制計數(shù)器的時鐘輸入端為時鐘輸入端為CP2，輸出端為，輸出端為Q1、Q2、Q3。如果將。如果將Q0與與CP2相相連，連，CP1作時鐘脈沖輸入端，作時鐘脈沖輸入端，Q0Q3作輸出端，則為作輸出端，則為8421BCD碼十進制計數(shù)器。碼十進制計數(shù)器。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（a）74290邏輯圖邏輯圖（b）邏輯符號）邏輯符號 （c）外引線排列圖）外引線排列圖圖圖5.26 二二五五十進制異步加法計數(shù)器十進制異步加法計數(shù)器74290數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 表表5.10是是74290的功能表。由表可知，的功能表。由表可知，74290具有以下功能：具

43、有以下功能： （1）異步清零。當(dāng)復(fù)位輸入端）異步清零。當(dāng)復(fù)位輸入端R0(1)=R0(2)=1，且置位輸入，且置位輸入R9(1)R9(2)=0時，不論有無時鐘脈沖時，不論有無時鐘脈沖CP，計數(shù)器輸出將被直接置，計數(shù)器輸出將被直接置零。零。表5.10 74290的功能表復(fù)位輸入置位輸入時鐘輸出工作模式R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)CPQ3 Q2 Q1 Q01111000 0 0 00 0 0 0異步清零111 0 0 1異步置900000000計 數(shù)計 數(shù)計 數(shù)計 數(shù)加法計數(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （2）異步置數(shù)。當(dāng)置位輸入）異步置數(shù)。當(dāng)置位輸入R9(1)=R9(2)=1時，無論其他輸

44、入時，無論其他輸入端狀態(tài)如何，計數(shù)器輸出將被直接置端狀態(tài)如何，計數(shù)器輸出將被直接置9（即（即Q3Q2QlQ0=1001）。）。 （3）計數(shù)。當(dāng)）計數(shù)。當(dāng)R0(1)R0(2)=0，且，且R9(1)=R9(2)=0時，在計數(shù)脈時，在計數(shù)脈沖（下降沿）作用下，進行二沖（下降沿）作用下，進行二五五十進制加法計數(shù)。十進制加法計數(shù)。 74290為二為二五五十進制計數(shù)器，從上面僅能看到其內(nèi)部有十進制計數(shù)器，從上面僅能看到其內(nèi)部有一個二進制計數(shù)器和一個五進制計數(shù)器，其沒有十進制計數(shù)器的一個二進制計數(shù)器和一個五進制計數(shù)器，其沒有十進制計數(shù)器的功能，欲實現(xiàn)十進制計數(shù)器須將二進制計數(shù)器和五進制計數(shù)器進功能，欲實現(xiàn)十

45、進制計數(shù)器須將二進制計數(shù)器和五進制計數(shù)器進行串接，就可以實現(xiàn)其功能，下面說明三種計數(shù)過程。行串接，就可以實現(xiàn)其功能，下面說明三種計數(shù)過程。 （1）從）從CP1端輸入計數(shù)脈沖，由端輸入計數(shù)脈沖，由Q0輸出，輸出，F(xiàn)FlFF3三位觸發(fā)三位觸發(fā)器不用，這時為二進制計數(shù)器。器不用，這時為二進制計數(shù)器。 （2）從）從CP2端輸入計數(shù)脈沖，由端輸入計數(shù)脈沖，由Q3，Q2，Q1端輸出，這時為端輸出，這時為五進制計數(shù)器。五進制計數(shù)器。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （3）將）將Q0端與端與CP2端連接，輸入計數(shù)脈沖至端連接，輸入計數(shù)脈沖至CP1。而后逐步。而后逐步由現(xiàn)狀態(tài)分析下一狀態(tài)（從初始狀態(tài)由現(xiàn)狀態(tài)分析下一狀態(tài)

46、（從初始狀態(tài)“0000”開始），一直分析到開始），一直分析到恢復(fù)恢復(fù)“0000”為止。讀者可自行分析，列出狀態(tài)表，可知這種連接為止。讀者可自行分析，列出狀態(tài)表，可知這種連接為為8421碼十進制計數(shù)器。碼十進制計數(shù)器。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 為了提高計數(shù)速度，常常采用同步計數(shù)器，其特點是計數(shù)脈為了提高計數(shù)速度，常常采用同步計數(shù)器，其特點是計數(shù)脈沖沖CP同時接到各位觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，當(dāng)計數(shù)脈沖到來時，同時接到各位觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端，當(dāng)計數(shù)脈沖到來時，各觸發(fā)器同時被觸發(fā)，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器是同時翻轉(zhuǎn)的，不需要各觸發(fā)器同時被觸發(fā)，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器是同時翻轉(zhuǎn)的，不需要逐級推移。同步計數(shù)器也可稱

