數(shù)字電路課件第5章時序邏輯電路

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院1第5章時序邏輯電路5.1時序邏輯電路的特點和表示方法5.2時序電路的分析方法5.3寄存器5.4計數(shù)器5.5順序脈沖發(fā)生器5.6時序電路的設(shè)計方法2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院25.1時序邏輯電路的特點邏輯功能上的特點(時序電路定義)任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且和電路原來狀態(tài)有關(guān)。

結(jié)構(gòu)上的特點

電路中包含存儲元件─通常由觸發(fā)器構(gòu)成。存儲元件的輸出和電路輸入間存在著反饋連接，這是時序電路區(qū)別于組合電路的重要特點之一。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院3時序邏輯電路的框圖表示tn和tn+1：兩個相鄰的離散時間。現(xiàn)在的輸入信號現(xiàn)在的輸出信號存儲電路現(xiàn)在的輸入信號存儲電路現(xiàn)在的輸出信號F(tn

)=W[X(tn

),Q(tn

)]

(5-1)輸出方程Z(tn)=H[X(tn),Q(tn)](5-3)驅(qū)動方程

Q(tn+1

)=G[Z(tn),Q(tn)](5-2)狀態(tài)方程2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院4時序電路分類

按觸發(fā)方式分兩類同步時序電路：所有觸發(fā)器共用一個時鐘信號，即所有觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在同一時刻異步時序電路：觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換不一定發(fā)生在同一時刻。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院5時序電路分類

按輸出方式分兩類米里型：時序電路的輸出狀態(tài)與輸入和現(xiàn)態(tài)有關(guān)的電路稱為米里型莫爾型：輸出狀態(tài)只與現(xiàn)態(tài)有關(guān)的電路，稱為莫爾型。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院6時序電路的邏輯功能表示法邏輯方程式F(tn

)=W[X(tn

),Q(tn

)]

(5-1)輸出方程Z(tn)=H[X(tn),Q(tn)](5-3)驅(qū)動方程

Q(tn+1

)=G[Z(tn),Q(tn)](5-2)狀態(tài)方程2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院7時序電路的邏輯功能表示法狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)圖、時序圖(工作波形圖)時序電路的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)，是由構(gòu)成該時序電路的存儲電路（一般由觸發(fā)器組成）的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)分別表示的，那么就可以用分析觸發(fā)器的有關(guān)方法，列出時序電路的狀態(tài)表，畫出時序電路的卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖。以上四種表示方法從不同側(cè)面突出了時序電路的邏輯功能，它們本質(zhì)上是相通的，可相互轉(zhuǎn)換。在實際中根據(jù)需要選用。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院85.2時序電路的分析方法分析一個時序電路，就是要找出給定時序電路的邏輯功能。對具體電路而言，就是通過分析找出電路的狀態(tài)和電路的輸出在輸入信號和時鐘信號作用下的變化規(guī)律。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院9①分析電路組成，寫邏輯方程式根據(jù)給定電路，寫出：時鐘方程、驅(qū)動方程、輸出方程分析步驟②求狀態(tài)方程將驅(qū)動方程代入觸發(fā)器特性方程，求出狀態(tài)方程。將任何一組輸入變量及電路的初始狀態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可計算出電路的次態(tài)值和相應(yīng)輸出值，然后繼續(xù)這個過程，直到考慮了所有可能的狀態(tài)為止。將這些計算結(jié)果列成真值表的形式，就得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。④概括邏輯功能③進行計算和列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院10分析過程示意圖如下

給定電路寫時鐘方程輸出方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程特性方程計算CP觸發(fā)沿狀態(tài)表時序圖狀態(tài)圖概括邏輯功能2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院11例5-1試分析圖5-2所示時序電路的邏輯功能。⑴根據(jù)圖5-2所示邏輯圖寫出：

