常用時(shí)序邏輯功能的器件

6.5常用時(shí)序邏輯功能器件

6.5.1計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)器中各觸發(fā)器計(jì)數(shù)脈沖作用方式分：同步、異步計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)器有效循環(huán)中狀態(tài)數(shù)（稱為模數(shù)M或計(jì)數(shù)長(zhǎng)度）的不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制（模10）計(jì)數(shù)器和N進(jìn)制（模N）計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)過程中有效狀態(tài)數(shù)值的增減分類可分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1．二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器（1）二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器（4位）

工作原理：4個(gè)JK觸發(fā)器都接成T’觸發(fā)器。

每當(dāng)Q2由1變0，F(xiàn)F3向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。

每來一個(gè)CP的下降沿時(shí)，F(xiàn)F0向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；

每當(dāng)Q0由1變0，F(xiàn)F1向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；

每當(dāng)Q1由1變0，F(xiàn)F2向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；用“觀察法”作出該電路的時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。由時(shí)序圖可以看出，Q0、Ql、Q2、Q3的周期分別是計(jì)數(shù)脈沖(CP)周期的2倍、4倍、8倍、16倍，因而計(jì)數(shù)器也可作為分頻器。（2）二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器用4個(gè)上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。

工作原理：D觸發(fā)器也都接成T’觸發(fā)器。由于是上升沿觸發(fā)，則應(yīng)將低位觸發(fā)器的Q端與相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端相連，即從Q端取借位信號(hào)。它也同樣具有分頻作用。二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的時(shí)序波形圖和狀態(tài)圖。在異步計(jì)數(shù)器中，高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在低一位觸發(fā)器產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)（加計(jì)數(shù)）或借位信號(hào)（減計(jì)數(shù)）后才能實(shí)現(xiàn)，所以又稱為串行計(jì)數(shù)器，但工作速度較低。2．二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器（1）二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器由于該計(jì)數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強(qiáng)，只需用“觀察法”就可設(shè)計(jì)出電路：因?yàn)槭恰巴健狈绞剑詫⑺杏|發(fā)器的CP端連在一起，接計(jì)數(shù)脈沖。

然后分析狀態(tài)圖，選擇適當(dāng)?shù)腏K信號(hào)。分析狀態(tài)圖可見：FF0：每來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J0=K0=1。FF1：當(dāng)Q0=1時(shí)，來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J1=K1=Q0

。FF2：當(dāng)Q0Q1=1時(shí)，來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J2=K2=Q0Q1FF3：當(dāng)Q0Q1Q2=1時(shí)，來一個(gè)CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J3=K3=Q0Q1Q2（2）二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器分析4位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表，很容易看出，只要將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程改為：就構(gòu)成了4位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器。將加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器合并起來，并引入一加/減控制信號(hào)X便構(gòu)成4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器，各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程為：（3）二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器當(dāng)控制信號(hào)X=1時(shí)，F(xiàn)F1～FF3中的各J、K端分別與低位各觸發(fā)器的Q端相連，作加法計(jì)數(shù)。作出二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器的邏輯圖：當(dāng)控制信號(hào)X=0時(shí)，F(xiàn)F1～FF3中的各J、K端分別與低位各觸發(fā)器的端相連，作減法計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)了可逆計(jì)數(shù)器的功能。二、非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器又稱模N計(jì)數(shù)器。當(dāng)N=2n時(shí)，就是前面討論的n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；當(dāng)N≠2n時(shí)，為非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中最常用的是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1．8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器用前面介紹的同步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析。（1）寫出驅(qū)動(dòng)方程：然后將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：（2）轉(zhuǎn)換成次態(tài)方程：先寫出JK觸發(fā)器的特性方程（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表6.3.5所示。（4）作狀態(tài)圖及時(shí)序圖。（5）檢查電路能否自啟動(dòng)

用同樣的分析的方法分別求出6種無效狀態(tài)下的次態(tài)，得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖?？梢姡撚?jì)數(shù)器能夠自啟動(dòng)。

