第5章 常用時序邏輯電路及MSI時序電路模塊的應(yīng)用

數(shù)字電路第5章常用時序邏輯電路及MSI時序電路模塊的應(yīng)用計數(shù)器寄存器退出計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器退出十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為計數(shù)器。計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器加法計數(shù)器同步計數(shù)器異步計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器······(一)二進(jìn)制計數(shù)器1、二進(jìn)制同步計數(shù)器3位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程：時鐘方程：時序圖電路圖由于沒有無效狀態(tài)，電路能自啟動。推廣到n位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器驅(qū)動方程輸出方程3位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程：時鐘方程：時序圖電路圖由于沒有無效狀態(tài)，電路能自啟動。推廣到n位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器驅(qū)動方程輸出方程3位二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器設(shè)用U/D表示加減控制信號，且U/D＝0時作加計數(shù)，U/D＝1時作減計數(shù)，則把二進(jìn)制同步加法計數(shù)器的驅(qū)動方程和U/D相與，把減法計數(shù)器的驅(qū)動方程和U/D相與，再把二者相加，便可得到二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器的驅(qū)動方程。輸出方程電路圖4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74LS161/163①CR=0時異步清零。②CR=1、LD=0時同步置數(shù)。③CR=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)。④CR=LD=1且CPT·CPP=0時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用同步清零方式。雙4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器CC4520①CR=1時，異步清零。②CR=0、EN=1時，在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。③CR=0、CP=0時，在EN脈沖下降沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。④CR=0、EN=0或CR=0、CP=1時，計數(shù)器狀態(tài)保持不變。4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS191U/D是加減計數(shù)控制端；CT是使能端；LD是異步置數(shù)控制端；D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端；CO/BO是進(jìn)位借位信號輸出端；RC是多個芯片級聯(lián)時級間串行計數(shù)使能端，CT＝0，CO/BO＝1時，RC＝CP，由RC端產(chǎn)生的輸出進(jìn)位脈沖的波形與輸入計數(shù)脈沖的波形相同。4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS193CR是異步清零端，高電平有效；LD是異步置數(shù)端，低電平有效；CPU是加法計數(shù)脈沖輸入端；CPD是減法計數(shù)脈沖輸入端；D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0～Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端；CO是進(jìn)位脈沖輸出端；BO是借位脈沖輸出端；多個74LS193級聯(lián)時，只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來，各個芯片的CR端連接在一起，LD端連接在一起，就可以了。2、二進(jìn)制異步計數(shù)器3位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器狀態(tài)圖選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程：時鐘方程：時序圖3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿，所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T＇型。驅(qū)動方程：電路圖3位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器狀態(tài)圖選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程：時鐘方程：時序圖3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就有下降沿，不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿，所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T＇型。驅(qū)動方程：電路圖二進(jìn)制異步計數(shù)器級間連接規(guī)律4位集成二進(jìn)制異步加法計數(shù)器74LS197①CR=0時異步清零。②CR=1、CT/LD=0時異步置數(shù)。③CR=CT/LD=1時，異步加法計數(shù)。若將輸入時鐘脈沖CP加在CP0端、把Q0與CP1連接起來，則構(gòu)成4位二進(jìn)制即16進(jìn)制異步加法計數(shù)器。若將CP加在CP1端，則構(gòu)成3位二進(jìn)制即8進(jìn)制計數(shù)器，F(xiàn)F0不工作。如果只將CP加在CP0端，CP1接0或1，則形成1位二進(jìn)制即二進(jìn)制計數(shù)器。選用4個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。（二）十進(jìn)制計數(shù)器1、十進(jìn)制同步計數(shù)器狀態(tài)圖輸出方程：時鐘方程：十進(jìn)制同步加法計數(shù)器狀態(tài)方程電路圖比較，得驅(qū)動方程：將無效狀態(tài)1010～1111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。十進(jìn)制同步減法計數(shù)器選用4個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程：時鐘方程：狀態(tài)方程次態(tài)卡諾圖比較，得驅(qū)動方程：將無效狀態(tài)1010～1111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。電路圖十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器集成十進(jìn)制同步計數(shù)器集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器74160、74162的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同，不同的是，74160和74162是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器，而74161和74163是4位二進(jìn)制（16進(jìn)制）同步加法計數(shù)器。此外，74160和74162的區(qū)別是，74160采用的是異步清零方式，而74162采用的是同步清零方式。74190是單時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74191相同。74192是雙時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74193相同。