常用時(shí)序邏輯功能器

6.5、常用時(shí)序邏輯功能器件本章介紹兩種主要的時(shí)序邏輯功能器件－－計(jì)數(shù)器、寄存器。計(jì)數(shù)器：累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，并可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖信號(hào)等。寄存器：能存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼的寄存、移位、傳輸?shù)炔僮鳌?.5.1、計(jì)數(shù)器分類(lèi)：按時(shí)鐘脈沖的輸入方式：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。按進(jìn)位體制：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)過(guò)程中數(shù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)：加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)和可逆計(jì)數(shù)。1可編輯ppt一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

由n個(gè)觸發(fā)器可組成n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)模數(shù)為2n，計(jì)數(shù)范圍為0~2n-1。

000Q2Q1Q0001010011100101110111狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)變遷：根據(jù)狀態(tài)變遷圖可知：每來(lái)一個(gè)脈沖最低位的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；而最低位的狀態(tài)從1變?yōu)?，導(dǎo)致次低位的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；同樣次低位的狀態(tài)從1變?yōu)?，導(dǎo)致次高位的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；次高位的狀態(tài)從1變?yōu)?，導(dǎo)致最高位的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。2可編輯ppt1、二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器（1）、二進(jìn)制異步加計(jì)數(shù)器②、電路工作原理1DRC1FF0Q0Q01DRC1FF0Q1Q11DRC1FF0Q2Q2計(jì)數(shù)脈沖CP清零脈沖CR根據(jù)D觸發(fā)器的特性方程：Qn+1＝D（上升沿觸發(fā)）。①、電路結(jié)構(gòu)特征：每個(gè)觸發(fā)器都接成計(jì)數(shù)器的形式，低位的狀態(tài)變遷信號(hào)作為相鄰高位的觸發(fā)脈沖信號(hào)。由于D觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)，所以從Q端取狀態(tài)變遷信號(hào)。3可編輯ppt1DRC1FF0Q0Q01DRC1FF1Q1Q11DRC1FF2Q2Q2計(jì)數(shù)脈沖CP清零脈沖CR根據(jù)電路圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖得時(shí)序圖：CPQ0Q1Q21td2td3td4可編輯ppt從時(shí)序圖可知：Q0、Q1、Q2的周期分別是計(jì)數(shù)脈沖周期的2倍、4倍、8倍。即Q0、Q1、Q2分別對(duì)CP脈沖進(jìn)行二分頻，四分頻，八分頻。因此計(jì)數(shù)器也可以作分頻器。若脈沖信號(hào)的頻率一定，則周期一定（設(shè)為T(mén)秒），則計(jì)n個(gè)脈沖可達(dá)到定時(shí)nT秒目的。＊作節(jié)拍信號(hào)產(chǎn)生器：如每隔3個(gè)CP脈沖產(chǎn)生一個(gè)節(jié)拍脈沖信號(hào)。＊作定時(shí)器：＊作分頻器：?jiǎn)栴}：用J－K觸發(fā)器怎么構(gòu)成二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器？5可編輯ppt（2）、二進(jìn)制異步減計(jì)數(shù)器000Q2Q1Q0111110101100011010001狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：1DRC1FF0Q0Q01DRC1FF1Q1Q11DRC1FF2Q2Q2計(jì)數(shù)脈沖CP清零脈沖CR6可編輯ppt小結(jié)＊n位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器由n個(gè)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)的觸發(fā)器組成(對(duì)于D觸發(fā)器Di=Qi,對(duì)于J-K觸發(fā)器使J＝K＝1）。各觸發(fā)器的連接方式由觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)類(lèi)型及加、減計(jì)數(shù)方式?jīng)Q定。＊二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器的高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在低位產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)或借位信號(hào)之后才能實(shí)現(xiàn)。