數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第5章課件

第五章

時(shí)序邏輯電路5.1時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法5.2計(jì)數(shù)器5.3寄存器和讀/寫存儲(chǔ)器5.4順序脈沖發(fā)生器5.5可編程時(shí)序邏輯電路概述第五章時(shí)序邏輯電路5.1時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法1第五章時(shí)序邏輯電路(SequentialLogicCircuit)主要內(nèi)容：1.時(shí)序電路的特點(diǎn)、功能表示方法和分類2.時(shí)序電路的基本分析方法和設(shè)計(jì)方法3.常用的時(shí)序電路：計(jì)數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、

順序脈沖發(fā)生器和可編程時(shí)序邏輯電路。第五章時(shí)序邏輯電路主要內(nèi)容：1.時(shí)序電路的特點(diǎn)、2概述一、時(shí)序電路的特點(diǎn)1.定義任何時(shí)刻電路的輸出，不僅和該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還取決于電路原來(lái)的狀態(tài)。2.電路特點(diǎn)(1)與時(shí)間因素(CP)有關(guān)；(2)含有記憶性的元件(觸發(fā)器)。組合邏輯電路存儲(chǔ)電路…………x1…xiy1…yjw1wkq1ql輸入輸出概述一、時(shí)序電路的特點(diǎn)1.定義任何時(shí)刻電3二、時(shí)序電路邏輯功能表示方法1.邏輯表達(dá)式(1)輸出方程(3)狀態(tài)方程(2)驅(qū)動(dòng)方程2.狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖組合邏輯電路存儲(chǔ)電路…………x1…xiy1…yjw1wkq1qlx1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP二、時(shí)序電路邏輯功能表示方法1.邏輯表達(dá)式(1)輸出方程4三、時(shí)序邏輯電路分類1.按邏輯功能劃分：計(jì)數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、順序脈沖發(fā)生器等。2.按時(shí)鐘控制方式劃分：同步時(shí)序電路觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘CP，要更新?tīng)顟B(tài)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。異步時(shí)序電路電路中所有觸發(fā)器沒(méi)有共用一個(gè)CP。3.按輸出信號(hào)的特性劃分：Moore型:輸出只決定于電路的現(xiàn)態(tài)Mealy型：輸出與現(xiàn)態(tài)及輸入有關(guān)存儲(chǔ)電路Y(tn)輸出WQX(tn)輸入組合電路CPY(tn)輸出CPX(tn)輸入存儲(chǔ)電路組合電路組合電路三、時(shí)序邏輯電路分類1.按邏輯功能劃分：計(jì)數(shù)器、寄存器、讀55.1時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法5.1.1時(shí)序電路的基本分析方法1.分析步驟時(shí)序電路時(shí)鐘方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)表狀態(tài)圖時(shí)序圖CP觸發(fā)沿特性方程輸出方程狀態(tài)方程計(jì)算5.1時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法5.1.1時(shí)序電路62.分析舉例寫方程式時(shí)鐘方程輸出方程(同步)驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程(Moore型)[例5.1.1][解]畫出如下時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖1J1KC11J1KC11J1KC1&FF1FF0FF2CPY特性方程（CP↓有效）CP↓有效CP↓有效CP↓有效2.分析舉例寫方程式時(shí)鐘方程輸出方程(同步)驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方7計(jì)算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ2Q1Q0Y0123456

012000100110111111111010100010110110101畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001/1011/1111/1110/1100/1/0有效狀態(tài)和有效循環(huán)010101/1/1無(wú)效狀態(tài)和無(wú)效循環(huán)能否自啟動(dòng)?能自啟動(dòng)：存在無(wú)效狀態(tài)，但沒(méi)有形成循環(huán)。不能自啟動(dòng)：無(wú)效狀態(tài)形成循環(huán)。0001CP↓有效CP↓有效CP↓有效排列：∕Y計(jì)算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ2Q1Q0Y01234568方法2

