第6章時序邏輯電路4

1、1第六章第六章 時序邏輯電路時序邏輯電路Chapter 6 Sequential Logic Circuit第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 第二節(jié)第二節(jié) 時序邏輯電路的三種基本描述方法時序邏輯電路的三種基本描述方法第三節(jié)第三節(jié) 同步時序邏輯電路分析同步時序邏輯電路分析第四節(jié)第四節(jié) 異步時序邏輯電路分析異步時序邏輯電路分析第五節(jié)第五節(jié) 時序邏輯電路的設計方法及設計實例時序邏輯電路的設計方法及設計實例第六節(jié)第六節(jié) 幾種常見的時序邏輯電路幾種常見的時序邏輯電路第七節(jié)第七節(jié) 時序邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象時序邏輯電路的競爭冒險現(xiàn)象 2一、異步時序邏輯電路的設計一、異步時序邏輯電路的設計 步驟參考同步時序邏輯電路，

2、關鍵是每個觸發(fā)器時鐘的步驟參考同步時序邏輯電路，關鍵是每個觸發(fā)器時鐘的選擇選擇(需時序圖需時序圖)，次態(tài)方程的化簡要比同步時序邏輯電路，次態(tài)方程的化簡要比同步時序邏輯電路復雜。注意無關項的運用。復雜。注意無關項的運用。 計數(shù)器中能計到的最大數(shù)稱為計數(shù)器中能計到的最大數(shù)稱為計數(shù)長度或計數(shù)計數(shù)長度或計數(shù)容量容量， n位二進制計數(shù)器的計數(shù)容量為位二進制計數(shù)器的計數(shù)容量為2n-1，而稱，而稱計數(shù)器的狀態(tài)總數(shù)計數(shù)器的狀態(tài)總數(shù)N=2n 為計數(shù)器的為計數(shù)器的模。模。上次課內容回顧上次課內容回顧3 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，用結構簡單，用T 觸發(fā)器構成二進制計數(shù)觸發(fā)器構成二進制計數(shù)器可不附加任何其它電路；器可不附

3、加任何其它電路； 缺點：缺點：進（借）位信號逐級傳遞，計數(shù)器速度進（借）位信號逐級傳遞，計數(shù)器速度受到限制，頻率不能太高；在電路狀態(tài)譯碼時也受到限制，頻率不能太高；在電路狀態(tài)譯碼時也存在競爭冒險現(xiàn)象。存在競爭冒險現(xiàn)象。二、異步計數(shù)器二、異步計數(shù)器 1、T觸發(fā)器構成的異步加法計數(shù)器觸發(fā)器構成的異步加法計數(shù)器; 2、T觸發(fā)器構成的異步減法計數(shù)器觸發(fā)器構成的異步減法計數(shù)器; 3、異步十進制計數(shù)器、異步十進制計數(shù)器;上次課內容回顧上次課內容回顧4三、同步計數(shù)器三、同步計數(shù)器優(yōu)點：優(yōu)點：時鐘時鐘CP同時觸發(fā)計數(shù)器中的全部觸發(fā)器，同時觸發(fā)計數(shù)器中的全部觸發(fā)器，所以工作速度快，工作效率高；所以工作速度快，工

4、作效率高；缺點：缺點：電路結構相對復雜。電路結構相對復雜。同步二進制加法計數(shù)器；同步二進制加法計數(shù)器；74LS161同步二進制減法計數(shù)器；同步二進制減法計數(shù)器；同步二進制可逆計數(shù)器；同步二進制可逆計數(shù)器；74LS191同步十進制加法計數(shù)器；同步十進制加法計數(shù)器； 74LS160上次課內容回顧上次課內容回顧56.6 幾種常用的時序邏輯電路幾種常用的時序邏輯電路6.6.2 集成計數(shù)器及其應用集成計數(shù)器及其應用u74LS161u74LS163；u74LS160；u74LS290；6常見集成計數(shù)器介紹常見集成計數(shù)器介紹下表比較了幾種常用的集成計數(shù)器的主要功能：下表比較了幾種常用的集成計數(shù)器的主要功能：

