時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)

7時(shí)序邏輯電路的分析和設(shè)計(jì)7.7基于MSI時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)7.1概述7.2基于觸發(fā)器時(shí)序電路的分析7.3基于觸發(fā)器時(shí)序電路的設(shè)計(jì)7.4集成計(jì)數(shù)器7.5集成移位存放器7.6基于MSI時(shí)序邏輯電路的分析7.1概述(2)時(shí)序邏輯電路：任一時(shí)刻的輸出不僅與該時(shí)刻電路的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)。1.邏輯電路的分類(1)組合邏輯電路:任一時(shí)刻的輸出僅與該時(shí)刻電路的輸入信號(hào)有關(guān)，而與該時(shí)刻以前的輸入狀態(tài)無關(guān)。2.時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)框圖組合邏輯電路存儲(chǔ)電路z1

zjw1

wkx1

xiq1

ql……………………組合邏輯電路的局部輸出W通過存貯電路輸出Q反響到組合邏輯電路的輸入端，與外輸入信號(hào)X共同決定組合邏輯電路的輸出Z。圖中X(x1,x2,…,xI)為外部輸入信號(hào)Z(z1,z2,…,zJ)為輸出信號(hào)W(w1,w2,…,wK)為存貯電路的輸入信號(hào)Q(q1,q2,…,qL)代表存貯電路的輸出狀態(tài)組合邏輯電路存儲(chǔ)電路z1