47、為并行計數(shù)器。本節(jié)討論幾種典型逐級推移。同步計數(shù)器也可稱為并行計數(shù)器。本節(jié)討論幾種典型的同步計數(shù)器。的同步計數(shù)器。5.4.1 同步十進制計數(shù)器同步十進制計數(shù)器 二進制計數(shù)器具有電路結(jié)構(gòu)簡單、運算方便等特點，但是日二進制計數(shù)器具有電路結(jié)構(gòu)簡單、運算方便等特點，但是日常生活中我們所接觸的大部分都是十進制數(shù)，特別是當(dāng)二進制數(shù)常生活中我們所接觸的大部分都是十進制數(shù)，特別是當(dāng)二進制數(shù)的位數(shù)較多時，識別很困難，不直觀。還有必要討論十進制計數(shù)的位數(shù)較多時，識別很困難，不直觀。還有必要討論十進制計數(shù)器。器。 在十進制計數(shù)體制中，每位數(shù)都可能是在十進制計數(shù)體制中，每位數(shù)都可能是0，1，2，9十個十個數(shù)碼中的任意

48、一個，且數(shù)碼中的任意一個，且“逢十進一逢十進一”。根據(jù)計數(shù)器的構(gòu)成原理，。根據(jù)計數(shù)器的構(gòu)成原理，必須由必須由4個觸發(fā)器的狀態(tài)來表示一位十進制數(shù)的個觸發(fā)器的狀態(tài)來表示一位十進制數(shù)的4位二進制編碼。位二進制編碼。而而4數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)位編碼總共有位編碼總共有16個狀態(tài)。所以必須去掉其中的個狀態(tài)。所以必須去掉其中的6個狀態(tài)，至于去掉個狀態(tài)，至于去掉哪哪6個狀態(tài)可有不同的選擇。這已在講述數(shù)制時討論過。這里考慮個狀態(tài)可有不同的選擇。這已在講述數(shù)制時討論過。這里考慮去掉去掉10101111六個狀態(tài)，即采用六個狀態(tài)，即采用8421BCD碼的編碼方式來表示碼的編碼方式來表示一位十進制數(shù)。一位十進制數(shù)。

49、前面已討論，一個前面已討論，一個4位二進制計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)位二進制計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)如表如表5.9所示，共所示，共有有16個狀態(tài)。為了表示十進制的個狀態(tài)。為了表示十進制的10個狀態(tài)，需要去掉其中個狀態(tài)，需要去掉其中6個狀態(tài)。個狀態(tài)。至于去掉哪至于去掉哪6個狀態(tài)可以有不同的選擇，這已在第個狀態(tài)可以有不同的選擇，這已在第10章介紹章介紹BCD編碼時討論過。這里我們考慮采用常用的編碼時討論過。這里我們考慮采用常用的8421BCD編碼，去掉編碼，去掉1010至至1111六個狀態(tài)。六個狀態(tài)。圖圖5.27所示為由所示為由4個下降沿觸發(fā)的個下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器組成的觸發(fā)器組成的8421BCD碼同碼同步十進制

50、加法計數(shù)器的邏輯圖。下面用前面介紹的同步時序邏輯步十進制加法計數(shù)器的邏輯圖。下面用前面介紹的同步時序邏輯電路的分析方法對該電路進行分析：電路的分析方法對該電路進行分析：（1）寫出驅(qū)動方程。）寫出驅(qū)動方程。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)01J 01K 130nnJQ Qn10KQ210nnJQ Q210nnKQ Q3210nnnJQ Q Qn30KQ（2）寫出）寫出JK觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程 1nnnQJQKQ方程代入方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程。觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程。，然后將各驅(qū)動，然后將各驅(qū)動1000000nnnnQJ QK QQ111111301