5、型號主要功能74161“異步清零”，“同步置數(shù)”的同步模16加法計數(shù)器(重點)74163“同步清零”，其余同7416174LS191可“異步置數(shù)”的單時鐘同步16進制加/減計數(shù)器74LS193可“異步清零”，“異步置數(shù)”的雙時鐘同步16進制加/減計數(shù)器74160同步模10計數(shù)器，其余同74161(重點)74190同步10進制計數(shù)器，其余同7419174192模10可逆計數(shù)器，其余同7419354/74LS196可“異步清零”，“同步置數(shù)”的二五十進制同步計數(shù)器74LS290二五十進制異步計數(shù)器7集成芯片集成芯片74161是同步的可預置是同步的可預置4位二進制加法計數(shù)位二進制加法計數(shù)器。下圖分別

6、是它的邏輯電路圖和引腳圖。器。下圖分別是它的邏輯電路圖和引腳圖。(一一) 集成計數(shù)器集成計數(shù)器74161 的功能及應用的功能及應用81 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 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 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000CR=1，LD=0，CP Q3 Q0 = D3 D0 (一一) 集成計數(shù)器集成計數(shù)器74161

7、 的功能及應用的功能及應用91、74161的慣用邏輯符號及功能表的慣用邏輯符號及功能表74161的慣用邏輯符號的慣用邏輯符號74161的功能表的功能表H異步清零異步清零同步置數(shù)同步置數(shù)(一一) 集成計數(shù)器集成計數(shù)器74161 的功能及應用的功能及應用10(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器742901、慣用邏輯符號及功能表：、慣用邏輯符號及功能表：7429074290的慣用邏輯符號的慣用邏輯符號表表5 56 64 742904 74290的功能表的功能表11(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器742902、74290應用舉例：應用舉例：【例例1 1】試用試用7429

8、074290實現(xiàn)以下幾種形式的計數(shù)器：實現(xiàn)以下幾種形式的計數(shù)器： 1、實現(xiàn)模、實現(xiàn)模2計數(shù)計數(shù) 2、實現(xiàn)模、實現(xiàn)模5計數(shù)計數(shù)74290模模2計數(shù)計數(shù)74290模模5計數(shù)計數(shù)12(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器742903、實現(xiàn)、實現(xiàn)8421模模10計數(shù)計數(shù) 4、實現(xiàn)、實現(xiàn)5421模模10計數(shù)計數(shù)74290-8421模模10計數(shù)計數(shù)74290-5421模模10計數(shù)計數(shù)13(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器742905、實現(xiàn)任意進制計數(shù)、實現(xiàn)任意進制計數(shù) 借助借助RO(1)和和RO(2)的的“異步清異步清0”功能或功能或S9(1)和和S9(2)的的“異異步置步置9

9、”功能，可實現(xiàn)任意進制計數(shù)。功能，可實現(xiàn)任意進制計數(shù)。例：例：試用試用74290實現(xiàn)模實現(xiàn)模7計數(shù)。計數(shù)。74290模模7計數(shù)計數(shù)14(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器74290【例例2】試用幾片試用幾片74290級聯(lián)以擴大計數(shù)器的規(guī)模：級聯(lián)以擴大計數(shù)器的規(guī)模： 1、實現(xiàn)模、實現(xiàn)模46計數(shù)電路計數(shù)電路74290級聯(lián)實現(xiàn)模級聯(lián)實現(xiàn)模46計數(shù)計數(shù)串行進位串行進位15(二二) 二五十進制異步計數(shù)器二五十進制異步計數(shù)器742902、實現(xiàn)模、實現(xiàn)模1000計數(shù)電路計數(shù)電路74290模模1000計數(shù)計數(shù)(百位百位)166.6.3 任意進制計數(shù)器的構成方法任意進制計數(shù)器的構成方法一、概念理解