zjw1

wkx1

xiq1

ql……………………表示信號(hào)間的邏輯關(guān)系的三個(gè)向量方程：式中tn和tn+1表示相鄰的兩個(gè)離散時(shí)間。a.輸出方程Z(tn)=F[X(tn),Q(tn)]b.狀態(tài)方程Q(tn+1)=G[W(tn),Q(tn)]c.驅(qū)動(dòng)方程W(tn)=H[X(tn),Q(tn)](1)根據(jù)存貯電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化的特點(diǎn)，時(shí)序電路分為兩大類：同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路。沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)變化由各自的時(shí)鐘脈沖信號(hào)或由輸入信號(hào)決定。3.時(shí)序電路的分類a.同步時(shí)序電路所有觸發(fā)器狀態(tài)變化都在統(tǒng)一時(shí)鐘脈沖到達(dá)時(shí)同時(shí)發(fā)生。b.異步時(shí)序電路(2)時(shí)序電路按輸出信號(hào)的特點(diǎn)又可以分為米里〔Mealy〕型和摩爾(Moore)型時(shí)序電路兩種。Mealy型時(shí)序邏輯電路的輸出不僅取決于存貯電路的狀態(tài)，還取決于輸入變量的狀態(tài)。a.Moore型電路Moore型時(shí)序邏輯電路的輸出信號(hào)僅取決于存貯電路的狀態(tài)。b.Mealy型電路4.時(shí)序電路的功能描述(1)邏輯方程式Z=F[X，Qn]Qn+1=G[W，Qn]W=H[X，Qn]狀態(tài)表也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，是用列表的方式來描述時(shí)序邏輯電路輸出Z、次態(tài)Qn+1和外部輸入X、現(xiàn)態(tài)Q之間的邏輯關(guān)系。(2)狀態(tài)表(3)狀態(tài)圖用圖形表示時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系。時(shí)序圖即為時(shí)序電路的工作波形圖，它以波形的形式描述時(shí)序電路內(nèi)部狀態(tài)Q、外部輸出Z隨輸入信號(hào)X變化的規(guī)律。(4)時(shí)序圖7.2基于觸發(fā)器時(shí)序電路的分析時(shí)序邏輯電路中的根本單元是觸發(fā)器。7.2.1分析方法1.時(shí)序電路分析流程圖邏輯電路圖驅(qū)動(dòng)方程輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)序圖邏輯功能2.分析的一般步驟(1)寫出三個(gè)向量方程a.寫驅(qū)動(dòng)方程及時(shí)鐘方程根據(jù)邏輯電路圖，先寫出各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程是觸發(fā)器輸入端的邏輯函數(shù)式。由于異步時(shí)序電路的存貯電路結(jié)構(gòu)與同步時(shí)序電路不同，異步時(shí)序電路需要另外寫時(shí)鐘方程。輸出方程表達(dá)了電路的外部輸出與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)及外部輸入之間的邏輯關(guān)系。b.求輸出方程c.求狀態(tài)方程將a中得到的驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程中，得出每個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。狀態(tài)方程反映了觸發(fā)器次態(tài)與現(xiàn)態(tài)及外部輸入之間的邏輯關(guān)系。(2)列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及時(shí)序圖三個(gè)向量方程能夠完全描述時(shí)序電路的邏輯功能，但電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程不能直觀地得到反映，因此常用狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序波形圖來表示電路的邏輯功能。(3)說明邏輯功能[例1]分析如下圖時(shí)序電路的邏輯功能。7.2.2同步時(shí)序電路的分析1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21存貯電路局部是三個(gè)T觸發(fā)器；1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21[解]這個(gè)電路的組合電路局部是兩個(gè)與門。三個(gè)觸發(fā)器由同一時(shí)鐘CP控制，所以是同步時(shí)序電路。