數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第5章課件

1、第五章 時序邏輯電路5.1 時序電路的基本分析和設(shè)計方法5.2 計數(shù)器5.3 寄存器和讀/寫存儲器5.4 順序脈沖發(fā)生器5.5 可編程時序邏輯電路概述 第五章 時序邏輯電路(Sequential Logic Circuit)主要內(nèi)容：1. 時序電路的特點、功能表示方法和分類2. 時序電路的基本分析方法和設(shè)計方法3. 常用的時序電路： 計數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲器、 順序脈沖發(fā)生器和 可編程 時序邏輯電路。概 述一、時序電路的特點1. 定義 任何時刻電路的輸出，不僅和該時刻的輸入信號有關(guān)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)。2. 電路特點(1) 與時間因素 (CP) 有關(guān)；(2) 含有記憶性的元件(觸發(fā)

2、器)。組合邏輯電 路存儲電路x1xiy1yjw1wkq1ql輸入輸出二、時序電路邏輯功能表示方法1. 邏輯表達(dá)式(1) 輸出方程(3) 狀態(tài)方程(2) 驅(qū)動方程2. 狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖組合邏輯電 路存儲電路x1xiy1yjw1wkq1qlx1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP三、時序邏輯電路分類1. 按邏輯功能劃分：計數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲器、順序脈沖發(fā)生器等。2. 按時鐘控制方式劃分：同步時序電路觸發(fā)器共用一個時鐘 CP，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)。異步時序電路電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個 CP。3. 按輸出信號的特性劃分：Moore型:輸出只決定于電路的現(xiàn)態(tài)Mealy型

3、：輸出與現(xiàn)態(tài)及輸入有關(guān)存儲電路Y(tn)輸出WQX(tn)輸入組合電路CPY(tn)輸出CPX(tn)輸入存儲電路組合電路組合電路5.1 時序電路的基本分析和設(shè)計方法5.1.1 時序電路的基本分析方法1. 分析步驟時序電路時鐘方程驅(qū)動方程狀態(tài)表狀態(tài)圖時序圖CP觸發(fā)沿特性方程輸出方程狀態(tài)方程計算2. 分析舉例寫方程式時鐘方程輸出方程(同步)驅(qū)動方程狀態(tài)方程(Moore 型)例 5.1.1解畫出如下時序電路的狀態(tài)圖和時序圖1J1KC11J1KC11J1KC1&FF1FF0FF2CPY特性方程（CP有效）CP有效CP有效CP有效計算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ2 Q1 Q0 Y0123456 0120 0

4、010 0 110 1 111 1 111 1 0101 0 00 1 011 0 110 1 01畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001/1011/1111/1110/1100/1/0有效狀態(tài)和有效循環(huán)010101/1/1無效狀態(tài)和無效循環(huán)能否自啟動?能自啟動：存在無效狀態(tài)，但沒有形成循環(huán)。不能自啟動：無效狀態(tài)形成循環(huán)。0 0 01CP有效CP有效CP有效排列：Y方法2 利用卡諾圖求狀態(tài)圖11001100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1001100110Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1000001111Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 10Q2n+1

5、 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001011111101000010110100排列：Y/1/1/1/1000001011111110100/0/1畫時序圖000001/1011/1111/1110/1100/1/01 2 3 4 5 6CPCP下降沿觸發(fā)Q2Q1Q0000001011111110100000Y排列：YMealy型練習(xí)1時鐘方程輸出方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程解寫方程式畫出電路的狀態(tài)圖和時序圖（同步）CP有效特性方程CP有效CP有效CP有效10110100Q2n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11 10010010010001 11 101010

6、1010Q1n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11 10101010000001 11 1010011001Q0n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11 10100110010001 11 10S = 0Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001010100011101110000111S = 1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001010100011101000000111Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y200000000111111110 0 00

7、 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 10 0 01 1 10 0 00 00 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 00 01 00 01 1狀態(tài)圖000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00能自啟動S/Y1Y21/11000001/00010/000

8、11/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00畫時序圖當(dāng) S = 0 時，每 8 個 CP 一個循環(huán)；當(dāng) S =1 時，每 6 個 CP 一個循環(huán)。S/Y1Y2練習(xí)2畫出如下異步時序電路的狀態(tài)圖和時序圖1DC11DC11DC1&FF1FF0FF2CP&解時鐘方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程(CP 有效)(Q0 有效)(CP 有效)寫方程式（異步）特性方程(CP 有效)現(xiàn)態(tài)次態(tài)注Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1時鐘條件0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CP2 CP0CP2 CP1 C

