時(shí)序電路分析設(shè)計(jì)

1、9.2.1 時(shí)序邏輯電路概述時(shí)序邏輯電路概述1 1、時(shí)序電路的特點(diǎn)、時(shí)序電路的特點(diǎn)組合電路存儲電路X1XpY1YmQ1QtW1Wr輸入輸出在任何時(shí)刻的輸出，不僅與該時(shí)刻的輸入信號有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。9.2 時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)組合電路存儲電路X1XpY1YmQ1QtW1Wr輸入輸出2 2、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法、時(shí)序電路邏輯功能的表示方法 功能可用邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時(shí)序圖和邏輯圖6種方式表示，這些表示方法在本質(zhì)上是相同的，可以互相轉(zhuǎn)換。邏輯表達(dá)式有：tkQQQWWWHQrjQQQXXXGWmiQQQXXXFYnqnnrknkn

2、qnnpjjnqnnpii, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(2121121212121輸出方程狀態(tài)方程激勵(lì)方程3 3、時(shí)序電路的分類、時(shí)序電路的分類（1） 根據(jù)時(shí)鐘分類根據(jù)時(shí)鐘分類同步時(shí)序電路同步時(shí)序電路中，各個(gè)鎖存器的時(shí)鐘脈沖相同，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，電路的狀態(tài)只改變一次。異步時(shí)序電路異步時(shí)序電路中，電路中沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，電路狀態(tài)改變時(shí)，鎖存器的翻轉(zhuǎn)有先有后，異步進(jìn)行。 （2）根據(jù)輸出分類）根據(jù)輸出分類 米里型（Mealy）：輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān)，還與當(dāng)前的輸入有關(guān)。 摩爾型（Moore）：輸出僅與電路的現(xiàn)態(tài)有關(guān)，與當(dāng)前的輸入無關(guān)；或者直接以電路的

3、狀態(tài)作為輸出。電路圖電路圖時(shí)鐘方程時(shí)鐘方程驅(qū)動方程驅(qū)動方程輸出方程輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)圖、狀態(tài)表或狀態(tài)表或時(shí)序圖時(shí)序圖判斷電路判斷電路邏輯功能邏輯功能12359.2.2 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法計(jì)算計(jì)算4 YQ1Q1Q2Q21J C11K1J C11K1J C11K&Q0Q0FF0 FF1 FF2CPCPCPCPCP012nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：輸出方程：輸出方程：輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)。輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān)。同步時(shí)序電路的時(shí)鐘同步時(shí)序電路的時(shí)鐘方程可省去不寫。方程可省去不寫。驅(qū)動方程：驅(qū)

4、動方程：1寫寫方方程程式式2求狀態(tài)方程求狀態(tài)方程JK鎖存器的特性方程：鎖存器的特性方程：nnnQKQJQ1將各驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：將各驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ202020000100101011111112121222212nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸 出nnnQQQ012 101112 nnnQQQY3計(jì)算、列狀態(tài)表計(jì)算、列狀態(tài)表nnnnnnnnQQYQQQQQQ212100111120 0 00 0 10 1 0

5、0 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011000001000101112YQQQnnn0001010101112YQQQnnn0001001101112YQQQnnn0001011101112YQQQnnn1100100101112YQQQnnn1100110101112YQQQnnn0000101101112YQQQnnn0000111101112YQQQnnn4畫狀態(tài)圖、時(shí)序圖畫狀態(tài)圖、時(shí)序圖 000001011/1/0100110111/0 /0/0 /0(a) 有效循環(huán)010 101(b

