數(shù)字邏輯電路第6章時序邏輯電路-4

第6章常用時序邏輯電路及MSI

時序電路模塊的應用6.1計數(shù)器6.2寄存器6.3移位寄存器型計數(shù)器

5.1.3MSI計數(shù)器模塊及應用

1.74163MSI計數(shù)器模塊

74163是中規(guī)模集成四位同步二進制加法計數(shù)器,計數(shù)范圍是0~15。它具有同步置數(shù)、同步清零、保持和二進制加法計數(shù)等邏輯功能。圖5―29（a）和（b）分別是它的國標符號和慣用模塊符號;表5―9為功能表;圖5―30是它的時序圖。圖5―2974163MSI四位同步二進制加法計數(shù)器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號表5―974163MSI四位同步二進制加法計數(shù)器功能表圖5―3074163MSI四位同步二進制加法計數(shù)器的時序圖在圖5―29中,CLK是時鐘脈沖輸入端,上升沿有效;

是低電平有效的同步清零輸入端;是低電平有效的同步置數(shù)輸入端;EP和ET是兩個使能輸入端;D0、D1、D2、D3是并行數(shù)據(jù)輸入端;Q0、Q1、Q2、Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端;CO是進位信號輸出端,當計數(shù)到1111狀態(tài)時,CO為1。表5―9所示的功能表中列出了74163的工作模式：當,CLK上升沿到來時,計數(shù)器的四個輸出端被同步清零。當,CLK上升沿到來時,計數(shù)器的四個輸出端被同步置數(shù)。當、EP=0、ET=1,CLK上升沿到來時,計數(shù)器的四個輸出端保持不變,CO輸出端也保持不變。

當、ET=0,CLK上升沿到來時,計數(shù)器的四個輸出端保持不變,CO輸出端被置零。當、EP=1、ET=1,CLK上升沿到來時,電路按二進制加法計數(shù)方式工作。

2.74160MSI計數(shù)器模塊

74160是中規(guī)模集成8421BCD碼同步十進制加法計數(shù)器,計數(shù)范圍是0~9。它具有同步置數(shù)、異步清零、保持和十進制加法計數(shù)等邏輯功能。74160的國標符號和慣用模塊符號分別如圖5―31（a）和（b）所示。圖5―3174160MSI四位同步十進制加法計數(shù)器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號

74160的是低電平有效的異步清零輸入端,它通過各個觸發(fā)器的異步復位端將計數(shù)器清零,不受時鐘信號CLK的控制。74160其他輸入、輸出端的功能和用法和74163的對應端相同。

表5―10是74160的功能表,它和表5―9所示的74163功能表基本相同。不同之處為:74160是異步清零而74163為同步清零;74160是十進制計數(shù)而74163為二進制計數(shù)。74160的時序圖如圖5―32所示。表5―1074160MSI四位同步十進制加法計數(shù)器功能表圖5―3274160MSI四位同步十進制加法計數(shù)器的時序圖

3.74191MSI計數(shù)器模塊

74191是中規(guī)模集成四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數(shù)器,計數(shù)范圍是0~15。它具有異步置數(shù)、保持、二進制加法計數(shù)和二進制減法計數(shù)等邏輯功能。圖5―33（a）和（b）分別是它的國標符號和慣用模塊符號。圖5―3374191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數(shù)器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號

LD是低電平有效的異步置數(shù)控制端。是使能輸入端,低電平有效。/D是加/減控制端,當U/D=0時,作加法計數(shù);當U/D=1時,作減法計數(shù)。C/B是進位/借位輸出端,計數(shù)器作加法計數(shù)且Q3Q2Q1Q0=1111時,C/B=1,表示有進位輸出;計數(shù)器作減法計數(shù)且Q3Q2Q1Q0=0000時,C/B=1,表示有借位輸出。是串行時鐘輸出端,用于多個芯片的級聯(lián)擴展,在計數(shù)工作模式（=0）下,當C/B=1時,與計數(shù)脈沖相同。表5―11為74191的功能表;圖5―34是它的時序圖。表5―1174191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數(shù)器功能表圖5―3474191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數(shù)器的時序圖器件實例：74SN160異步置0（3）任意進制計數(shù)器的構成方法

用已有的N進制芯片，組成M進制計數(shù)器，是常用的方法。N進制M進制N>M原理：計數(shù)循環(huán)過程中設法跳過N－M個狀態(tài)。具體方法：置零法置數(shù)法同步置零和異步置零法例：將同步十六進制計數(shù)器74163→十二進制計數(shù)器同步置0法，如雙線所示，實現(xiàn)如下圖所示