Z為外部輸出；1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21(1)寫三個(gè)狀態(tài)方程a.驅(qū)動(dòng)方程b.輸出方程將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，得狀態(tài)方程為c.求狀態(tài)方程T觸發(fā)器特性方程為(2)列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖a.狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表b.次態(tài)卡諾圖c.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖注：三個(gè)觸發(fā)器共有八個(gè)狀態(tài)000，001，···，111。由于本例中沒有外部輸入，所以X/Z斜線上方?jīng)]有注字。000001010011111110101100Q0Q1Q2/0/0/0/0/0/0/1/0d.畫出時(shí)序圖(3)說明電路邏輯功能隨著時(shí)鐘信號(hào)的作用，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的次序?yàn)槎M(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律，當(dāng)輸入八個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，恢復(fù)到初態(tài)000，循環(huán)周期為8。該電路為同步八進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。Z可以作為進(jìn)位信號(hào)。1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21T觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)：最低位觸發(fā)器是來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，翻轉(zhuǎn)一次；除最低位外，其余觸發(fā)器只有在其所有低位觸發(fā)器都為1時(shí)，才能接收計(jì)數(shù)脈沖而動(dòng)作。本例中T0=1，T1=Q0，T2=Q0Q1；依次類推，假設(shè)由n個(gè)T觸發(fā)器組成這樣的計(jì)數(shù)器，第i位T觸發(fā)器的控制端Ti的驅(qū)動(dòng)方程為：Ti

=Q0Q1Q2···Qi-1

所構(gòu)成的計(jì)數(shù)器為2n進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1TC1CPFF0&1TC1FF1FF2Q01TC1&Q1Q21在每一行不再單獨(dú)列出觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)。態(tài)序表:態(tài)序表也是一種形式的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。在態(tài)序表中，以時(shí)鐘脈沖作為狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序。首先根據(jù)某一現(xiàn)態(tài)S0，得到相應(yīng)的次態(tài)S1再以S1為現(xiàn)態(tài)，得到新的次態(tài)S2。依次排列下去，直至進(jìn)入到循環(huán)狀態(tài)。態(tài)序表[例2]分析圖示同步時(shí)序電路的邏輯功能。a.求輸出方程和鼓勵(lì)方程。[解]b.求狀態(tài)方程c.列狀態(tài)表，畫狀態(tài)圖。(a)列狀態(tài)表b.次態(tài)與輸出卡諾圖(c)狀態(tài)圖d.畫波形圖該電路是一個(gè)同步模4可逆計(jì)數(shù)器。X為加/減控制信號(hào)，Z為借位輸出。e.邏輯功能分析從以上分析可以看出:(a)當(dāng)外部輸入X=0時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移按00→01→10→11→00→…規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)模4加法計(jì)數(shù)器的功能；(b)當(dāng)X=1時(shí)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移按00→11→10→01→00→…規(guī)律變化，實(shí)現(xiàn)模4減法計(jì)數(shù)器的功能。[例3]分析圖示同步時(shí)序電路的邏輯功能。Z2=Q2，Z1=Q1,Z0=Q0

