電子技術(shù)ch9時(shí)序邏輯電路-80學(xué)時(shí)(修改版)課件

第九章時(shí)序邏輯電路§9.1概述§9.2寄存器

§9.4計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)*

§9.5計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例

§9.3計(jì)數(shù)器的分析1

時(shí)序電路必然具有記憶功能，因而組成時(shí)序電路的基本單元是觸發(fā)器。１、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)在數(shù)字電路中，凡是任一時(shí)刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時(shí)刻的輸入，而且還和電路原來的狀態(tài)有關(guān)者，都叫做時(shí)序邏輯電路，簡稱時(shí)序電路。組合邏輯電路存儲(chǔ)功能............XQZY概述2組合邏輯電路存儲(chǔ)功能............XQZY狀態(tài)方程：驅(qū)動(dòng)方程：輸出方程：33、時(shí)序邏輯電路的功能描述１）邏輯方程２）狀態(tài)轉(zhuǎn)移表３）狀態(tài)圖４）時(shí)序圖P25254、時(shí)序邏輯電路的一般分析方法：P2536寄存器1數(shù)碼寄存器Q3Q2Q1Q0&&&&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)脈沖接收脈沖(CP)寄存器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一，它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令。四位數(shù)碼寄存器7根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入－輸出方式，又可將它分為串行輸入－串行輸出、串行輸入－并行輸出、并行輸入－串行輸出和并行輸入－并行輸出四種電路結(jié)構(gòu)：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出9QQDQQDQQDQQD&&&&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位脈沖CP0串行輸出數(shù)據(jù)預(yù)置3210存數(shù)脈沖清零脈沖四位串入-串出的左移寄存器初始狀態(tài)：設(shè)A3A2A1A0

＝1011在存數(shù)脈沖作用下，也有Q3Q2Q1Q0

＝1011。D0

＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出3210下面將重點(diǎn)討論蘭顏色的那部分電路的工作原理。10D0

＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出3210101101100110110011001000100000000000000000000000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1Q0

＝101111QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出3210四位串入-串出的左移寄存器：D0

＝

0D1

＝

Q0D2

＝

Q1D3

＝

Q2QDQQ3DQDQD移位脈沖CP0串行輸出Q1Q2Q0四位串入-串出的右移寄存器：D1＝Q2D2＝Q3D3＝0D0＝Q113四位串入-串出的左移寄存器：D0

＝

LD1

＝

Q0D2

＝

Q1D3

＝

Q2四位串入-串出的右移寄存器：D1＝Q2D2＝Q3D3＝RD0＝Q1

雙向移位寄存器的構(gòu)成：只要設(shè)置一個(gè)控制端S，當(dāng)S＝0時(shí)左移；而當(dāng)S＝1時(shí)右移即可?！癓”即需左移的輸入數(shù)據(jù)“R”即需右移的輸入數(shù)據(jù)D0=SL＋SQ1

D2=SQ1＋SQ3

D3=SQ2＋SRD1=SQ0＋SQ2

集成組件電路74LS194就是這樣的多功能移位寄存器。14VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移串行輸入左移串行輸入并行輸入實(shí)驗(yàn)芯片153寄存器應(yīng)用舉例例：數(shù)據(jù)傳送方式變換電路D6D5D4D3D2D1D0并行輸入串行輸出數(shù)據(jù)傳送方式變換電路1.實(shí)現(xiàn)方法:(1).因?yàn)橛?位并行輸入，故需使用兩片74LS194；(2).用最高位QD2作為它的串行輸出端。172.具體電路:&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2D0D1D2D3D4D5D6+5V+5VCP啟動(dòng)脈沖移位脈沖&G2串行輸出并行輸入74LS194(1)74LS194(2)0111100011011直接清零保持右移(從QA向右移動(dòng))左移(從QD向左移動(dòng))并入CLRCPS1S0功能18寄存器各輸出端狀態(tài)QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2QD2寄存器工作方式0D0D1D2D3D4D5D6