異步置0如虛線所示置數(shù)法

例：將同步十進制計數(shù)器74160接成七進制計數(shù)器

同步預置數(shù)（如實線箭頭所示），進位輸出信號C由S9狀態(tài)譯出，所以反向后作為所需的低電平。

N<M①M=N1×N2先用前面的方法分別接成N1和N2兩個計數(shù)器。N1和N2間的連接有兩種方式：a.并行進位方式：用同一個CLK，低位片的進位輸出作為高位片的計數(shù)控制信號（如74160的EP和ET）b.串行進位方式：低位片的進位輸出作為高位片的CLK，兩片始終同時處于計數(shù)狀態(tài)例：用74160接成一百進制

例：用兩片74160接成一百進制計數(shù)器并行進位法串行進位法②M不可分解采用整體置零和整體置數(shù)法：先用兩片接成M’>M的計數(shù)器然后再采用置零或置數(shù)的方法例：用74160接成二十九進制

例：用74160接成二十九進制整體置零（異步）整體置數(shù)（同步）6.4同步時序邏輯電路的設計方法6.4.1簡單同步時序邏輯電路的設計設計的一般步驟一、分析設計要求，找出電路應有的狀態(tài)轉換圖或狀態(tài)轉換表1.確定輸入/輸出變量、電路狀態(tài)數(shù)。2.定義輸入/輸出邏輯狀態(tài)以及每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序進行編號。3.按設計要求實現(xiàn)的邏輯功能畫出電路的狀態(tài)轉換圖或列出狀態(tài)轉換表。二、狀態(tài)化簡若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并轉向同一個次態(tài)，則稱為等價狀態(tài)；等價狀態(tài)可以合并。

4.用MSI計數(shù)器模塊構成任意進制計數(shù)器

利用MSI計數(shù)器模塊的清零端和置數(shù)端,結合MSI計數(shù)器模塊的串接,可以構成任意進制的計數(shù)器。假設已有N進制的計數(shù)器模塊,要構造M進制的計數(shù)器,當N>M時,只用一個MSI計數(shù)器模塊即可;當N<M時,必須要用多個MSI計數(shù)器模塊進行串接。下面分別來討論這兩種情況。

1)已有計數(shù)器的模N大于要構造計數(shù)器的模M

當已有計數(shù)器的模N大于要構造計數(shù)器的模M時,要設法讓計數(shù)器繞過其中的N-M個狀態(tài),提前完成計數(shù)循環(huán),實現(xiàn)的方法有清零法和置數(shù)法。清零法是在計數(shù)器尚未完成計數(shù)循環(huán)之前,使其清零端有效,讓計數(shù)器提前回到全0狀態(tài)。

置數(shù)法是在計數(shù)器計數(shù)到某個狀態(tài)時,給它置入一個新的狀態(tài),從而繞過若干個狀態(tài)。計數(shù)器模塊的清零和置數(shù)功能有同步和異步兩種不同的方式,相應的轉換電路也有所不同。要讓計數(shù)器繞過SM狀態(tài)而從SM-1狀態(tài)轉到另一個狀態(tài)時,如果是同步清零或同步置數(shù)方式,就要在SM-1狀態(tài)時使計數(shù)器的同步清零端或同步置數(shù)端有效,這樣，在下一個計數(shù)脈沖到來時,計數(shù)器轉為全0狀態(tài)或預置的狀態(tài)而非SM狀態(tài)，如果是異步清零或異步置數(shù)方式,則要在SM狀態(tài)時才使計數(shù)器的異步清零端或異步置數(shù)端有效,此時，計數(shù)器立即被清零或置數(shù),SM狀態(tài)只會維持很短的時間,不是一個穩(wěn)定的計數(shù)狀態(tài)。

【例5.1】

用74163構造十五進制加法計數(shù)器。

解74163是具有同步清零和同步置數(shù)功能的四位二進制加法計數(shù)器,它的計數(shù)循環(huán)中包含16個狀態(tài),因此又稱十六進制計數(shù)器。用74163構造十五進制加法計數(shù)器就是要提前一個狀態(tài)結束計數(shù)循環(huán),使狀態(tài)1110的下一個狀態(tài)改為0000而非原來的1111,如圖5―35所示。