9、P0CP2 CP0CP2 CP1 CP0CP2 CP0CP2 CP1 CP0CP2 CP0CP2 CP1 CP0101000000110011000010001(CP 有效)(Q0 有效)(CP 有效)000001010 011 100101 110 111能自啟動排列：CP 畫時序圖000001010 011 100不畫無效狀態(tài)1 2 3 4 5CPQ0Q0Q1Q2排列：5.1.2 時序電路的基本設(shè)計方法1. 設(shè)計的一般步驟時序邏輯問題邏輯抽象狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）狀態(tài)化簡最簡狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）電路方程式（時鐘輸出狀態(tài)方程）求出驅(qū)動方程選定觸發(fā)器的類型邏輯電路圖檢查能否自啟動特性方程Q2n+1 Q1

10、n+1 Q0n+12. 設(shè)計舉例按如下狀態(tài)圖設(shè)計時序電路。000/0/0/0/0/0001010011100101/1解選用下降沿觸發(fā)的 JK 觸發(fā)器，若用同步方式,則時鐘方程：輸出方程00 01 11 1001 Y000001（為方便，略去右上角 n）狀態(tài)方程00 01 11 1001 例 5.1.2CP0=CP1=CP2=CPY0100111001010000010101100100101驅(qū)動方程約束項邏輯圖CP1KC1FF1&1JY1J1KC1FF01KC1FF2&1J1&檢查能否自啟動：110111000能自啟動/0/1輸出方程特性方程（CP有效）注意:檢查是否能自啟動,簡便的方法是利

11、用無效狀態(tài)分別代入轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動方程和輸出方程,看能否形成無效循環(huán).1/1例 5.1.3設(shè)計 一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，要求：連續(xù)輸入3 個或 3 個以上數(shù)據(jù)時輸出為 1，否則為 0。解邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖S0 原始狀態(tài)(0)S1 輸入1個1S2 連續(xù)輸入 2 個 1S3 連續(xù)輸入 3 個或 3 個以上 1S0S1S2S3X 輸入數(shù)據(jù)Y 輸出信號0/01/00/01/00/00/01/1狀態(tài)化簡S0S1S20/01/00/01/00/01/10/00/0X/Y狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼、狀態(tài)圖S0S1S20/01/00/01/00/01/1M = 3，取 n = 2S0 = 00S1 = 01S2 =

12、110001110/01/00/01/00/01/1選觸發(fā)器、寫方程式選 JK ( ) 觸發(fā)器,同步方式輸出方程Q1nQ0nX0100 01 11 10Y000001狀態(tài)方程時鐘方程 :CP0=CP1=CPQ1n+1 Q0n+10000000111110000111X/Y驅(qū)動方程約束項&邏輯圖CPX1Y1J1KC1FF0Q0(Mealy 型)無效狀態(tài) 10000010000/01111111/1能自啟動Q11KC1FF1&1J注意:求驅(qū)動方程時,應(yīng)先轉(zhuǎn)換狀態(tài)方程,使之與特性方程的形式一致,再比較練習(xí)按如下狀態(tài)圖設(shè)計時序電路。000/00001010011100101/00/001/001/00

13、1101/001111/000/101/01P/Y1Y2解時鐘方程輸出方程0100PQ2nQ1nQ0n00 01 11 10000000000001 11 10Y10000PQ2nQ1nQ0n00 01 11 10000001000001 11 10Y2選用上升沿觸發(fā)的 D 觸發(fā)器000/00001010011100101/00/001/001/001101/001111/000/101/01狀態(tài)方程Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1PQ2n 00 01 11 100 1 11 0 00 1 00 0 11 1 10 0 01 1 01 0 10001 11 10Q2n+1

14、 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1PQ2n 00 01 11 100 1 11 0 00 1 00 0 11 1 10 0 01 1 01 0 10001 11 10Q2n+1 Q0n+1 Q0n+1Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1PQ2n 00 01 11 100 1 11 0 00 1 00 0 11 1 10 0 01 1 01 0 10001 11 10Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0n 0 1 10 0 00 1 00 0 1PQ2n 00 01 11 100 1 11 0 00 1 00 0 11 1 1