利用卡諾圖求狀態(tài)圖11001100Q2n+1Q2nQ1nQ0n010001111001100110Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111000001111Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100011110001011111101000010110100排列：∕Y/1/1/1/1000001011111110100/0/1方法2利用卡諾圖求狀態(tài)圖11001100Q2n+19畫時(shí)序圖000001/1①011/1②111/1③110/1④100/1⑤/0⑥123456CPCP下降沿觸發(fā)Q2Q1Q0000001011111110100000Y排列：∕Y畫時(shí)序圖000001/1①011/1②111/1③110/110Mealy型[練習(xí)1]時(shí)鐘方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程[解]寫方程式畫出電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖（同步）CP↑有效特性方程CP↑有效CP↑有效CP↑有效Mealy型[練習(xí)1]時(shí)鐘方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程[解]1110110100Q2n+1SQ2nQ1nQ0n00011110010010010001111010101010Q1n+1SQ2nQ1nQ0n00011110101010000001111010011001Q0n+1SQ2nQ1nQ0n000111101001100100011110S=0Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100011110001010100011101110000111S=1Q1nQ0nQ2n0100011110001010100011101000000111Q2n+1Q1n+1Q0n+110110100Q2n+1SQ2nQ1nQ0n000112狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y2000000001111111100000101001110010111011100000101001110010111011100101001110010111011100000101001110010100011100000000000000000010000000000100011狀態(tài)圖000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00能自啟動(dòng)S/Y1Y21/11狀態(tài)輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+113000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00畫時(shí)序圖當(dāng)S=0時(shí)，每8個(gè)CP一個(gè)循環(huán)；當(dāng)S=1時(shí)，每6個(gè)CP一個(gè)循環(huán)。S/Y1Y2000001/00010/00011/001014[練習(xí)2]畫出如下異步時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖1DC11DC11DC1&FF1FF0FF2CP&[解]時(shí)鐘方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程(CP

有效)(Q0

有效)(CP

有效)寫方程式（異步）特性方程(CP

有效)[練習(xí)2]畫出如下異步時(shí)序電路的狀態(tài)圖和時(shí)序圖1DC11DC15現(xiàn)態(tài)次態(tài)注Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1時(shí)鐘條件000001010011100101110111求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CP2

CP0CP2

CP1

CP0CP2

CP0CP2

CP1

CP0CP2

CP0CP2

CP1

CP0CP2

CP0CP2

CP1

CP0101000000110011000010001(CP有效)(Q0有效)(CP有效)000001010

011100101110111能自啟動(dòng)排列：CP↑↑↑↑↑↑↑↑現(xiàn)態(tài)次態(tài)注Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1時(shí)16畫時(shí)序圖000001010

011

100不畫無(wú)效狀態(tài)12345CPQ0Q0Q1Q2排列：畫時(shí)序圖000001010011不畫175.1.2時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法1.設(shè)計(jì)的一般步驟時(shí)序邏輯問(wèn)題邏輯抽象狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）狀態(tài)化簡(jiǎn)最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）電路方程式（時(shí)鐘輸出狀態(tài)方程）求出驅(qū)動(dòng)方程選定觸發(fā)器的類型邏輯電路圖檢查能否自啟動(dòng)特性方程5.1.2時(shí)序電路的基本設(shè)計(jì)方法1.設(shè)計(jì)的一般步驟時(shí)序18Q2n+1Q1n+1Q0n+12.設(shè)計(jì)舉例按如下?tīng)顟B(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。000/0/0/0/0/0001010011100101/1[解]選用下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，若用同步方式,則時(shí)鐘方程：輸出方程0001111001Y000001（為方便，略去右上角n）狀態(tài)方程0001111001[例5.1.2]CP0=CP1=CP2=CP∕Y010011100101000××××××001010110××0100101Q2n+1Q1n+1Q0n+12.設(shè)計(jì)舉例按如下?tīng)顟B(tài)圖19驅(qū)動(dòng)方程約束項(xiàng)邏輯圖CP1KC1FF1&1JY1J1KC1FF01KC1FF2&1J1&檢查能否自啟動(dòng)：110111000能自啟動(dòng)/0/1輸出方程特性方程（CP↓有效）注意:檢查是否能自啟動(dòng),簡(jiǎn)便的方法是利用無(wú)效狀態(tài)分別代入轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程,看能否形成無(wú)效循環(huán).驅(qū)動(dòng)方程約束項(xiàng)邏輯圖CP1KC1FF1&1JY1J1KC1F201/1[例5.1.3]設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，要求：連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上數(shù)據(jù)時(shí)輸出為1，否則為0。[解]邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖S0—原始狀態(tài)(0)S1—輸入1個(gè)1S2—連續(xù)輸入2個(gè)1S3—連續(xù)輸入3個(gè)或3個(gè)以上1S0S1S2S3X—輸入數(shù)據(jù)Y—輸出信號(hào)0/01/00/01/00/00/01/1狀態(tài)化簡(jiǎn)S0S1S20/01/00/01/00/01/10/00/0X/Y1/1[例5.1.3]設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，要求：連21狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼、狀態(tài)圖S0S1S20/01/00/01/00/01/1M=3，取n=2S0

