數(shù)字電子技術(shù)第五章

第五章時序邏輯電路

本章系統(tǒng)講授時序邏輯電路的工作原理和分析方法、設(shè)計方法。首先介紹用SSI構(gòu)成的時序邏輯電路的分析，其次講述常用的MSI時序邏輯組件的原理和應(yīng)用，最后討論用SSI構(gòu)成的時序邏輯電路的設(shè)計方法。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!5-1概述—特點：任意時刻的輸出Q

不僅取決于該時刻的輸入，

而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)Q。二邏輯框圖：組合邏輯電路部分由邏輯門構(gòu)成，存儲電路部分由觸發(fā)器構(gòu)成。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!三、三個方程組；①驅(qū)動方程組：Z=f1（X，Q）②輸出方程組；Y=f2（X，Q）③狀態(tài)方程組：Q=f3（Z，Q）數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!5-2時序邏輯電路的分析方法（SSI）一.同步計數(shù)器的分析（Moore）

（除CP外無其他控制端）1.從給定的邏輯圖中寫出每個觸發(fā)器的驅(qū)動方程2.把得到的這些驅(qū)動方程帶入觸發(fā)器的特性方程，得出每個觸發(fā)器的狀態(tài)方程3.根據(jù)邏輯圖寫出電路的輸出方程數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!2．狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如右狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下Q2Q100→01→10→11

3．邏輯功能：2位二進制（或1位四進制）加法計數(shù)器。

CP的順序Q2Q1Y00001010210031114000數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!例2P227

一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!三、時序波形圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!二一般同步時序電路的分析（Mealy）：

例3見下圖，有控制信號A時，將控制信號作為輸入量。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!

5-3若干常用的時序邏輯電路（MSI）

—寄存器和移位寄存器

1.寄存器：并行輸入、并行輸出，如上圖。多位數(shù)據(jù)可同時輸入、同時輸出，存取速度快。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!2.移位寄存器：

串行輸入、串行輸出或并行輸出，

見下圖，表、波形圖見P237數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!MSI74LS194邏輯結(jié)構(gòu)見P238

（功能表見下頁）邏輯框圖如下

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!應(yīng)用1.性能擴展（見下圖）數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!如功能表：A.第1個CP上升沿，S1=S0=1置位后相加得Y=M+N；B.第2個CP上升沿，S1=0、S0=1右移后相加得Y=2M+2N；C.第3個CP僅有CP1M右移后相加得Y=4M+2N；D.第4個CP僅有CP1M右移后相加得Y=8M+2N；數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!如D3D2D1=101，有效循環(huán)為101110011無效循環(huán)為001100不能自啟動0104個D觸發(fā)器構(gòu)成的電路如圖P266數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!下圖的有效循環(huán)：000100110001011111

無效循環(huán)：010101數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!1.同步計數(shù)器：

(1)同步二進制計數(shù)器：

①

原理；比較下頁圖，上圖J1=K1=1J2=K2=Q1；Q1=Q1

Q2=Q1Q2+Q1Q2為加法，Y在11時進位；下圖J1=K1=1J2=K2=Q1；Q1=Q1

Q2=Q1Q2+Q1Q2為減法。Y在00借位。功能表見后頁。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

CPQ2Q1YQ2Q1Y

0

0

00

0

01

1

0

10

1

10

2

1

00

100

3

1

11

0

10

4

0

00

0

01注加法減法數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!MSI74161同步4位二進制加法計數(shù)器，計數(shù)范圍0000-1111，功能表見P245，邏輯框圖如下。異步清零、同步預(yù)置數(shù)、同步計數(shù)。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!（2）同步十進制計數(shù)器

加法CPDCBA91001101010二進制100000十進制在二進制加法計數(shù)器的基礎(chǔ)上控制第2位和第4位P251減法CPDCBA0000011111二進制11001十進制在二進制減法計數(shù)器的基礎(chǔ)上控制第2位和第3位P253數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!P251同步十進制加法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!MSI74160同步十進制加法計數(shù)器，計數(shù)范圍0000-1001，見P253，邏輯框圖、用法同74161。MSI74LS190同步十進制可逆計數(shù)器，計數(shù)范圍0000-1001，見P255，邏輯框圖、用法同74LS191。下表為4種MSI計數(shù)器的用法總結(jié)。由表中可見；74160與74161的用法基本相同，異步復(fù)位、同步置數(shù)；74LS190與74LS191的用法基本相同，異步置數(shù)。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!2.異步計數(shù)器：異步二進制計數(shù)器

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!分析過程中引入時鐘方程，如下圖為CP下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器，作加法時CP1=CP、CP2=Q1

作減法時CP1=CP、CP2=Q1功能表如本課件28頁表

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!MSI74LS290異步二—五—十進制計數(shù)器，

