第21-2時(shí)序電路

1、(5-1) 按功能分按功能分(5-2)5.2.1 數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)取數(shù)脈沖脈沖接收接收脈沖脈沖( CP ) 寄存器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一，寄存器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一，它用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令。它用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令。四位數(shù)碼寄存器四位數(shù)碼寄存器(5-3) 所謂所謂“移位移位”，就是將寄存器所存各，就是將寄存器所存各位位 數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右移動(dòng)一位。根據(jù)移位方向，常把它或向右移動(dòng)一位。根據(jù)移位方向，常把它分成分成左移寄存器左移寄存器、右移寄存器右移寄存器 和

2、和 雙向移雙向移位寄存器位寄存器三種：三種：寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器雙向雙向移位移位(c)(5-4) 根據(jù)移位數(shù)根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸據(jù)的輸入輸出方式，又可出方式，又可將它分為將它分為串串行行輸輸入入串串行輸行輸出出、串串行輸行輸入入并并行輸行輸出出、并并行輸行輸入入串串行輸行輸出出和和并并行行輸輸入入并并行輸行輸出出四種電路結(jié)四種電路結(jié)構(gòu)：構(gòu)：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入串出串入并出串入并出并入串出并入串出并入并出并入并出(5-5)QQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3SDRDCLRLO

3、AD移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 預(yù)預(yù) 置置 3210存數(shù)存數(shù)脈沖脈沖清零清零脈沖脈沖四位串入四位串入 - 串出的左移寄存器串出的左移寄存器初始狀態(tài)：初始狀態(tài)： 設(shè)設(shè)A3A2A1A0 1011 在存數(shù)脈沖作用下，也有在存數(shù)脈沖作用下，也有 Q3Q2Q1Q0 1011 。D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出3210 下面將下面將重點(diǎn)討論重點(diǎn)討論 蘭顏色的蘭顏色的 那部分那部分電電路路的工作的工作原理。原理。(5-6)D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2

4、 2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出32101 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設(shè)初態(tài)設(shè)初態(tài) Q3Q2Q1Q0 1011(5-7)QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串

5、行串行輸出輸出3210用波形圖表示如下：用波形圖表示如下：1 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設(shè)初態(tài)設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2Q1Q0CPCP1 11 10 01 10 00 01 11 10 00 01 11

6、 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 0(5-8)QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出3210四位串入四位串入 - 串出的串出的左移左移寄存器：寄存器：D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QDQQ3DQDQD移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出Q1Q2Q0四位串入四位串入 - 串出的串出的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 0 0D0 Q Q1 1(5-9) 四位串入四位串入 - 串出串出的的左移左移寄存器：寄存器：D0 L LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1

7、D3 Q Q2 2 四位串入四位串入 - 串出串出的的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1 雙向移位雙向移位寄存器的寄存器的構(gòu)成：構(gòu)成： 只要設(shè)置一個(gè)控制端只要設(shè)置一個(gè)控制端S S，當(dāng)，當(dāng)S S0 0 時(shí)左移；而時(shí)左移；而當(dāng)當(dāng)S S1 1時(shí)右移即可。時(shí)右移即可。 “ “L L”即即需左移的需左移的輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) “ “R R”即即需右移的需右移的輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 集成組件集成組件 電路電路74LS194就是這樣的就是這樣的多功能移位寄存器。多

8、功能移位寄存器。 (5-10)VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移右移串行串行輸入輸入左移左移串行串行輸入輸入并行輸入并行輸入(5-11)VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(從從QA向右移動(dòng)向右移動(dòng))左移左移(從從QD向左移動(dòng)向左移動(dòng))并入并入 CLRCPS1 S0

9、功功 能能 (5-12)計(jì)數(shù)器的功能和分類計(jì)數(shù)器的功能和分類1. 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器的功能功能 記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)；用于定時(shí)、分記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)；用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。2. 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器的分類分類同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。有時(shí)也用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量有時(shí)也用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量(或稱模數(shù)或稱模數(shù))來(lái)區(qū)分各種不同的計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制來(lái)區(qū)分各種不同的計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六進(jìn)制計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、六進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。器等等。(5-13