6、) 無效循環(huán)/0/1排列順序： /Y nnnQQQ012狀態(tài)圖狀態(tài)圖CPQ0Q1Q2Y5電電路路功功能能時(shí)時(shí)序序圖圖有效循環(huán)的6個(gè)狀態(tài)分別是05這6個(gè)十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼，即：000001011111110100000 用格雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器。當(dāng)對第6個(gè)脈沖計(jì)數(shù)時(shí)，計(jì)數(shù)器又重新從000開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生輸出Y1。Q0Q0FF0 FF1CP YQ1Q11T C11T C1&=1 X“1”輸出方程：輸出方程：輸出與輸入有關(guān)，輸出與輸入有關(guān)，同步時(shí)序電路，省去時(shí)鐘方程。同步時(shí)序電路，省去時(shí)鐘方程。驅(qū)動方程：驅(qū)動方程：1寫寫方方程程式式nnQXQXY111001TQXTnnnnnnnnnQQQ

7、TQQQXQTQ0000010111112求狀態(tài)方程求狀態(tài)方程T鎖存器的特性方程鎖存器的特性方程：將各鎖存器的驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程將各鎖存器的驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：nnQTQ13計(jì)算、列狀態(tài)表計(jì)算、列狀態(tài)表輸入現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)輸出XnnQQ01 1011nnQQY000011110 00 11 01 10 00 11 01 10 11 01 10 01 10 00 11 011110011nnnnnnQXYQQQQXQ1001011100100000011YQQnn100011100011YQQnn110101010011YQQnn110010110011YQQnn0011

8、01001011YQQnn001010101011YQQnn111100011011YQQnn111011111011YQQnn4 00 01 11 10 0/0 1/1 1/0 0/1 0/1 1/0 1/1 0/1 CP X Q0 Q1 Y (a) 狀態(tài)圖 (b) 時(shí)序圖 5電電路路功功能能當(dāng)輸入X 0時(shí)，在CP作用下，4個(gè)狀態(tài)按遞增規(guī)律循環(huán)變化，即：0001101100當(dāng)X1時(shí)，4個(gè)狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：0011100100該電路既具有遞增計(jì)數(shù)功能，又具有遞減計(jì)數(shù)功能，是一個(gè)2位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。畫狀態(tài)圖畫狀態(tài)圖時(shí)序圖時(shí)序圖CPQ2Q21D C11D C

9、1Q1Q1FF0 FF1 FF21D C1Q0Q0異步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程：異步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程：驅(qū)動方程：驅(qū)動方程：1寫寫方方程程式式CPCPQCPQCP00112，nnnQDQDQD001122，上升沿時(shí)刻有效上升沿時(shí)刻有效上升沿時(shí)刻有效CP Q Q 00100111112212nnnnnnQDQQDQQDQDQn12求狀態(tài)方程求狀態(tài)方程D鎖存器的特性方程：鎖存器的特性方程：將各驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：將各驅(qū)動方程代入，即得電路的狀態(tài)方程：3計(jì)算、列狀態(tài)表計(jì)算、列狀態(tài)表現(xiàn) 態(tài)次 態(tài)注nnnQQQ012 101112nnnQQQ時(shí)鐘條件0 0 00 0 10 1 00 1 11 0

10、 01 0 11 1 01 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP Q Q 01001111212nnnnnnQQQQQQCP, 10Q, 10Q , 1010011112nnnQQQCP, 0100101112nnnQQQ不變不變CP, 10Q, 0101001112nnnQQQ不變CP, 0110101112nnnQQQ不變不變CP, 10Q, 10Q , 0110011112nnnQQQCP, 010 , 1101112nnnQQQ不變不變C

11、P, 10Q, 0111001112nnnQQQ不變CP, 0111101112nnnQQQ不變不變 000001010011 111110101100(a) 狀態(tài)圖(b) 時(shí)序圖CPQ0Q1Q2排列順序：nnnQQQ01245電路功能電路功能在CP的作用下，電路的8個(gè)狀態(tài)按遞減規(guī)律循環(huán)變化，即：000111110101100011010001000電路具有遞減計(jì)數(shù)功能，是一個(gè)3位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器。位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器。畫狀態(tài)圖、時(shí)序圖畫狀態(tài)圖、時(shí)序圖1）輸出方程2）驅(qū)動方程3) 狀態(tài)方程Q3Q2Q1YCP1J1K1J1K1J1K&1&Q3Q2Q1C1C1C1例：nnQQY23nnQQJ

