清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件

清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件2024/3/27清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件時(shí)序邏輯電路清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.1時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)和邏輯功能的描述一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)功能上：任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，還與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。例：串行加法器，兩個(gè)多位數(shù)從低位到高位逐位相加

2.電路結(jié)構(gòu)上

①包含存儲(chǔ)電路和組合電路 ②存儲(chǔ)器狀態(tài)和輸入變量共同決定輸出清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件二、時(shí)序電路的一般結(jié)構(gòu)形式與功能描述方法清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件可以用三個(gè)方程組來(lái)描述：清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件三、時(shí)序電路的分類1.同步時(shí)序電路與異步時(shí)序電路同步：所有觸發(fā)器都是在同一時(shí)鐘操作下,狀態(tài)轉(zhuǎn)換是同步發(fā)生的異步：不是所有的觸發(fā)器都使用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào),因而在電路轉(zhuǎn)換過(guò)程中觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)不是同步發(fā)生的2.Mealy型和Moore型Mealy型：Moore型：清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.2時(shí)序電路的分析方法分析：找出給定時(shí)序電路的邏輯功能 即找出在輸入和CLK作用下，電路的次態(tài)和輸出。一般步驟：①根據(jù)給定的邏輯圖寫(xiě)出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器輸入端的邏輯函數(shù)式，得到電路的驅(qū)動(dòng)方程。②將每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入它的特性方程，得到電路的狀態(tài)方程。③從邏輯圖寫(xiě)出輸出方程。④為了能更加直觀地顯示電路的邏輯功能，還可以從方程式求出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫(huà)出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

00011011001/110/011/000/0111/000/001/010/1清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件四、時(shí)序圖清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.3常用的時(shí)序邏輯電路6.3.1寄存器①用于存儲(chǔ)二值信息代碼，由N個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器能存儲(chǔ)一組N位的二值代碼。②只要求其中每個(gè)觸發(fā)器可置1，置0。例1：清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件74LS175清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.3.2移位寄存器（代碼在寄存器中左/右移動(dòng)）具有存儲(chǔ)+移位功能清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件器件實(shí)例：74LS194A，左/右移，并行輸入，保持，異步置零等功能并行輸入并行輸出清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件R’DS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.3.3計(jì)數(shù)器用于計(jì)數(shù)、分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等分類：按時(shí)鐘分，同步、異步按計(jì)數(shù)過(guò)程中數(shù)字增減分，加、減 …… 清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件1.異步計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器在末位+1時(shí)，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。原則：每1位從“1”變“0”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)。電路的狀態(tài)按照狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖循環(huán)工作。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器在末位-1時(shí)，從低位到高位逐位借位方式工作。原則：每1位從“0”變“1”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件2.同步計(jì)數(shù)器（1）同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器①同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器原理：根據(jù)二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位加1，若第i位以下皆為1時(shí)，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為：T0始終等于1清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件器件實(shí)例：SN74163同步置0工作模式0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)表示只有CLK上升沿達(dá)到時(shí)的信號(hào)才起作用清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件②同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器原理：根據(jù)二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)減1時(shí)，若第i位以下皆為0時(shí)，則第i位應(yīng)當(dāng)翻轉(zhuǎn)，否則應(yīng)保持不變。由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器，則每一位觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程為

T0始終等于1清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件(2)同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器①加法計(jì)數(shù)器

基本原理：在同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上修改，當(dāng)計(jì)到1001時(shí)，則下一個(gè)CLK電路狀態(tài)回到0000。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件能自啟動(dòng)清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件器件實(shí)例：74SN160異步置0工作模式X0XXX置010XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件（3）任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法

用已有的N進(jìn)制芯片，組成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，是常用的方法。N進(jìn)制M進(jìn)制清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件N>M原理：計(jì)數(shù)循環(huán)過(guò)程中設(shè)法跳過(guò)N－M個(gè)狀態(tài)。具體方法：置零法置數(shù)法清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件同步置零和異步置零法例：將同步十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163→十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步置0法，如雙線所示，實(shí)現(xiàn)如下圖所示

異步置0如虛線所示清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件置數(shù)法

例：將同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器

同步預(yù)置數(shù)（如實(shí)線箭頭所示），進(jìn)位輸出信號(hào)C由S9狀態(tài)譯出，所以反向后作為所需的低電平。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件N<M①M(fèi)=N1×N2先用前面的方法分別接成N1和N2兩個(gè)計(jì)數(shù)器。N1和N2間的連接有兩種方式：a.并行進(jìn)位方式：用同一個(gè)CLK，低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的計(jì)數(shù)控制信號(hào)（如74160的EP和ET）b.串行進(jìn)位方式：低位片的進(jìn)位輸出作為高位片的CLK，兩片始終同時(shí)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：用74160接成一百進(jìn)制

工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位法串行進(jìn)位法清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件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(jì)數(shù)器然后再采用置零或置數(shù)的方法清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：用74160接成二十九進(jìn)制

工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：用74160接成二十九進(jìn)制整體置零（異步）整體置數(shù)（同步）清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件6.4同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法6.4.1簡(jiǎn)單同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的一般步驟一、分析設(shè)計(jì)要求，找出電路應(yīng)有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)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(gè)電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序進(jìn)行編號(hào)。3.按設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)的邏輯功能畫(huà)出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。二、狀態(tài)化簡(jiǎn)若兩個(gè)電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并轉(zhuǎn)向同一個(gè)次態(tài)，則稱為等價(jià)狀態(tài)；等價(jià)狀態(tài)可以合并。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件三、狀態(tài)編碼1.確定觸發(fā)器數(shù)目。2.給每個(gè)狀態(tài)規(guī)定一個(gè)n位二制代碼。（通常編碼的取法、排列順序都依照一定的規(guī)律）四、從狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表求出電路的狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。五、根據(jù)得到的驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫(huà)出邏輯圖。六、檢查所設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)。清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件例：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路。正常情況下串行的數(shù)據(jù)不應(yīng)連續(xù)出現(xiàn)3個(gè)或3個(gè)以上的1。當(dāng)檢測(cè)到連續(xù)3個(gè)或3個(gè)以上的1時(shí)，要求給出“錯(cuò)誤”信號(hào)。一、建立電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖二、狀態(tài)化簡(jiǎn)用A（1位）表示輸入數(shù)據(jù)用Y（1位）表示輸出（檢測(cè)結(jié)果）清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件三、規(guī)定電路狀態(tài)的編碼取n=2，取的00、01、10為則，清華大學(xué)《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》教學(xué)課件四、選用JK觸發(fā)器，求方程組