輸出方程時鐘方程：CP1=CP2=CP3=CP驅(qū)動方程：J1=1K1=12023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院12例5-1J1=1K1=1⑵將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程中求得狀態(tài)方程：2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院13例5-1求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，畫波形圖。設(shè)電路的初始狀態(tài)將這一結(jié)果作為新的初始狀態(tài)，再代入狀態(tài)方程和輸出方程…。將結(jié)果添入表中得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。000000000002023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院14表5-2是狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。01111000110111000001001010011100101000000001010011100101123456FCP順序表5-2例5-1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表例5-12023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院15由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表很容易畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖例5-1Q1Q2Q3F圖5-7例5-1的波形圖CP12345671000110該電路是一個六進制計數(shù)器。有效狀態(tài)無效狀態(tài)有效循環(huán)自啟動000001010011100101Q3Q2Q11101112023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院16例5-2試分析圖5-5所示時序電路的邏輯功能。解：⑴根據(jù)圖5-5寫出：驅(qū)動方程時鐘方程

CP1=CP2=CP

輸出方程

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院17例5-2⑶根據(jù)以上方程計算得狀態(tài)表。驅(qū)動方程輸出方程

中求得狀態(tài)方程：⑵將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院18例5-2

表5-3例5-2的狀態(tài)表X

000000010000000001101111000001010011100101110111F⑷確定邏輯功能：X=0，回到00狀態(tài)，且F=0；只有連續(xù)輸入四個或四個以上個1時，才使F=1否則F=0。故該電路稱作1111序列檢測器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院19例5-3試分析圖5-7所示時序電路的邏輯功能。解：圖5-7所示電路為異步時序電路。根據(jù)電路寫出：時鐘方程：

CP1=CP3=CP↓CP2=Q1↓輸出方程：

K1=1J2=K2=1

K3=1驅(qū)動方程：2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院20CP下降沿到來時方程有效

Q1下降沿到來時方程有效CP下降沿到來時方程有效根據(jù)驅(qū)動方程寫出狀態(tài)方程：例5-3

K1=1J2=K2=1K3=1分析異步時序電路時，只有確定狀態(tài)方程有效，才可以將電路的初始狀態(tài)和輸入變量取值代入狀態(tài)方程。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院21⑵列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表5-4例5-3狀態(tài)轉(zhuǎn)換表↓↓↓↓↓↓↓↓111010010000101110111↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓0000100101001110000000000101001110012345CP3CP2

CP1FCP順序CP↓

Q1↓CP↓例5-32023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院22CPQ1Q2Q3圖5-9例5-3的波形圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5-8所示。例5-3由分析可知，此例是異步五進制計數(shù)器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院235.3寄存器在數(shù)字系統(tǒng)和計算機中，經(jīng)常要把一些數(shù)據(jù)信息暫時存放起來，等待處理。寄存器就是能暫時寄存數(shù)碼的邏輯器件。寄存器內(nèi)部的記憶單元是觸發(fā)器。一個觸發(fā)器可以存儲一位二進制數(shù)，N個觸發(fā)器就可以存儲N位二進制數(shù)。主要數(shù)碼寄存器、鎖存器及移位寄存器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院24作用電子數(shù)字計算機：存放參與運算的數(shù)據(jù)、結(jié)果、指令、地址等。各類數(shù)字系統(tǒng)：存放數(shù)據(jù)、特定意義的代碼功能接收數(shù)碼存放數(shù)碼

輸出數(shù)碼

組成觸發(fā)器

門電路

時序邏輯電路分類數(shù)碼寄存器：用來存放一組二進制代碼。移位寄存器：在移位脈沖作用下，二進制代碼左移或右移。寄存器的作用、功能、分類及組成2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院25數(shù)碼寄存器具有存儲二進制代碼，并可輸出所存二進制代碼的功能。具有雙拍和單拍兩種工作方式。雙拍工作方式是指接收數(shù)碼時，先清零，再接收數(shù)碼。單拍工作方式是指只需一個接收脈沖就可以完成接收數(shù)碼的工作方式。集成數(shù)碼寄存器幾乎都采用單拍工作方式。數(shù)碼寄存器要求所存的代碼與輸入代碼相同，故由D觸發(fā)器構(gòu)成。