①求輸出方程和鼓勵(lì)方程。[解]鼓勵(lì)方程D2=Q1,D1=Q0輸出方程②求狀態(tài)方程③列狀態(tài)表，畫狀態(tài)圖。電路狀態(tài)表狀態(tài)圖④畫波形圖從以上分析可以看出，該電路在CP脈沖作用下，把寬度為T的脈沖以三次分配給Q0、Q１和Q2各端，因此，該電路是一個(gè)脈沖分配器。⑤邏輯功能分析由狀態(tài)圖和波形圖可以看出，該電路每經(jīng)過三個(gè)時(shí)鐘周期循環(huán)一次，并且該電路具有自啟動(dòng)能力。所謂電路的自起動(dòng)能力，是指電路狀態(tài)處在任意態(tài)時(shí)，能否經(jīng)過假設(shè)干個(gè)CP脈沖后返回到主循環(huán)狀態(tài)中。7.2.3異步時(shí)序電路的分析需要特別注意的是，在異步時(shí)序電路中，每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端并不是一定接同一信號(hào)，而觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的必要條件是時(shí)鐘端加適宜的CP信號(hào)。所以在異步時(shí)序電路分析應(yīng)寫出每一級(jí)的時(shí)鐘方程。異步時(shí)序電路的分析方法與同步時(shí)序電路分析方法根本相同。[例4]分析如下圖時(shí)序電路的邏輯功能。1J1KC1CP&FF0FF1FF2Q0Q1Q211J1KC11J1KC1111[解]〔1〕寫方程1J1KC1CP&FF0FF1FF2Q0Q1Q211J1KC11J1KC1111a.驅(qū)動(dòng)方程a.驅(qū)動(dòng)方程：b.狀態(tài)方程將驅(qū)動(dòng)方程代入JKFF的特性方程得狀態(tài)方程(CP0)(CP1)(CP2)(2)根據(jù)狀態(tài)方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表Q0n+1、Q1n+1、Q2n+1分別在CP、Q0、CP脈沖下降沿〔用表示〕時(shí)成立。(3)列態(tài)序表(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Q0Q1Q2000001010011011(6)說明電路邏輯功能該電路為異步5進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。CP(5)畫波形圖7.3基于觸發(fā)器時(shí)序電路的設(shè)計(jì)7.3.1設(shè)計(jì)步驟邏輯電路圖狀態(tài)方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程選觸發(fā)器狀態(tài)分配狀態(tài)轉(zhuǎn)換表設(shè)計(jì)要求檢查自啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)序電路設(shè)計(jì)流程圖目前還沒有可遵循的固定程式來畫狀態(tài)圖，對(duì)于較復(fù)雜的邏輯問題，一般需要經(jīng)過邏輯抽象，先畫出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(1)畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖在把文字描述的設(shè)計(jì)要求變成狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)，必須搞清要設(shè)計(jì)的電路有幾個(gè)輸入變量，幾個(gè)輸出變量，有多少信息需要存儲(chǔ)。對(duì)每個(gè)需要記憶的信息用一個(gè)狀態(tài)來表示，從而確定電路需要多少個(gè)狀態(tài)。(2)選擇觸發(fā)器，并進(jìn)行狀態(tài)分配a.選觸發(fā)器類型和數(shù)量每個(gè)觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài)0和1，n個(gè)觸發(fā)器能表示2n個(gè)狀態(tài)。如果用N表示該時(shí)序電路的狀態(tài)數(shù)，那么有:2n-1<N2nb.狀態(tài)分配所謂狀態(tài)分配是指對(duì)狀態(tài)表中的每個(gè)狀態(tài)S0、S1、···、S2n的編碼方式。所選代碼的位數(shù)與n相同。狀態(tài)分配不同，所設(shè)計(jì)的時(shí)序電路的復(fù)雜程度也不同。然而，要得到最正確分配方案是很困難的。這首先是因?yàn)榫幋a的方案太多，如果觸發(fā)器的個(gè)數(shù)為n，實(shí)際狀態(tài)數(shù)為M，那么一共有2n種不同代碼。假設(shè)要將2n種代碼分配到M個(gè)狀態(tài)中去，并考慮到一些實(shí)際情況，有效的分配方案數(shù)為可見，當(dāng)M增大時(shí)，N值將急劇增加，要尋找一個(gè)最正確方案很困難。假設(shè)選擇S0=0000，S1=0001，···，無須進(jìn)行狀態(tài)分配。假設(shè)狀態(tài)數(shù)N2n，多余狀態(tài)可作為任意項(xiàng)處理。雖然人們已提出了許多算法，但也都還不成熟，因此在理論上這個(gè)問題還沒解決。c.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)狀態(tài)分配的結(jié)果可以列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表可以畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。(3)寫出三個(gè)向量方程a.求狀態(tài)方程和輸出方程由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出次態(tài)卡諾圖，從次態(tài)卡諾圖可求得狀態(tài)方程。如設(shè)計(jì)要求的輸出量不是觸發(fā)器的輸出Qi，還需寫出輸出Z與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Qn相關(guān)的輸出方程。b.寫出驅(qū)動(dòng)方程和時(shí)鐘方程將a中得到狀態(tài)方程與觸發(fā)器的特性方程相比較，可求得驅(qū)動(dòng)方程。對(duì)于異步時(shí)序邏輯電路還需寫出時(shí)鐘方程。(4)畫邏輯電路圖根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程，可以畫出基于觸發(fā)器的邏輯電路圖。(5)檢查自啟動(dòng)同步時(shí)序電路中，時(shí)鐘脈沖同時(shí)加到各觸發(fā)器的時(shí)鐘端，只需求出各觸發(fā)器控制輸入端的驅(qū)動(dòng)方程。7.3.2同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)[例1]用下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器設(shè)計(jì)同步8421BCD碼的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。[解](1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，作出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。依題意，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器需要用十個(gè)狀態(tài)來表示。十個(gè)狀態(tài)循環(huán)后回到初始狀態(tài)。設(shè)這十個(gè)狀態(tài)為S0、S1、S2、···、S9。畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。S0S1…S9(2)選擇觸發(fā)器的類型、個(gè)數(shù)以及進(jìn)行狀態(tài)分配a.選擇所用觸發(fā)器的類型和個(gè)數(shù)選擇JK觸發(fā)器。因?yàn)闋顟B(tài)數(shù)N=10，所以觸發(fā)器個(gè)數(shù)n=4。1010～1111六個(gè)狀態(tài)可作為任意項(xiàng)處理。b.狀態(tài)分配采用8421BCD碼。有S0=0000，S1=0001，···，S9=1001狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表1234567891000000