10、)加法計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器:來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，輸出二進(jìn)制來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，輸出二進(jìn)制結(jié)果就加結(jié)果就加1，如由，如由000變成變成001。減法計(jì)數(shù)器：減法計(jì)數(shù)器：來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，輸出的來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，輸出的二進(jìn)制結(jié)果就減二進(jìn)制結(jié)果就減1，如，如010變成變成001。(5-14)1、異步計(jì)數(shù)器的分析、異步計(jì)數(shù)器的分析Q2D2Q1D1Q0D0Q2Q1Q0CP計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖脈沖 在異步計(jì)數(shù)器中，有的觸發(fā)器直在異步計(jì)數(shù)器中，有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號(hào)作器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號(hào)作為自己的時(shí)鐘脈沖，為自己的時(shí)鐘脈沖，因此各個(gè)觸發(fā)因此各個(gè)觸發(fā)

11、器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，故被器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，故被稱為稱為“ 異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器 ”。八進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器例例1. 八進(jìn)制八進(jìn)制異步異步加法計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器。(5-15)Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖脈沖八進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器Q2Q1Q0 Q Q010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1思考題：思考題： 試畫(huà)出八進(jìn)制異步減試畫(huà)出八進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的電路圖，并分法計(jì)數(shù)器的電路圖，并分析其工作過(guò)程。析其工作過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單、可靠：電路簡(jiǎn)單、可靠缺點(diǎn)缺點(diǎn)：速度慢：速度慢(

12、5-16)2 同步計(jì)數(shù)器的分析同步計(jì)數(shù)器的分析 在同步計(jì)數(shù)器中，在同步計(jì)數(shù)器中，各個(gè)觸發(fā)器都受同各個(gè)觸發(fā)器都受同一時(shí)鐘脈沖一時(shí)鐘脈沖 輸入計(jì)數(shù)脈沖的控制，因此，輸入計(jì)數(shù)脈沖的控制，因此，它們狀態(tài)的更新幾乎是同時(shí)的，故被稱它們狀態(tài)的更新幾乎是同時(shí)的，故被稱為為 “ 同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器 ”。例例2. 八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖CP(5-17)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器八進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP分析步驟分析

13、步驟:1. 先列寫(xiě)控制端的邏輯表達(dá)式：先列寫(xiě)控制端的邏輯表達(dá)式：J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1Q0： 來(lái)一個(gè)來(lái)一個(gè)CP，它就翻轉(zhuǎn)一次；，它就翻轉(zhuǎn)一次；Q1：當(dāng)：當(dāng)Q01時(shí)，它可翻轉(zhuǎn)一次；時(shí)，它可翻轉(zhuǎn)一次；Q2：只有當(dāng)：只有當(dāng)Q1Q011時(shí)，它才能翻轉(zhuǎn)一次。時(shí)，它才能翻轉(zhuǎn)一次。(5-18)CPQ0Q1Q22. 還可以用波形圖顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換表還可以用波形圖顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換表3、還可以用狀態(tài)表來(lái)表示、還可以用狀態(tài)表來(lái)表示(5-19) 二二 進(jìn)進(jìn) 制制 數(shù)數(shù) Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 12 0 1 0 3 0 1 14 1 0 0 5 1 0

14、 16 1 1 0 7 1 1 18 0 0 0 脈沖數(shù)脈沖數(shù)(CP)(5-20)3 任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的分析任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖脈沖CP1. 寫(xiě)出控制端的邏輯表達(dá)式：寫(xiě)出控制端的邏輯表達(dá)式：J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 (5-21)CPQ0Q1Q2異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。2. 畫(huà)波形圖畫(huà)波形圖(5-22)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖脈沖CP3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(取兩個(gè)脈沖之間取兩個(gè)脈沖之間CP=0時(shí)的輸出值）時(shí)的輸出值）CPQ

15、2Q1Q0000010012010301141005000異步五進(jìn)異步五進(jìn)制加法計(jì)制加法計(jì)數(shù)器數(shù)器。(5-23)另有三種狀態(tài)另有三種狀態(tài)111、110、101不在計(jì)數(shù)循不在計(jì)數(shù)循環(huán)內(nèi)，如果這些狀態(tài)經(jīng)若干個(gè)時(shí)鐘脈沖能夠進(jìn)環(huán)內(nèi)，如果這些狀態(tài)經(jīng)若干個(gè)時(shí)鐘脈沖能夠進(jìn)入計(jì)數(shù)循環(huán)，稱為能夠入計(jì)數(shù)循環(huán)，稱為能夠自行啟動(dòng)自行啟動(dòng)。4. 檢驗(yàn)其能否檢驗(yàn)其能否自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)啟動(dòng) ？CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 = K0 = Q2 Q1 Q0 Q1Q0 1 1 1 原狀態(tài)原狀態(tài) 控控 制制 端端 下?tīng)顟B(tài)下?tīng)顟B(tài), 1Q2 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0

