時序邏輯電路-數(shù)字部分

1、第五章 時序邏輯電路 一、時序電路的特點一、時序電路的特點 1. 定義定義 任何時刻電路的任何時刻電路的 輸出，不僅和該時刻輸出，不僅和該時刻 的輸入信號有關，而的輸入信號有關，而 且還取決于電路原來且還取決于電路原來 的狀態(tài)。的狀態(tài)。 2. 電路特點電路特點 (1) 與時間因素與時間因素 (CP) 有關；有關； (2) 含有記憶性的元件含有記憶性的元件( (觸發(fā)器觸發(fā)器) )。 組合邏輯組合邏輯 電電 路路 存儲電路存儲電路 x1 xi y1 yj w1 wk q1 ql 輸輸 入入 輸輸 出出 二、時序電路邏輯功能表示方法二、時序電路邏輯功能表示方法 1. 邏輯表達式邏輯表達式 (1) 輸

2、出方程輸出方程 )(),( )( nnn tQtXFtY (3) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 )(),( )( 1nnn tQtWHtQ (2) 驅動方程驅動方程 )(),( )( nnn tQtXGtW 2. 狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖 組合邏輯組合邏輯 電電 路路 存儲電路存儲電路 x1 xi y1 yj w1 wk q1 ql x1y1 y2 J K Q1 Q2 x2 1J 1K C1 CP 三、時序邏輯電路分類三、時序邏輯電路分類 1. 按邏輯功能劃分：按邏輯功能劃分： 計數(shù)器、寄存器、讀計數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲器、寫存儲器、 順序脈沖發(fā)生器等。順序脈沖發(fā)生器

3、等。 2. 按時鐘控制方式劃分：按時鐘控制方式劃分： 同步時序電路同步時序電路觸發(fā)器共用一個時鐘觸發(fā)器共用一個時鐘 CP，要更新，要更新 狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉。狀態(tài)的觸發(fā)器同時翻轉。 異步時序電路異步時序電路 電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個 CP。 3. 按輸出信號的特性劃分：按輸出信號的特性劃分： )( )( nn tQFtY )(),( )( nnn tQtXFtY 存儲存儲 電路電路 Y(tn) 輸出輸出 W Q X(tn) 輸入輸入 組合組合 電路電路 CP Y(tn) 輸出輸出 CP X(tn) 輸入輸入 存儲存儲 電路電路 組合組合 電路電路 組合組合 電

4、路電路 5.1.1 時序電路的基本分析方法時序電路的基本分析方法 1. 分析步驟分析步驟 時序電路時序電路 時鐘方程時鐘方程 驅動方程驅動方程 狀態(tài)表狀態(tài)表 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 時序圖時序圖 CP 觸觸 發(fā)發(fā) 沿沿 特性方程特性方程 輸出方程輸出方程 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 計算計算 2. 分析舉例分析舉例 時鐘方程時鐘方程 CPCPCPCP 210 輸出方程輸出方程 nnn QQQY 012 驅動方程驅動方程 nn QK,QJ 2020 nn QK,QJ 0101 nn QK,QJ 1212 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 特性方程特性方程 nnnnnn QQQQQQ 20202 1 0 nnnnnn QQQQQQ

5、01010 1 1 nnnnnn QQQQQQ 12121 1 2 例例 5.1.1 解解 1J 1K C1 0 Q 0 Q 1J 1K C1 1J 1K C1 1 Q 2 Q 1 Q2 Q & FF1FF0FF2 CP Y nn QQ 2 1 0 nn QQ 0 1 1 nn QQ 1 1 2 nnn QQQY 012 CP Q2 Q1 Q0 Y 0 1 2 3 4 5 0 1 2 0 0 01 0 0 11 0 1 11 1 1 11 1 1 01 01 0 0 0 1 01 1 0 11 0 1 01 000001 /1 011 /1 111 /1 110 /1 100 /1 /0有效狀

6、態(tài)和有效循環(huán)有效狀態(tài)和有效循環(huán) 010101 /1 /1 無效狀態(tài)和無效循環(huán)無效狀態(tài)和無效循環(huán) 能否自啟動能否自啟動? 能自啟動：能自啟動： 存在無效狀態(tài)，但沒有存在無效狀態(tài)，但沒有 形成循環(huán)。形成循環(huán)。 不能自啟動：不能自啟動： 無效狀態(tài)形成循環(huán)。無效狀態(tài)形成循環(huán)。 方法方法2 利用卡諾圖求狀態(tài)圖利用卡諾圖求狀態(tài)圖 nn QQ 2 1 0 nn QQ 0 1 1 nn QQ 1 1 2 1100 1100 Q2n+1 Q2n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 0110 0110 Q1n+1 Q2n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 0000 1111 Q0n+1 Q2