00100100011010001010110011110001001CP0

00100100011010001010110011110000010000c.列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表00011110000111101001

001×

×

×

×

10

×

×000111100001111001010101×

×

×

×

00×

×(3)求出三個(gè)向量方程a.畫次態(tài)卡諾圖可得狀態(tài)方程00011110000111100010101×

×

×

×

00×

×000111100001111000000010×

×

×

×

10×

×b.將以上觸發(fā)器的狀態(tài)方程與JK觸發(fā)器特性方程比較，可得各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程J1=Q3Q0，K1=Q0J0=1，K0=1J2=Q1Q0=K2J3=Q2Q1Q0，K3=Q0(4)由驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯電路圖(5)檢查電路的自起啟能力。因此，可知該電路能夠自啟動(dòng)。由次態(tài)卡諾圖可以得到電路狀態(tài)為1010～1111時(shí)的次態(tài)分別為：101010110100；110011010100；111011110000。(6)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖[例2]試設(shè)計(jì)111序列檢測電路。該電路有一個(gè)串行輸入端X及一個(gè)串行輸出端Z，當(dāng)輸入序列連續(xù)為三個(gè)1時(shí)，輸出為1，在其它情況下輸出為0。[解]由題意知，該電路的輸出不僅取決于現(xiàn)態(tài)，且與輸入有關(guān)，因此是Mealy型電路。(1)畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖①原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖a.先確定電路應(yīng)包含的狀態(tài)個(gè)數(shù)。輸入序列X：01110按照題意要求寫出輸入序列，然后根據(jù)輸入和輸出的關(guān)系寫出輸出序列，即:輸出響應(yīng)Z：00010狀態(tài)：S0

S1

S2

S3

S0S3表示電路已經(jīng)連續(xù)輸入三個(gè)1以后的狀態(tài)。S0表示電路的初態(tài)；S1表示電路已輸入一個(gè)1以后的狀態(tài)；S2表示已經(jīng)連續(xù)輸入兩個(gè)1以后的狀態(tài)；b.確定狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換及輸出。從初始態(tài)S0開始，電路可能的輸入有X1=0，X1=1兩種。(a)如X1=0，那么仍應(yīng)維持在狀態(tài)S0，如X1=1，那么它可能是需檢測序列的第一個(gè)1，因而轉(zhuǎn)向狀態(tài)S1。(b)如第二個(gè)輸入X2=0，那么應(yīng)返回狀態(tài)S0，如X2=1，那么可能是需檢測序列的第二個(gè)1，電路由S1進(jìn)入S2。(c)如第三個(gè)輸入X3=0，那么它又不屬于被檢測序列，因此返回狀態(tài)S0，如X3=1，那么應(yīng)為檢測序列，輸出Z為1，同時(shí)進(jìn)入狀態(tài)S3。(d)如第四個(gè)輸入X4=0，那么表示該次檢測的序列已結(jié)束，返回初態(tài)S0，如X4=1，那么仍為應(yīng)檢測序列，仍維持狀態(tài)S3。c.畫出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖d.由原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。從實(shí)際問題中得到的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中可能包括多余狀態(tài)，需要進(jìn)行化簡。即將等價(jià)的狀態(tài)合并，從而得到簡化的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(圖)。所謂等價(jià)狀態(tài)是指兩個(gè)狀態(tài)在相同的輸入條件下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到相同的新狀態(tài)。②狀態(tài)簡化兩個(gè)等價(jià)狀態(tài)對(duì)于任意的輸入序列產(chǎn)生的輸出序列相同，因此，它們在狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中是重復(fù)的，可以合并為一個(gè)狀態(tài)。因此S2和S3等價(jià)。在X=1時(shí)，S0和S1的次態(tài)分別是S1和S2，如果S1和S2等價(jià)，那么S0和S1等價(jià)，因此還需先考察S1和S2。根據(jù)狀態(tài)表：a.對(duì)于S2和S3當(dāng)X=0時(shí)，次態(tài)均為S0；當(dāng)X=1時(shí)，輸出均為1，次態(tài)均為S3；b.對(duì)于S0和S1由此得簡化的狀態(tài)表由于S1與S2在X=1時(shí)輸出不同，因此，S0和S1不等價(jià)。S1和S2不等價(jià)；(2)選擇所用觸發(fā)器的類型、個(gè)數(shù)以及狀態(tài)分配根據(jù)狀態(tài)分配結(jié)果可以列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。①這里選用下降沿觸發(fā)的JK