⒈數(shù)碼寄存器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院26圖5-10為四位上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器74LS175的邏輯圖。在時鐘脈沖CP上升沿到來時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入-并行輸出。

⒈數(shù)碼寄存器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院27⒉鎖存器鎖存器有如下特點：鎖存信號沒到來時，鎖存器的輸出狀態(tài)隨輸入信號變化而變化(相當于輸出直接接到輸入端，即所謂“透明”），當鎖存信號到達時，鎖存器輸出狀態(tài)保持鎖存信號跳變時的狀態(tài)。如圖為一位D鎖存器的邏輯圖。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院28D=0時，Q=0；CP由1變0時，由于CP=0，將D和信號封鎖住,基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)不變，實現(xiàn)了鎖存功能。當CP=1時，兩個與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器：若D=l，得⒉鎖存器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院29當CP由0變1時，即鎖存信號到達時，Q的狀態(tài)被鎖存。如圖為八位D鎖存器74LS373的邏輯圖。三態(tài)輸出。而E=1時，輸出為高組態(tài)。在CP=l，E=0時，Q=D。⒉鎖存器只有輸出使能信號E=0時，才有信號輸出；2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院30⒉鎖存器圖5-12八位D鎖存器引腳圖2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院31⒊移位寄存器移位寄存器不僅可以存儲代碼，還可以將代碼移位。⑴四位右移移位寄存器的原理：各觸發(fā)器的次態(tài)方程為：四個脈沖過去之后，移位寄存器的波形圖如圖示：可用于：數(shù)據(jù)的串行-并行轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的并行-串行轉(zhuǎn)換。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院32⑵四位雙向移位寄存器74194的邏輯圖

清零保持右移左移送數(shù)××0001101101111工作狀態(tài)S1

S0表5-474194的工作狀態(tài)表2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院3374194的外引腳排列圖2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院34例5-4試分析圖5-17所示電路的邏輯功能。解：兩片74194組成八位右移移位寄存器。并行輸入數(shù)據(jù)為0N1N2N3N4N5N6N7，右移串行輸入數(shù)據(jù)為SR=1。0N1N2N3N4N5N6N710S1S0=01→右移N7N6N5N4N3N2N10001S1S0=11→送數(shù)10N1N2N3N4N5N6110N1N2N3N4N511

10

N1N2N3N41111

0N1N2N31111

10N1N21111

110N1111111101啟動命令ST=0使S1S0=11→送數(shù)。交互2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院355.4計數(shù)器計數(shù)：具有記憶輸入脈沖個數(shù)的作用稱為計數(shù)。計數(shù)器：具有記憶輸入脈沖個數(shù)功能的電路稱為計數(shù)器。用途：計數(shù)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。主要用于計數(shù)、定時、分頻和進行數(shù)字計算等。如各種數(shù)字儀表（萬用表、測溫表），各種數(shù)字表、鐘等。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院36⒈計數(shù)器的分類按照各個觸發(fā)器狀態(tài)更新情況的不同可分為：同步計數(shù)器：各觸發(fā)器受同一時鐘脈沖─輸入計數(shù)脈沖控制，同步更新狀態(tài)。異步計數(shù)器：有的觸發(fā)器受計數(shù)脈沖控制，有的是以其它觸發(fā)器輸出為時鐘脈沖，狀態(tài)更新有先有后。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院37⒈計數(shù)器的分類按照計數(shù)長度(計數(shù)容量)的不同分為：N進制：N為≥2的自然數(shù)，N叫做計數(shù)器的容量或計數(shù)長度。對于計數(shù)器的一位而言，電路有N個狀態(tài)，該計數(shù)器就為N進制計數(shù)器。例如八進制計數(shù)器電路，一位八進制計數(shù)器應(yīng)有八個狀態(tài)，二位八進制計數(shù)器應(yīng)有六十四個狀態(tài)。n位八進制計數(shù)器應(yīng)有8n個狀態(tài)。二進制：N進制的特例。此時，N=2，對于n位二進制計數(shù)器，共有2n(2、4、8、16、32...)個狀態(tài)。十進制：N進制的特例。此時，N=10。一位十進制計數(shù)器應(yīng)有十個狀態(tài)，二位十進制計數(shù)器應(yīng)有一百個狀態(tài)。n位十進制計數(shù)器應(yīng)有10n個狀態(tài)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院38⒈計數(shù)器的分類按照計數(shù)器數(shù)值增減情況不同分為：加法計數(shù)器：隨計數(shù)脈沖的輸入遞增計數(shù)。減法計數(shù)器：隨計數(shù)脈沖的輸入遞減計數(shù)。可逆計數(shù)器：隨計數(shù)脈沖的輸入可增可減地計數(shù)。目前，集成計數(shù)器的種類很多，無需用戶用觸發(fā)器組成計數(shù)器，因此本節(jié)主要介紹集成計數(shù)器。