10D0D1D2D3D4D5

110D0D1D2D3D4

1110D0D1D2D3

11110

D0D1D2

11111

0D0D1

11111

10D0

CP并行輸入(S1S0=11)并行輸入(S1S0=11)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)3.工作效果:提醒：在電路中，“右移輸入”端接＋5V。19同步計(jì)數(shù)器的分析在同步計(jì)數(shù)器中，各個(gè)觸發(fā)器都受同一時(shí)鐘脈沖輸入計(jì)數(shù)脈沖的控制，因此，它們狀態(tài)的更新幾乎是同時(shí)的，故被稱為“同步計(jì)數(shù)器”。例2.三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖CP21Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP分析步驟:1.先列寫控制端的邏輯表達(dá)式：J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1Q0：來一個(gè)CP，它就翻轉(zhuǎn)一次；Q1：當(dāng)Q0＝1時(shí)，它可翻轉(zhuǎn)一次；Q2：只有當(dāng)Q1Q0＝11時(shí)，它才能翻轉(zhuǎn)一次。222.再列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，分析其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。20010011110101000000011001301000001101140111111111005100000011101610100111111071100000111118111111111000CPQ2Q1Q0J2＝K2＝J1＝K1＝J0＝1K0＝1Q2Q1Q0

Q1Q0Q1Q0Q0Q0原狀態(tài)控制端下狀態(tài),,,23異步計(jì)數(shù)器的分析Q2D2Q1D1Q0D0Q2Q1Q0CP計(jì)數(shù)脈沖在異步計(jì)數(shù)器中，有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號作為自己的時(shí)鐘脈沖，因此各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，故被稱為“異步計(jì)數(shù)器”。三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器例1.三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。25Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計(jì)數(shù)脈沖三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器26任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)脈沖CP1.寫出控制端的邏輯表達(dá)式：J2=Q1Q0，K2＝1

J1=K1＝1

J0=Q2，K0＝1

27Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)脈沖CP如前所述，右圖電路為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。3.還可以用波形圖顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(略)290001000110010101011101115、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖302)利用集成功能組件設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)電路一.中規(guī)模計(jì)數(shù)器組件介紹及其應(yīng)用1.二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS90(1).74LS90的介紹31QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR0(1)R0(2)S9(2)S9(1)QAQBQCQD74LS90原理電路圖2)利用集成功能組件設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)電路一.中規(guī)模計(jì)數(shù)器組件介紹及其應(yīng)用1.二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS903274LS90內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)電路：一個(gè)是模2計(jì)數(shù)器(CPA為其時(shí)鐘，QA為其輸出端)，另一個(gè)是模5計(jì)數(shù)器(CPB為其時(shí)鐘，QDQCQB為其輸出端)。外部時(shí)鐘CP是先送到CPA還是先送到CPB，在QDQCQBQA這四個(gè)輸出端會(huì)形成不同的碼制。QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR0(1)R0(2)S9(2)S9(1)QAQBQCQD33CPACPBR0(1)R0(2)S9(2)S9(1)NCNCVCCQAQDQBQCGND1234567141312111098QAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)CPBCPA74LS9074LS90管腳分布圖34CPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90R0(1)R0(2)R9(1)R9(2)QDQCQBQAXX111001110X000011X000000X0X0XX0X00XX0X0計(jì)數(shù)狀態(tài)74LS90功能表35R0(1)R0(2)

s

9(1)

s

9(2)QDQCQBQAXX111001110X000011X000000X0X0XX0X00XX0X0計(jì)數(shù)狀態(tài)74LS90功能表歸納：1.74LS90在“計(jì)數(shù)狀態(tài)”或“清零狀態(tài)”時(shí)，均要求S9(1)和S9(2)中至少有一個(gè)必須為“0”。2.只有在R0(1)和R0(2)同時(shí)為“1”時(shí)，且R9(1)和R9(2有一為零狀態(tài)，它才進(jìn)入“清零狀態(tài)”；否則它必定處于“計(jì)數(shù)狀態(tài)”。36分析：計(jì)數(shù)時(shí)鐘先進(jìn)入CPA時(shí)的計(jì)數(shù)編碼。CPACPCPBQBQDQCQA25QDQCQB

000001010011100QDQCQBCPBQA

00000001001000110100010101100111100010010000結(jié)論：上述連接方式形成8421碼。QDQCQBCPBQA

0000000011001020011301004010150110601117100081001900000十進(jìn)制數(shù)37再分析：計(jì)數(shù)時(shí)鐘先進(jìn)入CPB時(shí)的計(jì)數(shù)編碼。CPACPQA2CPBQBQDQC5QDQCQB