由CP0輸入、Q0輸出為2進制，

由CP1輸入、Q3Q2Q1輸出為5進制。

CP1接Q0，

由CP0輸入Q3Q2Q1Q0輸出為10進制。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!該電路有異步復(fù)位端R0（1）、R0（2），異步置9端S9（1）、S9（2），高電平有效；當R0（1）=R0（2）=1，S9（1）=S9（2）=0時，Q3Q2Q1Q0=0000；當R0（1）=R0（2）=0，S9（1）=S9（2）=1時，Q3Q2Q1Q0=1001數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!M<N時的異步復(fù)位法數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!上面3圖都是六進制計數(shù)器，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為000000010010010101000011

0110為過渡狀態(tài)。不在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中出現(xiàn)。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!M<N時的同步置位法數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!下面兩圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為000000010010010101000011數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（2）M>N：A.用n片MSI和必要的門，先構(gòu)成N>M，再用整體反饋

①

同步進位（并行進位）②異步進位（串行進位）注意C后面要加反相器。如下圖

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!然后采用整體反饋下圖均為整體反饋的29進制計數(shù)器。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為0000000000101000即0到28構(gòu)成循環(huán)數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!B.分解為M1×M2，（且M1<N、M2<N）用分別反饋的方法實現(xiàn)。下頁為分解為M1=7、M2=9，M1×M2=63，分別反饋的63進制計數(shù)器。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分別為1001101010111100111111101101七進制011110001001101010111111111011011100九進制數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!例：P3045.17分析下圖為幾進制計數(shù)器數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!5-4同步時序邏輯電路的設(shè)計方法（SSI）

設(shè)計步驟如下：數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!3.畫次態(tài)卡諾圖：

4.分別化簡得狀態(tài)方程和輸出方程：

Q2=Q2Q1，Q1=Q2Q1，C=Q2，5.驅(qū)動方程：J1=Q2，K1=1，（JK觸發(fā)器化簡時注意保留QI和QI）J2=Q1，K2=1數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!（例2見P277）

一、狀態(tài)數(shù)（N）二、觸發(fā)器個數(shù)（n）23<13<24三、狀態(tài)賦值取0000～1100作為S0～S12的編碼數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!4.分解為5個卡諾圖化簡得狀態(tài)方程如下數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!6.邏輯圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!二一般同步時序邏輯電路的設(shè)計：

例3：P280例5.4.21.邏輯抽象狀態(tài) 說明S0 輸入0S1輸入一個1S2 連續(xù)輸入兩個1S3 連續(xù)輸入三個或三個以上1數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!

3.狀態(tài)編碼

4.次態(tài)卡諾圖

5.P283兩圖都可以實現(xiàn)。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!例4：P283例5.4.3兩個控制量AB，討論000110三種情況，11為無關(guān)項；兩個輸出量YZ。

討論自啟動問題--實用電路復(fù)位問題。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!2.序列信號發(fā)生器：計數(shù)器+選擇器：P274

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!

如上頁圖，當控制信號從A、B…H及I分別輸入時，構(gòu)成0001至1001、0010至1001…1000至1001及1001自身循環(huán)，頻率分別為10/9K、10/8K…10/2K及0HZ。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、圖分別為CPQ2Q1Y00/001Q2Q100001//0/Y1010102101無效狀態(tài)11的次態(tài)為003000電路可以自啟動邏輯功能：同步3進制加法計數(shù)器數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!8.（九）數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!第五章學(xué)習(xí)要求1.掌握用SSI構(gòu)成的同步時序邏輯電路和異步計數(shù)器的基本分析方法。2.掌握用SSI構(gòu)成的同步時序電路的基本設(shè)計方法。3.理解常用MSI時序邏輯器件的工作原理，熟練掌握其邏輯功能及使用方法。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!四例；串行加法器；右圖

組合電路部分：全加器存儲電路部分：D觸發(fā)器可進行多位二進制數(shù)的加法

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!

例1.見上圖①驅(qū)動方程組：J1=K1=1，J2=K2=Q1②輸出方程組；Y=Q1Q2③狀態(tài)方程組：由Q=JQ+KQ得Q1

=Q1，Q2=Q1Q2

+Q1

Q2=Q1⊕Q2數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!說明：1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的畫法：大圓圈內(nèi)表示電路各個狀態(tài)，以箭頭根部表示初態(tài)，箭頭指向表示次態(tài)。同時箭頭旁注明了狀態(tài)轉(zhuǎn)換前的輸入變量取值和輸出值。輸入變量取值寫在斜線以上，輸出值寫在斜線以下。

2.在時序脈沖序列作用下，電路狀態(tài)、輸出狀態(tài)隨時間變化的波形圖叫做時序波形圖。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!四、檢查能否自啟動；該電路的有效狀態(tài)為000到110（7個），無效狀態(tài)為111（1個），將111作為初態(tài)代入狀態(tài)方程組得次態(tài)為000，該電路能自啟動。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!驅(qū)動方程為D1=Q1D2=A⊕Q1⊕Q2

得狀態(tài)方程為

Q1=Q1Q2=A⊕Q1⊕Q2

輸出方程為Y=AQ1Q2AQ1Q2=AQ1Q2+AQ1Q2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如右，對每個狀態(tài)討論A=0和A=1兩種情況數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!MSI74LS75如右圖、74LS175、CC4076見P235