12、231nQJ12nnQQJ123nnQQK132 nQK23n11n111n1QKQJQn22n221n2QKQJQn33n331n3QKQJQ11Kn1n2n3QQQn1n2n3Q)QQ(n1n2n3n1n2QQQQQn2n3n1n2n3QQQQQ4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CP的順序Q3 Q2 Q1Y 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0100120103011410051016110000000170000nnQQY23n1n2n31n1Q)QQ(Qn1n2n3n1n21n2QQQQQQn2n3n1n2n31n3QQQQQQ5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001010011100101110

13、111/0/1Q3Q2Q1/Y/0/0/0/0/0/16） 時(shí)序圖時(shí)序圖CPtQ3tYtQ2t1 2 3 4 5 6 7Q1t1100007）分析電路的功能）分析電路的功能 8）檢查能否自啟動）檢查能否自啟動由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表知，此電路能自啟動。隨CP的輸入，電路循環(huán)輸出七個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，所以是七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Y端的輸出是此七進(jìn)制 計(jì)數(shù)器的進(jìn)位脈沖。本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)： 時(shí)序電路的時(shí)序電路的特點(diǎn)：任何時(shí)刻的輸出不僅和輸入有關(guān)，而且特點(diǎn)：任何時(shí)刻的輸出不僅和輸入有關(guān)，而且還決定于電路原來的狀態(tài)還決定于電路原來的狀態(tài)。 時(shí)序電路可分為時(shí)序電路可分為同步和異步時(shí)序電路兩類同步和異步時(shí)序電路兩類。它們的主要區(qū)。它

14、們的主要區(qū)別是，前者的所有鎖存器受同一時(shí)鐘脈沖控制，而后者的各鎖別是，前者的所有鎖存器受同一時(shí)鐘脈沖控制，而后者的各鎖存器則受不同的脈沖源控制。存器則受不同的脈沖源控制。 時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯圖、狀態(tài)方程、狀態(tài)表、卡時(shí)序電路的邏輯功能可用邏輯圖、狀態(tài)方程、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖等等6 6種方法來描述種方法來描述，它們在本質(zhì)上是相，它們在本質(zhì)上是相通的，可以互相轉(zhuǎn)換。通的，可以互相轉(zhuǎn)換。 時(shí)序電路的分析，時(shí)序電路的分析，是由邏輯圖到狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換；而時(shí)序是由邏輯圖到狀態(tài)圖的轉(zhuǎn)換；而時(shí)序電路的設(shè)計(jì)，在畫出狀態(tài)圖后，由狀態(tài)圖到邏輯圖的轉(zhuǎn)換。電路的設(shè)計(jì)，在畫出狀態(tài)圖后，

15、由狀態(tài)圖到邏輯圖的轉(zhuǎn)換。存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。寄存器。 寄存器是由具有存儲功能的鎖存器組合起來構(gòu)成的。一個(gè)鎖存器可以存儲1位二進(jìn)制代碼，存放n位二進(jìn)制代碼的寄存器，需用n個(gè)鎖存器來構(gòu)成。 按照功能的不同，可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類。9.3 9.3 寄存器寄存器一、一、 基本寄存器基本寄存器1 1、單拍工作方式基本寄存器、單拍工作方式基本寄存器D11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CP無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要CP上升沿到來，輸入上升沿到來，輸入數(shù)據(jù)

16、數(shù)據(jù)D0D3，立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：，立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：012310111213DDDDQQQQnnnn2 2、雙拍工作方式基本寄存器、雙拍工作方式基本寄存器CPD11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CRRDRDRDRD00000123nnnnQQQQ（1）清零。CR=0，即有：即有：012310111213DDDDQQQQnnnn（2）送數(shù)。CR=1時(shí)，CP上升沿送數(shù)。即有：上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在CR=1、CP上升沿以外時(shí)間，寄存器內(nèi)容將保持不變。二、二、 移位寄存器移位寄存器1 1、單向移位

