SCH5-時序邏輯電路

1、1 計數(shù)器的種類很多。按其工作方式可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器；按其進(jìn)位制可分為二進(jìn)制計數(shù)器、十進(jìn)制計數(shù)器和任意進(jìn)制計數(shù)器；按其功能又可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和加/減可逆計數(shù)器等。 計數(shù)器是時序邏輯電路的具體應(yīng)用，用來累計并寄存輸入脈沖個數(shù)，計數(shù)器的基本組成單元是各類觸發(fā)器。 計數(shù)器中的“”是用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來表示的，在計數(shù)脈沖作用下使一組觸發(fā)器的狀態(tài)逐個轉(zhuǎn)換成不同的狀態(tài)組合來表示數(shù)的增加或減少，即可達(dá)到計數(shù)的目的。計數(shù)器在運(yùn)行時，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性的，總是在有限個狀態(tài)中循環(huán)，通常將一次循環(huán)所包含的狀態(tài)總數(shù)稱為計數(shù)器的“”。5.1 計數(shù)器計數(shù)器2FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF

2、11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRD5.1.15.1.1異步計數(shù)器異步計數(shù)器 ( (1 1) ) 異步二進(jìn)制計數(shù)器異步二進(jìn)制計數(shù)器 1. 電路構(gòu)成與工作原理電路構(gòu)成與工作原理動畫演示動畫演示FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRD1 11J1K1J1K1J1K1J1KC1CPC1Q0C1Q1C1Q2 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計數(shù)器觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計數(shù)器300010010異步二進(jìn)制計數(shù)器工作原理異步二進(jìn)制計數(shù)器工作原理CPQ3Q0Q1Q20000來一個來一個 CP 翻轉(zhuǎn)一次翻

3、轉(zhuǎn)一次 來一個來一個 Q0 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 來一個來一個 Q1 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 來一個來一個 Q2 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 11110000 輸入第輸入第“1”個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為“0001”；輸入第；輸入第“2”個個計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為計數(shù)脈沖時，計數(shù)器輸出為“0010”。輸入第輸入第“15”個脈沖時，輸出個脈沖時，輸出“1111”，當(dāng)輸入第，當(dāng)輸入第“16”個個脈沖時，輸出脈沖時，輸出返回初態(tài)返回初態(tài)“0000”，且，且 Q3 端輸出進(jìn)位信號下降沿。因此，該電路構(gòu)成端輸出進(jìn)位信號下降沿。因此，該電路構(gòu)成 4 位位二進(jìn)制加法計數(shù)器。二進(jìn)制加法計數(shù)器。依次輸入

4、脈沖時，計數(shù)狀態(tài)按依次輸入脈沖時，計數(shù)狀態(tài)按 4 位二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化。位二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化。(2)(2) 工作原理工作原理400001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計計 數(shù)數(shù) 器器 狀狀 態(tài)態(tài)計數(shù)順序計數(shù)順序（3 3） 4 位位異步異步二進(jìn)制加法計數(shù)器態(tài)序表二進(jìn)制加法計數(shù)器態(tài)序表 5 Q0 Q1 Q2 Q3 CP D C D C D C D C Q Q Q Q Q Q Q Q F0 F1 F2 F3 RD CP Q0 Q1 Q2

5、Q3 圖中各位觸發(fā)器均為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。由于各位D觸發(fā)器的輸入D端與它們各自輸出的非聯(lián)在一起，所以，F(xiàn)0在每一個時鐘脈沖上升沿到來時翻轉(zhuǎn)一次。 F1在Q0由1變0時翻轉(zhuǎn)， F2在Q1由1變0時翻轉(zhuǎn)， F3在Q2由1變0時翻轉(zhuǎn)。用D觸發(fā)器構(gòu)成的異步四位二進(jìn)制加計數(shù)器*65.1.2 5.1.2 同步十進(jìn)制加法計數(shù)器同步十進(jìn)制加法計數(shù)器7RDQJKQF0QJKQF1C計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖QJKQF2QJKQQ3F3Q2Q1Q08同步十進(jìn)制計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：9 8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計數(shù)器工作波形圖10 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 邏輯功能示意圖(a) 引腳排列圖 1