10、：一、概念理解： 計數(shù)器的模計數(shù)器的模：在計數(shù)脈沖的驅動下，計數(shù)器中循：在計數(shù)脈沖的驅動下，計數(shù)器中循環(huán)的狀態(tài)個數(shù)稱為計數(shù)器的環(huán)的狀態(tài)個數(shù)稱為計數(shù)器的模模。若用。若用N表示，表示，n位二位二進制計數(shù)器的模為進制計數(shù)器的模為N=2n (其中其中n為觸發(fā)器的個數(shù)為觸發(fā)器的個數(shù))。 任意計數(shù)器是指任意計數(shù)器是指N2n ，即非模即非模2n計數(shù)器計數(shù)器，如七，如七進制、進制、十三進制十三進制、六十進制等等，設為、六十進制等等，設為M計數(shù)器計數(shù)器。176.6.3 任意進制計數(shù)器的構成方法任意進制計數(shù)器的構成方法二、構成任意進制計數(shù)器的方法：二、構成任意進制計數(shù)器的方法： 1、同步計數(shù)器基本設計法、同步計數(shù)

11、器基本設計法 (用用FF設計，繁瑣設計，繁瑣) 2、修改法、修改法 (難度大難度大) 3、用用 N 進制計數(shù)器，構成進制計數(shù)器，構成 M 進制計數(shù)器進制計數(shù)器 a、反饋復位法、反饋復位法 (反饋歸零反饋歸零); b、反饋置數(shù)法、反饋置數(shù)法; c、組合法、組合法 (利用多片計數(shù)器利用多片計數(shù)器);主要講主要講授內容授內容)102(4NN或18 利用計數(shù)器的利用計數(shù)器的清零端清零端的清零作用，截取計的清零作用，截取計數(shù)過程中的某個中間狀態(tài)控制清零端，使計數(shù)過程中的某個中間狀態(tài)控制清零端，使計數(shù)器由此狀態(tài)返回到數(shù)器由此狀態(tài)返回到零零并重新開始計數(shù)。并重新開始計數(shù)。 1、反饋歸零法：、反饋歸零法：2、

12、反饋置數(shù)法：、反饋置數(shù)法： 利用利用置數(shù)置數(shù)功能，截取某中間狀態(tài)反饋到功能，截取某中間狀態(tài)反饋到置置數(shù)端數(shù)端。6.6.3 任意進制計數(shù)器的構成方法任意進制計數(shù)器的構成方法19(一一) MN 的情況的情況(用多片用多片N進制計數(shù)器組合構成進制計數(shù)器組合構成)1、連接線路、連接線路Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD

13、D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0CPCP1 1Y Y（1 1）（2 2）25例例2試用兩片試用兩片74LS161構成構成同步同步256進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。(二二) M N 的情況的情況(用多片用多片N進制計數(shù)器組合構成進制計數(shù)器組合構成) Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16 = 256進位輸出進位輸出Y26試用兩片試用兩片74LS160構成異步百進制計數(shù)器。構成異步百進制計數(shù)器。2、

14、連接方式與特點、連接方式與特點1）異步）異步CP方式。低位的進位信號是高位的時鐘。方式。低位的進位信號是高位的時鐘。2）兩片的）兩片的EP、ET恒為恒為1，都處于計數(shù)狀態(tài)。，都處于計數(shù)狀態(tài)。3、進制、進制 MM = 1010 = 100高位的高位的C 端是此計數(shù)器的進位輸出端，進位信號為端是此計數(shù)器的進位輸出端，進位信號為Y=1。高位、低位各自能輸出高位、低位各自能輸出10個穩(wěn)定狀態(tài)：個穩(wěn)定狀態(tài)：1、連接線路、連接線路為何用非門？為何用非門？Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2

15、 2 D D1 1 D D0 0CPCP1 1Y Y（1 1）（2 2）Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0127上例上例 兩片之間用非門連接的原理兩片之間用非門連接的原理74LS160是是CP作用的計數(shù)器，若片間連接不用非門，則：作用的計數(shù)器，若片間連接不用非門，則：CP910Q0Q1Q2Q3低低位位C1Q0高位高位1110010000第第9個個CP過后，電路輸出過后，電路輸出（1,1001），出錯。），出錯。CP910Q0Q1Q2Q3Q011