17、寄存器、單向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時(shí)鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q3并行輸出CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：驅(qū)動方程：驅(qū)動方程：狀態(tài)方程：狀態(tài)方程：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時(shí)鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2

18、 Q3輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ說明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1連續(xù)輸入4個(gè) 1（1）在CP脈沖操作下，可以依次右移或左移。（2）n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼。n個(gè)CP脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q0Qn-1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼，再用n個(gè)CP脈沖又可實(shí)現(xiàn)串行輸出。（3）若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個(gè)CP脈沖后，寄存器便被清零。單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn)：單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn)：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D

19、1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位時(shí)鐘脈沖右移輸出右移輸入Q0 Q1 Q2 Q32 2、雙向移位寄存器、雙向移位寄存器 D0 D1 D2 D3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CPDSL&1&1&1&11DSRMQ0 Q1 Q2 Q3SLnnnnnnnnnSRnMDQMQMQQMQMQQMQMQDMQ21331122011110nnnnnnSRnQQQQQQDQ21311201110SLnnnnnnnDQQQQQQQ1331221111

20、0M=0時(shí)右移M=1時(shí)左移三、三、 寄存器的應(yīng)用寄存器的應(yīng)用1 1、 環(huán)形計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1CPQ0 Q1 Q2 Q3nnQD10即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0。根據(jù)起始狀態(tài)設(shè)置的不同，在輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的作用下，環(huán)形計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)可以循環(huán)移位一個(gè)1，也可以循環(huán)移位一個(gè)0。2 2、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器、扭環(huán)形計(jì)數(shù)器Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D

21、C1CPQ0 Q1 Q2 Q3nnQD10即將即將FFn-1的輸出的輸出Qn-1接到接到FF0的輸入端的輸入端D0。0100101011010110 無效循環(huán) 10010010010110110000100011001110 有效循環(huán) 0001001101111111排列順序： nnnnQQQQ3210本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)：寄存器是用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路，是一種基本寄存器是用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路，是一種基本時(shí)序電路。任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)都必須把需要處理的數(shù)據(jù)和代碼時(shí)序電路。任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)都必須把需要處理的數(shù)據(jù)和代碼先寄存起來，以便隨時(shí)取用。先寄存起來，以便隨時(shí)取用。寄存器分為基本寄

22、存器和移位寄存器兩大類?；炯拇嫫骷拇嫫鞣譃榛炯拇嫫骱鸵莆患拇嫫鲀纱箢悺；炯拇嫫鞯臄?shù)據(jù)只能并行輸入、并行輸出。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在的數(shù)據(jù)只能并行輸入、并行輸出。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)可以并行輸入、并移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)可以并行輸入、并行輸出，串行輸入、串行輸出，并行輸入、串行輸出，串行輸行輸出，串行輸入、串行輸出，并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出。入、并行輸出。寄存器的應(yīng)用很廣，特別是移位寄存器，不僅可將串行數(shù)寄存器的應(yīng)用很廣，特別是移位寄存器，不僅可將串行數(shù)碼轉(zhuǎn)換成并行數(shù)碼，或?qū)⒉⑿袛?shù)碼轉(zhuǎn)換成串行數(shù)碼，還可以很碼轉(zhuǎn)換成并

23、行數(shù)碼，或?qū)⒉⑿袛?shù)碼轉(zhuǎn)換成串行數(shù)碼，還可以很方便地構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器和順序脈沖發(fā)生器等電路。方便地構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器和順序脈沖發(fā)生器等電路。記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱為計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(計(jì)數(shù)長度N =2n)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器(N2n)加法計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器9.4 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器Q0 Q1 Q21CPJ CKJ CKJ CKQ Q QQ Q QF0 F1 F2RD由于3個(gè)鎖存器都接成了T鎖存器，所以最低位鎖存器F0每來一個(gè)時(shí)鐘下降沿（即CP由1

