數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)王毓銀講義第六章2課件

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)第六章時(shí)序邏輯電路(二)6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

★計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)步驟如下：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定有效狀態(tài)；2.畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；3.選擇集成器件，查看器件功能表；選擇合適的反饋形式和反饋信號；5.畫邏輯電路圖；6.畫出工作波形圖（可選）。一、利用同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)任意模M計(jì)數(shù)器的方法：(一）利用清除端的復(fù)位法。（反饋清零法）(二）利用置入控制端的置位法。（同步預(yù)置法）M<N,N為單片計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值

利用清除端的復(fù)位法或置入控制端的置位法進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.M<N,N為多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)后的最大計(jì)數(shù)值當(dāng)要實(shí)現(xiàn)的模值M超過單片計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍時(shí)，必須首先將多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)，以擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍（N=10n或16n），然后利用整體同步置入端的置數(shù)法和利用整體清除端復(fù)位法構(gòu)成模M計(jì)數(shù)器。多片74160、74162級聯(lián)，N=10n多片74161、74163級聯(lián)，N=16n6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

例：應(yīng)用4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74161實(shí)現(xiàn)模10計(jì)數(shù)器，要求采用清除端復(fù)位法。分析：①根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定各種狀態(tài)0～9；

②畫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；

(一）反饋清零法6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖為：注意：用來清0的瞬態(tài)為M，該狀態(tài)一經(jīng)出現(xiàn)馬上消失。(一）反饋清零法6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

☆為什么1010狀態(tài)不算在主循環(huán)內(nèi)，用波形圖說明畫出電路原理圖同步計(jì)數(shù)器最低位Q0在CP↑翻轉(zhuǎn)。先畫最低位Q0。

當(dāng)?shù)谑畟€(gè)脈沖上升沿到達(dá)后Q3Q2Q1Q0＝1010,/CR＝0。只要/CR=0,計(jì)數(shù)器強(qiáng)制置0。1010只能使Q3Q1出現(xiàn)一個(gè)很窄的小毛刺。缺點(diǎn):Q1輸出波形上有毛刺。造成/CR脈沖寬度太窄，清0不可靠。&CPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0COCTPCTT741611(一）反饋清零法6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

工作波形圖：12345678910(一）反饋清零法(二)同步預(yù)置法：利用置數(shù)端，以置入某一固定二進(jìn)制數(shù)值的方法，從而使N進(jìn)制計(jì)數(shù)器跳躍(N-M)個(gè)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)方法：·確定有效狀態(tài)（連續(xù)的M個(gè)狀態(tài)）·確定置入數(shù)據(jù)（由第1個(gè)狀態(tài)確定）·產(chǎn)生同步置入端信號（由最后1個(gè)狀態(tài)確定）·畫邏輯圖1.M<N,N為單片計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值6.5采用中規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

例、用74161的置入控制端構(gòu)成8進(jìn)制計(jì)數(shù)器（方法1）

若計(jì)數(shù)從QDQCQBQA=0000開始則有效狀態(tài)為00000001001000110111011001010100

置入數(shù)據(jù)為DCBA=0000同步置入信號(二)同步預(yù)置法例、用74161的置入控制端構(gòu)成8進(jìn)制計(jì)數(shù)器（方法3）

利用進(jìn)位信號CO來控制同步置入端則有效狀態(tài)為QDQCQBQA10001001101010111111111011011100

置入數(shù)據(jù)為DCBA=1000同步置入信號(二)同步預(yù)置法例：用四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161設(shè)計(jì)8421BCD碼計(jì)數(shù)器。解：8421BCD碼計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖所示

從狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以看出，當(dāng)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為1001時(shí)，74161不再執(zhí)行計(jì)數(shù)功能，而是要執(zhí)行置數(shù)功能，使161跳過6個(gè)狀態(tài)，使1001的下一個(gè)狀態(tài)為0000?？梢缘玫剑?/p>

D3D2D1D0=0000(二）同步預(yù)置法畫出邏輯圖如圖

D3D2D1D0=0000例：用四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161設(shè)計(jì)8421BCD碼計(jì)數(shù)器。(二）同步預(yù)置法★置0000法：

例如，設(shè)計(jì)M10計(jì)數(shù)器，預(yù)置數(shù)為0000，置數(shù)信號為10－1＝9，即:Q3Q2Q1Q0=1001,

例如，設(shè)計(jì)M12計(jì)數(shù)器，預(yù)置數(shù)為0000，置數(shù)信號為12－1＝11，即:Q3Q2Q1Q0=1011,★置0000-1111之間任意數(shù)法：

從所置入數(shù)對應(yīng)狀態(tài)開始順序數(shù)到M個(gè)狀態(tài)，利用此狀態(tài)產(chǎn)生置數(shù)信號/LD。

