第5章_常用時(shí)序模塊

1、第五章第五章 常用時(shí)序模塊常用時(shí)序模塊 定義：時(shí)序邏輯電路在任何時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，而且還取決于電路的原來狀態(tài)。 電路構(gòu)成： 存儲電路（主要是觸發(fā)器，必不可少） 組合邏輯電路（可選）。 時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲電路來記憶和表示的。時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖 5-1 時(shí)序邏輯電路概述時(shí)序邏輯電路概述按各觸發(fā)器接受時(shí)鐘信號的不同分類：同步時(shí)序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化都在同一時(shí)鐘信號作用下同時(shí)發(fā)生。 異步時(shí)序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同步發(fā)生的，可能有一部分電路有公共的時(shí)鐘信號，也可能完全沒有公共的時(shí)鐘信號。 本章內(nèi)容提要：時(shí)序邏輯電路基本概念、時(shí)序邏輯電路的一般分析方法；異步計(jì)數(shù)器、

2、同步計(jì)數(shù)器、寄存器與移位寄存器的基本工作原理； 重點(diǎn)介紹幾種中規(guī)模集成器件及其應(yīng)用、介紹基于功能塊分析中規(guī)模時(shí)序邏輯電路的方法。 5-2 MSI計(jì)數(shù)器及應(yīng)用計(jì)數(shù)器及應(yīng)用部分常用部分常用MSI計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器7474LS290/74LS90LS290/74LS90同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器7474LS161/74LS163LS161/74LS163同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器7474LS192LS192計(jì)數(shù)器的應(yīng)用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用部分常用集成計(jì)數(shù)器 1. 74LS290的外引腳圖、邏輯符號及邏輯功能74LS290 2510進(jìn)制計(jì)數(shù)器 (a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 輸出CP

3、輸入異步置數(shù)異步異步2 25 51010進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器7474LS290/74LS90LS290/74LS90 74LS290功能表 2基本工作方式 （1）二進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，由Q0輸出二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)CP0Q00011202基本工作方式 （2）五進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，由Q3 、Q2、 Q1 輸出五進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q1 00 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 02基本工作方式 （3） 8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)：將Q0與CP1相連,計(jì)數(shù)脈沖CP由CP0輸入 8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)

4、器 計(jì)數(shù)計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q3 Q2 Q1 Q000 0 0 010 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0 050 1 0 160 1 1 070 1 1 181 0 0 091 0 0 1100 0 0 0二進(jìn)制五進(jìn)制2基本工作方式 （4） 5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)：把CP0和Q3相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入 5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q0 Q3 Q2 Q100 0 0 010 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0 051 0 0 061 0 0 171 0 1 081 0 1 191 1 0 0100 0 0 0五進(jìn)制二

5、進(jìn)制（1）利用脈沖反饋法獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器 3應(yīng)用舉例 構(gòu)成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器 先構(gòu)成8421BCD碼的10進(jìn)制計(jì)數(shù)器；再用脈沖反饋法，令R0BQ2Q1Q0實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0111狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器迅速復(fù)位到0000狀態(tài)，然后又開始從0000狀態(tài)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)00000110七進(jìn)制計(jì)數(shù)。 構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 先構(gòu)成8421BCD碼的10進(jìn)制計(jì)數(shù)器；再用脈沖反饋法，令R0AQ2、R0BQ1。 當(dāng)計(jì)數(shù)器出現(xiàn)0110狀態(tài)時(shí)，計(jì)數(shù)器迅速復(fù)位到0000狀態(tài)，然后又開始從0000狀態(tài)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)00000101六進(jìn)制計(jì)數(shù)。 計(jì)數(shù)器的級聯(lián)是將多個(gè)集成計(jì)數(shù)器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來，以獲得計(jì)數(shù)容量

6、更大的N（=M1M2）進(jìn)制計(jì)數(shù)器。一般集成計(jì)數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。異步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的CP端 先用級聯(lián)法 再用脈沖反饋法（2）構(gòu)成大容量計(jì)數(shù)器 附：用級聯(lián)（相當(dāng)于串行進(jìn)位）法實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法（異步）。 這樣構(gòu)成的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)將保留M1進(jìn)制計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)。 例：利用兩片74LS290構(gòu)成23進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 74LS290構(gòu)成二十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器先將兩片接成8421BCD碼十進(jìn)制的CT74LS290級聯(lián)組成1010=100進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。00100011 再將狀態(tài)“0010 0011”通過反饋與門輸出至異步置0端，從而實(shí)現(xiàn)23進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 10進(jìn)制