24、變0）時(shí)翻轉(zhuǎn)一次，而其他兩個(gè)鎖存器是在其相鄰低位鎖存器的輸出端Q由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)，即F1在Q0由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)2在Q1由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)。一、一、 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CPQ0Q1Q2波形圖波形圖F0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次。F1在Q0由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)。F2在Q1由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)。二分頻二分頻四分頻四分頻八分頻八分頻 狀態(tài)000開始，每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器中的數(shù)值加1，輸入8個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，就計(jì)滿歸零，所以作為整體，該電路可稱為八(23)進(jìn)制計(jì)數(shù)器。鎖存器的狀態(tài)只能依次翻轉(zhuǎn)，并不同步，這種計(jì)數(shù)器稱為異步計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖Q2 Q1 Q00123456780 0 00 0 10 1 00 1 11

25、0 01 0 11 1 01 1 10 0 0狀態(tài)表狀態(tài)表CPQ0Q1Q2選用4個(gè)CP下降沿鎖存的JK鎖存器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。 00000001001000110100 /1 /0 10011000011101100101 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0 /0排列順序： /C nnnnQQQQ0123二、二、 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖輸出方程：輸出方程：時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：nnQQC03CPCPCPCPCP3210C 的卡諾圖00011110000000100111001000nnQQ23nnQQ011、十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器(a

26、) 10nQ的卡諾圖00011110001110100011001011nnQQ23nnQQ01nnQQ0100011110000001010110010100100110000011010010001000110111nnQQ23次態(tài)卡諾圖nnnnQQQQ0001011(b) 11nQ的卡諾圖00011110000000111011001011nnQQ23nnQQ01nnnnnnQQQQQQ101031100011110000100101011101001nnQQ23nnQQ01(c) 12nQ的卡諾圖nnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQ20120102120121200

27、011110000010100011011000nnQQ23nnQQ01(d) 13nQ的卡諾圖nnnnnnnQQQQQQQ30301213狀態(tài)方程狀態(tài)方程nnnnnnnnnQKQQQJQQKJQKQQJKJ03012301220103100,1 CFF0 FF1 FF2 FF3Q1Q1Q0Q01CPQ2Q2 1J C11K 1J C1 1K1J C11K&Q3Q3 1J C11K&電路圖比較，得驅(qū)動方程：比較，得驅(qū)動方程：將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQ

28、QQQQQQQQQQQQQQQ30301213201201121010311001011nnnQKQJQ12、十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器選用4個(gè)CP下降沿鎖存的JK鎖存器，分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。 /0 /0 /0 /0 00000001001000110100 /1 /0 10011000011101100101 /0 /0 /0 /0排列順序： /B nnnnQQQQ0123狀態(tài)圖輸出方程：輸出方程：時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：nnnnQQQQB0123CPCPCPCPCP3210B 的卡諾圖00011110001000100011001000nnQQ23nnQ

29、Q01(a) 10nQ的卡諾圖00011110001110100011001011nnQQ23nnQQ01nnQQ0100011110001001001101110100000100100011001001101000010101nnQQ23nnnnQQQQ0001011(b) 11nQ的卡諾圖00011110000110100011111000nnQQ23nnQQ01nnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQ1010320101301211nnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQ201203021202312nnnnnnnQQQQQQQ30301213狀態(tài)方

30、程00011110000010101011011001nnQQ23nnQQ01(c) 12nQ的卡諾圖00011110001000100111001000nnQQ23nnQQ01(d) 13nQ的卡諾圖次態(tài)卡諾圖Q0Q0FF0 FF1 FF2 FF3 BQ1Q1Q2Q21CP 1J C11K 1J C1 1K1J C11K&Q3Q3 1J C11K&將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。nnnnnnnnnnnnQKQQQJQQKQQJQKQQQJKJ03012301203201023100,1電路圖nnnnnnnnnnnn

