數(shù)字電路第六章

1、6- 1 第 6章 時(shí)序邏輯電路 6.3 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)6.2 時(shí)序邏輯電路分析*6.4 序列信號(hào)發(fā)生器6.1 時(shí)序邏輯電路概述6- 26.1 時(shí)序邏輯電路概述分析圖分析圖6 6-1 1-1 1所示時(shí)序電路所示時(shí)序電路結(jié)論(結(jié)構(gòu)特點(diǎn)): 第一，包含組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分。第二，組合電路至少有一個(gè)輸出反饋到存儲(chǔ)電路的輸入端，存儲(chǔ)電路的狀態(tài)至少有一個(gè)作為組合電路的輸入，與其他輸入共同決定電路的輸出。1TC1CPQ&X&ZT & 輸n出方程：Z = QX CP發(fā)狀態(tài)n+1nnnnT觸器方程：Q=T Q +T Q CP =XQ +XQ CP6- 3由T觸發(fā)器的狀態(tài)方程和

2、電路的輸出方程，可以畫(huà)出電路的工作波形圖。CPXQZQZ(a)(b)(c)(d) 電路工作波形 邏輯點(diǎn)特：任何時(shí)刻電路的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入信號(hào)，而與這一時(shí)刻輸入信號(hào)作用之前電路原來(lái)所處的狀態(tài)有關(guān) ，即與以前的輸入信號(hào)和輸出有關(guān) 6- 4時(shí)序邏輯電路的一般框圖描述 輸出方程 Z(tn)F X(tn),Q (tn)激勵(lì)方程 W (tn) GX(tn),Q (tn)狀態(tài)方程 Q (tn+1) HW(tn),Q (tn)組 合 邏輯 電 路存儲(chǔ)電路X(x1,x2,xn)Z(z1,z2,zn)W(w1,w2,wn)Q(q1,q2,qn)6.1 時(shí)序邏輯電路概述6- 5時(shí)序邏輯電路的分類 按時(shí)鐘脈

3、沖作用時(shí)刻分:同步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路按電路輸出特點(diǎn)分:米里(Mealy)型摩爾(Moore)型 (米里型的特例)6.1 時(shí)序邏輯電路概述6- 66.2 時(shí)序邏輯電路分析 根據(jù)給定邏輯電路，確定電路的類型，找出電路的邏輯功能 時(shí)序邏輯電路分析建立在組合邏輯電路和觸發(fā)器分析方法的基礎(chǔ)上，主要利用狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、狀態(tài)方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、時(shí)序圖等工具進(jìn)行分析 常見(jiàn)的典型時(shí)序邏輯電路有：數(shù)碼寄存器、移位寄存器，同步計(jì)數(shù)器、異步計(jì)數(shù)器等分析目的6- 76.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析步驟1.分析給定邏輯圖，確定是同步還是異步時(shí)序邏輯電路，如果是異步時(shí)序邏輯電路，需逐級(jí)確定每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘方程2.根據(jù)

4、邏輯圖，逐級(jí)寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的激勵(lì)方程即W (tn) GX(tn),Q (tn)3.根據(jù)激勵(lì)方程逐級(jí)寫(xiě)出每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程即Q(tn1)H W(tn),Q (tn)；寫(xiě)出電路的輸出方程即Z(tn)F X(tn),Q (tn)4.根據(jù)狀態(tài)方程、輸出方程列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.畫(huà)出時(shí)序圖6.概括電路的邏輯功能6- 86.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析步驟例1 分析圖示時(shí)序邏輯電路C11J1KQ3Q1CPC11J1KC11K&1J&Q1Q2ZQ2Q3123解 各觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖都是CP，所以它是同步時(shí)序邏輯電路。(1)寫(xiě)激勵(lì)方程nnnnnnnnnnQK,QQJQK,QQJ

5、QQK,QQJ23123321322312316- 9(2)寫(xiě)狀態(tài)方程和輸出方程nnQQZ13CPQQQQQQCPQQQQQQCPQQQQQQQnnnnnnnnnnnnnnnnnnn32312132321312123123116.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析步驟C11J1KQ3Q1CPC11J1KC11K&1J&Q1Q2ZQ2Q31236- 10(3)列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表輸出Z次 態(tài)初 態(tài)序號(hào)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ偏離狀態(tài)000010010011101102010010301101141011015000100000111100100101006.2.1 時(shí)序邏輯電路

6、的分析步驟CPQQQQQQCPQQQQQQCPQQQQQQQnnnnnnnnnnnnnnnnnnn3231213232131212312311nnQQZ136- 11(4)畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖000001011/0nQ3nQ2nQ1/Z/0/0/0/1010110/0101111100/06.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析步驟輸出Z次 態(tài)初 態(tài)序號(hào)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ偏離狀態(tài)/1100111011020100103011011410110150001111001001010000001001000006- 12(5)畫(huà)工作波形（時(shí)序圖）CPQ1ZQ2Q36.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析

7、步驟0000000000000001111111116- 13(5)結(jié)論 通過(guò)分析可見(jiàn)，這是一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，它沒(méi)有外輸入，在時(shí)鐘脈沖作用下每6個(gè)時(shí)鐘周期產(chǎn)生一次狀態(tài)循環(huán)，同時(shí)產(chǎn)生輸出；這個(gè)循環(huán)稱為有效循環(huán)，有效循環(huán)內(nèi)包含有6個(gè)有效狀態(tài)。此外還有兩個(gè)偏離狀態(tài)，但是，最多經(jīng)歷兩個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用，偏離狀態(tài)便可自動(dòng)地引入有效循環(huán)，常稱此類電路具有“自啟動(dòng)性” 。電路的輸出是Z，輸出Z只與觸發(fā)器狀態(tài)有關(guān)，所以它是摩爾（Moore）型同步時(shí)序邏輯電路。 概括起來(lái)，該電路是一個(gè)具有自啟動(dòng)性的6進(jìn)制計(jì)數(shù)器 6.2.1 時(shí)序邏輯電路的分析步驟6- 146.2.2 寄存器、移位寄存器數(shù)碼寄存器 觸發(fā)器具有記