15、0 0 01 1 01 0 10001 11 10Q2n+1 Q2n+1 Q0n+1驅(qū)動方程= D0= D1= D2邏輯圖檢查能否自啟動 (能，過程略)5.2 計數(shù)器 (Counter)5.2.1 計數(shù)器的特點和分類一、計數(shù)器的功能及應(yīng)用1. 功能：對時鐘脈沖 CP 計數(shù)。2. 應(yīng)用：分頻、定時、進(jìn)行數(shù)字運算等。二、計數(shù)器的特點1. 輸入信號：計數(shù)脈沖 CPMoore 型2. 主要組成單元：時鐘觸發(fā)器三、 計數(shù)器的分類按數(shù)制分：二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N 進(jìn)制(任意進(jìn)制)計數(shù)器按計數(shù)方式分：加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù) (Up-Down Counter)按時鐘控制分：同步計數(shù)器 (Synchr

16、onous )異步計數(shù)器 (Asynchronous )按開關(guān)元件分：TTL 計數(shù)器CMOS 計數(shù)器5.2.2 二進(jìn)制計數(shù)器計數(shù)器計數(shù)容量、長度或模的概念 計數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，即電路的有效狀態(tài)數(shù) M ，叫做計數(shù)器的計數(shù)容量、長度或模。3 位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器：00001111/14 位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器：000111/1n 位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器：一、二進(jìn)制同步計數(shù)器(一) 二進(jìn)制同步加法計數(shù)器的設(shè)計（3位）1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖 每來一個CP，計數(shù)輸出增加1，計滿時，產(chǎn)生進(jìn)位信號C=Q2Q1Q0，（此時高位計數(shù)器Q3的輸出仍為0，即未產(chǎn)生計數(shù)輸出）再來一個CP，計數(shù)器歸零的同時使

17、高位計數(shù)器Q3在C的作用下，產(chǎn)生高位計數(shù)輸出，即Q3由0變?yōu)?.3位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器CP計數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計數(shù)輸出Q3高位計數(shù)器00000010010001101000101011001111/C2.選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個CP觸發(fā)的邊沿JKFF因為同步，所以時鐘方程由狀態(tài)圖得輸出方程Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001010100011101110000111Q2n+1 Q1n+1 Q0n+100000010010001101000101011001111/C由狀態(tài)圖得卡諾圖10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1

18、0分解該卡諾圖得10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010101010Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 10由卡諾圖得狀態(tài)方程3. 求驅(qū)動方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動方程4. 畫邏輯圖CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串行進(jìn)位觸發(fā)器負(fù)載均勻CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2并行進(jìn)位低位觸發(fā)器負(fù)載重設(shè)計方法二：按計數(shù)規(guī)律進(jìn)行級聯(lián) CPQ2Q1Q0C0123456780

19、 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 0000000010C = Q2n Q1n Q0n來一個CP翻轉(zhuǎn)一次J0= K0 = 1當(dāng)Q0=1，CP到來即翻轉(zhuǎn)J1= K1 = Q0當(dāng)Q1Q0=1，CP到來即翻轉(zhuǎn)J2= K2 = Q1Q0= T0= T1= T26、 n 位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器級聯(lián)規(guī)律：5、 用T 型觸發(fā)器構(gòu)成的邏輯電路圖CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q21&1&(二) 二進(jìn)制同步減法計數(shù)器的設(shè)計(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器CP計數(shù)脈沖Q2Q1Q0B借位計數(shù)輸出

20、Q3高位計數(shù)器 每來一個CP，計數(shù)輸出減少1，減完時（即Q2Q1Q0=000），產(chǎn)生借位信號 ， （此時高位計數(shù)器Q3的輸出仍為1，即未產(chǎn)生計數(shù)輸出）再來一個CP，計數(shù)器的輸出Q2Q1Q0由000 111的同時使高位計數(shù)器Q3在B的作用下，產(chǎn)生高位計數(shù)輸出，即Q3由1變?yōu)?. B = Q2n Q1n Q0n00000010010001101000101011001111/B00000010010001101000101011001111/B2.選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個CP觸發(fā)的邊沿JKFF因為同步，所以時鐘方程由狀態(tài)圖得輸出方程 B = Q2n Q1n Q0n由狀態(tài)圖得

21、卡諾圖Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10111000010001011100110101分解該卡諾圖得11100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1011100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1001010101Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 10由卡諾圖得狀態(tài)方程3. 求驅(qū)動方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動方程4. 畫邏輯圖 B = Q2n Q1n Q0nCP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2

22、&BQ0Q1Q2Q0Q1Q2B = Q2n Q1n Q0nBorrow若用T 觸發(fā)器：設(shè)計方法2：CPQ2Q1Q0B012345670 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 110000000 向高位發(fā)出的借位信號T0 = 1T1=Q0nT2= Q1n Q0n級聯(lián)規(guī)律：CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF1&BQ0Q1Q2Q0Q1Q2(三) 二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器單時鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器加/減控制端加計數(shù)T0 = 1、T1= Q0n、 T2 = Q1nQ0n減計數(shù)T0 = 1、T1= Q0n、 T2= Q1nQ0nCPQ01J1KC