7、計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號？進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號？1001 0000時(shí)時(shí)Q3有下降沿。有下降沿。7490構(gòu)成四十五制進(jìn)計(jì)數(shù)器7490CPBCPAS92S91R01R0200007490CPBCPAS92S91R01R0200CPQDQCQBQAQDQCQBQAM=45=95， 可以先構(gòu)成九進(jìn)制和五進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 然后級聯(lián)構(gòu)成四十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路如圖所示。其中右側(cè)7490構(gòu)成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器， 左側(cè)7490構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。用用7490構(gòu)成四十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路構(gòu)成四十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路7490構(gòu)成八十五進(jìn)制計(jì)數(shù)器7490CPBCPAS92S91R01R02007490CPBCPAS92S91R01R0200CP

8、&QDQCQBQAQDQCQBQA1. 74LS161的邏輯符號74LS161的外引線圖 狀態(tài)輸出74LS161的邏輯符號 并行輸入CP輸入同步同步4位二位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器7474LS161/74LS163LS161/74LS163 74LS161的功能表 CO= Q3 Q2 Q1 Q0 CTT74LS161的時(shí)序圖 (1).(1).異步清零：當(dāng)異步清零：當(dāng)R=0R=0，輸出，輸出“0000”0000”狀態(tài)。狀態(tài)。與與CPCP無無關(guān)關(guān)(2).(2).同步預(yù)置：當(dāng)同步預(yù)置：當(dāng)R=1R=1，LD=0LD=0，在在CPCP上升沿時(shí)上升沿時(shí)， 輸輸出端即反映輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)出端即反映輸入數(shù)據(jù)的狀態(tài)

9、(3).(3).保持：當(dāng)保持：當(dāng)R=LD=1R=LD=1時(shí)，各觸發(fā)器均處于保持狀態(tài)時(shí)，各觸發(fā)器均處于保持狀態(tài)(4).(4).計(jì)數(shù)：當(dāng)計(jì)數(shù)：當(dāng)LD = R = P= T = 1LD = R = P= T = 1時(shí)，按時(shí)，按自然二進(jìn)制自然二進(jìn)制計(jì)數(shù)。若初態(tài)為計(jì)數(shù)。若初態(tài)為0000,150000,15個(gè)個(gè)CPCP后，輸出為后，輸出為“1111”1111”，進(jìn)位進(jìn)位Q QCC CC = TQ= TQA AQ QB BQ QC CQ QD D =1 =1；第；第1616個(gè)個(gè)CPCP作用后，輸出恢復(fù)作用后，輸出恢復(fù)到初始的到初始的00000000狀態(tài)，狀態(tài)， Q QCC CC = 0= 0 2、邏輯功能、

10、邏輯功能 輸輸 入入 輸輸 出出CPRLDP(S1) T(S2) A B C DQA QB QC QD00 0 0 0 10A B C DA B C D110保持保持11 0保持保持111 1計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)CT74163功能表功能表采用采用同步清零同步清零方式方式。 當(dāng)當(dāng)R=0R=0時(shí)，只有當(dāng)時(shí)，只有當(dāng)CPCP 的的上升沿上升沿來到時(shí)來到時(shí), , 輸出輸出Q QD DQ QC CQ QB BQ QA A 才被全部清零才被全部清零1 1、外引線排列和、外引線排列和CT74161CT74161相同相同2 2、置數(shù)，計(jì)數(shù)，保持等功能與、置數(shù)，計(jì)數(shù)，保持等功能與CT74161CT74161相同相同3 3、清

11、零功能與、清零功能與CT74161CT74161不同不同74LS163邏輯符號邏輯符號比較比較四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CT74163異步清零異步清零同步預(yù)置同步預(yù)置保持保持計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)CT74161同步清零同步清零同步預(yù)置同步預(yù)置保持保持計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)（1）同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù) 3應(yīng)用舉例 實(shí)現(xiàn)四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)（2）構(gòu)成16以內(nèi)的任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器： 分析74LS161的置數(shù)功能： 電路舉例（以十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例） 反饋清0法反饋預(yù)置法 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)順序表 74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變改變D3 D2 D1 D0的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。