圖5―35十六進制加法轉換為十五進制加法的狀態(tài)轉換示意圖由于74163同時具有清零和置數(shù)功能,因此既可以采用清零法也可以采用置數(shù)法。如果采用清零法,當狀態(tài)為1110時,要使74163的同步清零輸入端CLR變?yōu)榈碗娖?當下一個脈沖到來時,計數(shù)器被清零,回到0000狀態(tài)。此時，清零輸入端CLR變回高電平,計數(shù)器又回到計數(shù)工作模式重新開始計數(shù)。用清零法將74163構造成十五進制加法計數(shù)器的電路連接圖如圖5―36（a）所示。如果采用置數(shù)法,當狀態(tài)為1110時,要使74163的同步置數(shù)輸入端LD變?yōu)榈碗娖?并行數(shù)據(jù)輸入端D0、D1、D2、D3都接0,當下一個脈沖到來時,計數(shù)器被置為0000狀態(tài)。此時，置數(shù)輸入端LD變回高電平,計數(shù)器又回到計數(shù)工作模式重新開始計數(shù)。用置數(shù)法將74163構造成十五進制加法計數(shù)器的電路連接圖如圖5―36（b）所示。圖5―36用74163構造十五進制加法計數(shù)器（a）同步清零法;(b)同步置數(shù)法

【例5.2】

用74160構造八進制加法計數(shù)器。

解:74160是具有異步清零和同步置數(shù)功能的十進制加法計數(shù)器,它的計數(shù)循環(huán)中包含10個狀態(tài)。因此,用74160構造八進制加法計數(shù)器時,要使它提前兩個狀態(tài)結束計數(shù)循環(huán),使狀態(tài)0111的下一個狀態(tài)改為0000而非原來的1000,如圖5―37所示。圖5―37十進制加法轉換為八進制加法的狀態(tài)轉換示意圖如果采用清零法,由于74160是異步清零,即當清零輸入端變?yōu)榈碗娖綍r,計數(shù)器馬上被清零,回到0000狀態(tài),而無需等到下一個脈沖到來。因此,應該在1000狀態(tài)而非0111狀態(tài)時使清零輸入端為低電平。如果在0111狀態(tài)時清零輸入端為低電平,則0111狀態(tài)只能維持很短的時間而不能作為一個穩(wěn)定的有效計數(shù)狀態(tài)。用清零法將74160構造成八進制加法計數(shù)器的電路連接圖如圖5―38（a）所示。如果采用置數(shù)法,由于74160是同步置數(shù),當狀態(tài)為0111時,就要使74160的置數(shù)輸入端變?yōu)榈碗娖?。圖5―38（b）所示為用置數(shù)法將74160構造成八進制加法計數(shù)器的電路連接圖。圖5―38用74160構造八進制加法計數(shù)器（a）異步清零法;(b)同步置數(shù)法

2)已有計數(shù)器的模N小于要構造計數(shù)器的模M

當已有計數(shù)器的模N小于要構造計數(shù)器的模M時,如果M可以表示為已有計數(shù)器的模的乘積,則只需將計數(shù)器串接起來即可,無需利用計數(shù)器的清零端和置數(shù)端;如果M不能表示為已有計數(shù)器的模的乘積,則不僅要將計數(shù)器串接起來,還要利用計數(shù)器的清零端和置數(shù)端,使計數(shù)器繞過多余的狀態(tài)。

【例5.3】

用74160和74163構造一百六十進制計數(shù)器。

解:74160的模為10,74163的模是16,兩者的乘積正好為160,因此可以直接將一個74160和一個74163連接起來實現(xiàn)一百六十進制計數(shù)器。連接方法有串行進位和并行進位兩種,分別如圖5―39和圖5―40所示。圖5―39串行進位連接方式圖5―40并行進位連接方式

【例5.4】

用74163構造二百進制計數(shù)器。

解:74163的模為16,將兩片74163連接起來可以構成二百五十六進制計數(shù)器。要構造二百進制計數(shù)器,必須讓計數(shù)器繞過56個多余的狀態(tài),使計數(shù)器從全0狀態(tài)開始計數(shù),即經過輸入200個計數(shù)脈沖后,重新回到全0狀態(tài)?？梢圆捎谜w清零或整體置數(shù)方法。由于74163的清零和置數(shù)功能是同步方式的,因此要在計數(shù)199個脈沖后,使兩片計數(shù)器的清零輸入端或置數(shù)輸入端都有效。圖5―41（a）、（b）分別是整體清零法和整體置數(shù)法的電路連接圖。由圖中可知,當計數(shù)器計數(shù)到第199個脈沖時,狀態(tài)為11000111,此時與非門G的輸出變?yōu)榈碗娖?