=00S1=01S2

=110001110/01/00/01/00/01/1選觸發(fā)器、寫方程式選JK()觸發(fā)器,同步方式輸出方程Q1nQ0nX0100011110Y000001狀態(tài)方程時(shí)鐘方程:CP0=CP1=CPQ1n+1Q0n+1000000011111××××000011××1X/Y狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼、狀態(tài)圖S0S1S20/01/00/01/22驅(qū)動(dòng)方程約束項(xiàng)&邏輯圖CPX1Y1J1KC1FF0Q0(Mealy型)無(wú)效狀態(tài)

10000010000/01111111/1能自啟動(dòng)Q11KC1FF1&1J注意:求驅(qū)動(dòng)方程時(shí),應(yīng)先轉(zhuǎn)換狀態(tài)方程,使之與特性方程的形式一致,再比較驅(qū)約束項(xiàng)&邏CPX1Y1J1KC1FF0Q0(Mealy型23[練習(xí)]按如下?tīng)顟B(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。000/00001010011100101/00/001/001/001101/001111/000/101/01P/Y1Y2[解]時(shí)鐘方程輸出方程0100PQ2nQ1nQ0n000111100000000000011110Y10000PQ2nQ1nQ0n000111100000010000011110Y2選用上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器[練習(xí)]按如下?tīng)顟B(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。000/0000101024000/00001010011100101/00/001/001/001101/001111/000/101/01狀態(tài)方程Q1nQ0n0

1

10

0

00

1

00

0

1PQ2n000111100

1

11

0

00

1

00

0

11

1

10

0

01

1

01

0

100011110Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0n0

1

10

0

00

1

00

0

1PQ2n000111100

1

11

0

00

1

00

0

11

1

10

0

01

1

01

0

100011110Q2n+1

Q0n+1Q0n+1Q1nQ0n0

1

10

0

00

1

00

0

1PQ2n000111100

1

11

0

00

1

00

0

11

1

10

0

01

1

01

0

100011110Q2n+1

Q1n+1Q0n+1Q1nQ0n0

1

10

0

00

1

00

0

1PQ2n000111100

1

11

0

00

1

00

0

11

1

10

0

01

1

01

0

100011110Q2n+1

Q2n+1Q0n+1驅(qū)動(dòng)方程=

D0=

D1=

D2000/00001010011100101/00/0025邏輯圖檢查能否自啟動(dòng)(能，過(guò)程略)邏輯圖檢查能否自啟動(dòng)(能，過(guò)程略)265.2計(jì)數(shù)器(Counter)5.2.1計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)和分類一、計(jì)數(shù)器的功能及應(yīng)用1.功能：對(duì)時(shí)鐘脈沖CP計(jì)數(shù)。2.應(yīng)用：分頻、定時(shí)、進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。二、計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)1.輸入信號(hào)：計(jì)數(shù)脈沖CPMoore型2.主要組成單元：時(shí)鐘觸發(fā)器5.2計(jì)數(shù)器(Counter)5.2.1計(jì)數(shù)器的特27三、計(jì)數(shù)器的分類按數(shù)制分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制(任意進(jìn)制)計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)方式分：加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)(Up-DownCounter)按時(shí)鐘控制分：同步計(jì)數(shù)器(Synchronous)異步計(jì)數(shù)器(Asynchronous)按開(kāi)關(guān)元件分：TTL計(jì)數(shù)器CMOS計(jì)數(shù)器三、計(jì)數(shù)器的分類按數(shù)制分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)加法計(jì)數(shù)器按時(shí)285.2.2二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)容量、長(zhǎng)度或模的概念計(jì)數(shù)器能夠記憶輸入脈沖的數(shù)目，即電路的有效狀態(tài)數(shù)M，叫做計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量、長(zhǎng)度或模。3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：00001111/14位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：000111/1n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器：5.2.2二進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)容量、長(zhǎng)度或模的概念29一、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(一)二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)（3位）1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖每來(lái)一個(gè)CP，計(jì)數(shù)輸出增加1，計(jì)滿時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)C=Q2Q1Q0，（此時(shí)高位計(jì)數(shù)器Q3的輸出仍為0，即未產(chǎn)生計(jì)數(shù)輸出）再來(lái)一個(gè)CP，計(jì)數(shù)器歸零的同時(shí)使高位計(jì)數(shù)器Q3在C的作用下，產(chǎn)生高位計(jì)數(shù)輸出，即Q3由0變?yōu)?.3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計(jì)數(shù)輸出Q3高位計(jì)數(shù)器000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/C一、二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(一)二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)302.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個(gè)CP↓觸發(fā)的邊沿JKFF因?yàn)橥?，所以時(shí)鐘方程由狀態(tài)圖得輸出方程Q1nQ0nQ2n0100011110001010100011101110000111Q2n+1Q1n+1Q0n+1000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/C由狀態(tài)圖得卡諾圖10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100011110分解該卡諾圖得2.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個(gè)CP↓觸3110110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n010001111010101010Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110由卡諾圖得狀態(tài)方程3.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n01000324.畫邏輯圖CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2串行進(jìn)位觸發(fā)器負(fù)載均勻CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&&CQ0Q1Q2Q0Q1Q2并行進(jìn)位低位觸發(fā)器負(fù)載重4.畫邏輯圖CP1J1KC1FF011J1KC1FF1133設(shè)計(jì)方法二：按計(jì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行級(jí)聯(lián)