16、 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0結(jié)論：結(jié)論： 經(jīng)檢驗(yàn)，可以自動(dòng)啟動(dòng)。經(jīng)檢驗(yàn)，可以自動(dòng)啟動(dòng)。(5-24)1.同步同步(5-25)二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0脈沖數(shù)脈沖數(shù)(CP)十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)0123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 001234567890(5-26)RDQJKQFF0QJKQFF1 CP計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖QJKQFF2QJKQQ3FF3Q2Q1Q0(5-27)Q0Q1Q2Q3CP123456

17、78910 常用常用74LS160型同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器型同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器, 其外引腳排其外引腳排列及功能表與列及功能表與74LS161型計(jì)數(shù)器相同。型計(jì)數(shù)器相同。(5-28)Q1RD CP0&R02R01S91S92&QJKQFF1QJKQFF2Q2QJKQFF3Q3RDRDRDSDSD CP1Q0QJKQFF0(5-29)110 10清零清零0000Q1RD CP0&R02R01S91S92&QJKQFF1QJKQFF2Q2QJKQFF3Q3RDRDRDSDSD CP1Q0QJKQFF0(5-30)0置置“9”1100 1 1 Q1RD CP0&

18、R02R01S91S92&QJKQFF1QJKQFF2Q2QJKQFF3Q3RDRDRDSDSD CP1Q0QJKQFF0(5-31) 0 011Q1RD CP0&R02R01S91S92&QJKQFF1QJKQFF2Q2QJKQFF3Q3RDRDRDSDSD CP1Q0QJKQFF0(5-32) 0 011輸入脈沖輸入脈沖輸出十進(jìn)制輸出十進(jìn)制Q1RD CP0&R02R01S91S92&QJKQFF1QJKQFF2Q2QJKQFF3Q3RDRDRDSDSD CP1Q0QJKQFF0(5-33)輸輸 入入輸輸 出出Q2Q3R01S92S91R02Q1Q01

19、1011011000000001010R01S92S91R02有任一為有任一為“0”有任一為有任一為“0” (5-34)輸入計(jì)輸入計(jì)數(shù)脈沖數(shù)脈沖十分頻輸出十分頻輸出(進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出)計(jì)數(shù)狀態(tài)計(jì)數(shù)狀態(tài)計(jì)數(shù)器輸出計(jì)數(shù)器輸出S91N74LS290S92Q2Q1NUCCR01R02CP0CP1Q0Q3地地17814S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02CP1CP0(5-35)Q1Q2Q3Q0CP1 2 3 4 5 6 7 8 9 10工作波形工作波形S92S91Q0Q3Q1Q2R01R02CP1CP0(5-36)S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02CP1CP0五進(jìn)制輸出五進(jìn)制輸出計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈

20、沖輸入輸入CP12345Q1Q2Q3工作波形工作波形(5-37)(5-38)0 0 01 0 00 1 10 0 10 1 00 1 00 1 01 1 15、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(5-39)(5). 寫(xiě)出各個(gè)控制端的邏輯表達(dá)式：寫(xiě)出各個(gè)控制端的邏輯表達(dá)式：JC = QA KC = QA JB = QC KB = QC JA = QB KA = QB QCQCJCKCQBQBJBKBJAQAQAKARDRDSD預(yù)置數(shù)預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖CP(6). 畫(huà)出計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖。畫(huà)出計(jì)數(shù)器的邏輯電路圖。(5-40)(7). 檢驗(yàn)該計(jì)數(shù)電路能否自動(dòng)啟動(dòng)。檢驗(yàn)該計(jì)數(shù)電路能否自動(dòng)啟動(dòng)。 本計(jì)數(shù)電路有三個(gè)觸發(fā)器，本計(jì)數(shù)電路有