51、01nnnnnnnnQJ QK QQ Q QQ Q122222102102nnnnnnnnnQJ QK QQ Q QQ Q Q133333210303nnnnnnnnnQJ QK QQ Q Q QQ Q輸出端為進位輸出端為進位30nnCOQ Q數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖5.27 8421BCD碼同步十進制加法計數(shù)器的邏輯圖（3）根據(jù)狀態(tài)方程列出狀態(tài)表。設(shè)計數(shù)器的初始狀態(tài)為）根據(jù)狀態(tài)方程列出狀態(tài)表。設(shè)計數(shù)器的初始狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，并代入式各觸發(fā)器次態(tài)方程，得到第，并代入式各觸發(fā)器次態(tài)方程，得到第1個計數(shù)個計數(shù)脈沖到來后各觸發(fā)器的狀態(tài)為脈沖到來后各觸發(fā)器的狀態(tài)為Q0=1，Q1=0，

52、Q2=0，Q3=0，這，這說明只有說明只有Q0由由0翻轉(zhuǎn)到翻轉(zhuǎn)到1。再將。再將Q3Q2Q1Q0 = 0001代入次態(tài)方程，代入次態(tài)方程，得到在第得到在第2個脈沖后的狀態(tài)，個脈沖后的狀態(tài)，Q3Q2Q1Q0變?yōu)樽優(yōu)?010。由此類推，。由此類推，把所有的原狀態(tài)代入次態(tài)方程后，可以得到該計數(shù)器的所有工作把所有的原狀態(tài)代入次態(tài)方程后，可以得到該計數(shù)器的所有工作狀態(tài)，整個狀態(tài)表狀態(tài)，整個狀態(tài)表如表如表5.11所示。所示。由表由表5.11可以看出，當(dāng)?shù)诳梢钥闯?，?dāng)?shù)?0個個計數(shù)脈沖到來時，計數(shù)器的狀態(tài)由計數(shù)脈沖到來時，計數(shù)器的狀態(tài)由1001返回到返回到0000，同時產(chǎn)生進，同時產(chǎn)生進位。這是位。這是842

53、l碼同步十進制計數(shù)器。碼同步十進制計數(shù)器。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （4）作狀態(tài)圖及時序圖。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表作出電路的狀態(tài)圖）作狀態(tài)圖及時序圖。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表作出電路的狀態(tài)圖如圖如圖5.28所示，畫出時序圖所示，畫出時序圖如圖如圖5.29所示。由狀態(tài)表、狀態(tài)圖或所示。由狀態(tài)表、狀態(tài)圖或時序圖可見，該電路是一個時序圖可見，該電路是一個8421BCD碼十進制加法計數(shù)器。碼十進制加法計數(shù)器。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （5）檢查電路能否自啟動。由于）檢查電路能否自啟動。由于如圖如圖5.27所示電路中有所示電路中有4個觸個觸發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有16種，而

54、在種，而在8421BCD碼計數(shù)器中只用碼計數(shù)器中只用了了10種，稱為有效狀態(tài)，其余種，稱為有效狀態(tài)，其余6種狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。在實際工作種狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。在實際工作中，當(dāng)由于某種原因，使計數(shù)器進入無效狀態(tài)時，如果能在時鐘中，當(dāng)由于某種原因，使計數(shù)器進入無效狀態(tài)時，如果能在時鐘信號作用下，最終進入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有自啟動能信號作用下，最終進入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有自啟動能力。力。 用同樣的分析方法分別求出用同樣的分析方法分別求出6種無效狀態(tài)下的次態(tài)，經(jīng)驗證所種無效狀態(tài)下的次態(tài)，經(jīng)驗證所有無效狀態(tài)在有無效狀態(tài)在CP作用下均可回到有效循環(huán)中來?？梢?，本電路能作用下均可回到有效循環(huán)中

55、來?？梢姡倦娐纺軌蜃詥?。將這些狀態(tài)補充到狀態(tài)圖中，得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，夠自啟動。將這些狀態(tài)補充到狀態(tài)圖中，得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，見圖見圖5.30。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)【例例5.6】試分析試分析如圖如圖5.31所示的時序電路。所示的時序電路。A=0時，列出狀態(tài)時，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，說明電路功能。轉(zhuǎn)換表，說明電路功能。圖圖5.31 例例5.6的電路圖的電路圖數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)解：該電路有輸入信號，輸入信號解：該電路有輸入信號，輸入信號A為工作方式控制信號，屬同步為工作方式控制信號，屬同步時序電路。時序電路。當(dāng)當(dāng)A=0時：時： （1）列出驅(qū)動方程。）列出驅(qū)動方程。112211nJKJK