16、0010000C1低低位位若用非門連接，則正常輸出。若用非門連接，則正常輸出。0高位高位282) 用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的 M 進制計數(shù)器進制計數(shù)器例例 試用試用 74161 接成六十進制計數(shù)器。接成六十進制計數(shù)器。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO0用用 產(chǎn)生產(chǎn)生信號：信號：)111100(SS60N 00 用用 產(chǎn)生產(chǎn)生信號：信號：)11101100(SS591N &11&先用兩片先用兩片74

17、161構成構成 256 進制計數(shù)器進制計數(shù)器29一、利用一、利用同步清零同步清零或置數(shù)端獲得或置數(shù)端獲得 M 進制計數(shù)進制計數(shù) 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. 013QQQCR 111SSN 013QQQLD 或或= 10112. 歸零表達式：歸零表達式：3. 連線圖連線圖74163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步清零同步置零同步置零74LS163: “同步清零同步清零”，其余同，其余同74LS161進位輸出進位輸出Y30例例 試用試用 74LS162 接成六十進

18、制計數(shù)器。接成六十進制計數(shù)器。74LS162 同步清零，同步置數(shù)同步清零，同步置數(shù) 10進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。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 M 進制計數(shù)進制計數(shù) 即：即： 同步清零，其他同同步清零，其他同74LS160?？偨Y：總結：74LS161:異步清零，同步置數(shù)異步清零，同步置數(shù) 模模16計數(shù)器。計數(shù)器。74LS163:同步清零，同步置數(shù)同步清零，同步置數(shù) 模模16計數(shù)器。計數(shù)器。74LS160:異步清零，同步置數(shù)異步清零，同步置數(shù) 模模10計數(shù)器。計數(shù)器。74LS162:同步清零，同步置數(shù)同步清零，同步置數(shù) 模模10計數(shù)器。計數(shù)器。31再用歸零法將再用歸零法

19、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產(chǎn)生產(chǎn)生同步同步清零、置數(shù)信號。清零、置數(shù)信號。BCD591 1001 0101）（ SSN先用兩片先用兩片74162構成構成 10 10 進制計數(shù)器，進制計數(shù)器，Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP1CO0&1111例例 試用試用 74LS162 接成六十進制計數(shù)器。接成六十進制計數(shù)器。321. 同步同步 清零清零(或置數(shù)或置數(shù))端計數(shù)終值為端計數(shù)終值為 SN1 異

20、步異步 清零清零(或置數(shù)或置數(shù))端計數(shù)終值為端計數(shù)終值為 SN2. 用集成用集成 二進制二進制 計數(shù)器擴展容量后，計數(shù)器擴展容量后， 終值終值 SN (或或 SN1 )是是二進制代碼二進制代碼；3. 用集成用集成十進制十進制計數(shù)器擴展容量后，計數(shù)器擴展容量后，終值終值 SN (或或SN1 )的代碼由個位、十位、的代碼由個位、十位、百位的百位的十進制數(shù)十進制數(shù)對應的對應的 BCD 代碼代碼構成。構成。注注 意意332、74161的應用舉例：的應用舉例：【例例1】試用試用74161構成模構成模256同步加法計數(shù)器。同步加法計數(shù)器。 解：解：并行進位并行進位用集成計數(shù)器芯片構成的任意進制計數(shù)器用集成

21、計數(shù)器芯片構成的任意進制計數(shù)器 應用舉例應用舉例【例例1】圖解圖解進位輸出進位輸出Y34 解：解：共有共有3種解法：種解法： 1、反饋置數(shù)法：置、反饋置數(shù)法：置0000 00001001【例例2】圖解圖解11【例例2】試用試用74161實現(xiàn)模實現(xiàn)模10加法計數(shù)器。加法計數(shù)器。進位輸出進位輸出35【例例2】圖解圖解12【例例2】圖解圖解13【例例2】試用試用74161實現(xiàn)模實現(xiàn)模10加法計數(shù)器。加法計數(shù)器。進位輸出進位輸出362、預置補數(shù)法：、預置補數(shù)法：【例例2】圖解圖解2【例例2】試用試用74161實現(xiàn)模實現(xiàn)模10加法計數(shù)器。加法計數(shù)器。Y進位輸出進位輸出373、復位法（即清零法、復位法（即