7、n Q1nQ0n 0 1 00 01 11 10 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n Q2n 0 1 00 01 11 10 001 011111101 000 010 110100 000 001 011 111 110 100 010 101 000001 /1 011 /1 111 /1 110 /1 100 /1 /0 1 2 3 4 5 6 CP CP下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 Y 例例 5.1.2 時鐘方程時鐘方程 CPCP CPCP 2 10 輸出方程輸出方程 nnQ S

8、QY 021 nnn QQQY 0122 驅動方程驅動方程 1 00 KJ nnn QKSQQJ 01201 , SQQKQQJ nnnn 102012 , nnn QKQJQ 1 nn QQ 0 1 0 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 nnnnnnnn QQQQQQQSQ 0101201 1 1 nnnnnnnn QQQQSQQQQ 0212012 1 2 解解 nnnnnnnn QQQQSQQQQ 0212012 1 2 nnnnnnnn QQQQQQQSQ 0101201 1 1 nn QQ 0 1 0 1 10 01 11 1 0 01 10 00 0 Q2n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01

9、 11 10 0 01 10 00 0 1 10 00 01 1 00 01 11 10 1 10 01 10 0 1 10 01 10 0 Q1n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 1 10 01 10 0 1 10 00 00 0 00 01 11 10 1 10 00 01 1 1 10 00 01 1 Q0n+1 SQ2n Q1nQ0n 00 01 11 10 1 10 00 01 1 1 10 00 01 1 00 01 11 10 S = 0 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 Q1nQ0n Q2n 0 1 00 01 11 10 001 010 100 011

10、101 110 000 111 S = 1 Q1nQ0n Q2n 0 1 00 01 11 10 001 010 100 011 101 000 000 111 1 1 11 1 1 1 1 輸入輸入現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)次態(tài)次態(tài)輸出輸出 SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1

11、 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 000 001 /00 010 /00 011 /00 100 /00 101 /00 110 0/00 111 0/00 0/01 1/10 110 111 1/00 能自啟動能自啟動 012 QQQ S/Y1Y2 1/11 000 001 /00 010 /00 011 /00 100 /00 101 /00 110 0/00 11

12、1 0/00 0/01 1/10 110 111 1/00 當當 S = 0 時，每時，每 8 個個 CP 一個循環(huán)；一個循環(huán)； 當當 S =1 時，每時，每 6 個個 CP 一個循環(huán)。一個循環(huán)。 例例 5.1.3 異步時序電路異步時序電路 1D C1 0 Q 0 Q 1D C1 1D C1 1 Q 1 Q & FF1 FF0 FF2 CP & 2 Q 2 Q 解解 時鐘方程時鐘方程 CPCPCP 20 01 QCP 驅動方程驅動方程 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 nn QQD 020 n QD 11 nnQ QD 012 DQ n 1 nnn QQQ 02 1 0 (CP 有效有效) nn QQ 1

13、1 1 (Q0 有效有效) nnn QQQ 01 1 2 (CP 有效有效) CPCPCP 2001 QCP nnn QQQ 02 1 0 nn QQ 1 1 1 nnn QQQ 01 1 2 CP CP 1 0 CP1 CP 0 CP 0 CP CP 0 0 0 CP Q0 0 Q0 1 Q01 Q00 Q0 0 Q0 1 Q0 1 Q0 0 CP CP 0 0 CP0 CP 1 CP 0 CP CP 0 0 1 CP 000001 010 011 100 101 110 111 能自啟動能自啟動 CPCPCP 20 01 QCP 000001 010 011 100 不畫無不畫無 效狀態(tài)效