12、令令D3 D2 D1 D00110 利用進(jìn)位輸出CO取狀態(tài)1111 實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0110到到1111） 用74LS161構(gòu)成從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變與非門的輸入信號，改變與非門的輸入信號， 可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。 令令D3 D2 D1 D00000 利用與非門拾取狀態(tài)1001 可實(shí)現(xiàn)從可實(shí)現(xiàn)從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0000到到1001） 電路的工作波形CPQA同步置數(shù)QBQCQDLD用74LS161構(gòu)成從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變與非門的輸入信號改變與非門的輸入信號 ，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。

13、利用與非門拾取狀態(tài)1010 實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0000到到1001） 用用74163構(gòu)成構(gòu)成從0開始計(jì)數(shù)的10進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163QDQCQBTPCPCOQALDCLR111&CPDCBACPQA同步清0QBQCQDCLR74163QDQCQBTPCPCOQALDCLR111&CPDCBA（3）利用多片74LS161實(shí)現(xiàn)大容量計(jì)數(shù) 先用級聯(lián)法 計(jì)數(shù)器的級聯(lián)是將多個(gè)集成計(jì)數(shù)器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來，以獲得計(jì)數(shù)容量更大的N（=M1M2）進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 一般集成計(jì)數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。 同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器

14、的T端） 有進(jìn)位時(shí)，高位計(jì)數(shù)功能T 1；無進(jìn)位時(shí)，高位保持功能T 0。 用兩片CT74LS161級聯(lián)成1616進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 低位片高位片在計(jì)到1111以前，CO10，高位片保持原狀態(tài)不變在計(jì)到1111時(shí)，CO11，高位片在下一個(gè)CP加一 再用脈沖反饋法 例：用兩片74LS161級聯(lián)成五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 00100011實(shí)現(xiàn)從0000 0000到0011 0001的50進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制數(shù)50對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0010 二二百五十六進(jìn)程程控計(jì)數(shù)器電路74163QDQCQBTPCPCOQALDCLR111Y7Y6Y5Y474163QDQCQBTPCOQALDCLR11Y3Y2Y1Y01CP

15、預(yù) 置 數(shù) YCPDCBADCBA例如，要構(gòu)成模M=200的計(jì)數(shù)器，需要2片74163，預(yù)置數(shù)Y = 162 - 200 = 56 =(0011 1000)2 即在上上圖電路中，左側(cè)74163的DCBA接0011，右側(cè)74163的DCBA接1000。功能表同步十進(jìn)制可逆同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器7474LS192LS192 邏輯符號特點(diǎn)特點(diǎn)： 雙時(shí)鐘輸入CPU U 、 CPD D，上升沿有效。 異步清0端CLR， 高電平有效。 異步預(yù)置控制端LD ，低電平有效。 進(jìn)位輸出CO、借位輸出BO分開。 使用方法使用方法 74192有清0和置數(shù)功能，因此同樣可以使用反饋清0法或反饋預(yù)置法來構(gòu)成任意進(jìn)制

16、計(jì)數(shù)器。 1) 反饋清0法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74192是異步清0， 使用反饋清0法構(gòu)成加法計(jì)數(shù)器的方法與7490相同， 即遇M清0。構(gòu)成減法計(jì)數(shù)器時(shí)，使用0和后面M-1個(gè)狀態(tài)構(gòu)成計(jì)數(shù)循環(huán)， 遇10-M狀態(tài)清0。 2) 反饋預(yù)置法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74192構(gòu)成的兩種八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器(a) 使用前面8個(gè)狀態(tài)； (b) 使用后面8個(gè)狀態(tài)74192QDQCQBCPUQACOBOLDCLRDCBACPD1CP10000074192QDQCQBCPUQACOBOLDCLRDCBACPD&CP100010(a)(b)Y = 10k-M-1 級聯(lián)擴(kuò)展級聯(lián)擴(kuò)展一百進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器電路74192CPUCOBOLD