因此稱(chēng)為串行計(jì)數(shù)器。其計(jì)數(shù)速度較低。7可編輯ppt2、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：各觸發(fā)器的CP脈沖端連接在一起。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)后，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。這種計(jì)數(shù)器稱(chēng)為并行計(jì)數(shù)器。8可編輯ppt（1）、二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器a、電路結(jié)構(gòu)：b、電路工作原理：J0＝K0＝1J1＝K1＝Q0J2＝K2＝Q1Q0J3＝K3＝Q2Q1Q0000Q2Q1Q0001010011100101110111狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：110111+1111000&&RC1&&RC1&&RC1&&RC1CPCR‘1’FF0FF1FF2FF3Q0Q1Q2Q31K1J1K1J1K1J1K1J9可編輯pptc、時(shí)序圖1tdCPQ0Q1Q3Q4根據(jù)時(shí)序圖可知：每個(gè)觸發(fā)器的延時(shí)均為1td。因此同步計(jì)數(shù)器的工作速度比異步計(jì)數(shù)器的工作速度快。同理若使：J0＝K0＝1J1＝K1＝Q0J2＝K2＝Q1Q0J3＝K3＝Q2Q1Q0則構(gòu)成同步減1計(jì)數(shù)器。10可編輯ppt（2）、二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器設(shè)置一個(gè)控制端X，當(dāng)X為0時(shí)作減計(jì)數(shù)器，當(dāng)X為1時(shí)作加計(jì)數(shù)器。J0＝K0＝1J1＝K1＝XQ0＋XQ0J2＝K2＝XQ1Q0＋XQ1Q0J3＝K3＝XQ2Q1Q0＋XQ2Q1Q0R1KC11JR1KC11JR1KC11JR1KC11J&≥1&≥1&≥1FF3FF2FF1FF01‘1’XCPCRQ3Q2Q1Q011可編輯ppt二、非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器不是按二進(jìn)制計(jì)數(shù)規(guī)則計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，最常用的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下面從設(shè)計(jì)的角度介紹8421碼十進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器：（1）、狀態(tài)圖、0000Q3Q2Q1Q00001001000110100010101100111十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：1000100112可編輯ppt（2）、狀態(tài)表及驅(qū)動(dòng)表計(jì)數(shù)脈沖CP的順序現(xiàn)態(tài)次態(tài)驅(qū)動(dòng)信號(hào)D3D2D1D00000000010001100010010001020010001100113001101000100401000101010150101011001106011001110111701111000100081000100110019100100000000其它××××××××××××13可編輯ppt（3）、求驅(qū)動(dòng)方程01010101××××00××D310011001××××10××D300000010××××10××D300101101××××00××D314可編輯ppt（4）、畫(huà)出電路圖1DRC11DRC11DRC11DRC1FF3FF2FF1FF0Q2Q1Q0Q3&≥1≥1≥1&&CPCR15可編輯ppt(5)、檢查電路的自啟動(dòng)能力0000Q3Q2Q1Q0000100100011010001010110011110001001111111101011110110101100電路能從無(wú)效狀態(tài)進(jìn)入到有效狀態(tài)，所以電路具有自啟動(dòng)能力。16可編輯ppt三、集成計(jì)數(shù)器集成計(jì)數(shù)器典型產(chǎn)品一覽表：CP脈沖引入方式型號(hào)計(jì)數(shù)模式清零方式預(yù)置數(shù)方式同步7416174HC16174HCT16174LS19174LS1937416074LS1904位二進(jìn)制加法4位二進(jìn)制加法4位二進(jìn)制加法單時(shí)鐘4位二進(jìn)制可逆雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制可逆十進(jìn)制加法單時(shí)鐘十進(jìn)制可逆異步（低電平）異步（低電平）異步（低電平）無(wú)異步（高電平）異步（低電平）無(wú)同步同步同步異步異步同步異步異步74LS29374LS290雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制加法二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步異步無(wú)異步17可編輯ppt1、集成計(jì)數(shù)器74LVC161、74LS193、74LS290（1）、74LVC161的功能（CMOS型）7416112345678161514131211109VCCRCO