由于電路中有4個(gè)觸發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有16種。而在8421BCD碼計(jì)數(shù)器中只用了10種，稱為有效狀態(tài)。其余6種狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。當(dāng)由于某種原因，使計(jì)數(shù)器進(jìn)入無效狀態(tài)時(shí)，如果能在時(shí)鐘信號(hào)作用下，最終進(jìn)入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有自啟動(dòng)能力。2．8421BCD碼異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CP2=Q1

（當(dāng)FF1的Q1由1→0時(shí)，Q2才可能改變狀態(tài)。）用前面介紹的異步時(shí)序邏輯電路分析方法對(duì)該電路進(jìn)行分析：（1）寫出各邏輯方程式。

①時(shí)鐘方程：

CP0=CP

（時(shí)鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）CP1=Q0

（當(dāng)FF0的Q0由1→0時(shí)，Q1才可能改變狀態(tài)。)CP3=Q0

（當(dāng)FF0的Q0由1→0時(shí)，Q3才可能改變狀態(tài))②各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程：（2）將各驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：（CP由1→0時(shí)此式有效）（Q0由1→0時(shí)此式有效）

（Q1由1→0時(shí)此式有效）

（Q0由1→0時(shí)此式有效）

（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。三、集成計(jì)數(shù)器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741614位二進(jìn)制加法異步（低電平）同步741634位二進(jìn)制加法同步（低電平）同步74191單時(shí)鐘4位二進(jìn)制加法無異步74193雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制加法異步（高電平）異步74160十進(jìn)制加法異步（低電平）同步74190單時(shí)鐘十進(jìn)制加法無異步異步74293雙時(shí)鐘4位二進(jìn)制加法異步無74290二-五-十進(jìn)制加法異步異步1.

4位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74161①異步清零。74161具有以下功能：③二進(jìn)制計(jì)數(shù)。②同步并行預(yù)置數(shù)。RCO為進(jìn)位輸出端。④保持。2.

4位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74193LDAQBQCOCPDCBARDBOCQDQ7419341235671516Vcc74193891011121413DAQGNDBBCPDCPUQDQCQCLDBORDA∧COCP∧UD輸入輸出工作模式RDLDCPUCPDABCDQAQBQCQDH×××××××LLLL異步清零LL××ABCDABCD異步預(yù)置LH↑H××××加法計(jì)數(shù)加法計(jì)算LHH↑××××減法計(jì)數(shù)減法計(jì)算3．集成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）8421BCD碼同步加法計(jì)數(shù)器74160（2）二—五—十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74290二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為CP1，輸出端為Q0；五進(jìn)制計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端為CP2，輸出端為Q1、Q2、Q3。74290包含一個(gè)獨(dú)立的1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)獨(dú)立的異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如果將Q0與CP2相連，CP1作時(shí)鐘脈沖輸入端，Q0～Q3作輸出端，則為8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

74290的功能：

①異步清零。

③計(jì)數(shù)。

②異步置數(shù)（置9）。四、集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用（1）同步級(jí)聯(lián)。例：用兩片4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74161采用同步級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成的8位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器，模為16×16=256。1．計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)（2）異步級(jí)聯(lián)例：用兩片74191采用異步級(jí)聯(lián)方式構(gòu)成8位二進(jìn)制異步可逆計(jì)數(shù)器。（3）用計(jì)數(shù)器的輸出端作進(jìn)位/借位端有的集成計(jì)數(shù)器沒有進(jìn)位/借位輸出端，這時(shí)可根據(jù)具體情況，用計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)Q3、Q2、Q1、Q0產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位/借位。例：如用兩片74290采用異步級(jí)聯(lián)方式組成的二位8421BCD碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。模為10×10=1002．組成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器（1）異步清零法異步清零法適用于具有異步清零端的集成計(jì)數(shù)器。例：用集成計(jì)數(shù)器74160和與非門組成的6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。EWB舉例（2）同步清零法同步清零法適用于具有同步清零端的集成計(jì)數(shù)器。例：用集成計(jì)數(shù)器74163和與非門組成的6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。EWB舉例（3）異步預(yù)置數(shù)法異步預(yù)置數(shù)法適用于具有異步預(yù)置端的集成計(jì)數(shù)器。例：用集成計(jì)數(shù)器74191和與非門組成的余3碼10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（4）同步預(yù)置數(shù)法同步預(yù)置數(shù)法適用于具有同步預(yù)置端的集成計(jì)數(shù)器。例：用集成計(jì)數(shù)器74160和與非門組成的7進(jìn)制計(jì)數(shù)器。EWB舉例