8、憶功能，可以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼，D觸發(fā)器就是一位數(shù)碼寄存器，多個(gè)D觸發(fā)器可構(gòu)成多位數(shù)碼寄存器 各觸發(fā)器在時(shí)鐘CP作用下，將D輸入端的數(shù)據(jù)存入觸發(fā)器，所以這里的CP稱為存數(shù)指令 CP(存數(shù)指令）C11DQ1D1C11DQ2D2C11DQ3D3C11DQ4D4123443211,iDQini6- 156.2.2 寄存器、移位寄存器移位寄存器 CP(移存脈沖）C11DQ1vIC11DQ2C11DQ3C11DQ43214左移移位寄存器CP(移存脈沖）C11DQ1vIC11DQ2C11DQ3C11DQ41234右移移位寄存器4321111,iQQ,vQniniIn1231114,iQQ,vQniniIn6-

9、 16雙向移位寄存器BMQMQ,QMQMQQMQMQ,QMMAQnnnnnnnnnn21113122413314CP1DQ41DQ31DQ21DQ1C1C1C1C112341D1D1D1D1&1&1&1&1ABM右移輸入左移輸入控制(移存脈沖)6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 17移位寄存器應(yīng)用串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行(串入并出)CP(移存脈沖）C11DQ1C11DQ2C11DQ3C11DQ41234C11DQ55&D1D2D3D4D5串行輸入并行輸出指令通常數(shù)據(jù)有串行和并行兩種傳輸、處理方式，數(shù)據(jù)輸入時(shí)分為串入、并入，數(shù)據(jù)輸出時(shí)分為串出、并出；移位寄存器可

10、以實(shí)現(xiàn)這兩種方式之間的轉(zhuǎn)換6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 18移位寄存器應(yīng)用串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行1100Q1Q2Q3Q4Q5CP并行輸出11100D1D2D3D4D510011DO100115100141003102110Q5Q4Q3Q2Q1No.6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 19移位寄存器應(yīng)用并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行,MDQQ,MDQQ,MDQQ,MDQQ,MDQInnInnInnInnIn3213541521124314111CP1DQ11DQ21DQ31DQ4C1C1C1C143211D1D1D1D&RDRM&11DC151D&RRRRDI1DI2DI3DI4D

11、I5Q5輸出并行取樣6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 20移位寄存器應(yīng)用并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行1000010010009101008010107并入101016100005110004011003串行輸出001102并入100111000000Q5Q4Q3Q2Q1序號(hào)6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 21移位寄存器應(yīng)用并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行CP并行采樣RDQ1Q2Q3Q4Q5DI5DI4DI2DI111001DI301110100010006.2.2 寄存器、移位寄存器6- 22移位寄存器應(yīng)用脈沖節(jié)拍延遲Q1QnQ2DtnTCPCP6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 23移位寄存器應(yīng)用構(gòu)成移存型計(jì)

12、數(shù)器（以后再討論）二進(jìn)制數(shù)2或2將數(shù)據(jù)逐位左移1位，最低位填0，相當(dāng)于將原數(shù)據(jù)乘以2 例如 0110 ;(6)10 1100 ;(62)10將數(shù)據(jù)逐位右移1位，最高位填0，相當(dāng)于將原數(shù)據(jù)除以2 例如 0110 ;(6)10 0011 ;(62)106.2.2 寄存器、移位寄存器6- 24集成移位寄存器 CT54LS/74LS195Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0RCPQ3SH/LDCRKM1SHIFTM2LOADC3/1J1,3J1,3K2,3D2,3DSRG4CT54LS/74LS195邏輯符號(hào)輸入端子D0D3 并行數(shù)據(jù)輸入J、K 串行數(shù)據(jù)輸入CP 時(shí)鐘輸入CR 異步清0輸入 SH/LD 控

13、制輸入SH/LD0 并行置入數(shù)據(jù)輸出端子Q0Q3 并行數(shù)據(jù)輸出Q3 串行數(shù)據(jù)輸出SH/LD1 數(shù)據(jù)右移位6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 25集成移位寄存器 CT54LS/74LS195Q3Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0KJCPSH/LDCR011111110111000111011d3d3d2d1d0d3d2d1d001100000Q0nQ0nQ1nQ2nQ2nQ0nQ1nQ2nQ2nQ2nQ2nQ1nQ0nQ0nQ0nQ0nQ1nQ1nQ2nQ2nQ2nQ3nQ3n輸 入輸 出4位右移移位寄存器功能表6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 26集成移位寄存器 CT54LS/74LS195應(yīng)

14、用 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPQ3SH/LDCRKJ SRG4CT74LS195Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPQ3SH/LDCRKJ SRG4CT74LS195Q2Q1Q0Q3Q6Q5Q4CPCR串行輸入DI并行輸出0 17位串行并行轉(zhuǎn)換器6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 27集成移位寄存器 CT54LS/74LS195應(yīng)用 d3d2d1d0SH/LDCRK)(J Q2Q1Q0Q3Q6 (2)Q5(1)Q4(0)CPDIQ7 (3)d6d5d4010000000001111111111110111111d6d5d6d4d5d6d3d4d5d6d2d3d4d5d6d1d2d3d

15、4d5d601111101111011101011010DId60111111DI= d6 d5 d4 d3 d2 d1 d06.2.2 寄存器、移位寄存器6- 28集成移位寄存器 CT54LS/74LS195應(yīng)用 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPQ3SH/LDCRKJ SRG4CT74LS195Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPQ3SH/LDCRKJ SRG4CT74LS195CPCR串行輸出0 DI0 DI1 DI2DI3 DI4 DI5 DI61&啟動(dòng)7位并行串行轉(zhuǎn)換器6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 29集成移位寄存器 CT54LS/74LS195應(yīng)用 SH/LDCRK