23、1FF01Q0Q21J1KC1FF2Q2Q11J1KC1FF1Q1U / D&1&1&1C/B每來1個CP翻轉(zhuǎn)1次CP和Q0同時具備才翻轉(zhuǎn)CP和Q1Q0同時具備才翻轉(zhuǎn)雙時鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器加計數(shù)脈沖減計數(shù)脈沖CP0= CPU+ CPD CP1= CPU Q0n + CPD Q0n CP2= CPU Q1n Q0n + CPD Q1n Q0nCPU 和CPD 互相排斥CPU = CP，CPD= 0CPD= CP，CPU= 0CPUQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF21Q2Q11J1KC1FF11Q11&1&1CPD(四) 集成二進(jìn)制同步計數(shù)器1. 集成 4 位二進(jìn)制同步加法

24、計數(shù)器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974161(3)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地引腳排列圖邏輯功能示意圖74161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000同步并行置數(shù)CR=1，LD=0，CP異步清零Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161 和 74LS16374161的狀態(tài)表 輸 入 輸 出 注CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q

25、2n+1 Q1n+1 Q0n+1CO 0 1 0 d3 d2 d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 計 數(shù) 保 持 保 持 0清零置數(shù)CR = 1, LD = 1, CP，CTP = CTT = 1二進(jìn)制同步加法計數(shù)CTPCTT = 0CR = 1，LD = 1，保持若 CTT = 0CO = 0若 CTT = 174163異步清零同步清零2) CC4520VDD 2CR 2Q3 2Q2 2Q1 2Q0 2EN 2CP1CP1EN1Q0 1Q1 1Q2 1Q31CR VSS1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11

26、10 9 CC4520CC4520Q0 Q1 Q2 Q3EN CP CR使能端也可作計數(shù)脈沖輸入計數(shù)脈沖輸入也可作使能端異步清零 輸 入 輸 出CR EN CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0加 計 數(shù)加 計 數(shù) 保 持 保 持 2. 集成 4 位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器1) 74191（單時鐘）74191Q0 Q1 Q2 Q3U/DLDCO/BOCPCTD0 D1 D2 D3RC加計數(shù)時CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n并行異步置數(shù)減計數(shù)時CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 1

27、3 12 11 10 974191D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0加 法 計 數(shù) 減 法 計 數(shù) 保 持 CT = 1,CO/BO = 1時，1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974193D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO CO LD D2 D32) 74193(雙時鐘)CO7

28、4193Q0 Q1 Q2 Q3LDCPUCRD0 D1 D2 D3BOCPDCR LD CPU CPD D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1注 1 0 0 d3 d2 d1 d0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 加 法 計 數(shù) 減 法 計 數(shù) 保 持異步清零異步置數(shù)BO =CO=1二、二進(jìn)制異步計數(shù)器(一) 二進(jìn)制異步加法計數(shù)器(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器CP計數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計數(shù)輸出Q3高位計數(shù)器00000010010001101000101011001111/C2.選擇觸發(fā)器，求

29、時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個CP觸發(fā)的邊沿JKFF求時鐘方程先畫時序圖，由狀態(tài)圖，可畫出時序圖：CPQ0Q1Q2由時序圖可知，應(yīng)選：CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1由狀態(tài)圖，得輸出方程由狀態(tài)圖得卡諾圖Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001010100011101110000111Q2n+1 Q1n+1 Q0n+100000010010001101000101011001111/C分解該卡諾圖得10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010101010Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0

30、n0100 01 11 10CPQ0Q1Q2 因為選CP觸發(fā)的邊沿JKFF， CP2=Q1，由時序圖可知，Q1時， Q2n Q1n Q0n只有011及111兩個現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會出現(xiàn)，故其它狀態(tài)對應(yīng)的最小項為約束項，故Q2n+1的卡諾圖應(yīng)改為，同理，CP1=Q0,Q0 時Q2n Q1n Q0n只有001，011，101，111四個現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會出現(xiàn)，故Q1n+1的卡諾圖應(yīng)改為由卡諾圖得狀態(tài)方程（Q1有效）（Q0有效）（CP有效）3. 求驅(qū)動方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動方程C = Q2n Q1n Q0n4. 畫邏輯圖1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1

