第9單元時序邏輯電路

第9單元時序邏輯電路第9單元時序邏輯電路知識目標：了解時序邏輯電路的特點和邏輯功能分析方法。了解計數器的邏輯功能及類型。掌握典型集成二進制、十進制計數器的外特性及應用。了解N進制計數器的構成方法。了解寄存器的功能，了解其工作原理和常見類型。技能目標：能對時序電路常見故障進行檢測。掌握計數器邏輯功能的測試方法。能借助集成電路手冊，選用寄存器、計數器集成電路。概述1寄存器2

同步計數器3第1節(jié)概述一、時序邏輯電路的結構及特點二、時序電路的分類三、時序電路的分析方法一、時序邏輯電路的結構及特點

時序邏輯電路簡稱時序電路，是指任意時刻的輸出狀態(tài)不僅取決于該時刻的輸入狀態(tài)，還與前一時刻的電路狀態(tài)有關的電路。從電路結構上來說，時序電路有兩個特點。第一，時序電路通常包含存儲電路和組合電路兩個部分。第二，存儲電路的輸出狀態(tài)必須反饋到組合電路的輸入端，與輸入信號一起，共同決定組合電路的輸出。二、時序電路的分類

按電路狀態(tài)轉換情況的不同，時序電路可分為同步時序電路和異步時序電路兩大類。其中，同步時序電路中，所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化都是在同一時鐘信號操作下同時發(fā)生的。而在異步時序電路中，觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時發(fā)生的。三、時序電路的分析方法（1）確定各觸發(fā)器的激勵方程；（2）確定時序電路的狀態(tài)方程；（3）根據邏輯圖，寫出電路輸出函數的表達式；（4）列狀態(tài)轉換真值表，并根據此表，畫出狀態(tài)轉換圖；（5）判斷電路的邏輯功能。第2節(jié)寄存器

寄存器是用于存儲二進制數碼的時序電路組件，它具有接收和寄存二進制數碼的邏輯功能，被廣泛地用于各類數字系統(tǒng)和數字計算機中。二進制數存入、取出的方法有串行和并行之分，如圖9.4所示為二進制數存放方式的示意圖。一、數據寄存器二、移位寄存器一、數據寄存器

數據寄存器具有接收、存儲和清除數碼的功能。作為存放數據的存儲電路，它可由RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器組成。如圖9.5所示是4位集成寄存器74LS175的邏輯圖、引腳排列圖及實物圖。1．電路組成D0

～D3為寄存器的數據輸入端，Q0

～Q3

是數據輸出端。各觸發(fā)器的復位端并聯在一起作為寄存器的異步清零端()，且低電平有效。2.工作原理

當=0時，4個觸發(fā)器同時被置零，寄存器輸出Q3Q2Q1Q0=0000。當=1時，寄存數據送入D3D2D1D0

端，CP上升沿經非門變?yōu)橄陆笛氐竭_時刻，根據邊沿D觸發(fā)器的邏輯功能，D3D2D1D0

的值被同時存入觸發(fā)器，即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。只要=1，CP沒有上升沿，寄存器就處于保持狀態(tài)，數據被保存起來。二、移位寄存器

移位寄存器除了具有存儲代碼的功能外，還具有移位功能。所謂移位的功能，是指寄存器里存儲的代碼能在移位脈沖的作用下依次左移或右移。因此，移位寄存器不但可以存儲代碼，還可以用來實現數據的串行—并行轉換、數值的運算以及數據處理等。移位寄存器按移動方式分為單向移位寄存器（左移、右移）和雙向移位寄存器。移位寄存器輸入輸出方式有：串入、并入；并出、串出的各種組合形式。1．74LS194邏輯功能介紹2．移位方法知識探究經過4個時鐘脈沖以后，串行輸入的4位代碼全部移入移位寄存器中，同時在4個觸發(fā)器的輸出端得到了并行輸出的代碼。因此，利用移位寄存器可以實現代碼的串行—并行轉換。第3節(jié)同步計數器

計數器就是能夠累計輸入脈沖數目的數字電路，如圖9.9所示為計數器計數示意圖。計數器是一種記憶系統(tǒng)，除用作計數外，還可用于定時、分頻和脈沖序列等。圖9.9計數器計數示意圖