56、Q（2）寫出輸出方程。）寫出輸出方程。12nnZQ Q（3）代入）代入JK觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程 1nnnQJQKQ，得到狀態(tài)方程，得到狀態(tài)方程111nnQQ121212nnnnnQQ QQ Q數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（4）列出狀態(tài)表。設(shè)初始態(tài)為）列出狀態(tài)表。設(shè)初始態(tài)為00，代入狀態(tài)方程，依次由現(xiàn)態(tài)得，代入狀態(tài)方程，依次由現(xiàn)態(tài)得到下一狀態(tài)，列出狀態(tài)表到下一狀態(tài)，列出狀態(tài)表如表如表5.12。 （5）畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（）畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。（Q2Q1）0001101100。 （6）結(jié)論。）結(jié)論。4進制同步加法計數(shù)器，能夠自啟動。當(dāng)進制同步加法計數(shù)器，能夠自啟動。當(dāng)Q2Q1=11時有進位時有進

57、位Z=1。 該電路還可以拓展，假設(shè)當(dāng)該電路還可以拓展，假設(shè)當(dāng)A=1時，該電路將變?yōu)闇p法計數(shù)器，時，該電路將變?yōu)闇p法計數(shù)器，讀者可以自行驗證。讀者可以自行驗證。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)5.4.2 集成同步二進制計數(shù)器舉例集成同步二進制計數(shù)器舉例 集成計數(shù)器種類很多，為了使用和擴展功能的方便，將二進集成計數(shù)器種類很多，為了使用和擴展功能的方便，將二進制同步加法計數(shù)器增加了一些如置數(shù)、保持等輔助功能便構(gòu)成集制同步加法計數(shù)器增加了一些如置數(shù)、保持等輔助功能便構(gòu)成集成成4位二進制同步加法計數(shù)器。這里介紹常用的位二進制同步加法計數(shù)器。這里介紹常用的4位二進制同步加位二進制同步加法計數(shù)器法計數(shù)器74161，

58、如圖如圖5.32所示。所示。圖圖5.32 74161的邏輯符號和引腳圖的邏輯符號和引腳圖數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)由由功能表功能表5.13可知，可知，74161具有以下功能：具有以下功能： （1）異步清零。當(dāng)）異步清零。當(dāng)RD=0時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，不論有無時鐘脈沖不論有無時鐘脈沖CP，計數(shù)器輸出將被直接置零，計數(shù)器輸出將被直接置零（Q3Q2QlQ0=0000），稱為異步清零。），稱為異步清零。 （2）同步并行預(yù)置數(shù)。當(dāng)）同步并行預(yù)置數(shù)。當(dāng)RD=1、LD=0時，在輸入時鐘脈沖時，在輸入時鐘脈沖CP上升沿的作用下，并行輸入端的數(shù)據(jù)上升沿的作用下，并行輸入端的

59、數(shù)據(jù)D3D2D1D0被置入計數(shù)器被置入計數(shù)器的輸出端，即的輸出端，即Q3Q2QlQ0=D3D2D1D0。由于這個操作要與。由于這個操作要與CP上上升沿同步，所以稱為同步預(yù)置數(shù)。升沿同步，所以稱為同步預(yù)置數(shù)。 （3）計數(shù)。當(dāng)）計數(shù)。當(dāng)RD=LD=EP=ET=1時，在時，在CP端輸入計數(shù)脈沖，端輸入計數(shù)脈沖，計數(shù)器進行二進制加法計數(shù)。計數(shù)器進行二進制加法計數(shù)。 （4）保持。當(dāng)）保持。當(dāng)RD=LD=1，且，且=0，即兩個使能端中有，即兩個使能端中有0時，則時，則計數(shù)器保持原來的狀態(tài)不變。這時，如計數(shù)器保持原來的狀態(tài)不變。這時，如EP=0、ET=1，則進位輸，則進位輸出信號出信號RCO保持不變；如保持

60、不變；如ET=0則不管則不管EP狀態(tài)如何，進位輸出信狀態(tài)如何，進位輸出信號號RCO為低電平為低電平0。數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)表5.13 74161的功能表清零預(yù)置使能時鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出工作模式RDLDEP ETCPD3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q0011110111 0 01 1 d3 d2 d1 d0 0 0 0 0d3 d2 d1 d0保 持保 持計 數(shù)異步清零同步置數(shù)數(shù)據(jù)保持?jǐn)?shù)據(jù)保持加法計數(shù) 常用的同步常用的同步4位二進制加法計數(shù)器還有位二進制加法計數(shù)器還有74163，功能與，功能與74161類似，其特點是采用同步清零，這個操作要與下個類似，其特點是采用同步清零，這個操作要