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院39⒉集成計數(shù)器⑴二進制計數(shù)器⑵8421編碼十進制計數(shù)器(CC40160)⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器⑷可逆(加/減)計數(shù)器⑸用中規(guī)模集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器⑹移位寄存器型計數(shù)器⑺扭環(huán)型計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院40⑴二進制計數(shù)器四位同步二進制加法計數(shù)器74161電路清零端預(yù)置數(shù)端(送數(shù))計數(shù)：P=T=1（Cr=1，LD=1）保持：P=0，T=1；P=1，T=02023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院4174161的功能表⑴二進制計數(shù)器表5-574161功能表LLLLD0D1D2D3計數(shù)保持保持Q0Q1Q2Q3輸出L××××××××HL××↑D0D1D2D3HHHH↑××××HHL××××××HH×L×××××CrLDPTCPD0D1D2D3輸入2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院4274161的邏輯符號和外引腳圖⑴二進制計數(shù)器74161的邏輯符號2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院43⑴二進制計數(shù)器74161的波形圖2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院44⑵8421編碼十進制計數(shù)器8421編碼十進制計數(shù)器74160是TTL型十進制加法計數(shù)器。CC40160是MOS型十進制加法計數(shù)器。CC40160是由TTL系列74160移植過來的，邏輯功能及引腳排列圖完全一致。其特點是：計數(shù)器的初始值可由預(yù)置端任意置入。電路內(nèi)部采用快速提前進位，為級聯(lián)方便而專門有進位輸出端。預(yù)置數(shù)與CP同步，清零與CP異步。

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院45CC40160功能表如表5-6所示。表5-6CC40160功能表⑵8421編碼十進制計數(shù)器LLLLD0D1D2D3計數(shù)保持保持Q0Q1Q2Q3輸出L××××××××HL××↑D0D1D2D3HHHH↑××××HHL××××××HH×L×××××CrLDEPETCPD0D1D2D3輸入2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院46CC40160的波形圖如圖5-30所示。⑵8421編碼十進制計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院47CC40160的外引腳排列圖如圖5-31所示。⑵8421編碼十進制計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院48⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器二—五—十進制異步加法計數(shù)器74290（T1290）的邏輯圖如圖所示。

二進制計數(shù)五進制計數(shù)器8421碼十進制計數(shù)器5421碼十進制計數(shù)器復(fù)位置位2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院49表5-7是74290的功能表。⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器↓↓↓↓××××CPCP00CPCPQ0Q3