31、nnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ303012132012031210102311001011nnnQKQJQ1比較，得驅(qū)動方程：比較，得驅(qū)動方程：解解：由圖可知，由于 CP 計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)接到每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，所以該計(jì)數(shù)器為同步計(jì)數(shù)器。3 個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動方程分別為：F0：20QJ、10KF1：011QKJF2：012QQJ、12KQ0 Q1 Q2J CKJ CK CP J CK& Q Q Q Q Q Q F0 F1 F2例：例：分析圖示計(jì)數(shù)器為幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器。三、三、N進(jìn)制計(jì)數(shù)器（進(jìn)制計(jì)數(shù)器（逢非逢非2n個(gè)脈沖歸零）個(gè)脈沖歸零） 狀態(tài)方程：列狀態(tài)表的過

32、程如下：首先假設(shè)計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)000，然后根據(jù)在CP計(jì)數(shù)脈沖鎖存下各鎖存器的狀態(tài)。在第1個(gè)CP計(jì)數(shù)脈沖鎖存下狀態(tài)為001，反復(fù)判斷，直到第5個(gè)CP脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)又回到000。即5個(gè)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器狀態(tài)重復(fù)一次，所以該計(jì)數(shù)器為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖Q2 Q1 Q0J0 K0J1 K1J2 K20123450 0 00 0 10 1 00 1 11 0 00 0 01 11 11 11 10 1 1 10 01 10 01 10 00 00 10 10 11 10 10 1 CPQ0Q1Q2 用同步（CR=0條件下，輸入一個(gè)CP信號后各鎖存器才能清零）或異步（直接CR=0即可清零）清零端或置數(shù)

33、端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計(jì)數(shù)器均采用同步方式的有74LS163；均采用異步方式的有74LS193、74LS197、74LS192；清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74LS161、74LS160；只具有異步清零功能，如CC4520、74LS190、74LS191。四、集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用四、集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 邏輯功能示意圖(a) 引腳排列圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS161 1 2 3 4 5 6 7 8VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND CR D0 D1 D2 D

34、3 CTT CTP CP CO LD4 4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS16174LS161CR=0 無條件異步無條件異步清零清零CR=1、LD=0 CP上沿作用下，同步同步置數(shù)置數(shù)CR=LD=CPT=CPP=1時(shí)， CP上沿同步作用下,按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)。CR=LD=1且CPTCPP=0時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持保持不變。COCPTQ3Q2Q1Q0。CO=1, 進(jìn)位進(jìn)位。用74LS161來構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。nnQQCR23SNS121100D D0 0D D3 3可隨意處理可隨意處理D D0 0D D3 3必須都接必須都接0 0 CO LD CR

35、Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP&11(a) 用異步清零端 CR 歸零 74LS161用異步清零端CR歸零用同步置數(shù)端LD歸零SN-1S111011nnnQQQLD013 CO LD CR Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP&11(b) 用同步置數(shù)端 LD 歸零 74LS161 CO LD CR Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP & 1 1 74LS161 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 缺點(diǎn)是在Ql輸出波形上有毛刺，這是因?yàn)橛?jì)數(shù)器的Q3Q1同時(shí)為l(即狀態(tài)1010)時(shí)才會產(chǎn)生置0脈沖CR，使計(jì)

36、數(shù)器歸0 ，所以，計(jì)數(shù)器在狀態(tài)1010 閃一下，這種工作方式不能可靠地歸0，會造成計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。過渡狀態(tài)1 0 1 0 例如，設(shè)Q1比Q3翻轉(zhuǎn)速度快，則一旦Q1由10后，CR立即由0 1，如果Q3還沒有完成翻轉(zhuǎn)，則因清零信號已消除，使輸出狀態(tài)保持在1000狀態(tài)，這樣就發(fā)生了錯(cuò)誤。改進(jìn)的方法是加一個(gè)基本RS鎖存器。 由于集成組件各鎖存器在翻轉(zhuǎn)過程中，由于速度不等，可能出現(xiàn)不能使全部鎖存器同時(shí)歸0。提高歸零可靠性的方法提高歸零可靠性的方法利用一個(gè)基本 RS 觸發(fā)器將CR或0LD暫存一下，從而保證歸零信號有足夠的作用時(shí)間，使計(jì)數(shù)器能夠可靠歸零。二、二、M16的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（級聯(lián)）的任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