16、)(J Q2Q1Q0Q3Q6 (2)Q5(1)Q4(0)CP1Q7 (3)01000000000111111111111001111101111011101011010DI60111111啟動(dòng)1111111DI6DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI0DI1DI2DI3DI4DI0DI1DI2DI3DI0DI1DI2DI0DI1DI0DI0 DI1 DI2 DI3DI4DI5與非運(yùn)算6.2.2 寄存器、移位寄存器6- 306.2.3 同步計(jì)數(shù)器加法（增量）計(jì)數(shù)器減法（減量）計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器可變進(jìn)制（模值）計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器分類按計(jì)數(shù)器的

17、時(shí)鐘控制類型分同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律分按計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)進(jìn)制（模值）分6- 316.2.3 同步計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) 統(tǒng)計(jì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù) 計(jì)數(shù)器 能夠完成對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)操作的電路稱為計(jì)數(shù)器，它是數(shù)字系統(tǒng)中使用最多的電路之一，幾乎所有的數(shù)字設(shè)備中都有計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的用途 計(jì)數(shù)器的最基本的用途當(dāng)然是計(jì)數(shù)；除此之外，計(jì)數(shù)器還能實(shí)現(xiàn)分頻、定時(shí)、數(shù)字運(yùn)算等操作6- 32同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CPC11J1KQ3RDC11J1KC11K1J&Q1Q2ZQ4123C11K1J&4&nnnnnnQQQKJQQKJQKJKJ123441233122111nnniiiQQQKJ121 nnnn

18、QQQQZ12346.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 33同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出ZN(t)S(t)序號(hào)輸出ZN(t)S(t)序號(hào)10101010110011001111000011111111Q4 Q3 Q2 Q17654321000000000Q4 Q3 Q2 Q11111000011001100101010101000015000010111114011100011113001100101112010100001111000100110110011000010190010001001801000Q4 Q3 Q2 Q1Q4 Q3 Q2 Q1同步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.2.3 同步計(jì)數(shù)器同步二

19、進(jìn)制計(jì)數(shù)器6- 34同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器nnnnnnQQQKJQQKJQKJKJ123441233122111nnniiiQQQKJ121 nnnnQQQQZ1234同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的激勵(lì)方程同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的輸出方程6.2.3 同步計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器6- 35同步二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器nnnnnnnnnnnQKQQQJQQK,QQJQK,QQJK,J141234123123121421111nnQQZ14C11J1KQ3RDC11KC11K1J&Q1Q2ZQ4123C11K1J&4&1J&Q4CP6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 369100001001980100

20、1000187000011110760111001106500110101054010100010430001011003201100010021001001000100100000000Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4S(t)代表的十進(jìn)制數(shù)輸出ZN(t)S(t)序號(hào)二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.2.3 同步計(jì)數(shù)器同步二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器6- 371111011100101011101100110010110111010101Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4N(t)S(t)二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器偏離狀態(tài)轉(zhuǎn)移表000011116.2.3 同步計(jì)數(shù)器同步二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器6- 38同步二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)

21、移圖/ZnQ3nQ2nQ1nQ4/0/000000001001000110100/0/0/0/001010110011110001001/0/0/0/1/011101111110111001010/0/1/11011/1/0有效狀態(tài)偏離狀態(tài)6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 39同步二十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作波形CPQ1Q2Q3Q4Z6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 40計(jì)數(shù)進(jìn)制，計(jì)數(shù)模值，循環(huán)長(zhǎng)度，分頻 計(jì)數(shù)器從初始狀態(tài)開(kāi)始，在時(shí)鐘脈沖的作用下?tīng)顟B(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，經(jīng)過(guò)M個(gè)時(shí)鐘脈沖之后，計(jì)數(shù)器又回到初始狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生進(jìn)位輸出，并開(kāi)始新的一輪計(jì)數(shù)，故稱其為M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，或稱為模M計(jì)數(shù)器；由于在它的有效循環(huán)內(nèi)包含M個(gè)有效

22、狀態(tài)又稱其循環(huán)長(zhǎng)度為M。M就是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)進(jìn)制，又是計(jì)數(shù)模值，也是循環(huán)長(zhǎng)度 計(jì)數(shù)器的輸出脈沖周期與時(shí)鐘脈沖周期有M倍的關(guān)系即TZMTCP或fZ fCP(1 /M ) ，輸出脈沖的頻率為時(shí)鐘頻率的M分之一，稱M分頻6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 41集成同步計(jì)數(shù)器CT54/74161Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CT=0CPLDCRM1M2C5/2,3,4+1,5DCOCT54/74161邏輯符號(hào)CTPG3G43CT=15CTTCTRDIV161234輸入端子D0D3 并行數(shù)據(jù)輸入CTT 計(jì)數(shù)控制輸入CP 時(shí)鐘輸入CR 異步清0輸入 LD 置入控制輸入輸出端子Q0Q3 數(shù)據(jù)輸出CO 進(jìn)位輸出CTP

23、 計(jì)數(shù)控制輸入6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 42集成中規(guī)模同步計(jì)數(shù)器CT54/74161CT54/74161(CT54/74160)功能表保 持0111觸發(fā)器保持， CO0011計(jì) 數(shù)1111d3d2d1d0d3d2d1d00100000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPCTPCTTLDCR輸 出輸 入CT54/74161是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(異步清除) CO = Q3Q2Q1Q0CT54/74160是十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(異步清除) CO = Q3Q0 6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 43CRCPQ0Q1Q2Q3LDD0D1D2D3C0CTPCTT6- 44常見(jiàn)中規(guī)模集成同步計(jì)數(shù)器4位二進(jìn)制同步計(jì)