FF。由于N=3，故n=2。②選S0=00，S1=01，S2=11，10作為任意態(tài)處理。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(3)寫出三個(gè)向量方程①求狀態(tài)方程及輸出方程由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，畫出次態(tài)卡諾圖。因?yàn)镴KFF的特性方程中含有Q1n及Q1n項(xiàng)，為了方便比較，在狀態(tài)方程中至少應(yīng)保存含有Q1n及Q1n的最小項(xiàng)各一項(xiàng)。注意：在Q1n+1次態(tài)卡諾圖化簡時(shí)，XQ1nQ0n項(xiàng)應(yīng)該保存。②求出驅(qū)動(dòng)方程每個(gè)狀態(tài)方程分別與特性方程比較，可得FF1、FF0的驅(qū)動(dòng)方程為：JK觸發(fā)器特性方程為：(4)由驅(qū)動(dòng)方程及輸出方程畫出邏輯電路圖。X=0時(shí)，10的次態(tài)為00；(5)檢查電路的自啟動(dòng)能力電路狀態(tài)為10時(shí)，分別從和的卡諾圖上相應(yīng)方格得知：因此可知，電路具有自起動(dòng)能力。X=1時(shí)，10的次態(tài)為11。7.3.3異步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)[例3]試設(shè)計(jì)異步三位二進(jìn)制(八進(jìn)制)加法計(jì)數(shù)器。[解](1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，列出態(tài)序表。01234567000001010011100101110111CP(2)選擇觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)a.由態(tài)序表畫出波形圖，由波形圖可選擇每一級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)。工作波形圖CPCP為下跳沿到達(dá)時(shí)翻轉(zhuǎn)。因此根據(jù)FF0、FF1、FF2狀態(tài)變化情況，可以選擇：在選定時(shí)鐘信號(hào)作用下，F(xiàn)F0、FF1、FF2均在各自的時(shí)鐘信號(hào)下跳變時(shí)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，所以用下降沿觸發(fā)的T`觸發(fā)器組成三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器電路最為簡單。1TC1CPQ0Q1Q21TC111TC1(3)邏輯電路圖CP關(guān)于時(shí)鐘信號(hào)選擇的兩點(diǎn)補(bǔ)充說明：1.選擇各觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)CP0=CPCP2=CP、Q0、Q0CP1=CP、Q0如果在需要翻轉(zhuǎn)時(shí)提供時(shí)鐘信號(hào)沿，不需要翻轉(zhuǎn)時(shí)就沒有時(shí)鐘沿。如果都選CP就成為同步計(jì)數(shù)器了。位數(shù)越高，時(shí)鐘選擇的對(duì)象就越多。一般說來，在滿足翻轉(zhuǎn)的前提下時(shí)鐘脈沖越少越好。因?yàn)?，沒有時(shí)鐘信號(hào)的情況狀態(tài)是不可能翻轉(zhuǎn)的，所以，這些狀態(tài)均可視為無關(guān)項(xiàng)來處理，使電路簡單。例如，選擇時(shí)鐘信號(hào)CP2=Q0，也能向FF2提供適宜的時(shí)鐘邊沿。不過送至FF2時(shí)鐘信號(hào)的沿增加了一倍，在第2和第6個(gè)CP脈沖到來后，Q0均提供沿，此時(shí)為了使Q2n+1=Q2n，不能再用T'觸發(fā)器，需要用其它類型的觸發(fā)器，驅(qū)動(dòng)方程會(huì)復(fù)雜一些。CP2.T'觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)器的構(gòu)成規(guī)律(1)三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CP0=CP，CP1=Q0，CP2=Q1，選擇觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)是：需要觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時(shí)，必須有適宜的邊沿；觸發(fā)器不能翻轉(zhuǎn)時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)的變化盡可能少。除了最低位的CP端應(yīng)接計(jì)數(shù)脈沖CP外，高一位的CP端應(yīng)接在相鄰低位的Q端。CP0=CP，CPi=Qi-1(0<i