CPQ2Q1Q0C012345678000001010011100101110111000000000010C=Q2n

Q1n

Q0n來(lái)一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次J0=K0=1當(dāng)Q0=1，CP到來(lái)即翻轉(zhuǎn)J1=K1=Q0當(dāng)Q1Q0=1，CP到來(lái)即翻轉(zhuǎn)J2=K2=Q1Q0=T0=T1=T2設(shè)計(jì)方法二：按計(jì)數(shù)規(guī)律進(jìn)行級(jí)聯(lián)CPQ2Q1Q0CC=346、

n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)規(guī)律：5、用T’型觸發(fā)器構(gòu)成的邏輯電路圖CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&CQ0Q1Q2Q0Q1Q21&1&6、n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)規(guī)律：5、用T’型觸35(二)二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖Q2Q1Q0B借位計(jì)數(shù)輸出Q3高位計(jì)數(shù)器每來(lái)一個(gè)CP，計(jì)數(shù)輸出減少1，減完時(shí)（即Q2Q1Q0=000），產(chǎn)生借位信號(hào)，（此時(shí)高位計(jì)數(shù)器Q3的輸出仍為1，即未產(chǎn)生計(jì)數(shù)輸出）再來(lái)一個(gè)CP，計(jì)數(shù)器的輸出Q2Q1Q0由000→111的同時(shí)使高位計(jì)數(shù)器Q3在B的作用下，產(chǎn)生高位計(jì)數(shù)輸出，即Q3由1變?yōu)?.

B=Q2n

Q1n

Q0n000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/B(二)二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)36000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/B2.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個(gè)CP↓觸發(fā)的邊沿JKFF因?yàn)橥剑詴r(shí)鐘方程由狀態(tài)圖得輸出方程

B=Q2n

Q1n

Q0n由狀態(tài)圖得卡諾圖Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100011110111000010001011100110101分解該卡諾圖得11100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100011110000／0001／0010／0011／0100／0101／03711100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n010001111001010101Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110由卡諾圖得狀態(tài)方程3.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程11100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n01000384.畫邏輯圖

B=Q2n

Q1n

Q0nCP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF2&&BQ0Q1Q2Q0Q1Q24.畫邏輯圖B=Q2nQ1nQ0nCP1J139B=Q2n

Q1n

Q0nBorrow若用T觸發(fā)器：設(shè)計(jì)方法2：CPQ2Q1Q0B0123456700011111010110001101000110000000—向高位發(fā)出的借位信號(hào)T0=1T1=Q0nT2=Q1n

Q0n級(jí)聯(lián)規(guī)律：CP1J1KC1FF011J1KC1FF11J1KC1FF1&&BQ0Q1Q2Q0Q1Q2B=Q2nQ1nQ0nBorrow若用T觸發(fā)器：40(三)二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器單時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器加/減控制端加計(jì)數(shù)T0=