24、數(shù)器(異步清除)：CT54LS/74LS161、 CC40161十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(異步清除)：CT54LS/74LS160、 CC401604位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(同步清除)：CT54/74163、 CT54S/74S163、 CT54LS/74LS163、 CC40161十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(同步清除)：CT54/74162、 CT54LS/74LS162、 CC40162雙時(shí)鐘觸發(fā)4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器：CT54/741934位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器：CT54/74191、 CT54LS/74LS1916.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 45集成中規(guī)模同步計(jì)數(shù)器雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器CT5

25、4/74193功能表保 持1110減法計(jì)數(shù)110加法計(jì)數(shù)110d3d2d1d0d3d2d1d00000001Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPDCPULDCR輸 出輸 入保 持114位二進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器CT54/74191功能表( wrong)減法計(jì)數(shù) 111加法計(jì)數(shù)01d3d2d1d0d3d2d1d000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPU/DCTCR輸 出輸 入06.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 46集成中規(guī)模同步計(jì)數(shù)器Q3Q2Q1Q0CTRDIV16CT54/74161CTPCTTLDCPCOCPCTPCTTLDCOCPCTPCTTLDCP1 2 4 81 2 4 81 2 4 8Q7

26、Q6Q5Q4Q11Q10Q9Q8CTRDIV16CT54/74161CTRDIV16CT54/741611當(dāng)片計(jì)數(shù)到滿值時(shí)向高位片進(jìn)位CO11，此時(shí)片計(jì)數(shù)；當(dāng)片和片都計(jì)數(shù)到滿值時(shí)，CTT1,CTP2同時(shí)為1，片計(jì)數(shù)；這是一個(gè)由3片集成同步計(jì)數(shù)器CT54/74161擴(kuò)展構(gòu)成的12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也可看成是模值為161616=4096的計(jì)數(shù)器6.2.3 同步計(jì)數(shù)器6- 476.2.4 異步計(jì)數(shù)器 異步計(jì)數(shù)器不同于同步計(jì)數(shù)器，構(gòu)成異步計(jì)數(shù)器的中的各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖不一定都是計(jì)數(shù)脈沖，各級(jí)觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移不是在同一時(shí)鐘作用下發(fā)生轉(zhuǎn)移。因此分析異步計(jì)數(shù)器時(shí)，必須注意首先確定各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào) 異步計(jì)

27、數(shù)器的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是工作速度慢，隨著位數(shù)的增加，計(jì)數(shù)器從受到時(shí)鐘觸發(fā)到狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)的建立，時(shí)延大大增加6- 486.2.4 異步計(jì)數(shù)器例 分析圖示異步計(jì)數(shù)器電路1T1CQ11T1CQ21T1CQ31T1CQ4CPRD1234解 電路由4個(gè)T觸發(fā)器構(gòu)成，除第一級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘 是CP外，以后各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘都是前一級(jí)觸發(fā)器的輸出Q，各級(jí)觸發(fā)器的輸入T都為1，所以CP1CPCP2Q1CP3Q2CP4Q334444441423333331312222221211111111QQCPQTQTQQQCPQTQTQQQCPQTQTQCPQCPQTQTQnnnnnnnnnnnnnnnn6- 49N(

28、t)S(t)序號(hào)N(t)S(t)序號(hào)10101010110011001111000011111111Q4 Q3 Q2 Q17654321000000000Q4 Q3 Q2 Q1111100001100110010101010000015000111111411100111130110101112101000111100101101101100010190100100181000Q4 Q3 Q2 Q1Q4 Q3 Q2 Q1異步4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 50例 分析圖示異步計(jì)數(shù)器電路解 電路的時(shí)鐘方程1J1CQ11J1CQ21J1CQ3CPRD123&1K1

29、K1KRRR23233121nnnnQCPQQCPQCPQCPCPCP6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 511, 11, 11,33221231KJKJKQQJnn各級(jí)觸發(fā)器的激勵(lì)方程23313121212311nnnnnnnnnnQCPQQQQQQCPQQQQ各級(jí)觸發(fā)器的狀態(tài)方程6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 520000CP1001001CP0Q1100102CP1101103CP0Q10Q210014CP00CP0101CP0Q11CP0011CP111111CP0Q10Q20偏離狀態(tài)異步計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表CP3=(0CP+0) CP3=(0CP+0) CP3=(0CP+1) CP3=(0CP+Q2

30、)CP3=(1CP+0)CP3=(1CP+0)CP3=(1CP+1) CP3=(1CP+Q2)CP3=(Q3 CP+Q2) N(t)S(t)序號(hào)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQCPCP3 CP2 CP1列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 53畫(huà)工作波形和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖CPCP1CP2CP3Q1Q2Q3CP3Q3Q2Q1100000011001010111110101分析結(jié)論：這是一個(gè)具有自啟動(dòng)性的模5異步計(jì)數(shù)器6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 54集成中規(guī)模異步計(jì)數(shù)器CT54LS/74LS29025Q3Q2Q1Q0CP1R0ACP0R0BS9AS9BFF2FF3FF1FF0 CT54LS/

31、74LS290內(nèi)部包含4個(gè)觸發(fā)器，CP0獨(dú)立觸發(fā)FF0實(shí)現(xiàn)二分頻，CP1獨(dú)立觸發(fā)FF1、FF2、FF3構(gòu)成的五分頻計(jì)數(shù)器；設(shè)置了異步清0輸入R0A、 R0B和異步置9輸入S9A、S9B； 通過(guò)CT54LS/74LS290的兩種時(shí)鐘連接方式可實(shí)現(xiàn) 8421BCD 和 5421BCD計(jì)數(shù)。所以常稱 CT54LS/74LS290為2510進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 55集成中規(guī)模異步計(jì)數(shù)器CT54LS/74LS290輸 出000000計(jì) 數(shù)001001110100111000000110000011Q3Q2Q1Q0CPS9BS9AR0BR0A輸 入CT54LS/74LS290功能表6.