6、6 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 D3 CTT CTP CP CO LD5.1.3.集成同步加法計數(shù)器集成同步加法計數(shù)器74LS161CR=0時異步清零。CR=1、LD=0時同步置數(shù)。CR=LD=1且CPT=CPP=1時，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同 步二進(jìn)制計數(shù)。CR=LD=1且CPTCPP=0時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。11 74LS161利用清零端或置數(shù)端可構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器。下圖所示為用一片74LS161構(gòu)成12進(jìn)制

7、計數(shù)器的兩種方法： 1 1 & 1 (a) 用用異異步步清清零零端端 CR 歸歸零零 (b) 用用同同步步置置數(shù)數(shù)端端 LD 歸歸零零 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP & 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 12 CP Q0 Q1 Q2 Q3 CP Q0 Q1 Q2 Q3 (a) 用用異異步步歸歸零零法法構(gòu)構(gòu)成成的的十十二二進(jìn)進(jìn)制制計計數(shù)數(shù)器器的的波波形形 (b) 用用同同步步歸歸零零法法構(gòu)構(gòu)成成的的十十二二進(jìn)進(jìn)制制計計數(shù)數(shù)器器的的波波形形

8、 異步歸零構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器，從狀態(tài)0000開始計數(shù)，計到狀態(tài)1011時，再來一個CP計數(shù)脈沖，電路不是立即歸零，而是先轉(zhuǎn)換到狀態(tài)1100，借助1100的譯碼使電路歸零，因此這種歸零方法存在一個極短暫的過渡狀態(tài)1100。 同步歸零構(gòu)成的十二進(jìn)制計數(shù)器，從狀態(tài)0000開始計數(shù)，計到狀態(tài)1011時，再來一個CP計數(shù)脈沖，電路立即歸零。顯然，這種歸零方法不存在過渡狀態(tài)1100。13例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。方法方法1 1：選前：選前1010個狀態(tài)，個狀態(tài)1001。74LS161QDQCQBQALD

9、B C DTPCPCrA“1”“1”“1”N&OC14例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。方法方法2 2：選后：選后1010個狀態(tài)：個狀態(tài)：74LS161QDQCQBQALDB C DTPCPCrA“1”“1”“1”N0 0 1 1 1 1 0 0OC10110-11110110-111115例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計數(shù)器。方法方法3 3：選中間：選中間1010個狀態(tài)：個狀態(tài)：74LS161QDQCQBQALDB C DTPCPCrA“1”“1”“1”N1 1 1

10、 1 0 0 0 0O1100&1617型號 進(jìn)制 清零 預(yù)置數(shù)CT74LS160十進(jìn)制低電平 異步低電平 同步CT74LS161二進(jìn)制低電平 異步低電平 同步CT74LS162十進(jìn)制低電平 同步低電平 同步CT74LS163二進(jìn)制低電平 同步低電平 同步CT74LS160CT74LS163功能比較18例例 試分析圖示電路，畫出它的狀態(tài)圖，說明它是試分析圖示電路，畫出它的狀態(tài)圖，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器。幾進(jìn)制計數(shù)器。 QDRETEP74161DRCO33QD211QL010QDCPDD1計數(shù)脈沖201111利用進(jìn)位輸出置最小數(shù)法19CT74LS161Q0Q1Q2Q3