CP××××××××CP0

CP1有01111×00×S9（1）S9（2）二進制計數(shù)五進制計數(shù)8421碼十進制計數(shù)5421碼十進制計數(shù)1001100100000000Q3Q2Q1Q0輸出有0×00×1111R0（1）R0（2）輸入表5-774290功能表2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院50⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器如圖是74290的外引腳排列圖。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院5174290的應(yīng)用：實現(xiàn)二進制和五進制計數(shù)實現(xiàn)8421碼十進制計數(shù)：5×2=10⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器實現(xiàn)5421碼模10計數(shù)1100101110101001100001000011001000010000Q0Q3Q2Q154212023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院52實現(xiàn)任意進制計數(shù)實現(xiàn)模7加法計數(shù)器:主要的7個狀態(tài)0000～0110為主循環(huán)狀態(tài)，0111出現(xiàn)后瞬間即逝。⑶二—五—十進制異步加法計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院53⑷可逆（加/減）計數(shù)器可逆計數(shù)器亦稱加/減計數(shù)器。同步加/減計數(shù)器有雙時鐘結(jié)構(gòu)單時鐘結(jié)構(gòu)雙時鐘結(jié)構(gòu):有兩個計數(shù)脈沖輸入端的加/減計數(shù)器為雙時鐘結(jié)構(gòu)。其中一個為加法計數(shù)脈沖輸入端，另一個為減法計數(shù)脈沖輸入端。單時鐘結(jié)構(gòu)：有一個計數(shù)脈沖輸入端的加/減計數(shù)器同步十進制加減計數(shù)器74190為單時鐘結(jié)構(gòu)。它是靠加/減控制端的控制來實現(xiàn)加法或減法計數(shù)的。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院54預(yù)置數(shù)只要在置入端加入負脈沖，就可以對計數(shù)器置數(shù)，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。加/減計數(shù)M=0，做加法計數(shù)，M=1時，做減法計數(shù)。利用允許端可以使多片級聯(lián)為同步工作方式。低位片計數(shù)器的MAX/MIN接到高位片的允許輸入端，這樣，只有計數(shù)到最大/最小時，才允許高位片計數(shù)器計數(shù)，否則不允許計數(shù)。

⑷可逆（加/減）計數(shù)器保持允許端為低電平時，做加/減計數(shù)。為高電平時，加減計數(shù)器處于保持狀態(tài)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院552023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院56⑸用中規(guī)模集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器利用中規(guī)模集成計數(shù)器構(gòu)成任意進制計數(shù)器的方法歸納起來有乘數(shù)法、復(fù)位法、和置數(shù)法。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院57①乘數(shù)法將兩個計數(shù)器串接起來，即計數(shù)脈沖接到N進制計數(shù)器的時鐘輸入端，N進制計數(shù)器的輸出接到M進制計數(shù)器的時鐘輸入端，則兩個計數(shù)器一起構(gòu)成了N×M進制計數(shù)器。74290就是典型例子，二進制和五進制計數(shù)器構(gòu)成2×5=10進制計數(shù)器。

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院58②復(fù)位法用復(fù)位法構(gòu)成N進制計數(shù)器所選用的中規(guī)模集成計數(shù)器的計數(shù)容量必須大于N。當輸入N個計數(shù)脈沖之后，計數(shù)器應(yīng)回到全0狀態(tài)。

置零復(fù)位法。利用Cr=0時Q3Q2Q1Q0=0000，使計數(shù)器回到全0狀態(tài)。預(yù)置端送0。使計數(shù)器數(shù)據(jù)輸入全0，當?shù)贜－1個計數(shù)脈沖到達后，讓預(yù)置數(shù)端LD=0，當?shù)贜個計數(shù)脈沖到來時Q3Q2Q1Q0=0000，使計數(shù)器回到全0狀態(tài)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院59③置數(shù)法置數(shù)法即對計數(shù)器進行預(yù)置數(shù)。在計數(shù)器計到最大數(shù)時，置入計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中的最小數(shù)，作為計數(shù)循環(huán)的起點；可以在計數(shù)到某個數(shù)之后，置入最大數(shù)，然后接著從0開始計數(shù)。如果用N進制計數(shù)器構(gòu)成M進制計數(shù)器，需要跳過（N－M）個狀態(tài)?；蛟贜進制計數(shù)器計數(shù)長度中間跳過（N－M）個狀態(tài)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院60例：試用74161采用復(fù)位法構(gòu)成十二進制計數(shù)器。解：對于十二進制計數(shù)器，當輸入十二個計數(shù)脈沖后，Q3Q2Q1Q0=0000，使計數(shù)器回到全0狀態(tài)。而對于四位二進制加法計數(shù)器，輸入十二個計數(shù)脈沖后，Q3Q2Q1Q0=1100，所以要用74161構(gòu)成十二進制計數(shù)器，當計到Q3Q2Q1Q0=1100，應(yīng)使計數(shù)器Q3Q2Q1Q0=0000。