32、2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 56集成中規(guī)模異步計(jì)數(shù)器CT54LS/74LS2901100010010000000Q0Q1Q2Q31110011010100010100100018421BCD計(jì)數(shù)CP送CP0，Q0接CP125Q3Q2Q1Q0CP1R0ACP0R0BS9AS9BQ0CP6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 57集成中規(guī)模異步計(jì)數(shù)器CT54LS/74LS2901100010010000000Q1Q2Q3Q00101100100010010001111015421BCD計(jì)數(shù)CP送CP1， Q3接CP025Q3Q2Q1Q0CP1R0ACP0R0BS9AS9BQ0CP6.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 58常

33、見(jiàn)集成中規(guī)模異步計(jì)數(shù)器4位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器：CT54/74197 、 CT54S/74S197、 CT54LS/74LS197、 CT54/74293 、CT54LS/74LS293 十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器：CT54/74196、 CT54LS/74LS196 雙4位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器：CT54/74393、 CT54LS/74LS3937位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器： CC402412位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器：CC404014位二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器：CC4020、CC4060 十進(jìn)制異步CT54/74196功能表11加法計(jì)數(shù)01d3d2d1d0d3d2d1d00Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0CPCT/LDCR輸 出輸

34、 入00006.2.4 異步計(jì)數(shù)器6- 596.3 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì) 同組合邏輯電路設(shè)計(jì)一樣，時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)是時(shí)序邏輯電路分析的逆過(guò)程，根據(jù)給定的邏輯功能，設(shè)計(jì)出能夠?qū)崿F(xiàn)這些功能的邏輯電路。但是設(shè)計(jì)過(guò)程比組合邏輯電路設(shè)計(jì)要復(fù)雜 設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路時(shí)可供選用的數(shù)字電路器件有：小規(guī)模集成門電路（SSI）、中規(guī)模數(shù)字集成電路（MSI）、可編程邏輯器件（PLD） 本章中只討論用SSI和MSI器件設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的方法6- 606.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟v分析設(shè)計(jì)要求v建立原始狀態(tài)圖（或原始狀態(tài)表）v狀態(tài)簡(jiǎn)化v狀態(tài)分配（狀態(tài)編碼）v選擇觸發(fā)器v求各級(jí)觸發(fā)器的激勵(lì)方程（或狀態(tài)方程）和電路的輸出

35、方程v驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果(檢驗(yàn)自啟動(dòng)性)，如果電路沒(méi)有自啟動(dòng)性，則需重新進(jìn)行狀態(tài)分配設(shè)計(jì)v畫(huà)出邏輯圖6- 616.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟例 設(shè)計(jì)一個(gè)二進(jìn)制序列檢測(cè)電路，當(dāng)輸入二進(jìn)制序列中連續(xù)輸入4位碼元為1時(shí)，電路輸出1，否則輸出0解 根據(jù)題意確定： 輸入是二進(jìn)制序列，在時(shí)鐘CP作用下逐位輸入，輸出是檢測(cè)結(jié)果 當(dāng)?shù)?位碼元輸入之前，前3位碼元序列有8種組合 電路應(yīng)當(dāng)記憶這8種組合，可分別用8種電路狀態(tài)代表這8種組合 各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可由檢測(cè)要求確定6- 62根據(jù)分析可得電路框圖二進(jìn)制序列檢測(cè)電路 二進(jìn)制序列01001110011111011輸出CP根據(jù)檢測(cè)要求分析：設(shè)序列向右輸入，電

36、路必需記憶前3位連續(xù)輸入序列：000、100、010、110、001、101、011、111，只有當(dāng)前3位輸入序列為111時(shí)，才可能出現(xiàn)4個(gè)連續(xù)輸入1，繼而輸出1。分別用狀態(tài)A、B、C、D、E、F、G、H表示各個(gè)前3位連續(xù)輸入序列6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 63 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定輸入條件和輸出變量，確定需要有多少種輸入信息的歷史狀態(tài)需要記憶，并分配相應(yīng)的狀態(tài)符號(hào)，確定原始狀態(tài)圖中有多少個(gè)原始狀態(tài) 把每個(gè)狀態(tài)作為電路當(dāng)時(shí)所處的現(xiàn)狀態(tài)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求考慮各種可能的輸入作用，確定該時(shí)刻的輸出和下一時(shí)刻電路的新?tīng)顟B(tài)，用轉(zhuǎn)移線連接現(xiàn)狀態(tài)和新?tīng)顟B(tài)，在轉(zhuǎn)移線旁標(biāo)注該狀態(tài)下的輸入和輸出（X/Z

37、）。 若難以準(zhǔn)確確定原始狀態(tài)數(shù)時(shí)，應(yīng)以保證其正確性為原則，切忌任何遺漏或錯(cuò)誤，此時(shí)寧可多設(shè)定幾個(gè)狀態(tài)，因?yàn)槎嘤酄顟B(tài)可以在狀態(tài)簡(jiǎn)化時(shí)消去第一步 建立原始狀態(tài)圖6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 64ABCDEFGHX/Z0/01/01/10/00/00/01/01/01/00/00/00/01/00/01/01/0 選擇一個(gè)初始狀態(tài)出發(fā)，每加入一個(gè)輸入時(shí)，便可確定其次態(tài)和輸出，該次態(tài)可能是現(xiàn)狀態(tài)本身或已有的狀態(tài)，也可能是新增的狀態(tài)；持續(xù)進(jìn)行這樣的操作，直至每一個(gè)現(xiàn)狀態(tài)向次態(tài)的轉(zhuǎn)移和輸出都被確定，而且不再構(gòu)成新的狀態(tài)為止6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 65列原始狀態(tài)表X=1X=