把前面介紹的十進(jìn)制加法計數(shù)器和十進(jìn)制減法計數(shù)器用與或門組合起來，并用U/D作為加減控制信號，即可獲得十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。選用4個CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。2、十進(jìn)制異步計數(shù)器狀態(tài)圖輸出方程：十進(jìn)制異步加法計數(shù)器時序圖時鐘方程選擇時鐘脈沖的一個基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。狀態(tài)方程比較，得驅(qū)動方程：電路圖將無效狀態(tài)1010～1111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。十進(jìn)制異步減法計數(shù)器選用4個CP上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程：時序圖時鐘方程選擇時鐘脈沖的一個基本原則：在滿足翻轉(zhuǎn)要求的條件下，觸發(fā)沿越少越好。狀態(tài)方程比較，得驅(qū)動方程：電路圖將無效狀態(tài)1010～1111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算，可以驗證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài)，電路能夠自啟動。集成十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS90(三)N進(jìn)制計數(shù)器1、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器2、用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求同步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（2）求歸零邏輯，即求異步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。（3）畫連線圖。利用集成計數(shù)器的清零端和置數(shù)端實現(xiàn)歸零，從而構(gòu)成按自然態(tài)序進(jìn)行計數(shù)的N進(jìn)制計數(shù)器的方法。在前面介紹的集成計數(shù)器中，清零、置數(shù)均采用同步方式的有74LS163；均采用異步方式的有74LS193、74LS197、74LS192；清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74LS161、74LS160；有的只具有異步清零功能，如CC4520、74LS190、74LS191；74LS90則具有異步清零和異步置9功能。用74LS163來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。（1）寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。SN-1＝S12-1＝S11＝1011（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0用74LS197來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。（1）寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。（3）畫連線圖。SN＝S12＝1100（2）求歸零邏輯。例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0用74LS161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。SN＝S12＝1100例D0～D3可隨意處理D0～D3必須都接0SN-1＝S11＝10113、計數(shù)器容量的擴(kuò)展異步計數(shù)器一般沒有專門的進(jìn)位信號輸出端，通?？梢杂帽炯壍母呶惠敵鲂盘栻?qū)動下一級計數(shù)器計數(shù)，即采用串行進(jìn)位方式來擴(kuò)展容量。100進(jìn)制計數(shù)器60進(jìn)制計數(shù)器64進(jìn)制計數(shù)器本節(jié)小結(jié)：計數(shù)器是一種應(yīng)用十分廣泛的時序電路，除用于計數(shù)、分頻外，還廣泛用于數(shù)字測量、運(yùn)算和控制，從小型數(shù)字儀表，到大型數(shù)字電子計算機(jī)，幾乎無所不在，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。計數(shù)器可利用觸發(fā)器和門電路構(gòu)成。但在實際工作中，主要是利用集成計數(shù)器來構(gòu)成。在用集成計數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計數(shù)器時，需要利用清零端或置數(shù)控制端，讓電路跳過某些狀態(tài)來獲得N進(jìn)制計數(shù)器。寄存器基本寄存器退出移位寄存器寄存器的應(yīng)用在數(shù)字電路中，用來存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進(jìn)制代碼，存放n位二進(jìn)制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構(gòu)成。按照功能的不同，可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類?；炯拇嫫髦荒懿⑿兴腿霐?shù)據(jù)，需要時也只能并行輸出。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，十分靈活，用途也很廣。（一）基本寄存器1、單拍工作方式基本寄存器無論寄存器中原來的內(nèi)容是什么，只要送數(shù)控制時鐘脈沖CP上升沿到來，加在并行數(shù)據(jù)輸入端的數(shù)據(jù)D0～D3，就立即被送入進(jìn)寄存器中，即有：2、雙拍工作方式基本寄存器（1）清零。CR=0，異步清零。即有：（2）送數(shù)。CR=1時，CP上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在CR=1、CP上升沿以外時間，寄存器內(nèi)容將保持不變。（二）移位寄存器1、單向移位寄存器并行輸出4位右移移位寄存器時鐘方程：驅(qū)動方程：狀態(tài)方程：并行輸出4位左移移位寄存器時鐘方程：驅(qū)動方程：狀態(tài)方程：單向移位寄存器具有以下主要特點：（1）單向移位寄存器中的數(shù)碼，在CP脈沖操作下，可以依次右移或左移。（2）n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼。n個CP脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q0～Qn-1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼，再用n個CP脈沖又可實現(xiàn)串行輸出操作。（3）若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個CP脈沖后，寄存器便被清零。2、雙向移位寄存器M=0時右移M=1時左移3、集成雙向移位寄存器74LS194（三）寄存器的應(yīng)用1、環(huán)形計數(shù)器結(jié)構(gòu)特點即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0。工作原理根據(jù)起始狀態(tài)設(shè)置的不同，在輸入計數(shù)脈沖CP的作用下，環(huán)形計數(shù)器的有效狀態(tài)可以循環(huán)移位一個1，也可以循環(huán)移位一個0。即當(dāng)連續(xù)輸入CP脈沖時，環(huán)形計數(shù)器中各個觸發(fā)器的Q端或端，將輪流地出現(xiàn)矩形脈沖。能自啟動的4位環(huán)形計數(shù)器狀態(tài)圖由74LS194構(gòu)成的能自啟動的4位環(huán)形計數(shù)器時序圖2、扭環(huán)形計數(shù)器結(jié)構(gòu)特點狀態(tài)圖即將FFn-1的輸出Qn-1接到FF0的輸入端D0。能自啟動的4位扭環(huán)形計數(shù)器本節(jié)小結(jié)：