QA

QB

QC

QD

ET

LD

RdCP

A

B

CD

EP

GND芯片引腳圖：CEP、CET：計(jì)數(shù)器使能控制端。A

B

CD：預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端。TC：進(jìn)位輸出端。QAQBQCQD：數(shù)據(jù)輸出端。同功能的產(chǎn)品：74HC161、74HCT161、74161PE：預(yù)置數(shù)控制端。（同步預(yù)置）CR：異步清零控制端。18可編輯ppt74LVC161的功能表清零CR預(yù)置PE使能時(shí)鐘CP預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸出CEPCETABCDQAQBQCQDＬ××××××××ＬＬＬＬＨＬ××ABCDABCDＨＨＬ××××××保持ＨＨ×Ｌ×××××保持ＨＨＨＨ××××計(jì)數(shù)74LVC161的四個(gè)功能：①、異步清零CR＝0；②、同步并行預(yù)置數(shù)CR＝1、PE=0③、保持CR=PE=1、CEP·CET＝0；④、計(jì)數(shù)CR=PE＝CEP＝CET=119可編輯pptCRPEABCDCPCEPCETQAQBQCQDRCO計(jì)數(shù)保持異步清零同步預(yù)置時(shí)序圖20可編輯ppt（2）、74193的功能（二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器）H××ＬＬＬH清零Rd減計(jì)數(shù)××××Ｈ加計(jì)數(shù)××××HＨDCBADCBA×ＬＬＬＬＬ××××××QDQCQBQADCBA輸出預(yù)置數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘CPUCPD預(yù)置LD異步清零：Rd＝1。異步并行預(yù)置數(shù)：Rd＝LD＝0。

加計(jì)數(shù)：Rd＝0，LD＝1，CPD＝1。對(duì)CPU進(jìn)行計(jì)數(shù)。減計(jì)數(shù)：Rd＝0，LD＝1，CPU＝1。對(duì)CPD進(jìn)行計(jì)數(shù)。21可編輯ppt7419312345678161514131211109VCCA

RDBO

CO

LD

C

D

B

QB

QA

CPD

CPU

QC

QD

GND74193引腳圖：A、B、C、D：數(shù)據(jù)輸入端。QD、QC、QB、QA：計(jì)數(shù)輸出端。RD：清零端。LD：預(yù)置端。BO：借位輸出。CO：進(jìn)位輸出。CPU：加計(jì)數(shù)時(shí)鐘，CPD：減計(jì)數(shù)時(shí)鐘同功能的產(chǎn)品：74HC193、74HCT19322可編輯ppt74193邏輯電路圖S1TC1≥1S1TC1≥1S1TC1≥1S1TC1≥1&&&≥1&&&≥1&&&&&≥1&&≥11111RRRR1111ABCDCPDCPULDRdBOCOQAQBQCQD23可編輯ppt（3）、74LS290的功能74LS290是異步二－五—十進(jìn)制加計(jì)數(shù)器，電路結(jié)構(gòu)如圖：R9(1)、R9(2)：置9輸入端。R0(1)、R0(2)：置0輸入端。CP1、CP2：時(shí)鐘脈沖。Q0、Q1、Q2、Q3：計(jì)數(shù)輸出。S1JC1RQ0Q2S1JC1≥1RQ1Q3&&1K1KS1JC1≥1R1KSC1R1K1JR9(1)R9(2)CP1CP2R0(1)R0(2)24可編輯ppt74LS290的功能表復(fù)位輸入置位輸入時(shí)鐘輸出R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)CPQ3Q2Q1Q0HHL××LLLLHH×L×LLLL××HH×HLLHL×L×計(jì)數(shù)L××L計(jì)數(shù)×LL×計(jì)數(shù)×L×L計(jì)數(shù)當(dāng)R0(1)＝R0(2)＝1，R9(1)·R9(2)＝0時(shí)，清零。當(dāng)R9(1)＝R9(2)＝1時(shí)，置1。當(dāng)R0(1)·R0(2)＝R9(1)·R9(2)＝0時(shí)，CP的下降沿計(jì)數(shù)。同功能的產(chǎn)品：74LS290、74HC290、74HCT29025可編輯ppt時(shí)鐘脈沖從CP1輸入，Q0作為輸出端，則構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