計數器的種類繁多。計數器按脈沖的作用方式不同可分為異步計數器和同步計數器。如果按計數過程中數字的增減分類，又可分為加法計數器、減法計數器和可逆計數器（或稱為加/減計數器）。隨著計數脈沖的不斷輸入而遞增計數稱為加法計數器，按遞減計數稱為減法計數器，可增可減稱為可逆計數器。按計數體制的不同，又可分為二進制計數器、十進制計數器和其他進制計數器。一、同步計數器二、異步計數器三、任意進制計數器的構成一、同步計數器1．同步二進制計數器二進制計數器是指按二進制編碼方式進行計數的電路。用n表示二進制代碼的位數，用N表示有效計數狀態(tài)數，在二進制計數器中有N=2n個狀態(tài)，如n為4，則N為24=16。（1）74LS161邏輯功能介紹

74LS161是常用的4位同步二進制加法計數器，具有計數、同步置數、異步清零等功能，其實物圖引腳排列圖和邏輯符號如圖9.10所示。CP為輸入計數脈沖，也是加到各個觸發(fā)器的時鐘信號端的時鐘脈沖，上升沿有效；為異步清零端；為預置數控制端；D0

～D3

為并行輸入數據端；CTT和CTP

為兩個計數器工作狀態(tài)控制端；CO為進位信號輸出端；Q0

～Q3為計數器狀態(tài)輸出端。

74LS161的邏輯功能表如表9.3所示。（2）計數方法

從0000計到1111共16個狀態(tài)，所以，此計數器又稱為同步十六進制加法計數器。2．同步十進制計數器（1）74LS160的邏輯功能介紹。

74LS160是十進制同步計數器，具有計數、同步置數、異步清零等功能。其引腳排列圖和邏輯符號如圖9.13所示。74LS160與74LS161的功能表9.4相同，它們的不同僅在于74LS160是十進制同步計數器，而74LS161是十六進制同步計數器。（2）計數方法。

從0000計到1001（9）共10個狀態(tài)，因此稱為同步十進制加法計數器。二、異步計數器

異步計數器和同步計數器相比具有邏輯電路簡單的優(yōu)點，但異步計數器也存在缺點。一是工作頻率較低，原因就是異步計數器的各級觸發(fā)器的時鐘是串行連接的，因此，在各級觸發(fā)器經過一定的傳輸延遲時間后，新狀態(tài)才能穩(wěn)定建立起來。二是在電路狀態(tài)譯碼時存在競爭—冒險現象。同一個門的一組輸入信號，到達門輸入端的時間有先有后，這種現象稱為競爭。邏輯門因輸入端的競爭而輸出產生不應有的尖峰干擾脈沖的現象稱為冒險。這兩點使異步計數器的應用受到了很大的限制。異步計數器與同步計數器一樣也分二進制計數器和十進制計數器，且計數狀態(tài)轉換圖也是基本相同，兩者之間關鍵的區(qū)別就是各觸發(fā)器之間的觸發(fā)方式不同。三、任意進制計數器的構成

在人們的生活中，不僅有十進制計數，而且有類似鐘表時間刻度中所看到的，12進制和60進制，以及其他進制，如圖9.16所示。1．組成N＞M進制計數器（1）置0法。在利用異步清0輸入端（）獲得M進制計數器時，應在輸入第M個計數脈沖后，通過控制電路產生一個置0信號加到異步清0端，使計數器置0，即實現M進制計數。（2）置數法。利用預置數控制端（）也可獲得M進制計數。由于同步預置數控制端獲得置數信號時，需要再輸入一個計數脈沖才能將預置數置入計數器中。因此，利用預置數控制端獲得M進制計數器時，應在輸入第（M-1）個計數脈沖時，使同步預置數控制端獲得置數信號，這樣，在輸入第M個計數脈沖時，使計數器返回到初始預置數狀態(tài)，從而實現M進制計數?！纠?.1】利用74LS160構成六進制計數器。解：74LS160兼有異步清0和預置數功能，所以置0法和置數法均可采用。方法一：置數法—利用預置數控制端實現復位，如圖9.17（a）所示電路。方法二：置0法—利用異步清零端實現復位，如圖9.17（b）所示電路。*2．利用集成計數器的級聯獲得N<M進制計數器

利用兩片74LS160，就可構成從二進制到一百進制之間任意進制的計數器。而各片之間的連接方式可采用同步級聯和異步級聯，整體置零方式和整體置數方式等。同步級聯方式是以低位片的進位輸出信號（CO）作為高位片的工作狀態(tài)控制信號（CTP

和CTT），兩片的CP輸入端同時接計數脈沖。異步級聯是以低位片的進位