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院61置0復(fù)位法0010000100110111010001011011101010011000000001101100多余態(tài)無CPCP十二進制計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖使，當計到Q3Q2Q1Q0=1100，計數(shù)器Q3Q2Q1Q0=0000。實現(xiàn)了十二進制計數(shù)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院62置0復(fù)位法Q3Q2Q1Q0=1100Q3Q2Q1Q0=00002023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院63對于置零復(fù)位法，隨著計數(shù)器被置0，復(fù)位信號隨之消失，所以復(fù)位信號持續(xù)時間很短，電路的可靠性不高。預(yù)置端送0。計數(shù)器計數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1011時，應(yīng)具備送數(shù)條件即，令，當計數(shù)器計到Q3Q2Q1Q0=1011時，=0。第十二個計數(shù)脈沖到達時，將D3D2D1D0=0000置入計數(shù)器，從而使計數(shù)器復(fù)位。預(yù)置端送02023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院64預(yù)置端送0Q3Q2Q1Q0=1011Q3Q2Q1Q0=00002023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院65例試用74161采用置數(shù)法構(gòu)成十二進制計數(shù)器。解：置最小數(shù)：74161的計數(shù)長度為十六。十二進制計數(shù)器的計數(shù)長度等于十二。預(yù)置數(shù)應(yīng)是(16-12)=4，即D3D2D1D0=0100。即計數(shù)器計到最大數(shù)1111之后，應(yīng)使計數(shù)器處于預(yù)置數(shù)工作狀態(tài)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院66置最小數(shù)Q3Q2Q1Q0=1111QCC=1Q3Q2Q1Q0=01002023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院67置最大數(shù)

置最大數(shù)須跳過1110、1101、1100、1011四個狀態(tài)，因此令Q3Q2Q1Q0=1010Q3Q2Q1Q0=11112023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院68置最大數(shù)若跳過的四個狀態(tài)取0110、0111、1000、1001，則Q3Q2Q1Q0=0101時，即Q3Q2Q1Q0=0101Q3Q2Q1Q0=10102023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院69例：用74161構(gòu)成十進制計數(shù)器。當下一個計數(shù)脈沖一到，各置數(shù)端數(shù)據(jù)立即送到輸出端，預(yù)置數(shù)端D3D2D1D0=0000。解：當74161計數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時，使=0，為置數(shù)創(chuàng)造了條件。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院70電路如圖所示。在連續(xù)計數(shù)脈沖的作用下，計數(shù)器由開始從0000、0001、……1000、1001循環(huán)計數(shù)—8421碼十進制計數(shù)器。Q3Q2Q1Q0=1001Q3Q2Q1Q0=0000例：用74161構(gòu)成十進制計數(shù)器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院71若例中預(yù)置數(shù)端D3D2D1D0≠0000，D3D2D1D0=0100，其余不變，得到的是幾進制計數(shù)器？是六進制計數(shù)器。計數(shù)器循環(huán)狀態(tài)是010001010110011110001001例：用74161構(gòu)成十進制計數(shù)器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院72推廣設(shè)各置數(shù)端數(shù)據(jù)為N，構(gòu)成模數(shù)為M的計數(shù)器，譯碼與非門必須對N+M－1所對應(yīng)的狀態(tài)譯碼。如N=3(0011)、M=10，與非門必須對12(1100)譯碼。如圖所示。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院73