1、T1=

Q0n、

T2

=Q1nQ0n減計(jì)數(shù)T0=1、T1=Q0n、

T2=Q1nQ0nCPQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF2Q2Q11J1KC1FF1Q1U

/

D&&1&1&1C/B每來(lái)1個(gè)CP翻轉(zhuǎn)1次CP和Q0同時(shí)具備才翻轉(zhuǎn)CP和Q1Q0同時(shí)具備才翻轉(zhuǎn)(三)二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器單時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器41雙時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)脈沖減計(jì)數(shù)脈沖CP0=CPU+CPDCP1=CPU·Q0n

+CPD·Q0nCP2=

CPU·Q1n

Q0n

+CPD·Q1n

Q0nCPU和CPD互相排斥CPU

=CP，CPD=0CPD=CP，CPU=0CPUQ01J1KC1FF01Q0Q21J1KC1FF21Q2Q11J1KC1FF11Q11&1&1CPD雙時(shí)鐘輸入二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)脈沖減計(jì)數(shù)脈沖CP0=42(四)集成二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器1.集成4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器1234567816151413121110974161(3)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCR

CP

D0

D1D2D3

CTP地引腳排列圖邏輯功能示意圖74161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPCR

D0

D1D2D3000000110011CR=0Q3Q0=0000同步并行置數(shù)CR=1，LD=0，CP異步清零Q3Q0=D3D01)74LS161和74LS163(四)集成二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器1.集成4位二進(jìn)制同步加4374161的狀態(tài)表

輸入

輸出

注CRLDCTP

CTTCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1CO010

d3

d2

d1d0

111111011000000d3

d2

d1

d0

計(jì)數(shù)

保持

保

持

0清零置數(shù)CR

=

1,LD

=

1,CP，CTP=CTT=

1二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)CTPCTT=0CR

=

1，LD=

1，保持若CTT=0CO=0若CTT=174163異步清零同步清零74161的狀態(tài)表輸入輸442)

CC4520VDD2CR

2Q32Q22Q12Q02EN

2CP1CP1EN1Q0

1Q1

1Q2

1Q31CRVSS12345678161514131211109CC4520CC4520Q0Q1Q2Q3ENCPCR使能端也可作計(jì)數(shù)脈沖輸入計(jì)數(shù)脈沖輸入也可作使能端異步清零輸入

輸出CRENCPQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+110100

00010000加計(jì)數(shù)加計(jì)數(shù)

保持保

持

2)CC4520VDD2CR2Q32Q22Q1452.集成4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器1)74191（單時(shí)鐘）74191Q0Q1Q2Q3U/DLDCO/BOCPCTD0

D1D2D3RC加計(jì)數(shù)時(shí)CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0n并行異步置數(shù)減計(jì)數(shù)時(shí)CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0n1234567816151413121110974191D1

Q1

Q0

CT

U/D

Q2Q3

地VCCD0CPRC

CO/BOLDD2D3LDCTU/DCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+10d3

d2

d1d0

10010111d3

d2

d1

d0加法計(jì)數(shù)

減法計(jì)數(shù)保持

CT

=

1,CO/BO

=

1時(shí)，2.集成4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器1)74191（單時(shí)461234567816151413121110974193D1

Q1

Q0

CPDCPUQ2Q3

地VCCD0CRBOCO

LDD2D32)74193(雙時(shí)鐘)CO74193Q0Q1Q2Q3LDCPUCRD0

D1D2D3BOCPDCRLDCPU

CPDD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1注100d3

d2

d1d0

01101101110000d3

d2

d1

d0

加法計(jì)數(shù)

減法計(jì)數(shù)

保持異步清零異步置數(shù)BO=CO=11234547二、二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器(一)二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計(jì)數(shù)輸出Q3高位計(jì)數(shù)器000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/C2.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個(gè)CP↓觸發(fā)的邊沿JKFF求時(shí)鐘方程先畫時(shí)序圖，由狀態(tài)圖，可畫出時(shí)序圖：CPQ0Q1Q2由時(shí)序圖可知，應(yīng)選：CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1二、二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器(一)二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器(3位)148由狀態(tài)圖，得輸出方程由狀態(tài)圖得卡諾圖Q1nQ0nQ2n0100011110001010100011101110000111Q2n+1Q1n+1Q0n+1000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/C分解該卡諾圖得10110100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100011110××××××10101010Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110CPQ0Q1Q2