S1JC1RQ0Q2S1JC1≥1RQ1Q3&&1K1KS1JC1≥1R1KSC1R1K&1JR9(1)R9(2)CP1CP2R0(1)R0(2)時(shí)鐘脈沖從CP2輸入，Q3Q2Q1作為輸出端，則構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器CP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0Q1Q2

Q374LS290CPQ0CP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1

Q2Q374LS290CP

Q1

Q2

Q3

26可編輯ppt

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

S1JC1RQ0Q2S1JC1≥1RQ1Q3&&1K1KS1JC1≥1R1KSC1R1K&1JR9(1)R9(2)CP1CP2R0(1)R0(2)將Q0與CP2相連，時(shí)鐘脈沖從CP1輸入，Q3Q2Q1Q0作為輸出端，則構(gòu)成8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

CP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1Q2Q374LS290CPQ0

Q1

Q2

Q3如果將Q3與CP1相連，時(shí)鐘脈沖從CP2輸入，從高位到低位的輸出為Q0Q3Q2Q1，則構(gòu)成5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

27可編輯ppt2、用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器若選M進(jìn)制的計(jì)數(shù)器構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，則當(dāng)：M＞N可使用單片計(jì)數(shù)器，否則M<N,要用多片構(gòu)成。例：用74161構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 思路：74161有16個(gè)狀態(tài)，構(gòu)成9進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)必須設(shè)法跳過(guò)16－9＝7個(gè)狀態(tài)。（1）、反饋清零法CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD&××××7416111CPQDQCQBQA1001100000000001001001110110010101000011注意：同步清零和異步清零的區(qū)別?！菊轮攸c(diǎn)28可編輯ppt（2）、反饋置數(shù)法CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD17416111CP1QDQCQBQA100000000001001001110110010101000011注意：同步預(yù)置和異步預(yù)置的區(qū)別。a、從0000開(kāi)始計(jì)數(shù)a、從0111開(kāi)始計(jì)數(shù)CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD17416111CP11110QDQCQBQA11110111100010011110110111001011101029可編輯ppt2、用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器

例：用74HCT161構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器。因?yàn)镹＝256、M＝16，而16×16＝256，因此可使用兩片74HCT161構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方法一、并行進(jìn)位方式（低位的進(jìn)位信號(hào)作為高位的計(jì)數(shù)使能信號(hào)）CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD××××7416111CP11CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD××××7416111方法二、串行進(jìn)位方式（低位的進(jìn)位信號(hào)作為高位的計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)）M<N:用多片構(gòu)成30可編輯ppt思路：（2）乘數(shù)法

是由兩片集成計(jì)數(shù)器分別構(gòu)成N1進(jìn)制和N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖接N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出作為N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，兩個(gè)計(jì)數(shù)器一起即構(gòu)成了N2×N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一片構(gòu)成4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，直接用74LS290中的5進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即CP1接低電平，CP2接時(shí)鐘脈沖，由Q3Q2Q1輸出。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1=100時(shí)給出復(fù)位信號(hào)，所以?。篟0（1）=R0（2）=Q3。

31可編輯ppt第二片構(gòu)成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，先將74LS290接成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即CP2接Q0，CP1接計(jì)數(shù)輸入，Q3Q2Q1Q0輸出。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0110時(shí)給出復(fù)位信號(hào)，所以取：R0（1）=Q2、R0（2）=Q1。