22、清零法 反饋歸反饋歸0法：法： ）【例例2】圖解圖解3反饋歸零法不包括最后的狀態(tài)，因為時間極短。所以反饋歸零法不包括最后的狀態(tài)，因為時間極短。所以這里是用這里是用1010反饋，而不是反饋，而不是1001。見下頁波形圖。見下頁波形圖?！纠?】試用試用74161實現(xiàn)模實現(xiàn)模10加法計數(shù)器。加法計數(shù)器。進位輸出進位輸出38【例例2】圖解圖解3狀態(tài)圖狀態(tài)圖【例例2】圖解圖解3主循環(huán)波形圖主循環(huán)波形圖CPQ3Q2Q1Q039例例3 試用二進制計數(shù)器試用二進制計數(shù)器74163構成構成86進制的計數(shù)器。進制的計數(shù)器。用用74163構成的模構成的模86計數(shù)器計數(shù)器使用反饋歸零法：使用反饋歸零法：74163“

23、同步清零”，其余同741610 1 0 10 1 0 12、反饋置數(shù)法：、反饋置數(shù)法： 利用置數(shù)功能，截取某中間狀態(tài)反饋到置數(shù)端。利用置數(shù)功能，截取某中間狀態(tài)反饋到置數(shù)端。 解：解：進位輸出進位輸出40【例例4】試用二進制計數(shù)器試用二進制計數(shù)器74163構成一個計數(shù)構成一個計數(shù)狀態(tài)為自然二進制碼狀態(tài)為自然二進制碼01111111的計數(shù)器。的計數(shù)器。 解：解：用用74163構成的構成的01111111的計數(shù)器的計數(shù)器Y進位輸出進位輸出41【例例5】試說明下圖為幾進制計數(shù)器。試說明下圖為幾進制計數(shù)器。13進制進制進位輸出進位輸出00101110: 21442解一：清零法解一：清零法:圖解一圖解一(

24、1)(2)(3)&11CP111【例例6】試分別用清零法和置數(shù)法將試分別用清零法和置數(shù)法將74160構成構成365進制的計數(shù)器。進制的計數(shù)器。反饋歸零法不包括最后的狀態(tài)，所以這里是用反饋歸零法不包括最后的狀態(tài)，所以這里是用365反饋，而不是反饋，而不是364。進位輸出進位輸出? ?43解二：置數(shù)法解二：置數(shù)法:圖解二圖解二(1)(2)(3)&11CP111反饋置數(shù)法包括最后的狀態(tài)，所以這里是用反饋置數(shù)法包括最后的狀態(tài)，所以這里是用364反饋，狀態(tài)為反饋，狀態(tài)為0364。進位輸出進位輸出44例例置數(shù)法：置數(shù)法：置數(shù)：置數(shù)：0011到到1001時置數(shù)，時置數(shù)，39：7個穩(wěn)定狀態(tài)個穩(wěn)定狀態(tài)七進制七進

25、制45十進制，十進制，1010為瞬態(tài)為瞬態(tài)Q3Q2Q1Q0/Y00000001001000110100/0/0/0/0狀態(tài)轉換圖為：狀態(tài)轉換圖為：010101100111100010011010/0/0/0/0/1/1/1例例46010001010110011110001001/0/0/0/0/0/1M=1時，六進制，時，六進制，01000101011001111000100100110010/0/0/0/0/0/0/0/0/1M=0時，八進制，時，八進制，置數(shù)法：置數(shù)法：置數(shù)：置數(shù)：0100(M=1) 0010(M=0)到到1001時置數(shù)，時置數(shù)，49：6個穩(wěn)定狀態(tài)個穩(wěn)定狀態(tài)29：8個穩(wěn)定狀態(tài)個穩(wěn)定狀態(tài)例例47例例課后習題課后習題6.1948分析電路功能分析電路功能Q0 Q1 Q2 Q3 CPEPET74161CORDD0 D1 D2 D3 LD011CP計數(shù)輸入1A3 A2 A1 A0 B3 B2 B