例如，設(shè)計(jì)M12計(jì)數(shù)器，假定預(yù)置數(shù)為8，從8數(shù)到12個(gè)狀態(tài)，與第12個(gè)狀態(tài)相對應(yīng)的數(shù)，即為置數(shù)信號。由3（0011）產(chǎn)生置數(shù)譯碼信號，同步預(yù)置法設(shè)計(jì)規(guī)律：計(jì)數(shù)模值M，就由M

-1組成置數(shù)信號。(二）同步預(yù)置法2）M<N,N為多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)后的最大計(jì)數(shù)值當(dāng)要實(shí)現(xiàn)的模值M超過單片計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)范圍時(shí)，必須首先將多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)，以擴(kuò)大計(jì)數(shù)范圍（N=10n或16n）。級聯(lián)的方法可采用計(jì)數(shù)器的擴(kuò)展（級聯(lián)）。然后利用整體同步置入端LD的置數(shù)法和利用整體清除端CR復(fù)位法構(gòu)成模M計(jì)數(shù)器。多片74160、74162級聯(lián)，N=10n多片74161、74163級聯(lián)，N=16n(二）同步預(yù)置法例用74160組成48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。先將兩芯片采用同步級聯(lián)方式連接成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后再用異步清零法組成了48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。反饋狀態(tài)為（48）10＝（01001000）8421BCD解：因?yàn)镹＝48，而74160為模10計(jì)數(shù)器，所以要用兩片74160構(gòu)成(一）反饋清零法

74160是模10計(jì)數(shù)器，要實(shí)現(xiàn)模853計(jì)數(shù)，須用三片74160級聯(lián)。⑵用異步清0法，使計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖輸入到第853個(gè)脈沖時(shí)產(chǎn)整體置0信號使計(jì)數(shù)器返回到初始狀態(tài)0000?！罾酶髌g進(jìn)位信號快速傳遞方法，組成計(jì)數(shù)模值為1000計(jì)數(shù)器。⑴先設(shè)計(jì)模1000計(jì)數(shù)器：M=M1×M2×M3=10×

10×

10=1000計(jì)數(shù)范圍：0~852共853個(gè)狀態(tài)第853個(gè)狀態(tài)產(chǎn)生異步清0譯碼信號。所以第853個(gè)狀態(tài)不計(jì)算在主循環(huán)內(nèi)例：用74160構(gòu)成853計(jì)數(shù)分?jǐn)?shù)器&CP1D3D2D1D08421COCTPCTT74160(1)CPD3D2D1D08421COCTPCTT74160(2)CPD3D2D1D08421COCTPCTT74160(3)CP（一）反饋清零法

解：一片74161最大計(jì)數(shù)模值為16，要實(shí)現(xiàn)模60計(jì)數(shù)必須用兩片74161。

M=M1XM2=6X10,用兩片74161分別組成模6、模10計(jì)數(shù)器，然后級聯(lián)組成模60計(jì)數(shù)器。用三種方法設(shè)計(jì)。方法一、（6）10＝（0110）2低位片預(yù)置數(shù)：高位片預(yù)置數(shù)：（10）10＝（1010）2利用計(jì)數(shù)器計(jì)滿值CO=1,提取置數(shù)譯碼信號。經(jīng)6個(gè)狀態(tài)計(jì)滿值經(jīng)10個(gè)狀態(tài)計(jì)滿值例：試用74161實(shí)現(xiàn)模60計(jì)數(shù)。1010CPD3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO74161(1)110110D3D2D1D0Q0Q1Q2Q3CTPCTTCO74161(2)11(二）同步預(yù)置法方法二、整體同步反饋置0000：先將兩片74161級聯(lián)成M=M1XM2=256計(jì)數(shù)器，然后用整體置數(shù)法組成模60計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)范圍：0-59用什么產(chǎn)生置0譯碼信號？（59）10＝（00111011）2當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到59（00111011）時(shí)，兩片同時(shí)置0。CPD0D1D2D3Q3Q2Q1Q0CTPCTTCO74161(1)1D0D1D2D3Q3Q2Q1Q0CTPCTTCO74161(2)1&(二）同步預(yù)置法

對于同步置數(shù)的加法計(jì)數(shù)器來說，只要用進(jìn)位輸出CO作為置數(shù)譯碼信號(使/LD=0),并設(shè)置：

預(yù)置輸入＝N-M，就可以實(shí)現(xiàn)模值為M的計(jì)數(shù)（或分頻）。若要改變計(jì)數(shù)模值M,只需要改變預(yù)置輸入數(shù)即可。N:最大計(jì)數(shù)值。M:要求計(jì)數(shù)值?？焖僭O(shè)計(jì)法：同步預(yù)置：預(yù)置數(shù)＝N–M＝[M]補(bǔ)計(jì)數(shù)值：M=[預(yù)置數(shù)]補(bǔ)例如：模60計(jì)數(shù)器M=（60）10＝[00111100]2預(yù)置數(shù)＝[M]補(bǔ)=[11000100]計(jì)數(shù)值：M=[預(yù)置數(shù)]補(bǔ)=[00111100]2=[60]10★利用進(jìn)位輸出作為置數(shù)譯碼信號具有通用性：(二）同步預(yù)置法