31、KC1FF2Q21CCP&用T 觸發(fā)器實現(xiàn)二進(jìn)制異步加法計數(shù)器CPQ0Q1Q2CP0 = CPCP1 = Q0CP2 = Q1用T 觸發(fā)器 (J = K = 1)下降沿觸發(fā)C = Q2n Q1n Q0n1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21CCP&并行進(jìn)位若采用上升沿觸發(fā)的 T 觸發(fā)器CP0= CPCP1=Q0CP2=Q1D 觸發(fā)器構(gòu)成的 T 觸發(fā)器 ( D = Qn )， 下降沿觸發(fā)若改用上升沿觸發(fā)的 D 觸發(fā)器？Q0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0CQ0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ

32、1Q2&Q0C(二) 二進(jìn)制異步減法計數(shù)器(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器CP計數(shù)脈沖Q2Q1Q0B借位計數(shù)輸出Q3高位計數(shù)器00000010010001101000101011001111/B2.選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個CP觸發(fā)的邊沿JKFF求時鐘方程先畫時序圖，由狀態(tài)圖，可畫出時序圖：Q2CPQ0Q1由時序圖可知，應(yīng)選：CP0= CPCP1= Q0CP2= Q1由狀態(tài)圖得輸出方程 B = Q2n Q1n Q0n00000010010001101000101011001111/B由狀態(tài)圖得卡諾圖Q1nQ0nQ2n0100 01 11 1011100

33、0010001011100110101Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1分解該卡諾圖得11100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1001010101Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 10 因為選CP觸發(fā)的邊沿JKFF， CP2=Q1，由時序圖可知， Q1即 Q1時，Q2n Q1n Q0n只有000及100兩個現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會出現(xiàn)，故其它狀態(tài)對應(yīng)的最小項為約束項，故Q2n+1的卡諾圖應(yīng)改為，同理，CP1=Q0,Q0 即Q0時Q2n Q1n Q0n只有000，110，100，010四個

34、現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會出現(xiàn)，故Q1n+1的卡諾圖應(yīng)改為Q2CPQ0Q1由卡諾圖得狀態(tài)方程（Q1有效）（Q0有效）（CP有效）3. 求驅(qū)動方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動方程B = Q2n Q1n Q0n4. 畫邏輯圖1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&CPQ2Q1Q00123456780 0 01 1 11 1 01 0 11 0 00 1 10 1 00 0 10 0 0用T 觸發(fā)器 (J = K = 1) 上升沿觸發(fā)CP0= CPCP1= Q0CP2= Q1B = Q2n Q1n Q0n二進(jìn)制異步計數(shù)器級間連接規(guī)律計數(shù)規(guī)律T 觸發(fā)器的

35、觸發(fā)沿上升沿下降沿加法計數(shù)CPi = Qi-1CPi = Qi-1減法計數(shù)CPi = Qi-1CPi = Qi-11Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&用T 觸發(fā)器實現(xiàn)二進(jìn)制異步減法計數(shù)器1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874197CT/LD Q2 D2 D0 Q0 CP1 地VCC CR Q3 D3 D1 Q1 CP074197Q0 Q1 Q2 Q3CRCP1D0 D1 D2 D3CP0CT/LD(三) 集成二進(jìn)制異步計數(shù)器74197、74LS197計數(shù)/置數(shù)異步清零異步置數(shù)加法計數(shù)二 八 十六進(jìn)制計數(shù)二-八-

36、十六進(jìn)制計數(shù)器的實現(xiàn)M = 2計數(shù)輸出：M = 8計數(shù)輸出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M = 16計數(shù)輸出：其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。5.2.3 十進(jìn)制計數(shù)器（8421BCD 碼）一、十進(jìn)制同步計數(shù)器(一) 十進(jìn)制同步加法計數(shù)器00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/11.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖時鐘方程輸出方程00000000Q3nQ2nQ1nQ0n00 01 11 1010 0001

37、11 10C十進(jìn)制同步加法計數(shù)器CP計數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計數(shù)輸出Q4高位計數(shù)器Q3（個位）（十位）/C2.選擇觸發(fā)器，求時鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選4個CP觸發(fā)的邊沿JKFFQ1nQ0nQ3nQ2n 00 01 11 100001 11 10Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 10 1 0 11 0 0 10 0 0 00 0 1 00 1 1 00 1 0 01 0 0 00 0 1 10 1 1 1 狀態(tài)方程邏輯圖CP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC1FF1&1J&Q2Q3Q3Q1nQ0nQ3nQ2n 00 01