最后將第二片的時(shí)鐘脈沖CP接第一片的輸出Q2，因?yàn)榈谝黄?jì)數(shù)由011變?yōu)?00時(shí)，Q2由1到0有一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，可使第二片翻轉(zhuǎn)，即構(gòu)成了4×6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

32可編輯ppt1CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD××××7416111CP111CETCEPCPCRABCDRCOPEQAQBQCQD××××74161111例：用74LS290構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS290是二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，用兩片74LS290可構(gòu)成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后利用異步反饋清零功能當(dāng)高位片計(jì)數(shù)到2（0010）低位片計(jì)數(shù)4（0100時(shí)），兩片計(jì)數(shù)器全部清零。思路：(1)整體反饋清零法

CP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1

Q2

Q374LS290CPCP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1

Q2

Q374LS290整體反饋清零法33可編輯ppt數(shù)字電子時(shí)鐘的計(jì)時(shí)、譯碼、顯示電路：CP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1

Q2

Q374LS290CPCP2CP1R9(1)R9(2)R0(1)R0(2)Q0

Q1

Q2

Q374LS290LTBI/RBORBI7448(1)ABCDabcdefgabcdefgBS2011LTBI/RBORBI7448(2)ABCDabcdefgabcdefgBS201134可編輯ppt例:用74HCTl61構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

采用6×10進(jìn)制，用同步置位法，設(shè)起始狀態(tài)為0000。第一片接成10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時(shí)給出置數(shù)信號(hào)，所以?。?；第二片接成6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到Q3Q2Q1Q0=0101時(shí)給出置數(shù)信號(hào)，所以可?。?/p>

。當(dāng)?shù)谝黄?001跳到0000時(shí)，第二片要翻轉(zhuǎn)一次，由于74HC161是上升沿翻轉(zhuǎn)，所以取CP2=Q3。最后得邏輯電路如圖所示。35可編輯ppt6.5.2、寄存器和移位寄存器功能：用來(lái)存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼的邏輯部件。1、用D觸發(fā)器構(gòu)成的寄存器（74LS175）74LS17512345678161514131211109VCC4Q

4Q

4D

3D

3Q

3Q

CP

RD1Q1Q1D

2D2Q2Q

GND1DRC11DRC11DRC11DRC111RDCP1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4Q1D2D3D4D36可編輯ppt74LS175的功能表輸入輸出RDCP1D2D3D4D1Q2Q3Q4QL×××××LLLLH

1D2D3D4D1D2D3D4DHH××××

保持HL××××二、移位寄存器功能：在移位脈沖的控制下，寄存器中的各位依次從左向右或從右向左移動(dòng)1位。37可編輯ppt1、用邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器R1DC1R1DC1R1DC1R1DC1FF0FF1FF2FF3DI串行輸入DO串行輸出Q0Q1Q2Q3并行輸出CPCR＊串入串出：＊串入并出＊清零CPQ0Q1Q2Q3000001D3

0002D2D3003D1D2D304D0D1D2D338可編輯pptR1DC1R1DC1R1DC1R1DC1FF0FF1FF2FF3DI串行輸入DO串行輸出Q0Q1Q2Q3并行輸出CPCRCPQ0Q1Q2Q3D012345110139可編輯ppt2、用主從J－K觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器R1K1JC1FF0FF1FF2FF3DI串行輸入DO串行輸出Q0Q1Q2Q3并行輸出R1K1JC1R1K1JC1R1K1JC11CPCR40可編輯ppt3、雙向移位寄存器基本思路：1DRC11DRC11DRC11DRC1FF3DOR串行輸出（右移）Q0Q1Q2Q3并行輸出11SDSL串行輸出（左移）DOLCPCR串行輸入左移FF0FF1FF2DSR1≥1&≥1&≥1&≥1&串行輸入右移S＝1：右移S＝0：左移用邊