例：用74LS161組成24進制計數(shù)器

個位：當計數(shù)到Q3Q2Q1Q0=1001時，向十位的P、T輸出高電平的進位信號，并向本位計數(shù)預(yù)置端輸出低電平的預(yù)置信號，使下一個計數(shù)脈沖的上升沿到來時，在十位十進制計數(shù)器加1的同時，個位十進制計數(shù)器實現(xiàn)預(yù)置數(shù)功能，將D3D2D1D0=0000裝入計數(shù)器。實現(xiàn)逢24復(fù)0功能：用一個與非門對24譯碼(8421碼是00100100)當計數(shù)到24時，與非門向計數(shù)器的清零端輸出低電平，強迫整個計數(shù)器復(fù)位到全0狀態(tài)。說明：采用置數(shù)法實現(xiàn)計數(shù)器時，若置數(shù)端數(shù)據(jù)不是零，可能出現(xiàn)無效狀態(tài)，計數(shù)器清零后不能立即進入有效狀態(tài)循環(huán)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院74例110011011111111010001001101010111100110111101111方法二：采用進位輸出置數(shù)法實現(xiàn)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院75⑹移位寄存器型計數(shù)器將移位寄存器首尾相接即構(gòu)成環(huán)型計數(shù)器。不斷輸入時鐘信號時，寄存器中的數(shù)據(jù)依次右移。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院76⑺扭環(huán)型計數(shù)器扭環(huán)型計數(shù)器亦稱約翰遜計數(shù)器。將環(huán)型計數(shù)器的反饋函數(shù)，改為即為扭環(huán)型計數(shù)器。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院77⑺扭環(huán)型計數(shù)器01011011011011010010101001001001無效循環(huán)11000000000100110111111111101000有效循環(huán)Q3Q2Q1Q0扭環(huán)型計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖示。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院785.5順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器：產(chǎn)生一組在時間上有先后順序的脈沖。用途：如在計算機中，機器執(zhí)行指令時，是將一條指令分成一些基本動作，控制器發(fā)生一系列節(jié)拍脈沖，有順序地控制這些基本動作的完成，實現(xiàn)一系列的操作或運算。電路組成計數(shù)器：按設(shè)計要求計脈沖CP的個數(shù)譯碼器：將計數(shù)器狀態(tài)翻譯成對應(yīng)輸出端(脈沖信號)的高低電平順序輸出。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院795.5順序脈沖發(fā)生器工作方式是異步的輸入時鐘脈沖輸出順序脈沖產(chǎn)生競爭冒險2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院805.5順序脈沖發(fā)生器CPT0T1T2T3T4T5T6T75-50順序脈沖發(fā)生器波形圖尖脈沖是競爭冒險現(xiàn)象在譯碼器輸出端產(chǎn)生的干擾脈沖。產(chǎn)生干擾脈沖的狀態(tài)計數(shù)器的狀態(tài)次態(tài)干擾脈沖窄脈沖0010111011110101001100000線0線、2線4線4線、6線消除干擾脈沖的方法利用輸入脈沖封鎖譯碼門采用扭環(huán)型計數(shù)器采用環(huán)型計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院81利用輸入脈沖封鎖譯碼門用時鐘脈沖封鎖以消除干擾脈沖與清除競爭冒險時采用的方法相同，引入封鎖脈沖在可能產(chǎn)生干擾脈沖的時間里封鎖住譯碼門。如圖(a)示圖(b)為其輸出波形。T1T2T3CP123(b)此時的順序脈沖不再是一個接一個。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院82采用約翰遜(扭環(huán)型)計數(shù)器構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器的邏輯圖如圖示。采用扭環(huán)型計數(shù)器譯碼電路扭環(huán)型計數(shù)器特點：每次狀態(tài)變化時，僅有一個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，故可消除干擾脈沖。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院83采用扭環(huán)型計數(shù)器四位約翰遜計數(shù)器時序及譯碼函數(shù)。表5-10四位約翰遜計數(shù)器時序及譯碼函數(shù)Q3Q0（0線）Q3Q2（1線）Q2Q1（2線）Q1Q0（3線）Q3Q0（4線）Q3Q2（5線）Q2Q1（6線）Q1Q0（7線）0000100011001110111101110011000101234567譯碼函數(shù)值觸發(fā)器狀態(tài)Q3Q2