17、CLRDCBACPD0174192CPUCOBOLDCLRDCBACPD0111CP1XQDQCQBQAQDQCQBQA計(jì)數(shù)器的應(yīng)用計(jì)數(shù)器的應(yīng)用1、分頻 2、計(jì)時(shí)3、脈沖分配4、產(chǎn)生周期序列信號分頻 8分頻器電路74163TPCPLDCLR1100011Z125 kHz(1 MHz)1CPQDQCQBCOQADCBA脈沖分配8路脈沖分配器電路及工作波形 (a) 電路； (b) 工作波形74163QDQCQBTPCPCOQALDCLRDCBA111CP741381A2A1A0SABSCS1007Y6Y5Y3Y4Y2Y1Y0Y(a)CPQAQBQC7Y6Y5Y3Y4Y2Y1Y0Y(b)產(chǎn)生周期序列

18、信號7位巴克碼產(chǎn)生器電路74161QDQCQBTPCPCOQALDCLR111CP74151A2A1A0ST0D7D0D6D5D4D3D2D11010011YZ0000&DCBA設(shè)計(jì)一個(gè)(周期性)巴克碼序列1110010產(chǎn)生器。 5-3 MSI移位寄存器及應(yīng)用移位寄存器及應(yīng)用4 4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器7419474194移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用1. 功能描述 4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器7474194194雙向移位寄存器74LS194邏輯符號CLR：異步置零端；S1、S0：工作方式控制端；A、B、C、D：并行數(shù)據(jù)輸入端；QA、QB、QC、QD：并行數(shù)據(jù)輸出端；SR：右

19、移串行數(shù)據(jù)輸入端；SL：左移串行數(shù)據(jù)輸入端；CP：移位脈沖輸入端74194功能表 結(jié)論：清零功能最優(yōu)先（異步方式）。計(jì)數(shù)、移位、并行輸入都需CP的到來（同步方式）工作方式控制端S1S0區(qū)分四種功能。 S1S0=11 并行置數(shù)S1S0=01 右移S1S0=10 左移S1S0=00 保持原態(tài)2. 移位寄存器的應(yīng)用 （1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的串/并和并/串變換 （1）7位串/并變換電路（2）7位并/串變換電路（2）構(gòu)成序列檢測器 用74194實(shí)現(xiàn)“1101”序列檢測器，允許輸入序列碼重疊。 “1101”序列檢測序列檢測器器74194QAQBQCS1CPQDCLRABCDSRSLS01CPX10 1&Z（3

20、）構(gòu)成移位型計(jì)數(shù)器 移位型計(jì)數(shù)器的三種類型：環(huán)形計(jì)數(shù)器移位型計(jì)數(shù)器的三種類型：環(huán)形計(jì)數(shù)器-模模n 扭環(huán)形計(jì)數(shù)器扭環(huán)形計(jì)數(shù)器-模模2n 變形扭環(huán)形計(jì)數(shù)器變形扭環(huán)形計(jì)數(shù)器-模模2n-1 移位型計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)(a) 環(huán)形； (b) 扭環(huán)形； (c) 變形扭環(huán)形Qn1Qn2 Q2Q1Q0Qn1Qn2 Q2Q1Q01(a)(b)Qn1Qn2 Q2Q1Q0&(c)用74194實(shí)現(xiàn) 八進(jìn)制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，并畫出它們的全狀態(tài)圖。 八進(jìn)制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器(a) 電路； (b) 全狀態(tài)圖74194QAQBQCS1CPQDCLRABCDSRSLS010CP11(a)000000010011100011001110111

21、1011100100101101110010100101011010110(b)用74194實(shí)現(xiàn) 七進(jìn)制變扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，并畫出它們的全狀態(tài)圖。 七進(jìn)制變形扭環(huán)形計(jì)數(shù)器 (a) 電路； (b) 全狀態(tài)圖74194S1CPCLRABCDSRSLS001CP1&(a)000000010011100011001110111101111001110101100010010001011011(b)1010QAQBQCQD用74194實(shí)現(xiàn) 自啟動八進(jìn)制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，并畫出它們的全狀態(tài)圖。 自啟動八進(jìn)制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器 (a) 電路； (b) 全狀態(tài)圖74194QAQBQCS1CPQDCLRABCDSRSLS001CP 1(a)000000010011100011001110111101110010010110111001010011010110(b)101011半導(dǎo)體存儲器的分類固定ROM(不可編程)PROM (可一次性編