n)各觸發(fā)器之間前浪推后浪地逐位翻轉(zhuǎn)，因此，這類計(jì)數(shù)器常稱為行波計(jì)數(shù)器。(2)n位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器即：7.4集成計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器的功能：記數(shù)(累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù))、分頻、定時(shí)等；計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中使用最廣泛的時(shí)序部件。幾乎不存在沒有計(jì)數(shù)器的系統(tǒng)。1.計(jì)數(shù)器的分類(1)按進(jìn)位模數(shù)來分所謂進(jìn)位模數(shù)，就是計(jì)數(shù)器所經(jīng)歷的獨(dú)立狀態(tài)總數(shù)，即進(jìn)位制的數(shù)。b.非模2計(jì)數(shù)器：進(jìn)位模數(shù)非2n,用得較多的如十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。a.模2計(jì)數(shù)器：進(jìn)位模數(shù)為2n的計(jì)數(shù)器均稱為模2計(jì)數(shù)器。其中n為觸發(fā)器級(jí)數(shù)。b.異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖并不引至所有觸發(fā)器的CP端，觸發(fā)器不是同時(shí)動(dòng)作。(2)按計(jì)數(shù)脈沖輸入方式分a.同步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖引至所有觸發(fā)器的CP端，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。c.雙向計(jì)數(shù)器：又稱可逆計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)規(guī)律可按遞增規(guī)律，也可按遞減規(guī)律，由控制端決定。(3)按計(jì)數(shù)增減趨勢分a.遞增計(jì)數(shù)器：每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，觸發(fā)器組成的狀態(tài)就按二進(jìn)制代碼規(guī)律增加。這種計(jì)數(shù)器又稱加法計(jì)數(shù)器。b.遞減計(jì)數(shù)器：每來一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，觸發(fā)器組成的狀態(tài)，按二進(jìn)制代碼規(guī)律減少。又稱為減法計(jì)數(shù)器。b.中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器：是計(jì)數(shù)功能比較完善，并能進(jìn)行功能擴(kuò)展的邏輯部件。(4)按電路集成度分a.小規(guī)模集成計(jì)數(shù)器：由假設(shè)干個(gè)集成觸發(fā)器和門電路，經(jīng)外部連線，構(gòu)成具有計(jì)數(shù)功能的邏輯電路。2.幾種中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器7.4.1異步集成計(jì)數(shù)器(1)74293邏輯電路圖1.異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74293(a)電路(b)

符號(hào)圖74293設(shè)有兩個(gè)復(fù)位端R01和R02，當(dāng)其全為1時(shí)，計(jì)數(shù)器異步清零。74293是二-八-十六進(jìn)制異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。FF1、FF2和FF3組成三位行波計(jì)數(shù)器。FF0為一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。將FF0與FF1~FF3單獨(dú)使用，可組成二進(jìn)制和八進(jìn)制計(jì)數(shù)器。將FF0與FF1~FF3級(jí)聯(lián)使用，可組成十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(2)74293的工作原理①當(dāng)CP僅送入CP0，由Q0輸出，電路為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；②當(dāng)CP僅送入CP1，由Q3Q2Q1輸出，電路為八進(jìn)制計(jì)數(shù)器；③當(dāng)CP送入CP0，而CP1與Q0相連時(shí)，電路為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。置0FF0計(jì)數(shù)FF0計(jì)數(shù)FF1～FF3計(jì)數(shù)FF1～FF3計(jì)數(shù)××11↓