11、COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 根據(jù)根據(jù) S6 和和 CR 的有效電平寫出的有效電平寫出 畫連線圖畫連線圖計數(shù)輸入計數(shù)輸入輸出端輸出端 用用異步置異步置 0 的的 CT74LS161 構(gòu)成構(gòu)成六進(jìn)制六進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器 寫出寫出 S6 的二進(jìn)制代碼的二進(jìn)制代碼S6 = 0110 寫出反饋置寫出反饋置 0 函數(shù)函數(shù)12QQCR 1 11 1& 20( (2) ) 用用同步置同步置 0 的的 CT74LS163 構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成六進(jìn)制計數(shù)器CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 畫連線圖畫連線圖輸出端輸出端 寫出寫出 S6- -1 的二進(jìn)制代

12、碼的二進(jìn)制代碼S6- -1 = S5 = 0101 寫出反饋置寫出反饋置 0 函數(shù)函數(shù)02QQCR 1 11 1&21 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP 1 1 & 60 進(jìn)制計數(shù)器進(jìn)制計數(shù)器 按功能分按功能分清零清零寄存指令寄存指令RD.QDF0d0Q0.Q.DF1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q3000011011101觸發(fā)器狀態(tài)不變觸發(fā)器狀態(tài)不變動畫動畫RDSDd3RDSDd2RDSDd1RDSD

13、d010清零清零1100&Q0&Q1&Q2&Q31100&QQQQ0000001110101111二、移位寄存器二、移位寄存器在控制信號作用下，可實(shí)現(xiàn)右移也可在控制信號作用下，可實(shí)現(xiàn)右移也可實(shí)現(xiàn)左移。實(shí)現(xiàn)左移。 雙向移位雙向移位寄寄 存存 器器單向移位單向移位寄寄 存存 器器 左左 移移寄存器寄存器 右右 移移寄存器寄存器每輸入一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)每輸入一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)碼依次向右移動碼依次向右移動 1 位。位。 每輸入一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)每輸入一個移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)碼依次向左移動碼依次向左移動 1 位。位。 Shift register用于存放數(shù)碼和使

14、數(shù)碼根據(jù)需要向左或向右移位。用于存放數(shù)碼和使數(shù)碼根據(jù)需要向左或向右移位。1清零清零0DQ2SDRDd2&F2Q1SDRDd1&F1Q0SDRDd0&F0DDQ3SDRDd3&F3DDCF3F2F1F0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3F3F2F1F0dQ0Q1Q2Q3F3F2F1F0d0d1d2d3Q3Q3F3F2F1F0d既能左移也能右移。既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ01&111&1&.RDCS左移輸入左移輸入 待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由 低位至高低位至高 位依次輸入位依次輸入待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由高位至低位高位至低位依次輸入依次輸入101右移輸入右移輸入移位控制端移位控制端000000&010

15、動畫動畫右移右移串行串行輸入輸入左移左移串行串行輸入輸入UCCQ0Q1Q2Q3M1M0 C16151413 121110913456782D0D1D2D3DSRDSL RDGNDCT74LS194并行輸入并行輸入011110 00 11 01 1直接清零直接清零(異步異步)保保 持持右移右移(從從Q0向右移動向右移動)左移左移(從從Q3向左移動向左移動)并行輸入并行輸入 RD CM1 M0功功 能能 UCCQ0Q1Q2Q3M1M0 C16151413 1211109CT74LS19413456782D0D1D2D3DSRDSL RDGND 時序邏輯電路時序邏輯電路3. 3. 移位寄存器的應(yīng)用移

16、位寄存器的應(yīng)用 3. 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用用用 CT74LS194 構(gòu)成構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCT74LS194CR1110000CP12345678Q3Q2Q1Q0順序脈沖順序脈沖指在每個循指在每個循環(huán)周期內(nèi)，在時間上按一環(huán)周期內(nèi)，在時間上按一定先后順序排列的脈沖信定先后順序排列的脈沖信號號。常用之控制某些設(shè)備常用之控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。運(yùn)算或操作。 時序邏輯電路時序邏輯電路 3. 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用用用 CT74LS194 構(gòu)成構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCT74