未鎖定機工PPT第八章時序邏輯電路

第8章

時序邏輯電路第8章時序邏輯電路8.1寄存器8.2計數(shù)器【知識目標】1.了解寄存器的功能、基本構(gòu)成和常見類型2.了解典型集成寄存器的應(yīng)用3.了解計數(shù)器的功能4.掌握二進制、十進制等典型計數(shù)器的外特性及應(yīng)用【技能目標】1.學(xué)會識讀常用寄存器和計數(shù)器集成電路的引腳并能測試其邏輯功能。2.會安裝電路，安裝并調(diào)試秒計數(shù)器，實現(xiàn)計數(shù)器邏輯功能。3.能初步查閱集成電路手冊，正解選用寄存器、計數(shù)器集成電路。數(shù)字電路按邏輯功能和電路組成特點不同可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類?！緯r序邏輯電路的特點】

電路任一時刻的輸出狀態(tài)不僅與該時刻的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與電路的原有狀態(tài)有關(guān)，這種電路稱為時序邏輯電路。前面所討論的觸發(fā)器就是一種最簡單的時序邏輯電路?！緯r序邏輯電路的組成】

時序邏輯電路是由組合邏輯電路和存儲電路兩部分組成，如圖8-1所示。圖8-1時序邏輯電路組成框圖【時序邏輯電路的分類】

時序電路按時鐘信號輸入方式不同，可分為同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路兩大類。同步時序邏輯電路中，各觸發(fā)器受同一時鐘控制，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換與所加的時鐘脈沖信號都是同步的；異步時序邏輯電路中，各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時發(fā)生的。常見的時序邏輯電路有寄存器和計數(shù)器等。8.1寄存器

8.1.1寄存器的功能、基本構(gòu)成及常見類型【寄存器的功能】

寄存器是一種非常重要的時序邏輯電路部件，它主要用來接收、暫存、傳遞數(shù)碼、指令等信息。【寄存器的基本構(gòu)成】

寄存器主要由觸發(fā)器和一些控制門電路組成，一個觸發(fā)器能存放一位二進制數(shù)碼，要存放N位二進制數(shù)碼，就應(yīng)有N個觸發(fā)器?！炯拇嫫鞯某Ｒ婎愋汀?/p>

寄存器按照功能的不同，可分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器。

8.1.2數(shù)碼寄存器

數(shù)碼寄存器是簡單的存儲器，具有接收、暫存數(shù)碼和清除數(shù)碼的功能。圖8-2所示是用D觸發(fā)器組成的四位數(shù)碼寄存器。在存數(shù)指令（CP脈沖上升沿）的作用下，可將預(yù)先加在各D觸發(fā)器輸入端的數(shù)碼，存入相應(yīng)的觸發(fā)器中，并可從各觸發(fā)器的Q端同時輸出，所以稱其為并行輸入、并行輸出寄存器。圖8-2四位數(shù)碼寄存器例如，要將四位二進制數(shù)碼D3D2D1D0=1010存入寄存器中，工作過程如下：（1）清零：令（總清零端）=0，則Q3Q2Q1Q0=0000，清除原有數(shù)碼。（2）寄存數(shù)碼：令=1。在寄存器D3、D2、D1、D0輸入端分別輸入為1、0、1、0。當CP脈沖（接收數(shù)碼的控制端）的上升沿一到，寄存器的狀態(tài)

Q3Q2Q1Q0=1010，只要使=1，CP=0，寄存器就處在保持狀態(tài)。從而完成了數(shù)碼的接收和暫存功能。8.1.3移位寄存器

移位寄存器除了有存放數(shù)碼的功能外，還有數(shù)碼移位功能。根據(jù)數(shù)碼移動情況不同，可分為單向移位寄存器（又可分為左移寄存器和右移寄存器）和雙向移位寄存器?！締蜗蛞莆患拇嫫鳌坑蒁觸發(fā)器構(gòu)成的四位左移寄存器如圖8-3所示。為總清零端。觸發(fā)器的輸出接至相鄰左邊觸發(fā)器的輸入端D，輸入數(shù)據(jù)由最右邊觸發(fā)器FF0的輸入端D接入。a）邏輯圖b）工作波形圖圖8-3四位左移寄存器

工作原理：例如將數(shù)碼D3D2D1D0＝1010寄存，從高位到低位依次串行送到串行輸入端，在第一個CP脈沖上升沿到來后，Q0=D3＝1，在第二個CP脈沖上升沿到來后，Q0=D2＝0，Q1=

1……，依此類推，在4個脈沖作用下，Q3Q2Q1Q0=1010，串行輸入的四位數(shù)碼全部置入移位寄存器中，同時，在4個觸發(fā)器的輸出端得到了并行輸出的數(shù)碼。實現(xiàn)了數(shù)碼的串入——并出。工作波形如圖8-3b）所示。

將右移寄存器和左移寄存器組合起來，并引入控制端便構(gòu)成既可左移又可右移的雙向移位寄存器。技能訓(xùn)練一74LS194的邏輯功能測試

【訓(xùn)練目標】1.學(xué)會識讀74LS194引腳并能測試其邏輯功能。2.了解74LS194的應(yīng)用方法【訓(xùn)練材料】面包板、集成四位雙向移位寄存器74LS194一片，扳手開關(guān)若干，導(dǎo)線若干，發(fā)光二極管4個。【訓(xùn)練內(nèi)容及步驟】1.74LS194引腳順序及引腳功能識別（1）找到集成塊標識讀出1～16引腳順序。集成電路CT74LS194是一塊四位雙向移位寄存器，如圖8-4所示。

a）引腳排列圖b）邏輯功能圖c）實物圖圖8-4雙向移位寄存器CT74LS194（2）根據(jù)圖8-4a）找出1腳為總清零端，7腳和2腳分別是左移和右移串行輸入端，3、4、5、6腳是D0～D3四個并行輸入端，9、10腳是工作方式控制端，11腳是CP時鐘脈沖信號輸入端，12、13、14、15是Q3～Q0四個輸出端，8腳是地端，16腳是電源端。（3）74LS194的5種不同操作模式：即并行送數(shù)寄存，右移（方向由Q0→Q3）,左移（方向由Q3→Q0），保持及清零。M1、M0和端的控制作用如表8-3所示。2.測試74LS194的邏輯功能根據(jù)集成塊74LS194各腳功能和電路邏輯功能接線，如圖8-6所示，、M1、M0、DSL、DSR、D0、D1、D2、D3分別接至邏輯開關(guān)；Q0、Q1、Q2、Q3接至發(fā)光二極管。CP端接單次脈沖源。按表8-4所規(guī)定的輸入狀態(tài)，逐項進行測試。圖8-674LS194邏輯功能測試原理圖（1）清除：令=0，其他輸入均為任意態(tài)，這時寄存器輸出Q0、Q1、Q2、Q3應(yīng)均為0。觀察情況并記錄到表8-4中。清除后，至=1。（2）送數(shù)：令=M1=M0=1，送入任意4位二進制數(shù)，如D0、D1、D2、D3=1010，加CP脈沖，觀察CP=0、CP由0→1、CP由1→0、三種情況下寄存器輸出狀態(tài)的變化，觀察寄存器輸出狀態(tài)變化是否發(fā)生在CP脈沖的上升沿。觀察情況并記錄到表8-4中。（3）右移：清零后，令=1，M1=0M0=1，由右移輸入端DSR送入二進制數(shù)碼如0100，由CP端連續(xù)加4個脈沖，觀察輸出情況并記錄到表8-4中。（4）左移：先清零，再令=1，M1=1，M0=0，由左移輸入端DSL送入二進制數(shù)碼如1111，連續(xù)加四個CP脈沖，觀察輸出端情況并記錄到表8-4中。（5）保持：寄存器予置任意4位二進制數(shù)碼abcd，令=1，M1=M0=0，加CP脈沖，觀察寄存器輸出狀態(tài)并記錄到表8-4中。8.2計數(shù)器

8.2.1計數(shù)器的功能及類型【計數(shù)器的功能及應(yīng)用】

能累計輸入脈沖個數(shù)的時序電路叫計數(shù)器。計數(shù)器不僅能用于計數(shù)，還可用于定時、分頻和程序控制等。例如，圖8-8所示。a）計數(shù)器在時鐘中的應(yīng)用b)計數(shù)器在測量儀器中的應(yīng)用圖8-8計數(shù)器的應(yīng)用【計數(shù)器的類型】

常用的計數(shù)器種類非常多，計數(shù)器按計數(shù)進制可分為二進制計數(shù)器和非二進制計數(shù)器（如十進制、N進制計數(shù)器等）；按數(shù)字的增減趨勢可分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按計數(shù)器中各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否與計數(shù)脈沖同步可分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。8.2.2異步計數(shù)器

【異步三位二進制加法計數(shù)器】（１）電路組成。如圖8-8a）所示，由3個JK觸發(fā)器構(gòu)成。FF0為最低位觸發(fā)器，其控制端C1接輸入脈沖，低位的輸出端Q接高一位的控制端C1處，F(xiàn)F2為最高位計數(shù)器。各觸發(fā)器K=J=1，處于計數(shù)狀態(tài)。當各觸發(fā)器的控制端C1接收到由1變0的信號時，觸發(fā)器的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)。（2）工作原理

1）計數(shù)器清零：使=0，則Q2Q1Q0=000。2）每當一個CP脈沖下降沿到來時，F(xiàn)F0就翻轉(zhuǎn)一次；每當Q0的下降沿到來時，F(xiàn)F1就翻轉(zhuǎn)一次；每當Q1的下降沿到來時，F(xiàn)F2就翻轉(zhuǎn)一次，工作波形如圖8-9b）所示。a）邏輯圖b）工作波形圖