14、狀態(tài) 1 2 3 4 5 CP Q0 Q0 Q1 Q2 5.1.2 時序電路的基本設計方法時序電路的基本設計方法 1. 設計的一般步驟設計的一般步驟 時序邏輯時序邏輯 問題問題 邏輯邏輯 抽象抽象 狀態(tài)轉換狀態(tài)轉換 圖（表）圖（表） 狀態(tài)狀態(tài) 化簡化簡 最簡狀態(tài)最簡狀態(tài) 轉換圖（表）轉換圖（表） 電路方程式電路方程式 （狀態(tài)方程）（狀態(tài)方程） 求出求出 驅動方程驅動方程 選定觸發(fā)選定觸發(fā) 器的類型器的類型 邏輯邏輯 電路圖電路圖 檢查能否檢查能否 自啟動自啟動 1/1 例例 1 設計設計 一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，要求輸入一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，要求輸入 3 或或 3 個以上數(shù)據(jù)個以上數(shù)據(jù)1時輸出為

15、時輸出為 1，否則為，否則為 0。 解解 S0 原始狀態(tài)原始狀態(tài)(0) S1 輸入輸入1個個1 S2 連續(xù)輸入連續(xù)輸入 2 個個 1 S3 連續(xù)輸入連續(xù)輸入 3 或或 3 個以上個以上 1 S0S1S2 S3 X 輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) Y 輸出入數(shù)據(jù)輸出入數(shù)據(jù) 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 0/0 1/1 S0S1S2 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 0/0 0/0 2. 設計舉例設計舉例 S0S1S2 0/0 1/0 0/0 1/0 0/0 1/1 M = 3，取取 n = 2 S0 = 00 S1 = 01 S2 = 11 000111 0/0 1/0 0/0 1/0

16、 0/0 1/1 選選 JK ( ) 觸發(fā)器觸發(fā)器, ,同步同步方式方式 Q1nQ0n X 0 1 00 01 11 10 Y 0 0 0 0 0 1 n XQY 1 Q1 1 nn XQQ 0 1 1 Q0 1 XQ n 1 0 nn XQQ 0 1 1 nnnn QXQQXQ 1010 nn QXQ 01 約束項約束項 nnn QXQXQ 101 XQ n 1 0 nn QXXQ 00 n XQJ 01 XK 1 XJ 0 XK 0 n XQY 1 & CP X 1 Y 1J 1K C1 FF0 Q0 無效狀態(tài)無效狀態(tài) 10 0 0 0 0 10 00 0/0 1 1 1 1 11 1/1

17、 能自啟動能自啟動 Q1 1K C1 FF1 &1J 例例22 設計一個自動售飲料機的邏輯電路。它的投幣口設計一個自動售飲料機的邏輯電路。它的投幣口 每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢 硬幣后機器自動給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后機器自動給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元） 硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。 解：解：1 1、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉換圖或狀態(tài)轉換表、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉換圖或狀態(tài)轉換表 輸入變量：輸入變量： 取投幣信號，用取投幣信號，用A和和B表

18、示表示 輸出變量：輸出變量： 給出飲料和找錢，用給出飲料和找錢，用Y和和Z表示表示 投入一枚一元硬幣時投入一枚一元硬幣時A=1A=1； 未投入時未投入時A=0A=0 投入一枚五角硬幣時投入一枚五角硬幣時B=1B=1； 未投入時未投入時B=0B=0 給出飲料時給出飲料時Y=1Y=1，不給時，不給時Y=0Y=0 找回一枚五角硬幣時找回一枚五角硬幣時Z=1Z=1，不找時，不找時Z=0Z=0 狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表 AB YZ Sn+1 S0 S0 S1 S2 000110 S0/00 S1/00 S2/00 S1/00 S2/00 S0/10 S2/00 S0/10 S0/11 / / / 11 未投

19、幣前電路的未投幣前電路的 初始狀態(tài)初始狀態(tài) 投入五角硬幣后投入五角硬幣后 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) 投入一元硬幣后投入一元硬幣后 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài) 狀態(tài)轉換表狀態(tài)轉換表 AB YZ Sn+1 S0 S0 S1 S2 000110 S0/00 S1/00 S2/00 S1/00 S2/00 S0/10 S2/00 S0/10 S0/11 / / / 11 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)M=3M=3 1 22 nn M 10 nn Q Q 根據(jù)根據(jù) 取觸發(fā)器的位數(shù)取觸發(fā)器的位數(shù)n=2n=2 令觸發(fā)器狀態(tài)令觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的的 00、01、10分別代表分別代表 S0、S1、S2 可得到表示可得到表示 電路電