因?yàn)檫xCP↓觸發(fā)的邊沿JKFF，CP2=Q1，由時(shí)序圖可知，Q1↓時(shí)，Q2n

Q1n

Q0n只有011及111兩個(gè)現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)，故其它狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)為約束項(xiàng)，故Q2n+1的卡諾圖應(yīng)改為，同理，CP1=Q0,Q0↓時(shí)Q2n

Q1n

Q0n只有001，011，101，111四個(gè)現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)，故Q1n+1的卡諾圖應(yīng)改為××××由卡諾圖得狀態(tài)方程（Q1↓有效）（Q0↓有效）（CP↓有效）由狀態(tài)圖，得輸出方程由狀態(tài)圖得卡諾圖Q1nQ0nQ2n010493.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程C=Q2n

Q1n

Q0n4.畫邏輯圖1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21CCP&3.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程C=Q50用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器CPQ0Q1Q2CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1用T

觸發(fā)器(J

=

K=

1)下降沿觸發(fā)C=Q2n

Q1n

Q0n1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21CCP&并行進(jìn)位若采用上升沿觸發(fā)的T觸發(fā)器CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器CPQ0Q1Q2CP051D

觸發(fā)器構(gòu)成的T

觸發(fā)器(D=Qn

)，——下降沿觸發(fā)若改用上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器？Q0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0CQ0Q1CPFF1FF2C11DC11DQ2FF0C11DQ1Q2&Q0CD觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器(D=Qn)，若改用52(二)二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖3位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖Q2Q1Q0B借位計(jì)數(shù)輸出Q3高位計(jì)數(shù)器000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/B2.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選3個(gè)CP↓觸發(fā)的邊沿JKFF求時(shí)鐘方程先畫時(shí)序圖，由狀態(tài)圖，可畫出時(shí)序圖：Q2CPQ0Q1由時(shí)序圖可知，應(yīng)選：CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1(二)二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器(3位)1.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖353由狀態(tài)圖得輸出方程

B=Q2n

Q1n

Q0n000／0001／0010／0011／0100／0101／0110／0111／1/B由狀態(tài)圖得卡諾圖Q1nQ0nQ2n0100011110111000010001011100110101Q2n+1Q1n+1Q0n+1分解該卡諾圖得11100001Q2n+1Q2nQ1nQ0n010001111001010101Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111010011001Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110

因?yàn)檫xCP↓觸發(fā)的邊沿JKFF，CP2=Q1，由時(shí)序圖可知，Q1↓即

Q1↑時(shí)，Q2n

Q1n

Q0n只有000及100兩個(gè)現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)，故其它狀態(tài)對(duì)應(yīng)的最小項(xiàng)為約束項(xiàng)，故Q2n+1的卡諾圖應(yīng)改為，同理，CP1=Q0,Q0↓即Q0↑時(shí)Q2n

Q1n

Q0n只有000，110，100，010四個(gè)現(xiàn)態(tài)，而其它狀態(tài)不會(huì)出現(xiàn)，故Q1n+1的卡諾圖應(yīng)改為Q2CPQ0Q1××××××××××由卡諾圖得狀態(tài)方程（Q1↓有效）（Q0↓有效）（CP↓有效）由狀態(tài)圖得輸出方程B=Q2nQ1nQ0n000／543.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程B

=

Q2n

Q1n

Q0n4.畫邏輯圖1Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&3.求驅(qū)動(dòng)方程因JKFF的特性方程為所以驅(qū)動(dòng)方程B=Q55CPQ2Q1Q0012345678000111110101100011010001000用T

觸發(fā)器(J

=

K=

1)上升沿觸發(fā)CP0=CPCP1=Q0CP2=Q1B

=

Q2n

Q1n

Q0n二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器級(jí)間連接規(guī)律計(jì)數(shù)規(guī)律T觸發(fā)器的觸發(fā)沿上升沿下降沿加法計(jì)數(shù)CPi=Qi-1CPi

=Qi-1減法計(jì)數(shù)CPi=Qi-1CPi=Qi-11Q01J1KC1FF0Q0Q11J1KC1FF1Q11Q21J1KC1FF2Q21BCP&用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器CPQ2Q1Q0000011111056123456714131211109874197CT/LDQ2D2D0