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!特點：存入N位二值信息需N個CP脈沖，存儲速度慢。但可利用其可以左移或右移的功能實現(xiàn)乘2、除2運算。MSI74LS194集中了寄存器和移位寄存器

的多種功能。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!RDS1S0工作狀態(tài)0××置零100保持101右移110左移111并行輸入數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!2.乘2運算數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!3.移位寄存器型計數(shù)器：P266

（1）環(huán)形計數(shù)器：①結(jié)構(gòu)：Qn接D1；②最長計數(shù)長度等于觸發(fā)器的個數(shù)；③缺點；觸發(fā)器利用率低，不能自啟動。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!（2）扭環(huán)形計數(shù)器

①結(jié)構(gòu)：Qn接D1；見圖P268。②最長計數(shù)長度等于觸發(fā)器個數(shù)的2倍；③缺點；不能自啟動。可利用負反饋改進。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!

二

計數(shù)器：在N個CP脈沖作用下有N個狀態(tài)構(gòu)成循環(huán)，稱為N進制計數(shù)器。

分類：①同步、異步；②加法、減法、可逆；③二進制、十進制、任意進制。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!四位加法二進制計數(shù)器見下圖，四位減法二進制計數(shù)器見P246；二進制計數(shù)器可用作分頻器使用，P244的時序波形圖。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!MSI74LS191同步4位二進制可逆計數(shù)器，

加、減控制端U/D=0作加法，U/D=1作減法。功能表見P248，計數(shù)范圍0000-1111，

異步預(yù)置數(shù)、同步計數(shù)。邏輯框圖如下

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!同步十進制加法計數(shù)器

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!P253同步十進制減法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!總結(jié)

組件741607416174LS19074LS191計11110000-10010000-1111復(fù)位異步CP=×異步CP=×————置位同步CP↑同步CP↑異步CP=×異步CP=×進位1001時C=11111時C=11001時C/B=11111時C/B=1借位————0000時C/B=10000時C/B=1數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!

原理；比較上頁圖，上圖為加法，J1=K1=1J2=K2=1；Q1=Q1,Q2=Q2

在11時進位；下圖為減法。J1=K1=1J2=K2=1；Q1=Q1，Q2=Q2在00時借位。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!三位二進加法計數(shù)器見下圖；二進制計數(shù)器可用作分頻器使用，波形圖如下頁。

注意：采用上升沿動作的觸發(fā)器時，加法器：后級的CP接前級的Q，減法器：后級的CP接前級的Q。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!（2）異步十進制計數(shù)器：（加法）

在二進制加法計數(shù)器的基礎(chǔ)上控制第2位和第4位如下圖

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!3.任意進制計數(shù)器的構(gòu)成方法；（MSI）

已有N進制，要構(gòu)成M進制。

（1）M<N：用一片MSI和必要的門。

①復(fù)位法；74160、74161利用RD，74LS290利用R0（1）、R0（2）異步復(fù)位。設(shè)置過渡狀態(tài)，例：用74160、74161和74LS290構(gòu)成六進制計數(shù)器，如下圖。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!說明：

A：一般情況下與非門的求反端可不接（有時會出錯）在右上圖中74160雖可能會在0110、0111兩種情況下復(fù)位，但影響不大。B：異步復(fù)位時因置0信號寬度較窄易出現(xiàn)競爭–冒險現(xiàn)象，可加基本RS觸發(fā)器，如P262圖所示。有些已做在集成電路內(nèi)部。C：74160、74LS190等的某些無效狀態(tài)的次態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，可不討論自啟動的問題。

數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!②置位法；

74160、74161利用LD同步置位，74LS190、74LS191利用LD異步置位，74LS290利用S9（1）、S9（2）異步置9。例見下圖，說明：A：同步置位不設(shè)置過渡狀態(tài)，異步置位設(shè)置過渡狀態(tài)；B：數(shù)據(jù)輸入端Di要有固定接法，C：同一進制可有多種狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，下圖均為用置位法構(gòu)成的六進制計數(shù)器數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!下面左、右圖的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖分別為010001010110001101000101100110000111100001110110數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!74161為四位二進制計數(shù)器，本題采用并行進位的方法先構(gòu)成256進制計數(shù)器，然后采用整體反饋構(gòu)成83進制計數(shù)器。

低位01001010高位即5×16+2+1=83計數(shù)范圍是0至82間循環(huán)。數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁!一同步計數(shù)器的設(shè)計：

例1：用JK觸發(fā)器設(shè)計一個有進位輸出的同步三進制計數(shù)器。解：1.邏輯抽象

狀態(tài)數(shù)，M=3，如右上圖

觸發(fā)器個數(shù)：2<M<2，n=2；2.狀態(tài)編碼：如右下圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁!5.畫邏輯圖如下圖；

6.以Q2Q1=11代入狀態(tài)方程得Q2Q1=00即11→00

該電路可以自啟動數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁!3.次態(tài)卡諾圖數(shù)字電子技術(shù)第五章共96頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁!5.用JK觸發(fā)器