20、路次態(tài)次態(tài)/ /輸出輸出 的卡諾圖的卡諾圖 AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 11 10 / nn QQYZ ( ) 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 2、狀態(tài)分配、狀態(tài)分配 3、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅動方程和輸、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅動方程和輸 出方程。出方程。 選擇選擇JKJK觸發(fā)器組成這個邏輯電路。將之前所得的卡諾觸發(fā)器組成這個邏輯電路。將之前所得的卡諾 圖分解為分別表示圖分解為分別表示 、 、Y Y、Z Z的的4 4個卡諾圖。個卡諾圖。

21、 1 1 n Q 1 0 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 1 11100 nnnnn QQ ABQ Q AQ B 1 0010 nnnn QQ ABQ Q B 輸出輸出 方程方程 110 nnn YQ BQ AQ A 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 0

22、0/10 / / / 0 10 1 00 00 01 11 10 0 01 00 01 11 10 Q1nQ0n AB 1 1 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 0 01 0 10 00 01 11 10 0 00 00 01 11 10 Q1nQ0n AB 1 0 n Q 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11

23、 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 1 00 0 00 00 01 11 10 1 10 00 01 11 10 Q1nQ0n AB Y 10 nn Q Q AB 00/00 01/00 / 10/00 00011110 00 01 11 10 10/00 00/10 / 00/11 / 01/00 10/00 / 00/10 / / / 0 00 0 00 00 01 11 10 1 00 00 01 11 10 Q1nQ0n AB Z 1 n ZQ A JK 觸發(fā)器的特性方程：觸發(fā)器的特性方程： n n n QKQJQ 1 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 1 11100 nnnnn

24、 QQ ABQ Q AQ B 1 0010 nnnn QQ ABQ Q B 110011 () nnnnnn Q ABQ Q AQ B QQ 100 nnn Q BQABQ 01001 () nnnnn Q BQABQ BQ A Q 10 n JQ B故得到驅動方程：故得到驅動方程： 01 n JQ B 0 KABAB 100 nn KABQ BQ A 4、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。 CP 10 n JQ B 01 n JQ B 0 KAB 100 nn KABQ BQ A 1K C1 FF1 &1J Q1 1K C1 FF0 &1J Q0 B & 1 A 1

25、1 1 011 nnn YQ AQ AQ B 1 n ZQ A & & & 1 Y Z 5、檢查設計的電路能否自啟動、檢查設計的電路能否自啟動 無效狀態(tài)無效狀態(tài) 11 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 1 11100 nnnnn QQ ABQ Q AQ B 1 0010 nnnn QQ ABQ Q B 11 11 1 0 0 AB=00時，時， 1 1 00 1 10 1 1 AB=01時，時， 不能自啟動；不能自啟動； 返回到返回到S0狀態(tài)，狀態(tài)， 1 0 01 1 01 0 0 輸出方程輸出方程 110 nnn YQ BQ AQ A 1 n ZQ A 111 1 100 0 1 0 但收費結果錯誤；但收

26、費結果錯誤； AB=10時，時， 返回到返回到S2狀態(tài)，狀態(tài)， 0 1 10 0 10 1 0 011 1 1 1 但收費結果錯誤。但收費結果錯誤。 改進措施：可在電路中加上異改進措施：可在電路中加上異 步清零端步清零端R RD D，開始工作時在，開始工作時在R RD D端端 加上低電平信號將電路清零。加上低電平信號將電路清零。 按如下狀態(tài)圖設計時序電路。按如下狀態(tài)圖設計時序電路。 000 /0/0/0 /0/0 001010011 100101 /1 nnn QQQ 012 解解 已給出最簡狀態(tài)圖，若用同步方式：已給出最簡狀態(tài)圖，若用同步方式： 00 01 11 10 0 1 n Q2 nn

27、Q Q 01 Y 0000 01 02Q QY 為方便，略去為方便，略去 右上角右上角 標標n。 00 01 11 10 0 1 n Q2 nnQ Q 01 1 0 n Q 101 0 10 0 1 0 QQ n 1 1 n Q 01 0 01012 1 1 QQQQQQ n 1 2 n Q 001 1 0201 1 2 QQQQQ n 例例 3 0 1 0 QQ n 01012 1 1 QQQQQQ n 0201 1 2 QQQQQ n 選用選用 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 1 00 KJ 01021 , QKQQJ 約束項約束項 022201 )(QQQQQQ 02201201 QQQQQQQQ