例：試用741。5163（具有同步預(yù)置功能的4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器）芯片，采用置數(shù)法構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解:采用置數(shù)法構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的連接方法有多種形式，各種電路連接方式及狀態(tài)圖如圖。送0復(fù)位法置入最小數(shù)置入最大數(shù)置中間數(shù)（任意狀態(tài)）例7.1

用74160組成48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。先將兩芯片采用同步級(jí)聯(lián)方式連接成100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后再用異步清零法組成了48進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：因?yàn)镹＝48，而74160為模10計(jì)數(shù)器，所以要用兩片74160構(gòu)成此計(jì)數(shù)器。如果此題改為用74163組成48進(jìn)制計(jì)數(shù)器，又該如何？3．組成分頻器

前面提到，模N計(jì)數(shù)器進(jìn)位輸出端輸出脈沖的頻率是輸入脈沖頻率的1/N，因此可用模N計(jì)數(shù)器組成N分頻器。解：因?yàn)?2768=215，經(jīng)15級(jí)二分頻，就可獲得頻率為1Hz的脈沖信號(hào)。因此將四片74161級(jí)聯(lián)，從高位片（4）的Q2輸出即可。例7.2

某石英晶體振蕩器輸出脈沖信號(hào)的頻率為32768Hz，用74161組成分頻器，將其分頻為頻率為1Hz的脈沖信號(hào)。4．組成序列信號(hào)發(fā)生器序列信號(hào)——在時(shí)鐘脈沖作用下產(chǎn)生的一串周期性的二進(jìn)制信號(hào)。例：用74161及門電路構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器。其中74161與G1構(gòu)成了一個(gè)模5計(jì)數(shù)器。，因此，這是一個(gè)01010序列信號(hào)發(fā)生器，序列長(zhǎng)度P=5。

例7.3

試用計(jì)數(shù)器74161和數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)一個(gè)01100011序列發(fā)生器。

解：由于序列長(zhǎng)度P=8，故將74161構(gòu)成模8計(jì)數(shù)器，并選用數(shù)據(jù)選擇器74151產(chǎn)生所需序列，從而得電路如圖6.3.31所示。5．組成脈沖分配器6.5.2寄存器與移位寄存器一、寄存器寄存器——存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的時(shí)序電路組件基本要求是：數(shù)據(jù)要存得進(jìn)，存得住，取得出。集成數(shù)據(jù)寄存器74LSl75：74LS175的功能:RD是異步清零控制端。D0～D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，CP為時(shí)鐘脈沖端。Q0～Q3是并行數(shù)據(jù)輸出端。二、移位寄存器

移位寄存器——不但可以寄存數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移動(dòng)1位。移位寄存器分單向移位（左移、右移）和雙向移位二類。工作方式：串入/串出、串入/并出、并入/并出、并入/串出1．單向移位寄存器

（1）右移寄存器（D觸發(fā)器組成的4位右移寄存器）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：左邊觸發(fā)器的輸出端接右鄰觸發(fā)器的輸入端。設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，串行輸入數(shù)碼DI=1101，從高位到低位依次輸入。其狀態(tài)表如下：右移寄存器的時(shí)序圖：

由于右移寄存器移位的方向?yàn)镈I→Q0→Q1→Q2→Q3，即由低位向高位移，所以又稱為上移寄存器。

在4個(gè)移位脈沖作用下，輸入的4位串行數(shù)碼1101全部存入了寄存器中。這種輸入方式稱為串行輸入方式。（2）左移寄存器

左移寄存器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：右邊觸發(fā)器的輸出端接左鄰觸發(fā)器的輸入端。

2．雙向移位寄存器將右移寄存器和左移寄存器組合起來，并引入一控制端S便構(gòu)成既可左移又可右移的雙向移位寄存器。當(dāng)S=1時(shí)，D0=DSR、D1=Q0、D2=Q1、