Q1

Q0時鐘脈沖CP2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院84采用環(huán)型計數(shù)器特點：不需要譯碼器。環(huán)型計數(shù)器的有效循環(huán)中的每一個狀態(tài)都有一個1。每個觸發(fā)器的Q端就可以輸出對應(yīng)的脈沖。雖然計數(shù)器由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)有兩個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，但因沒有譯碼器，因此不產(chǎn)生干擾脈沖。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院85八位環(huán)型計數(shù)器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器工作波形。采用環(huán)型計數(shù)器2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院865.6時序邏輯電路的設(shè)計方法已知邏輯電路，求狀態(tài)圖分析步驟⒈寫方程式:已知邏輯電路，求狀態(tài)圖⒉求狀態(tài)方程⒊進行計算、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表⒋畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖復(fù)習(xí)：時序邏輯電路的分析步驟2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院87時序邏輯電路的設(shè)計是分析的逆過程。已知設(shè)計要求，求滿足要求的邏輯電路。5.6時序邏輯電路的設(shè)計方法2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院88設(shè)計步驟⑴畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表⑵狀態(tài)化簡⑶確定觸發(fā)器的數(shù)目、類型、狀態(tài)分配（狀態(tài)編碼）根據(jù)2n≥M>2n-1

，確定觸發(fā)器的數(shù)目⑷求出驅(qū)動方程和輸出方程⑸按照驅(qū)動方程和輸出方程畫出邏輯圖。⑹檢查所設(shè)計的電路能否自啟動2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院89設(shè)計注意事項對于用中規(guī)模集成電路設(shè)計時序電路，第四步以后的幾步就不完全適用了。由于中規(guī)模集成電路已經(jīng)具有了一定的邏輯功能，因此用中規(guī)模集成電路設(shè)計電路時，希望設(shè)計結(jié)果與命題要求的邏輯功能之間有明顯的對應(yīng)關(guān)系，以便于修改設(shè)計。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院90例：試設(shè)計一個五進制加法計數(shù)器。解：由于計數(shù)器能夠在時鐘脈沖作用下，自動地依次從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個狀態(tài)，所以計數(shù)器無信號輸入，只有進位輸出信號。令進位輸出C=1表示有進位輸出，而C=0則表示無進位輸出。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院91具體步驟⑴畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。五進制加法計數(shù)器應(yīng)有五個有效狀態(tài)。它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院92具體步驟⑵狀態(tài)化簡無等價狀態(tài)。無需狀態(tài)化簡。⑶狀態(tài)分配有五個狀態(tài)，應(yīng)用三位二進制代碼（三個觸發(fā)器）八種組合中取其五種組合得二進制編碼的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院93具體步驟⑷求狀態(tài)方程、驅(qū)動方程、輸出方程根據(jù)圖5-51，畫出次態(tài)卡諾圖和進位輸出的卡諾圖(圖5-52)，并將其分解成小卡諾圖(圖5-53)。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院94具體步驟2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院95具體步驟狀態(tài)方程的形式，應(yīng)與選用的觸發(fā)器的特性方程的形式相似。以便于狀態(tài)方程和特性方程對比，求出驅(qū)動方程。比較得：J=X比較得：J=X

K=1比較得：J=K=1

2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院96具體步驟⑸根據(jù)驅(qū)動方程和輸出方程畫出邏輯圖，如圖5-54示。2023/1/10湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院97具體步驟⑹檢查能否自啟動，