28、02201 QQQQQ CP 1K C1 FF1 &1J Y 1J 1K C1 FF0 1K C1 FF2 &1J 1 & 110111000 能能自啟動自啟動 /0/1 02012 QK,QQJ 例例44 設計一個帶進位輸出的七進制加法計數(shù)器。設計一個帶進位輸出的七進制加法計數(shù)器。 解：解：1 1、邏輯抽象，得、邏輯抽象，得 出電路的狀態(tài)轉換出電路的狀態(tài)轉換 圖或狀態(tài)轉換表。圖或狀態(tài)轉換表。 /1 /0/0/0 /0 /0/0 000010001 101 011 100 110 電路的狀態(tài)電路的狀態(tài)M=7M=7， 1 22 nn M 取觸發(fā)器的個數(shù)取觸發(fā)器的個數(shù)n=3n=3 2、狀態(tài)分配、狀

29、態(tài)分配 Q2Q1Q0 /C 3、選定觸發(fā)器的類型，求出電、選定觸發(fā)器的類型，求出電 路的狀態(tài)方程、驅動方程和輸出路的狀態(tài)方程、驅動方程和輸出 方程。方程。 根據(jù)根據(jù) 選擇選擇JKJK觸發(fā)器組成這個邏輯電觸發(fā)器組成這個邏輯電 路，且所需觸發(fā)器的個數(shù)為路，且所需觸發(fā)器的個數(shù)為3 3。 由狀態(tài)轉換圖可得到由狀態(tài)轉換圖可得到 表示電路次態(tài)表示電路次態(tài)/ /輸出輸出 的卡諾圖如下所示。的卡諾圖如下所示。 111 210 / nnn QQQC ( ) /1 /0/0/0 /0 /0/0 000010001 101 011 100 110 0 1 00011110 100/0 / 001/0 101/0 0

30、10/0 110/0 011/0 000/1 10 nn QQ 2 n Q 計數(shù)器的輸出進位信號計數(shù)器的輸出進位信號 由電路的由電路的110110狀態(tài)譯出狀態(tài)譯出 0 1 00011110 100/0 / 001/0 101/0 010/0 110/0 011/0 000/1 10 nn QQ 2 n Q 0 1 0001 11 10 0 1 0 0 1 2 n Q 10 nn QQ 01 1 2 n Q 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 1 110210 nnnnnn QQ QQ Q Q 1 01020 nnnnn QQ QQ Q 1 22110 nnnnn QQ QQ Q 0 1 00011110 10

31、0/0 / 001/0 101/0 010/0 110/0 011/0 000/1 10 nn QQ 2 n Q 0 1 0001 11 10 1 1 1 0 1 1 n Q 10 nn QQ 00 0 2 n Q 0 1 00011110 100/0 / 001/0 101/0 010/0 110/0 011/0 000/1 10 nn QQ 2 n Q 0 1 00011110 0 0 1 0 1 0 n Q 10 nn QQ 10 1 2 n Q 輸出方程輸出方程 210 nnn CQ Q Q JK 觸發(fā)器的特性方程：觸發(fā)器的特性方程： n n n QKQJQ 1 狀態(tài)方程狀態(tài)方程 21

32、00 ()0 nnnn QQ QQ 211022 () nnnnnn Q QQ Q QQ 01201 nnnnn Q QQ Q Q 102102 () nnnnnn Q Q QQQQ 2 1 2222 nnn QJ QK Q 1 11111 nnn QJ QK Q 10 n JQ 驅動方程驅動方程 021 nn JQQ 0 01K 12020 nnnn KQ QQQ 1 110210 nnnnnn QQ QQ Q Q 1 01020 nnnnn QQ QQ Q 1 22110 nnnnn QQ QQ Q 210 nn JQ Q 21010 nnnn KQQQ Q 1 0000 nnn QJ Q

33、KQ 4、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖 1K C1 FF1 1J Q1 1K C1 FF0 1J Q0 CP 10 n JQ 021 nn JQQ 0 01K 12020 nnnn KQ QQQ 210 nn JQ Q 210 nn KQ Q 210 nnn CQ Q Q 1 1 1 & C 1K C1 FF2 & 1J Q2 & 5、檢查設計的電路能否自啟動、檢查設計的電路能否自啟動 無效狀態(tài)無效狀態(tài) 111 狀態(tài)狀態(tài) 方程方程 1 110210 nnnnnn QQ QQ Q Q 1 01020 nnnnn QQ QQ Q 1 22110 nnnnn QQ QQ Q