38、0X=1X=0Z(t)N(t)S(t)A00BAB00DC10HGH00FEG00DCF00BAE00HGD00FEC6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 66第二步 狀態(tài)簡(jiǎn)化隱含表法化簡(jiǎn)隱含表是一種正直角三角形網(wǎng)格表，兩個(gè)直角邊的網(wǎng)格數(shù)相同，都等于原始狀態(tài)表中的狀態(tài)總數(shù)減1。本例中，水平方向是AG，垂直方向是BH，各自缺少一個(gè)狀態(tài)，以使任意兩個(gè)狀態(tài)在網(wǎng)格中僅僅交叉相遇一次，在兩個(gè)狀態(tài)交叉相遇的網(wǎng)格中，填入的是該狀態(tài)對(duì)在全部輸入下的次態(tài)。隱含表用于尋找等價(jià)狀態(tài)等價(jià)狀態(tài)可以合并為一個(gè)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)原始狀態(tài)表的簡(jiǎn)化6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 67滿足以下兩個(gè)條件的狀態(tài)稱為等價(jià)狀

39、態(tài)在所有輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)輸出完全相同在所有輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移效果完全相同如果比較兩個(gè)狀態(tài)，不滿足上述條件 ，則肯定不是等價(jià)狀態(tài)；如果滿足上述條件 ，則說(shuō)明兩個(gè)狀態(tài)有等價(jià)的可能，還需要繼續(xù)比較條件，即看其轉(zhuǎn)移效果是否相同6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 68滿足下列條件之一則轉(zhuǎn)移效果完全相同：1) 在所有輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)的次態(tài)一一對(duì)應(yīng)相同（即次態(tài)相同）2) 在有些輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)的次態(tài)不相同，但是兩個(gè)狀態(tài)互為次態(tài)（即次態(tài)交錯(cuò)）3) 在有些輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)的次態(tài)不相同，但卻可以繼續(xù)判斷次狀態(tài)是否等價(jià)，若次態(tài)等價(jià)，則兩狀態(tài)等價(jià)；該次態(tài)稱為這兩個(gè)狀態(tài)的隱含條件（即

40、次態(tài)隱含等價(jià)）4) 在有些輸入條件下，兩個(gè)狀態(tài)與次態(tài)的關(guān)系構(gòu)成閉環(huán)（即次態(tài)循環(huán)）此外，等價(jià)狀態(tài)具有傳遞性6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 69BCDEFGHA B C D E F G10HGH00FEG00DCF00BAE00HGD00FEC00DCB00BAAX=1X=0X=1X=0Z(t)N(t)S(t)CEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBD尋找全部等價(jià)狀態(tài)對(duì)6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 70BCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCED

41、FAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBDBCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBDBCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBDBCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAH

42、BEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBD6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 71BCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBDBCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBDBCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAH

43、BEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBD(AC)、 (AE)、 (AG) 、(BF) (CE)、 (CG)、 (EG)是等價(jià)狀態(tài)對(duì)BCDEFGHA B C D E F GCEDFAEBFGEHFCEDFAEBFACBDGCHDECFDACBDGAHBEAFBCADBEGFHCGDHAGBHCEDFAEBFACBD6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 72尋找最大等價(jià)類 多個(gè)等價(jià)狀態(tài)對(duì)的集合稱為等價(jià)類，在此集合中任意兩個(gè)狀態(tài)對(duì)都等價(jià)，即兩兩等價(jià) 任何不被別的等價(jià)類包含的等價(jià)類，稱為最大等價(jià)類；用作圖法求最大等價(jià)類ABCDEFGH最大等價(jià)類為(ACEG)(BF)(D

44、)(H)6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 73選擇最大等價(jià)類組成等價(jià)類集等價(jià)類集應(yīng)滿足以下條件v等價(jià)類集中需包含原始狀態(tài)中所有狀態(tài)，稱為“覆蓋”，即完整性v等價(jià)類集中任意等價(jià)類的隱含條件應(yīng)包含在該等價(jià)類集中，是某一等價(jià)類或是某一等價(jià)類的一部分，稱為“閉”，即封閉性v具有“閉”和“覆蓋”的等價(jià)類集中包含的等價(jià)類的種類最少，即最小性滿足上述條件的等價(jià)類集常稱為具有“最小閉覆蓋”的等價(jià)類集，在本例中由(ACEG)、(BF)、(D)、(H)組成具有最小閉覆蓋的等價(jià)類集6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 74合并等價(jià)類，列出簡(jiǎn)化狀態(tài)表令(ACEG)a、(BF) b、(D) d 、(H)

45、 h,則可將原始狀態(tài)表簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)化狀態(tài)表，并畫(huà)出簡(jiǎn)化狀態(tài)圖Z(t)X=1X=0X=1X=0N(t)S(t)a00bab00da10hah00bad簡(jiǎn)化狀態(tài)表ahdbX/Z0/01/01/10/01/00/01/00/06.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 75第三步 狀態(tài)編碼（狀態(tài)分配） 對(duì)簡(jiǎn)化狀態(tài)表中的各個(gè)狀態(tài)賦予二進(jìn)制代碼，稱為狀態(tài)編碼。若狀態(tài)數(shù)為M，則需要的代碼位數(shù)n，nlg M/ lg2=3.32 M 。狀態(tài)編碼就是根據(jù)狀態(tài)表中給定的現(xiàn)態(tài)與次態(tài)和輸出的關(guān)系，確定一組盡可能簡(jiǎn)單的次態(tài)函數(shù)和輸出函數(shù)，即最佳狀態(tài)編碼。顯然，任意一次狀態(tài)分配都有多種編碼方案可供選擇。狀態(tài)數(shù)M越多，代碼位數(shù)