M

<N的實(shí)現(xiàn)方法：設(shè)需用模N集成計(jì)數(shù)器（異步清零、同步置數(shù)）組成模M計(jì)數(shù)器A）異步清0法B）同步置位法利用清零輸入端，使電路計(jì)數(shù)到M+1狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生清零操作，越過后續(xù)N–M個(gè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)模N計(jì)數(shù)利用計(jì)數(shù)器的置數(shù)功能，通過進(jìn)位輸出給計(jì)數(shù)器置數(shù)N-M，跳過0至N-M的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)模M計(jì)數(shù)1）確定有效狀態(tài)（必須從全0開始）；3）畫邏輯圖。2）產(chǎn)生異步清除端信號1）確定有效狀態(tài)；2）確定置入數(shù)據(jù)；4）畫邏輯圖。3）產(chǎn)生異步清除端信號用集成計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器小節(jié)(一)利用清除端復(fù)位法（異步置0法）圖（a）為邏輯電路圖圖（b）為時(shí)序電路圖圖（c）為保證可靠清0的邏輯電路圖(二)利用置入控制端的置位法（異步置9法）設(shè)計(jì)方法：·確定有效狀態(tài)（連續(xù)的M個(gè)狀態(tài)）·確定置9信號（由最后1個(gè)有效狀態(tài)的下一狀態(tài)確定）·畫邏輯圖例：用74LS290構(gòu)成模七計(jì)數(shù)器。確定有效狀態(tài)QDQCQBQA為1001000000010010

0110010101000011確定置9信號S9AS9B＝QCQB例：用74LS290構(gòu)成模48計(jì)數(shù)器。解：由兩片74290構(gòu)成，每片74290的時(shí)鐘接成8421BCD碼計(jì)數(shù)。其中片I的R0AI=Q1I,R0BI=Q2I，計(jì)數(shù)模值為模6。片II的R0AII＝R0BII＝Q3II。計(jì)數(shù)模值為模8。2.M<N,N為多片計(jì)數(shù)器級聯(lián)后的最大計(jì)數(shù)值6.6采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器

6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6.6.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器

同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)過程可用下圖簡要表示。6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)步驟：1.作原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表2.畫次態(tài)卡諾圖、輸出卡諾圖、寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程、輸出函數(shù)3.根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程檢驗(yàn)自啟動(dòng)性4.重新確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程5.畫出新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，驗(yàn)證自啟動(dòng)性6.選擇觸發(fā)器，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程得到激勵(lì)函數(shù)7.根據(jù)激勵(lì)函數(shù)及輸出函數(shù)畫出邏輯圖例：用觸發(fā)器設(shè)計(jì)模6同步計(jì)數(shù)器(1）作原始狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)分配如下：S0=000，S1=001，S2=011，S3=111，S4=110，S5=1006.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器（2）次態(tài)卡諾圖、輸出卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程、輸出函數(shù)6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器（3）根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程檢驗(yàn)自啟動(dòng)性從狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可以看出無自啟動(dòng)性6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器（4）重新確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器(5）畫出新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，驗(yàn)證自啟動(dòng)性具有自啟動(dòng)性6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器(6）采用D觸發(fā)器，由狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程得到激勵(lì)函數(shù)輸出函數(shù)：6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器(7）根據(jù)激勵(lì)函數(shù)及輸出函數(shù)畫出邏輯圖6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6.6.1采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器

小結(jié)：采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器的一般步驟。

列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程，輸出方程檢驗(yàn)自啟動(dòng)特性確定驅(qū)動(dòng)方程（激勵(lì)函數(shù)）畫出邏輯電路不具有

具有6.6.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器

異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)比同步計(jì)數(shù)器多一步，即求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程。1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定7個(gè)狀態(tài)S0～S6。進(jìn)行狀態(tài)編碼后，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。例設(shè)計(jì)一個(gè)異步7進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器.6.6.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器

2）選擇觸發(fā)器。本例選用下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。3）求各觸發(fā)器的時(shí)鐘方程，即為各觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號。為觸發(fā)器選擇時(shí)鐘信號的原則是：①觸發(fā)器狀態(tài)需要翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須要有時(shí)鐘信號的翻轉(zhuǎn)沿送到。②觸發(fā)器狀態(tài)不需翻轉(zhuǎn)時(shí)，“多余的”時(shí)鐘信號越少越好。結(jié)合7進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖，并根據(jù)上述原則，選：6.6.2采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器

4）求各觸發(fā)器的驅(qū)