34、 0 0 1 210 nnn CQ Q Q 輸出方程輸出方程 0 /1 /0/0/0 /0 /0/0 000010001 101 011 100 110 111 /0 能自啟動能自啟動 1 1 11 1 1 11 1 111 1 1 11 CP C 6、實際應用、實際應用 1K C1 FF1 1J Q1 1K C1 FF0 1J Q0 1 1 1 & 1K C1 FF2 &1J Q2 & Ya +VCC 顯顯 示示 譯譯 碼碼 器器 Yb Yc Yd Ye Yf Yg A3 A2 A1 A0 000 1 001 0 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 000 1 8

35、 001 0 一、計數(shù)器的功能及應用一、計數(shù)器的功能及應用 1. 功能：功能： 對時鐘脈沖對時鐘脈沖 CP 計數(shù)。計數(shù)。 2. 應用：應用： 分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖 序列、進行數(shù)字運算等。序列、進行數(shù)字運算等。 二、計數(shù)器的特點二、計數(shù)器的特點 1. 輸入信號：輸入信號： 計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖 CP Moore 型型 2. 主要組成單元：主要組成單元：時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器 三、三、 計數(shù)器的分類計數(shù)器的分類 按數(shù)制分：按數(shù)制分： 二進制計數(shù)器二進制計數(shù)器 十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器 N 進制進制( (任意進制任意進制) )計數(shù)器計數(shù)器 按計數(shù)按計數(shù) 方式分：方式

36、分： 加法計數(shù)器加法計數(shù)器 減法計數(shù)器減法計數(shù)器 可逆計數(shù)可逆計數(shù) (Up-Down Counter) 按時鐘按時鐘 控制分：控制分： 同步計數(shù)器同步計數(shù)器 (Synchronous ) 異步計數(shù)器異步計數(shù)器 (Asynchronous ) 按開關按開關 元件分：元件分： TTL 計數(shù)器計數(shù)器 CMOS 計數(shù)器計數(shù)器 74161的狀態(tài)表的狀態(tài)表 輸輸 入入 輸輸 出出 注注 CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1CO 0 1 0 d3 d2 d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d

37、0 計計 數(shù)數(shù) 保保 持持 保保 持持 0 清零清零 置數(shù)置數(shù) CR = 1, LD = 1, CP ，CTP = CTT = 1 二進制同步加法計數(shù)二進制同步加法計數(shù) CTPCTT = 0 CR = 1，LD = 1，保持保持 若若 CTT = 0CO = 0 若若 CTT = 1 nnnn QQQQCO 0123 74163 四、四、 集成二進制同步計數(shù)器集成二進制同步計數(shù)器 1. 集成集成 4 位二進制同步加法計數(shù)器位二進制同步加法計數(shù)器 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D

38、1 D2 D3 CTP 地地 引腳排列圖引腳排列圖 邏輯功能示意圖邏輯功能示意圖 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP CR D0 D1 D2 D3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 CR = 0Q3 Q0 = 0000 同步同步并行置數(shù)并行置數(shù) CR=1，LD=0，CP 異步異步清零清零 Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161 和和 74LS163 2) CC4520 VDD 2CR 2Q32Q22Q12Q02EN2CP 1CP1EN1Q0 1Q1 1Q1Q31CR VSS 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10

39、9 Q0 Q1 Q2 Q3 EN CP CR 2 1 使能端使能端 也可作也可作 計數(shù)脈計數(shù)脈 沖輸入沖輸入 計數(shù)脈計數(shù)脈 沖輸入沖輸入 也可作也可作 使能端使能端 異異 步步 清清 零零 輸輸 入入 輸輸 出出 CR EN CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 加加 計計 數(shù)數(shù) 加加 計計 數(shù)數(shù) 保保 持持 保保 持持 2. 集成集成 4 位二進制同步可逆計數(shù)器位二進制同步可逆計數(shù)器 1) 74191（單時鐘）（單時鐘） Q0 Q1 Q2 Q3 U/D LD CO/BO CP CT D0 D1 D2 D3 RC 加計數(shù)時加計數(shù)