Q0

CP1地VCCCRQ3D3D1Q1CP074197Q0Q1Q2Q3CRCP1D0

D1D2D3CP0CT/LD(三)集成二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74197、74LS197計(jì)數(shù)/置數(shù)異步清零異步置數(shù)加法計(jì)數(shù)二—八—十六進(jìn)制計(jì)數(shù)1234557二-八-十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)M=2計(jì)數(shù)輸出：M=8計(jì)數(shù)輸出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M=16計(jì)數(shù)輸出：其它：74177、74LS177、74293、74LS293等。二-八-十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)M=2計(jì)數(shù)輸出：M=8計(jì)585.2.3十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（8421BCD碼）一、十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器(一)十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器00000001/00010/00011/00100/00101/00110/0011110001001/0/0/0/11.結(jié)構(gòu)框圖和狀態(tài)圖時(shí)鐘方程輸出方程00000000Q3nQ2nQ1nQ0n0001111010

00011110C十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP計(jì)數(shù)脈沖Q2Q1Q0C進(jìn)位計(jì)數(shù)輸出Q4高位計(jì)數(shù)器Q3（個(gè)位）（十位）/C2.選擇觸發(fā)器，求時(shí)鐘方程、輸出方程、狀態(tài)方程選4個(gè)CP↓觸發(fā)的邊沿JKFF5.2.3十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（8421BCD碼）一、十進(jìn)制同59Q1nQ0nQ3nQ2n0001111000011110Q3n+1Q2n+1Q1n+1

Q0n+1

0

0

0

10

1

0

11

0

0

10

0

0

00

0

1

00

1

1

00

1

0

01

0

0

00

0

1

10

1

1

1

狀態(tài)方程邏輯圖CP1KC1FF2&1JC1J1KC1FF01KC1FF3&1J1&Q1Q01KC1FF1&1J&Q2Q3Q3Q1nQ0nQ3nQ2n0001111000011110Q3n+1Q2n+1

Q1n+1

Q0n+1

0

0

0

10

1

0

11

0

0

10

0

0

00

0

1

00

1

1

00

1

0

01

0

0

00

0

1

10

1

1

1

驅(qū)動(dòng)方程J0=K0=1,J1=Q3nQ0n,K1=Q0J2=K2=Q1nQ0nJ3=Q2nQ1nQ0n

,

K3=Q0n

檢查能否自啟動(dòng)將無(wú)效狀態(tài)10101111代入狀態(tài)方程：101010110100111011110000110011010100能自啟動(dòng)Q1nQ0nQ3nQ2n0060(二)十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器00001001/11000/00111/00110/00101/00100/0001100100001/0/0/0/0(略)(三)十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器(略)(二)十進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器00001001/11000/061(四)集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74160、741621234567816151413121110974160(2)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCR

CP

D0

D1D2D3

CTP地(引腳排列與74161相同)異步清零功能：(74162同步清零)同步置數(shù)功能：同步計(jì)數(shù)功能：保持功能：進(jìn)位信號(hào)保持進(jìn)位輸出低電平1.集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器(四)集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74160、741621622.集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器(1)74190(單時(shí)鐘，引腳與74191相同)異步并行置數(shù)功能：同步可逆計(jì)數(shù)功能：加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)保持功能：1234567816151413121110974190D1

Q1

Q0

CT

U/D

Q2Q3

地VCCD0CPRCCO/BOLDD2D32.集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器(1)74190(單時(shí)鐘63(2)74192(雙時(shí)鐘，引腳與74193相同)1234567816151413121110974192D1

Q1

Q0

CPDCPUQ2Q3

地VCCD0CRBOCO

LDD2D3異步清零功能：異步置數(shù)功能：同步可逆計(jì)數(shù)功能：加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)保持功能(2)74192(雙時(shí)鐘，引腳與74193相同)164123456714131211109874290S9AS9BQ2Q1地VCCR0BR0ACP1CP0Q0

Q3二*、十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器(三)集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器（74290）異步清零功能S9AS9BQ0Q1Q2Q3R0BR0AM1=2M1=5CP0CP1110000異步置“9”功能111001異步計(jì)數(shù)功能M=