46、n越長(zhǎng)，可供選擇的編碼方案就越多（有 種），要在其中選擇一種最佳狀態(tài)編碼方案卻是比較困難的。所以，實(shí)用中常用所謂的“次佳編碼法”MnP26.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 76次佳編碼法是一種經(jīng)驗(yàn)方法，一般按照以下原則進(jìn)行狀態(tài)分配1) 次態(tài)相同的多個(gè)現(xiàn)態(tài)，應(yīng)盡可能分配相鄰代碼(相鄰代碼是指兩個(gè)代碼中只有一個(gè)碼元不同,其余碼元完全相同)2) 屬于同一現(xiàn)態(tài)的多個(gè)次態(tài)，應(yīng)盡可能分配相鄰代碼3) 輸出相同的狀態(tài)，應(yīng)盡可能分配相鄰代碼通常以原則 1)為主，兼顧其它。所得編碼不一定是最佳，但盡可能合理6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 77本例中的狀態(tài)分配如下 a00， b01， d11，

47、 h10，據(jù)此可將簡(jiǎn)化狀態(tài)表改寫(xiě)成狀態(tài)轉(zhuǎn)移表X=1X=0X=1X=0Z(t)N(t)S(t)Q20 0Q1Q2Q1Q2Q10 00 100 10 01 11 10 01 01 00 01 000000016.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 78第四步 選擇存儲(chǔ)器類型，確定存儲(chǔ)電路的激勵(lì)輸入00 01 11 10010 0 1 10 00 0XQn1Qn2Qn1100 01 11 10010 0 0 10 10 1XQn1Qn2Qn1200 01 11 10010 0 0 00 00 1XQn1Qn2Z根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表畫(huà)出各次態(tài)和輸出卡諾圖并進(jìn)行化簡(jiǎn)，一般來(lái)說(shuō)，化簡(jiǎn)過(guò)程中如果可以用一個(gè)圈圈

48、完全部1，選用D觸發(fā)器電路較為簡(jiǎn)單，否則應(yīng)當(dāng)選用JK觸發(fā)器6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟6- 79若選JK觸發(fā)器，狀態(tài)方程為若選D觸發(fā)器，狀態(tài)方程為激勵(lì)方程為激勵(lì)方程為6.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟11212212121nnnnnnnnnQXQ QXQQXQ QXQ Q2121212,nnnJXQKXJXQKXQ1212112()nnnnnQX QQQXQ21212()nnnDX QQDXQ6- 80第五步 求輸出函數(shù)第六步 畫(huà)邏輯圖Q2CPC11J1KC11K1&1J&Q1ZQ1Q212X用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)CPC11DQ2C11D12&Q2&Q1

49、&ZX用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)Q16.3.1 時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)的一般步驟21nnZXQ Q6- 816.3.2 采用小規(guī)模集成器件 設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器例 設(shè)計(jì)一個(gè)模6同步計(jì)數(shù)器解 模6計(jì)數(shù)器需要記憶6個(gè)狀態(tài)。顯然，對(duì)于下列狀態(tài)圖無(wú)需再做狀態(tài)簡(jiǎn)化，可直接進(jìn)行狀態(tài)分配S0S1S2S3S4S5/0/0/0/0/0/16- 826.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器輸出Z次 態(tài)初 態(tài)序號(hào)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ000010010011101102111111301101140010015000100000 對(duì)這6個(gè)狀態(tài)，至少需要3位代碼，其編碼方案共有P8 =20160種，這里按移存

50、規(guī)律編碼，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6 6- 83Q1n1Q2n1Q3n1Z根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移表列出卡諾圖6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器Q1nQ2nQ3n00 01 11 1010010011Q1nQ2nQ3n00 01 11 1010000111Q1nQ2nQ3n00 01 11 1010110010Q1nQ2nQ3n00 01 11 10100010006- 84列偏離狀態(tài)轉(zhuǎn)移表檢驗(yàn)自啟動(dòng)性nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ0101011010100101016.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器132121113nnnnnnQQQQQQ322113nnnDQDQDQ323221

51、211313,nnnnnnJQKQJQKQJQKQ32nnZQ Q求狀態(tài)方程、激勵(lì)函數(shù)和輸出函數(shù)6- 85消除死循環(huán)的方法通常有：重新進(jìn)行狀態(tài)分配Q1nQ1n1Q2nQ3nQ2n1Q3n100 01 11 10100 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0 0 0 0/1/Z010101011修改后，偏離狀態(tài)可自動(dòng)進(jìn)入有效循環(huán)修改設(shè)計(jì)，即修改激勵(lì)函數(shù)打斷死循環(huán)利用RD或SD的異步作用，強(qiáng)制脫離死循環(huán)6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器Q1nQ1n1Q2nQ3nQ2n1Q3n100 01 11 10100 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0 0 0 0/10 1 01

52、 0 1/Z132121113nnnnnnQQQQQQQ1nQ1n1Q2nQ3nQ2n1Q3n100 01 11 10100 0 10 1 11 1 11 1 01 0 0 0 0 0/10 1 11 0 1/nnnnnnnQQQQQQQ Q6- 86畫(huà)出邏輯圖CPC11DQ2C11D12&Q2&Q1Q3C11D3& Z6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6- 87例 設(shè)計(jì)一個(gè)可變模值計(jì)數(shù)器，當(dāng)控制信號(hào)M0時(shí)實(shí)現(xiàn)模7計(jì)數(shù)，當(dāng)M1時(shí)實(shí)現(xiàn)模5計(jì)數(shù)解 通過(guò)外輸入M的控制，同一個(gè)計(jì)數(shù)器電路可以實(shí)現(xiàn)兩種模值計(jì)數(shù)，其中較小模值計(jì)數(shù)器的狀態(tài)被包容在較