37、的設(shè)計(jì)（級聯(lián)） M=（147）10=（10010011）2Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (1)CPQ3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP74LS161 (2)Q3Q2Q0Q1QQQQ76451111同步級聯(lián)同步級聯(lián)0000000010010011Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (1)Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP74LS161 (2)Q3Q2Q0Q1QQQQ76451111CR=LD=CPT=CPP=1時(shí)，按照4位二進(jìn)制碼進(jìn)行同步計(jì)數(shù)。八位二進(jìn)制

38、數(shù)八位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)位進(jìn)位“1”片片(2)才能才能計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (1)CPQ3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP74LS161 (2)Q3Q2Q0Q1QQQQ764511&清零法也可以采用置數(shù)法，由于置數(shù)是同步的，不用設(shè)過渡狀態(tài)10010011用異步清零端CR歸零Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (1)CPQ3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (2)Q3Q2Q0Q1QQQQ764511111異步級聯(lián)構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)

39、器 （1616256）片(1) 16個(gè)脈沖 Q3Q2Q1Q0=11110000時(shí)， CO：1 0片(2) CP：01，上沿作用，計(jì)數(shù)。COCPTQ3Q2Q1Q0。用74LS161實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制計(jì)數(shù)（106）Q3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP1174LS161 (1)CPQ3Q2Q0Q1COCTTCTPLDCRD3D2D1D0CP74LS161 (2)Q3Q2Q0Q1QQQQ7645111&11也可以考慮用同步級聯(lián)，但是CO端都沒有輸出本節(jié)小結(jié)：本節(jié)小結(jié)：計(jì)數(shù)器是一種應(yīng)用十分廣泛的時(shí)序電路，除用于計(jì)數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子

40、計(jì)算機(jī)，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。計(jì)數(shù)器可利用鎖存器和門電路構(gòu)成。但在實(shí)際工作中，主但在實(shí)際工作中，主要是利用集成計(jì)數(shù)器來構(gòu)成。要是利用集成計(jì)數(shù)器來構(gòu)成。在用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，需要利用清零端或置數(shù)控制端，讓電路跳過某些狀態(tài)來獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求要求原始狀原始狀態(tài)圖態(tài)圖最簡狀最簡狀態(tài)圖態(tài)圖畫電畫電路圖路圖檢查電檢查電路能否路能否自啟動自啟動1246時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法選鎖存器，求時(shí)選鎖存器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程驅(qū)動方程5狀態(tài)狀態(tài)分配分配3化簡1建立原始狀態(tài)圖建立原始狀態(tài)圖設(shè)計(jì)一個(gè)按自然態(tài)序變化的設(shè)計(jì)一個(gè)按自然態(tài)序

41、變化的7進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)則為逢七進(jìn)一，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出。規(guī)則為逢七進(jìn)一，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出。 000001010011 /0 110101100 /0 /0 /0 /0 /0排列順序： /Y nnnQQQ012/1狀態(tài)化簡狀態(tài)化簡2狀態(tài)分配狀態(tài)分配3已經(jīng)最簡。已是二進(jìn)制狀態(tài)。4選鎖存器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程選鎖存器，求時(shí)鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程因需用3位二進(jìn)制代碼，選用3個(gè)CP下降沿鎖存的JK鎖存器，分別用FF0、FF1、FF2表示。由于要求采用同步方案，故時(shí)鐘方程為：CPCPCPCP210輸出方程：nnQQY21Y的卡諾圖00011110000101000nnQQ12nQ0(a) 10nQ的卡諾圖00011110011011000nnQQ12nQ0(b) 11nQ的卡諾圖00011110001001101nnQQ12nQ0(c) 12nQ的卡諾圖00011110000011011nnQQ12nQ0nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ212011210210