2M

=

5M

=

10CPCPCPCP12345655.2.2N進(jìn)制計(jì)數(shù)器方法用觸發(fā)器和門電路設(shè)計(jì)用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成清零端置數(shù)端(同步、異步)5.2.2N進(jìn)制計(jì)數(shù)器方法用觸發(fā)器和門電路設(shè)計(jì)用集成計(jì)66一、利用同步清零或置數(shù)端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)思路：當(dāng)M進(jìn)制計(jì)數(shù)器從S0計(jì)到SN

–1后使計(jì)數(shù)器回到S0狀態(tài)2.求歸零邏輯表達(dá)式；1.寫出狀態(tài)SN

–1的二進(jìn)制代碼；3.畫連線圖。步驟：[例]用四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：1.=10112.歸零表達(dá)式：3.連線圖74163Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CR1&4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，同步清零，同步置數(shù)。見(jiàn)P307表5.2.2一、利用同步清零或置數(shù)端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)思路：當(dāng)M進(jìn)67二、利用異步清零或置數(shù)端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)到SN

時(shí)，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號(hào)，使計(jì)數(shù)器返回S0狀態(tài)。（SN態(tài)瞬間即逝）思路：步驟：1.寫出狀態(tài)SN

的二進(jìn)制代碼；2.求歸零邏輯表達(dá)式；3.畫連線圖。[例]用2-8-16進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74197構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74197Q0Q1Q2Q3CP0D0D1D2D3CRCPCP1LDCT/&狀態(tài)S12的作用：產(chǎn)生歸零信號(hào)4位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器，異步清零，異步置數(shù)。見(jiàn)P317表5.2.7二、利用異步清零或置數(shù)端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)到SN6874161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CR1&174161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CR1&1[例]用74161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，異步清零，同步置數(shù)。見(jiàn)P305表5.2.1解：=1011=110074161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCT69二、五、十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器，異步清零，異步置數(shù)。見(jiàn)P332~333三計(jì)數(shù)器容量的擴(kuò)展1.集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)74161(1)Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CRQ4Q5Q6Q774161(0)Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CRQ0Q1Q2Q3CP11111CO016

16

=

25674290(個(gè)位)Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1CP74290(十位)Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q312481020408010

10

=

1004位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，異步清零，同步置數(shù)。見(jiàn)P305表5.2.1二、五、十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器，異步清零，異步置數(shù)。見(jiàn)P332702.利用級(jí)聯(lián)獲得大容量N進(jìn)制計(jì)數(shù)器1)級(jí)聯(lián)N1和N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，容量擴(kuò)展為N1N2N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器CP進(jìn)位CCP[例]用74290構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器74290（個(gè)位）Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1CP74290(十位）Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3N1=10N2

=

6異步清零個(gè)位芯片逢十進(jìn)一60=106=N1N2=N2.利用級(jí)聯(lián)獲得大容量N進(jìn)制計(jì)數(shù)器1)級(jí)聯(lián)N1712)用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器[例]

試分別用74161和74162接成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ4Q5Q6Q774161(0)Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ0Q1Q2Q3CP111CO074161(1)用SN

產(chǎn)生異步清零信號(hào)：用

SN–1產(chǎn)生同步置數(shù)信號(hào)：&11&先用兩片74161構(gòu)成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步清零，同步置數(shù)16進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器2)用歸零法或置數(shù)法獲得大容量的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器[例]試7274162—同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。再用歸零法將M=

100改為N=60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即用SN–1產(chǎn)生同步清零、置數(shù)信號(hào)。先用兩片74162構(gòu)成1010進(jìn)制計(jì)數(shù)器，Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ4Q5Q6Q774162(個(gè))Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ0Q1Q2Q3CP111CO074162(十)11&1159同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74162—同步清零，同步置數(shù)10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。再用歸731.同步清零(或置數(shù))端計(jì)數(shù)終值為SN–1

異步清零(或置數(shù))端計(jì)數(shù)終值為SN2.用集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器擴(kuò)展容量后，終值SN(或SN–1)是二進(jìn)制代碼；用集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器擴(kuò)展容量后，終值SN

(或SN–1)的代碼由個(gè)位、十位、百位的十進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的BCD代碼構(gòu)成。注意1.同步清零(或置數(shù))端計(jì)數(shù)終值為SN–12.用集成741.集成4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPCR

D0

D1D2D3CR=0Q3Q0=0000同步并行置數(shù)CR=1，LD=0，CP異步清零Q3Q0=D3D01)74LS161和74LS163集成計(jì)數(shù)器匯總：1.集成4位二進(jìn)制同