40、時CO/BO = Q3nQ2nQ1nQ0n 并行異并行異 步置數(shù)步置數(shù) 減計數(shù)時減計數(shù)時CO/BO = Q3nQ2nQ1nQ0nCT = 1,CO/BO = 1時，時， CPRC CTBOCOCPRC / 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地地 VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3 LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0 加加 法法 計計 數(shù)數(shù) 減減

41、法法 計計 數(shù)數(shù) 保保 持持 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地地 VCC D0 CR BO CO LD D2 D3 2) 74193( (雙時鐘雙時鐘) ) CO Q0 Q1 Q2 Q3 LD CPU CR D0 D1 D2 D3 BO CPD CR LD CPU CPD D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 注注 1 0 0 d3 d2 d1 d0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 加加 法法 計計 數(shù)數(shù) 減減 法法 計計

42、 數(shù)數(shù) 保保 持持 異步清零異步清零 異步置數(shù)異步置數(shù) BO =CO=1 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 CT/LD Q2 D2 D0 Q0 CP1 地地 VCC CR Q3 D3 D1 Q1 CP0 Q0 Q1 Q2 Q3 CR CP1 D0 D1 D2 D3 CP0 CT/LD 五、五、 集成二進制異步計數(shù)器集成二進制異步計數(shù)器 74197、74LS197 計數(shù)計數(shù)/ /置數(shù)置數(shù) 異步清零異步清零0 CR 0000 30 QQ 異步置數(shù)異步置數(shù) 1 CR 0/ LDCT 3030 DDQQ 加法計數(shù)加法計數(shù) 1 CR 1/ LDCT 二二 八八 十六進制計

43、數(shù)十六進制計數(shù) 二二-八八-十六進制計數(shù)器的實現(xiàn)十六進制計數(shù)器的實現(xiàn) M = 2CPCP 0 計數(shù)輸出：計數(shù)輸出： 0 Q M = 8CPCP 1 計數(shù)輸出：計數(shù)輸出： 1 23 QQQ Q1 Q1 Q2 1J 1K C1 FF2 Q2 1 Q3 1J 1K C1 FF3 Q3 11 1J 1K C1 FF1 CP1 CP0 1 1J 1K C1 FF0 Q0 Q0 M = 16 010 ,QCPCPCP 計數(shù)輸出：計數(shù)輸出： 0 1 23 QQQQ 其它：其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。等。 301 ,QCPCPCP 1 2 30 QQQQ 六六 、集成十進

44、制同步計數(shù)器、集成十進制同步計數(shù)器 74160、74162 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地地 (引腳排列與引腳排列與74161相同相同) 0 CR (74162 同步清零同步清零) 1 CR0 LD CP 1 LDCR 1 PT CTCT nnQ QCO 03 nnQ QCTCO 03T 0 PT CTCT 1 T CT進位信號保持進位信號保持 0 T CT 進位輸出低電平進位輸出低電平 1. 集成十進制同步加法計數(shù)器集成十進制同步加法計數(shù)器 2.

45、集成十進制同步可逆計數(shù)器集成十進制同步可逆計數(shù)器 (1) 74190 (單時鐘，引腳與單時鐘，引腳與74191相同相同) 0 LD 3030 DDQQ 1 LD0 CT 0/ DU 加法計數(shù)加法計數(shù) 1/ DU減法計數(shù)減法計數(shù) nnQ QBOCO 03 / nnnn QQQQBOCO 0123 / 1 LD 1 CT 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地地 VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3 (2) 74192 (雙時鐘，引腳與雙時鐘，引腳與74193相同相同) 1 2 3 4 5 6

46、7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地地 VCC D0 CR BO CO LD D2 D31 CR 0 LD 3030 DDQQ 0 CR 1 LD0 CR 1 DU CP,CP 加法計數(shù)加法計數(shù) 1 UD CP,CP nn U QQCPCO 03 減法計數(shù)減法計數(shù) nnnn D QQQQCPBO 0123 1 LD 0 CR 1 DU CPCP 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 S9A S9B Q2 Q1 地地 VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3 七、七、 集成十進制異步計數(shù)器集成十