000001010011100結(jié)論：上述連接方式形成5421碼。0000QAQDQCQBCPA

000100100011010010001001101010111100

0

0

00

00000QAQDQCQBCPA

000110010200113010041000510016101071011811009

0

0

000

十進(jìn)制數(shù)38例1.構(gòu)成BCD碼六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。QDQCQBQA0000000100100011010001010000R0(1)=QBR0(2)=QC令即可CP0110CPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90(2).74LS90的應(yīng)用39CPCPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90討論：下述接法行不行?錯(cuò)在何處?警示：切切不可將輸出端相互短路！！40CPCPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90&只有這樣做才是正確的。41例2.用兩片74LS90構(gòu)成36進(jìn)制8421碼計(jì)數(shù)器。QDQCQBQA

000000001100102001130100401015011060111710008

10019

00000

十進(jìn)制數(shù)分析：1.如何解決片間進(jìn)位問題？從右面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中可以看到：個(gè)位片的QD可以給十位片提供計(jì)數(shù)脈沖信號。42分析：2.如何滿足“36進(jìn)制”的要求？十位個(gè)位0035......共有36個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)3600(00110110)43CPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90(十位)CPACPBQAQDQBQCR9(2)R9(1)R0(2)R0(1)74LS90(個(gè)位)&&CP用兩片74LS90構(gòu)成36進(jìn)制8421碼計(jì)數(shù)器(00110110)442十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS160前面所講述的74LS90其清零方式通常稱為“異步清零”，即只要R0(1)=R0(2)=1，不管有無時(shí)鐘信號，輸出端立即為0；而且它的計(jì)數(shù)方式是異步的，即CP不是同時(shí)送到每個(gè)觸發(fā)器。而下面將要講述的74LS160，不但計(jì)數(shù)方式是同步的，而且它的清零方式也是同步的：即使控制端CLR＝0，清零目的真正實(shí)現(xiàn)還需等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到來以后才能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這就是“同步清零”的含義。45(1).74LS160的介紹16151413121110123456789QAQ3QDQ2Q1Q0QBQCVCCTETPEPCPABCDCLRLOADENABLERC串行進(jìn)位輸出允許允許GND時(shí)鐘清除輸出數(shù)據(jù)輸入置入74LS16074LS160管腳圖CP4674LS160功能表1111計(jì)數(shù)0111X保持1011X保持(CO=0)XX01并行輸入XXX0清零EPETCLRCP功能P264ETEPCOABCDQBQCQDQACLR74LS16047例1.用一片74LS160構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。QDQCQBQA000000010010001101000101六個(gè)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)備清零：使CLR＝0+5V(2)74LS160的應(yīng)用COABCDQBQCQDQACLR74LS160&CPETEP48例2.用74LS161構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(1).需要兩片74LS161；(2).為了提高運(yùn)算速度，使用同步計(jì)數(shù)方式。TPRCABCDQBQCQDQALOADCLR74LS161TPRCABCDQBQCQDQALOADCLR74LS161+5V+5V,,,,CPCLR應(yīng)該在QDQCQBQAQDQCQBQA＝00010111時(shí)準(zhǔn)備清零。,,,,QDQCQBQAQDQCQBQA,,,,CLR=49§5.5計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例例.數(shù)字頻率計(jì)原理電路的分析。清零計(jì)數(shù)1秒鐘顯示50譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPA數(shù)字頻率計(jì)原理圖1Hz!51譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPAQ2Q1Q0=001時(shí)：1110ux作為CPA被送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)1、計(jì)數(shù)顯示部分52譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPAQ2Q1Q0=100、000時(shí)：1011計(jì)數(shù)器清零53譯碼顯示74LS90Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPAQ2Q1Q0=011、111、110時(shí)：ux被封鎖，計(jì)數(shù)器輸出保持0054譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPA2、循環(huán)計(jì)數(shù)器部分自動(dòng)時(shí)55譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2+5V手動(dòng)自動(dòng)ux手動(dòng)清零CPR0(1)R0(2)CPAQ2Q1Q0001011111110100Q2Q1Q0組成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器：2、循環(huán)計(jì)數(shù)器部分自動(dòng)時(shí)計(jì)數(shù)清零顯示56譯碼顯示74LS907420Q1Q1D1Q0Q0D0Q2D2