38、 11 100001 11 10Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 10 1 0 11 0 0 10 0 0 00 0 1 00 1 1 00 1 0 01 0 0 00 0 1 10 1 1 1 驅(qū)動方程J0 = K0 = 1,J1= Q3nQ0n, K1= Q0J2 = K2 = Q1nQ0nJ3 = Q2nQ1nQ0n , K3 = Q0n 檢查能否自啟動將無效狀態(tài)1010 1111代入狀態(tài)方程：101010110100111011110000110011010100能自啟動(二) 十進(jìn)制同步減法計數(shù)器00001001/11000/00111/00110/0010

39、1/00100/0001100100001/0/0/0/0(略)(三) 十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器(略)(四) 集成十進(jìn)制同步計數(shù)器74160、741621 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974160(2)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地(引腳排列與74161相同)異步清零功能：(74162 同步清零)同步置數(shù)功能：同步計數(shù)功能：保持功能：進(jìn)位信號保持進(jìn)位輸出低電平1. 集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器2. 集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器(1) 74190 (單時鐘，引腳與74191相同)異步并行置數(shù)功能：同步可

40、逆計數(shù)功能：加法計數(shù)減法計數(shù)保持功能：1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974190D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3(2) 74192 (雙時鐘，引腳與74193相同)1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974192D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO CO LD D2 D3異步清零功能：異步置數(shù)功能：同步可逆計數(shù)功能：加法計數(shù)減法計數(shù)保持功能1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874290S9

41、A S9B Q2 Q1 地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3二*、十進(jìn)制異步計數(shù)器(三) 集成十進(jìn)制異步計數(shù)器（74290）異步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP11 10 0 0 0異步置“9”功能1 11 0 0 1異步計數(shù)功能M = 2M = 5M = 10CPCPCPCP5.2.2 N 進(jìn)制計數(shù)器方法用觸發(fā)器和門電路設(shè)計用集成計數(shù)器構(gòu)成清零端置數(shù)端(同步、異步)一、利用同步清零或置數(shù)端獲得 N 進(jìn)制計數(shù)思 路：當(dāng) M 進(jìn)制計數(shù)器從S0計到 SN 1 后使計數(shù)器回到 S0 狀態(tài)2. 求歸零邏輯表達(dá)式；1. 寫出狀態(tài) SN

42、 1 的二進(jìn)制代碼；3. 畫連線圖。步 驟：例 用四位二進(jìn)制計數(shù)器 74163 構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。解：1. = 10112. 歸零表達(dá)式：3. 連線圖74163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，同步清零，同步置數(shù)。見P307表5.2.2二、利用異步清零或置數(shù)端獲得 N 進(jìn)制計數(shù) 當(dāng)計數(shù)到 SN 時，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號， 使計數(shù)器返回 S0 狀態(tài)。（ SN態(tài)瞬間即逝）思 路：步 驟：1. 寫出狀態(tài) SN 的二進(jìn)制代碼；2. 求歸零邏輯表達(dá)式；3. 畫連線圖。例 用2-8-16進(jìn)制異步計數(shù)器74197構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。74

43、197Q0 Q1 Q2 Q3CP0D0 D1 D2 D3CRCPCP1LDCT/&狀態(tài)S12的作用：產(chǎn)生歸零信號4位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器，異步清零，異步置數(shù)。見P317表5.2.774161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&174161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&1例 用74161 構(gòu)成十二進(jìn)制計數(shù)器。4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，異步清零，同步置數(shù)。見P305表5.2.1解：= 1011= 1100二、五、十進(jìn)制異步加法計數(shù)器，異步清零，異步置數(shù)。見P332333三 計數(shù)器容量的擴(kuò)展1. 集成計數(shù)器的級聯(lián)7

44、4161(1)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q774161(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16 = 25674290(個位)Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CP74290 (十位)Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q31 2 4 810 20 40 8010 10 = 1004位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，異步清零，同步置數(shù)。見P305表5.2.1

45、2. 利用級聯(lián)獲得大容量 N 進(jìn)制計數(shù)器1) 級聯(lián) N1 和 N2 進(jìn)制計數(shù)器，容量擴(kuò)展為 N1 N2N1進(jìn)制計數(shù)器N2進(jìn)制計數(shù)器CP進(jìn)位CCP例用 74290 構(gòu)成 60 進(jìn)制計數(shù)器74290（個位）Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1CP74290(十位） Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R0B R0ACP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3N1= 10N2 = 6異步清零個位芯片逢十進(jìn)一60 = 10 6 = N1 N2 = N 2) 用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的 N 進(jìn)制計數(shù)器例 試分別用 74161 和 74162 接成六十進(jìn)制計數(shù)器