輸入脈沖個數(shù)與對應(yīng)的二進制數(shù)狀態(tài)，見表8-5，實現(xiàn)了每輸入一個脈沖，就進行一次加1運算的加法計數(shù)器操作（也稱遞增計數(shù)器）。三位二進制加法計數(shù)器的計數(shù)范圍是000～111，對應(yīng)十進制數(shù)的0～7，共8個狀態(tài)，第8個計數(shù)脈沖輸入后計數(shù)器又從初始000開始計數(shù)。【異步集成計數(shù)器74LS290】

（1）74LS290功能介紹：二-五-十進制異步加法計數(shù)器74LS290的邏輯功能示意圖、引腳排列圖實物圖如圖8-11所示。集成異步計數(shù)器74LS290的功能表如表8-6所示。a）邏輯功能圖b）引腳排列圖c）實物圖圖8-11CT74LS290（2）74LS290的應(yīng)用：74LS290通過輸入輸出端子的不同連接，可組成不同進制的計數(shù)器。圖8-12是分別用74LS290組成的二進制、五進制和十進制計數(shù)器。a）二進制計數(shù)器b）五進制計數(shù)器C）8421BCD十進制計數(shù)器圖8-1274LS290的應(yīng)用8.2.3同步計數(shù)器

為提高計數(shù)速度，將計數(shù)脈沖送到每個觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端CP處，使各個觸發(fā)器的狀態(tài)變化與計數(shù)脈沖同步，這種方式的計數(shù)器稱為同步計數(shù)器?！救欢M制同步加法計數(shù)器】如圖8-13所示。

圖8-13三位二進制同步加法計數(shù)器1．分析邏輯關(guān)系如表８-7所示。表8-7三位二進制同步加法計數(shù)器邏輯關(guān)系2．工作過程（1）計數(shù)器工作前應(yīng)先清零，初始狀態(tài)為000。（2）當?shù)?個CP脈沖到來后，F(xiàn)F0的狀態(tài)由0變?yōu)?。而CP

到來前，Q0、Q1均為0，所以，CP

到來后，F(xiàn)F２、FF1保持0態(tài)不變。計數(shù)器狀態(tài)為001。（3）當?shù)?個CP脈沖到來后，則FF0由1變?yōu)?。FF1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由0變?yōu)?。而FF2仍保持0態(tài)不變。計數(shù)器狀態(tài)為010。（4）當?shù)?個CP脈沖到來后，只有FF0的狀態(tài)由0變?yōu)?，F(xiàn)F1、FF2保持原態(tài)不變。計數(shù)器狀態(tài)為011。（5）當?shù)?個計數(shù)脈沖到來后，三個觸發(fā)器均翻轉(zhuǎn)，計數(shù)狀態(tài)為100。（6）第5、6個計數(shù)脈沖到來后，觸發(fā)器的狀態(tài)，可自行分析。在第7個CP脈沖到來后，計數(shù)狀態(tài)變?yōu)?11，如再送入一個CP脈沖，計數(shù)恢復(fù)為000?！就郊捎嫈?shù)器74LS161】（1）74LS161功能介紹：74LS161是同步的可預(yù)置4位二進制加法計數(shù)器。圖8-14分別是他的邏輯電路圖和引腳排列圖，集成同步計數(shù)器74LS161的功能表如表8-8所示。（2）74LS161的應(yīng)用：74LS161是集成同步4位二進制計數(shù)器，也就是模16計數(shù)器，用它可構(gòu)成任意進制計數(shù)器。項目訓(xùn)練制作秒計數(shù)器

【訓(xùn)練目標】1.熟悉常用集成電路的使用方法和電子儀器的使用方法。2.學(xué)會查閱技術(shù)手冊和文獻資料。3.會安裝電路，實現(xiàn)計數(shù)器邏輯功能?！居?xùn)練準備】查閱技術(shù)手冊和文獻資料，按原理圖找出所需要的電子元器件，請根據(jù)所給的元器件，并完成電路制作?！居?xùn)練內(nèi)容及步驟】1．秒計數(shù)器簡述：秒計數(shù)器即是一種60進制計數(shù)器，經(jīng)常在秒表、數(shù)字鐘等電路的使用中出現(xiàn)。2．電路元器件的引腳識別與功能檢測： （1）對所選集成電路的引腳進行識別（2）對所選集成電路進行功能測試3．電路的制作與調(diào)試： （1）按電路原理圖繪制布局草圖。（2）按工藝要求對元件引腳進行成型加工元器件的引線不要齊根彎折，應(yīng)該留有一定的距離，不少于2mm，以免損壞元件。（3）按布局插裝、排列元件。（6）調(diào)試已制作好的電路主板，達到指標要求。5