47、進制異步計數(shù)器 S9A S9B Q0 Q1 Q2 Q3 R0B R0A M1 =2 M1 = 5 CP0 CP1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 M = 2CPCP 0 0 Q M = 5CPCP 1 1 23 QQQ M = 10 CP 010 ,QCPCPCP 01 23 QQQQ 301 ,QCPCPCP 1 230 QQQQ CP CP CP 方法方法 用觸發(fā)器和門電路設計用觸發(fā)器和門電路設計 用集成計數(shù)器構成用集成計數(shù)器構成 )102( 4 MM或或 清零端清零端 置數(shù)端置數(shù)端 (同步、異步同步、異步) 一、利用同步清零或置數(shù)端獲得一、利用同步清零或置數(shù)端獲得 N 進

48、制計數(shù)進制計數(shù) 當當 M 進制計數(shù)到進制計數(shù)到 SN 1 后使計數(shù)回到后使計數(shù)回到 S0 狀態(tài)狀態(tài) 2. 求歸零邏輯表達式；求歸零邏輯表達式； 1. 寫出狀態(tài)寫出狀態(tài) SN 1 的二進制代碼；的二進制代碼； 3. 畫連線圖。畫連線圖。 例例 用用4位二進制計數(shù)器位二進制計數(shù)器 74163 構成構成十二進制十二進制計數(shù)器。計數(shù)器。 解：解： 1. 013 QQQCR 111 SS N 013 QQQLD 或或 = 1011 2. 歸零表達式：歸零表達式： 3. 連線圖連線圖 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR 1& 同步清零同步清零 同步置零同

49、步置零 二、利用異步清零或置數(shù)端獲得二、利用異步清零或置數(shù)端獲得 N 進制計數(shù)進制計數(shù) 當計數(shù)到當計數(shù)到 SN 時，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號，時，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號， 使返回使返回 S0 狀態(tài)。狀態(tài)。（瞬間即逝）（瞬間即逝） 1. 寫出狀態(tài)寫出狀態(tài) SN 的二進制代碼；的二進制代碼； 2. 求歸零邏輯表達式；求歸零邏輯表達式； 3. 畫連線圖。畫連線圖。 例例 用二用二-八八-十六進制異步計數(shù)器十六進制異步計數(shù)器74197構成十二進制計數(shù)器。構成十二進制計數(shù)器。 1100 12 S 23Q QCR 23Q QLD 或或 Q0 Q1 Q2 Q3 CP0 D0 D1 D2 D3 CR CP1 L

50、DCT/ & 狀態(tài)狀態(tài)S12的作用：的作用： 產(chǎn)生歸零信號產(chǎn)生歸零信號 異步清零異步清零 異步置零異步置零 三三 計數(shù)容量的擴展計數(shù)容量的擴展 1. 集成計數(shù)器的級聯(lián)集成計數(shù)器的級聯(lián) Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 CP 1 1 1 1 1 CO0 16 16 = 256 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP0 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP0

51、 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3 1 2 4 8 10 20 40 80 10 10 = 100 2. 利用級聯(lián)獲得大容量利用級聯(lián)獲得大容量 N 進制計數(shù)器進制計數(shù)器 1) 級聯(lián)級聯(lián) N1 和和 N2 進制計數(shù)器，容量擴展為進制計數(shù)器，容量擴展為 N1 N2 N1進制進制 計數(shù)器計數(shù)器 N2進制進制 計數(shù)器計數(shù)器 CP 進位進位C CP 例例 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP0 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3 S9A S9B R0B R0A CP0 CP1 Q0 Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3N1= 10 N2 = 6 個位芯片應逢十

52、進一個位芯片應逢十進一 2) 用用歸零法歸零法或或置數(shù)法置數(shù)法獲得大容量的獲得大容量的 N 進制計數(shù)器進制計數(shù)器 例例 試分別用試分別用 74161 和和 74162 接成六十進制計數(shù)器。接成六十進制計數(shù)器。 Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3 CT T LD CO CP CTP D0 D1 D2 D3 CR Q0 Q1 Q2 Q3 CP 1 1 1 CO0 用用 產(chǎn)生 產(chǎn)生信號：信號：) 111100 ( 60 SS N 用用 產(chǎn)生產(chǎn)生信號：信號： ) 111011 ( 591 SS N & 1 1 & 先用兩片先用兩片74161構成構成 256 進制計數(shù)器進制計數(shù)器 74162 。 再用歸零法將再用歸零法將M = 100改為改為N = 60進制計數(shù)器，進制計數(shù)器， 即用即用SN1