46、。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q774161(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO074161(1)用 SN 產(chǎn)生異步清零信號：用 SN1 產(chǎn)生同步置數(shù)信號：&11&先用兩片74161構(gòu)成 256 進(jìn)制計數(shù)器異步清零，同步置數(shù)16進(jìn)制加法計數(shù)器同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計數(shù)器74162 同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計數(shù)器。再用歸零法將 M = 100 改為 N = 60 進(jìn)制計數(shù)器，即用 SN1 產(chǎn)生同步清零、置數(shù)信號。先用兩片 74162 構(gòu)成 10

47、 10 進(jìn)制計數(shù)器，Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q774162(個)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO074162(十)11&115 9同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計數(shù)器1. 同步 清零(或置數(shù))端計數(shù)終值為 SN1 異步 清零(或置數(shù))端計數(shù)終值為 SN2. 用集成 二進(jìn)制 計數(shù)器擴(kuò)展容量后， 終值 SN (或 SN1 )是二進(jìn)制代碼；用集成十進(jìn)制計數(shù)器擴(kuò)展容量后，終值 SN (或SN1 )的代碼由個位、十位、百位的十進(jìn)制數(shù)對應(yīng)的 BCD 代碼構(gòu)成。注意1

48、. 集成 4 位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D3CR = 0Q3 Q0 = 0000同步并行置數(shù)CR=1，LD=0，CP異步清零Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161 和 74LS163集成計數(shù)器匯總：74161的狀態(tài)表 輸 入 輸 出 注CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1CO 0 1 0 d3 d2 d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 計 數(shù) 保 持 保 持 0清零置數(shù)CR = 1, L

49、D = 1, CP，CTP = CTT = 1二進(jìn)制同步加法計數(shù)CTPCTT = 0CR = 1，LD = 1，保持若 CTT = 0CO = 0若 CTT = 174163異步清零同步清零2. 集成 4 位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器1) 74191（單時鐘）74191Q0 Q1 Q2 Q3U/DLDCO/BOCPCTD0 D1 D2 D3RC加計數(shù)時CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n并行異步置數(shù)減計數(shù)時CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974191D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC D0 CP RC

50、CO/BO LD D2 D3LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0加 法 計 數(shù) 減 法 計 數(shù) 保 持 CT = 1,CO/BO = 1時，1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974193D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO CO LD D2 D32) 74193(雙時鐘)CO74193Q0 Q1 Q2 Q3LDCPUCRD0 D1 D2 D3BOCPDCR LD CPU CPD D

51、3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1注 1 0 0 d3 d2 d1 d0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 加 法 計 數(shù) 減 法 計 數(shù) 保 持異步清零異步置數(shù)BO =CO=11 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874197CT/LD Q2 D2 D0 Q0 CP1 地VCC CR Q3 D3 D1 Q1 CP074197Q0 Q1 Q2 Q3CRCP1D0 D1 D2 D3CP0CT/LD集成二進(jìn)制異步計數(shù)器74197、74LS197計數(shù)/置數(shù)異步清零異步置數(shù)加法計數(shù)二 八 十六進(jìn)制計數(shù)二

52、-八-十六進(jìn)制計數(shù)器的實現(xiàn)M = 2計數(shù)輸出：M = 8計數(shù)輸出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M = 16計數(shù)輸出：其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。集成十進(jìn)制同步計數(shù)器74160、741621 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974160(2)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地(引腳排列與74161相同)異步清零功能：(74162 同步清零)同步置數(shù)功能：同步計數(shù)功能：

53、保持功能：進(jìn)位信號保持進(jìn)位輸出低電平1. 集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器(1) 74190 (單時鐘，引腳與74191相同)異步并行置數(shù)功能：同步可逆計數(shù)功能：加法計數(shù)減法計數(shù)保持功能：1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974190D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3(2) 74192 (雙時鐘，引腳與74193相同)1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974192D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO C

54、O LD D2 D3異步清零功能：異步置數(shù)功能：同步可逆計數(shù)功能：加法計數(shù)減法計數(shù)保持功能1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874290S9A S9B Q2 Q1 地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3十進(jìn)制異步計數(shù)器(三) 集成十進(jìn)制異步計數(shù)器（74290）異步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP11 10 0 0 0異步置“9”功能1 11 0 0 1異步計數(shù)功能M = 2M = 5M = 10CPCPCPCP練習(xí)：P394 題5.15，題5.16 (1),(2)74161Q0 Q1 Q2 Q3CTT