53、大模值的狀態(tài)之中S0S1S2S5S4S30/0S60/00/00/00/00/00/1M/ZS0S1S2S5S4S30/0, 1/0S60/0, 1/00/0, 1/00/00/00/00/11/11/0M/Z6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6- 88N(t)S(t)序號(hào)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ00001001001110110201101131011014010010500100000013nQ12nQ11nQ1001100111010000000Z(t)M=0M=0M=1M=1600100010001列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6-

54、 89作卡諾圖化簡(jiǎn)求狀態(tài)方程和輸出方程00 01 11 1000011110MQ3nQ2 Q1nn0 0 10 0 0/1 0 0 0/10 0 10 1 11 1 01 0 01 0 11 0 01 1 00 1 10 1 06.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器1321211132321321()nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQMQ Q QQQQ321nnnZQQQ6- 90求激勵(lì)函數(shù)列偏離狀態(tài)表檢驗(yàn)自啟動(dòng)性N(t)S(t)nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ11101110101013nQ12nQ11nQ011010001M=0M=16.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)

55、同步計(jì)數(shù)器3232212113232132,nnnnnnnnnnJQKQJQKQJQQMQ QKQQ6- 91畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖0000010110101011100/0, 1/01000/0, 1/00/0, 1/00/00/00/00/11/11/0M/Z1110101011/01/00/0, 1/0Q3nQ2 Q1nn6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6- 92畫(huà)邏輯圖Q2CPC11J1KC11K1&Q1ZQ1Q212M1JQ3C11KQ331J&Z Z6.3.2 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)同步計(jì)數(shù)器6- 936.3.3 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)器設(shè)計(jì)首

56、先必須合理選擇各級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，其余步驟與同步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)步驟基本相同選擇各級(jí)觸發(fā)器時(shí)鐘脈沖的原則是v在某一級(jí)觸發(fā)器的狀態(tài)需要發(fā)生變更時(shí)，必須有相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)沿到達(dá)v在滿足上一條原則的前提下，其它時(shí)刻（即觸發(fā)器的狀態(tài)不發(fā)生變更的時(shí)刻）到達(dá)該級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)沿越少越好6- 946.3.3 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器例 設(shè)計(jì)一個(gè)8421BCD異步計(jì)數(shù)器解 8421BCD異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)除了選擇時(shí)鐘信號(hào)有別于同步計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)外，其余步驟基本相同；首先借助波形圖來(lái)選擇、確定時(shí)鐘信號(hào)CPQ1Q2Q3Q4ZCP1CPCP2 Q1CP3 Q2CP4 Q1011010100101011000

57、10006- 95列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表1000100190100018000011110701011060010101050100104000101100301010020010100010100000Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4CP輸出ZN(t)S(t)序號(hào)CP1CPCP2 Q1CP3 Q2CP4 Q1注：次態(tài)函數(shù)中凡沒(méi)有時(shí)鐘沿到達(dá)的次態(tài)均作為任意態(tài)處理6.3.3 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器6- 96列卡諾圖求狀態(tài)方程00 01 11 1000011110Q4Q3nQ2 Q1nn11000/110 1 0 00 1 0 0 1 0111 0 0 0n6.3.3 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)

58、數(shù)器143241133212421111nnnnnnnnnnnQQ Q QQQQQQQQQQQCP6- 97狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖和邏輯圖略1111011100101011101100110010110111010101Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4N(t)S(t)00001111列偏離狀態(tài)表檢驗(yàn)自啟動(dòng)性6.3.3 采用小規(guī)模集成器件設(shè)計(jì)異步計(jì)數(shù)器6- 986.3.4 采用中規(guī)模集成器件 實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)（分頻）器中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器和中規(guī)模集成移位寄存器可以用于實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)(分頻)，本課程中可供選用的中規(guī)模集成器件有： 4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CT54/74161 十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CT54/74160、

59、十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器CT54LS/74LS290 4位右移移位寄存器CT54LS/74LS195利用“級(jí)聯(lián)”和“反饋”獲得需要的計(jì)數(shù)狀態(tài)是構(gòu)成任意模值計(jì)數(shù)的基本思路6- 99Q3Q2Q1Q0CTRDIV16CT54/74161CTPCTTLDCPCOCPCTPCTTLDCOCPCTPCTTLDCP1 2 4 81 2 4 81 2 4 8Q7Q6Q5Q4Q11Q10Q9Q8CTRDIV16CT54/74161CTRDIV16CT54/7416116.3.4 采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)(分頻)器級(jí)聯(lián)法（擴(kuò)展法）同步級(jí)聯(lián)該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模值M16161640966- 1006.3.4 采用中規(guī)模

60、集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)(分頻)器級(jí)聯(lián)法（擴(kuò)展法）同步級(jí)聯(lián)Q3Q2Q1Q0CT54/74160CTPCTTLDCPCOCPCTPCTTLDCOCPCTPCTTLDCP1 2 4 81 2 4 81 2 4 8Q7Q6Q5Q4Q11Q10Q9Q8CT54/74160CT54/741601該計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模值M10101010006- 1016.3.4 采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)(分頻)器級(jí)聯(lián)法（擴(kuò)展法）異步級(jí)聯(lián)CT54160CTPCTTLDCPCOCPCTPCTTLDCOCP1 2 4 81 2 4 8CT5416011100CPQ0Q1Q2Q3COCO6- 1026.3.4 采用中規(guī)模集成器件實(shí)現(xiàn)任意模值計(jì)數(shù)(分頻)器級(jí)聯(lián)法（擴(kuò)展法）異步級(jí)聯(lián)CT54LS290R0AS9BCPCP0S9AQ0CP0CT54LS290CP1CP1R0AR0BR0BQ1Q2Q3QQQ2Q3S9BS9A100采用級(jí)聯(lián)方式獲得的計(jì)數(shù)器模值為 M M1 M2 Mn顯然，M是一個(gè)非質(zhì)數(shù)、大整