55、LDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D3解：同步：SN=S6=0110異步：SN-1=S5=0101題5.15（1）異步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP1異步計數(shù)功能5.3 寄存器和讀/寫存儲器(Register and Random Access Memory)5.3.1 寄存器的主要特點和分類一、 概念和特點(一) 概念寄存：把二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼暫時存儲起來。寄存器：具有寄存功能的電路。(二) 特點 主要由觸發(fā)器構(gòu)成,一般不對存儲內(nèi)容進(jìn)行處理。并行輸入并行輸出FF0 FF1 FFn1D0 D1 Dn1 Q0 Q1 Qn1 控制信號

56、1 0 1 01 0 1 001010101串行輸入串行輸出二、 分類(一) 按功能分基本寄存器移位寄存器(并入并出)(并入并出、并入串出、 串入并出、串入串出)(二) 按開關(guān)元件分TTL 寄存器CMOS 寄存器基本寄存器移位寄存器多位 D 型觸發(fā)器鎖存器寄存器陣列單向移位寄存器雙向移位寄存器基本寄存器移位寄存器(多位 D 型觸發(fā)器)(同 TTL)5.3.2 基本寄存器 一個觸發(fā)器可以存儲 位二進(jìn)制信號；寄存 n 位二進(jìn)制數(shù)碼，需要 個觸發(fā)器。1 n一、4 邊沿 D 觸發(fā)器 (74175、74LS175)C11DD0Q0Q0RDC11DD1Q1Q1C11DD2Q2Q2C11DD3Q3Q3RDR

57、DRDFF0FF1FF2FF311CPCR異步清零00000同步送數(shù)1d0d1d2d3保 持特點：并入并出，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。二 、雙 4 位鎖存器 (74116)(一) 引腳排列圖和邏輯功能示意圖74116Q0 Q1 Q2 Q3CRLEAD0 D1 D2 D3LEB異步清零送數(shù)控制并行數(shù)碼輸入并行數(shù)碼輸出(二) 邏輯功能清零送數(shù)保持三、 4 4 寄存器陣列 (74170、74LS170)(一) 引腳排列圖和邏輯功能示意圖74170 Q0 Q1 Q2 Q3ENRD0 D1 D2 D3ENWAW0AW1AR0AR1并行數(shù)碼輸入數(shù) 碼 輸 出AW0、AW1 寫入地址碼AR0、AR1 讀出地址

58、碼ENW 寫入時鐘脈沖ENR 讀出時鐘脈沖(二) 邏輯功能16個D鎖存器 構(gòu)成存儲矩陣能存放4個字: W0、W1、W2、W3Q0 Q1 Q2 Q3ENRD0 D1 D2 D3ENWAW0AW1AR0AR1FF00FF01FF02FF03FF10FF11FF12FF13FF20FF21FF22FF23FF30FF31FF32FF330000 0 0 10 0 0 1010 0 1 00 0 1 0100 1 0 00 1 0 0111 0 0 01 0 0 01寫 入 禁 止000 0 0 0 101 0 0 1 010 0 1 0 011 1 0 0 01 1 1 1 1特點: 能同時進(jìn)行讀寫

59、; 集電極開路輸出每個字有4位： 5.3.3 移位寄存器一、單向移位寄存器右移寄存器Q0Q1Q2Q3C11DFF0CPC11DFF1C11DFF2C11DFF3時鐘方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程Di000000001011100000000111100000001011000001101100000101000001000000100000左移寄存器Di左移輸入左移輸出驅(qū)動方程狀態(tài)方程移位寄存器主要特點：1. 輸入數(shù)碼在 CP 控制下，依次右移或左移； 2. 寄存 n 位二進(jìn)制數(shù)碼。n 個CP完成串行輸入，并可從Q0Q3 端獲得并行輸出，再經(jīng) n 個CP又獲得串行輸出。3. 若串行數(shù)據(jù)輸入端為 0，則

60、n 個CP后寄存器被清零。Q3CPQ0Q1Q2C11DFF0C11DFF1C11DFF2C11DFF3二、雙向移位寄存器(自學(xué))三、集成移位寄存器(一) 8 位單向移位寄存器 74164DSA DSB Q0 Q1 Q2 Q3 地1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874164VCC Q7 Q6 Q5 Q4 CR CP74164Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0CP CRDSA DSB異步清零0 0 0 0 0 0 0 0保持不變0 1（二）4 位雙向移位寄存器 74LS194(略) 1送數(shù)5.3.4 移位寄存器型計數(shù)器結(jié)構(gòu)示意圖Q0Q1Qn1C11DFF0CPC11DFF