0×0↓

00×0↓×00↓0×工作狀態(tài)CP1R01R02CP0(3)74293的功能表(1)74290邏輯電路圖2.異步2-5-10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74290異步清0端R01、R02和異步置9端S91、S92均為高電平有效。內(nèi)部包含兩個(gè)獨(dú)立的下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器，即模2(二進(jìn)制)和模5(五進(jìn)制)計(jì)數(shù)器；邏輯符號(hào)結(jié)構(gòu)框圖(2)74290功能表R01、R02為異步清0端，S91、S92為異步置9端。當(dāng)R01R02=1，S91S92=0時(shí)，輸出異步清0；當(dāng)S91S92=1時(shí)，無論時(shí)鐘和清0信號(hào)R01、R02如何，輸出異步置9。74LS290構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的兩種接法圖(b)是5421BCD碼接法，由QA、QD、QC、QB輸出5421BCD碼，最高位QＡ作進(jìn)位輸出。圖(a)是8421BCD碼接法，由QD、QC、QB、QA輸出8421BCD碼，最高位QD作進(jìn)位輸出。7.4.2同步集成計(jì)數(shù)器1.同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161EPQ0Q1Q2Q374161CPETD0D1D2D3COLDCR74161是模24(四位二進(jìn)制)同步計(jì)數(shù)器，具有計(jì)數(shù)、保持、預(yù)置、清0功能。(1)74161符號(hào)圖EPQ0Q1Q2Q374161CPETD0D1D2D3COLDCRQ3、Q2、Q1、Q0是計(jì)數(shù)輸出端。CO是進(jìn)位輸出信號(hào)；EP、ET是使能控制端。D0

D1

D2

D3是數(shù)據(jù)輸入端。CP為計(jì)數(shù)脈沖輸入端，上升沿有效。LD同步置數(shù)端。CR是異步清零端。(2)74161功能EPQ0Q1Q2Q374161CPETD0D1D2D3COLDCRa.異步清零當(dāng)CR=0時(shí)，可以使計(jì)數(shù)器立即清零。b.同步預(yù)置使能控制信號(hào)EP、ET的狀態(tài)不影響置數(shù)操作。當(dāng)CR=1，數(shù)據(jù)輸入D0D1D2D3=ABCD，LD=0，在時(shí)鐘信號(hào)CP的上升沿到來時(shí)，完成置數(shù)操作，使Q3Q2Q1Q0=DCBA。EPQ0Q1Q2Q374161CPETD0D1D2D3COLDCRc.保持當(dāng)CR=LD=1，使能控制信號(hào)EP·ET=0時(shí)，計(jì)數(shù)器各Q端的狀態(tài)保持不變。d.計(jì)數(shù)當(dāng)CR=LD=1，EP=ET=1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CP的上升沿到來時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。Q端的狀態(tài)按自然態(tài)序變化。進(jìn)位輸出信號(hào)CO=Q3Q2Q1Q0ET，當(dāng)Q3~Q0及ET均為1時(shí)，CO=1，產(chǎn)生正進(jìn)位脈沖。清0預(yù)置數(shù)保持保持計(jì)數(shù)×0×××↑10×××110××11×0↑1111工作狀態(tài)(3)74161功能表ETPQ0Q1Q2Q374161CPETTD0D1D2D3COLDCRETPQ0Q1Q2Q374160CPETTD0D1D2D3COLDCR計(jì)數(shù)器74160，各輸入、輸出端子功能、功能表及符號(hào)與74161相同。與74161不同的是74160為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它的進(jìn)位輸出方程為CO=Q3Q0ET計(jì)數(shù)器741602.同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163ETQ0Q1Q2Q374163CPEPD0D1D2D3COLDCR(1)74163符號(hào)圖與功能表74163是全同步式四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。清0預(yù)置數(shù)保持保持計(jì)數(shù)

↑0×××↑10×××110××11×0↑1111工作狀態(tài)其余端子功能與74161完全相同。(2)74163功能表ETQ0Q1Q2Q374163CPEPD0D1D2D3COLDCRCR為同步清零端。由表可知表：74162與74163唯一不同之處是74162為十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。其功能表、符號(hào)圖與74163完全相同。ETQ0Q1Q2Q374162CPEPD0D1D2D3COLDCR全同步式集成計(jì)數(shù)器741623.同步可逆集成計(jì)數(shù)器7419374193是雙時(shí)鐘輸入四位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器。(1)74193符號(hào)圖CPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLDCPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLDCPU是加法計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)；CPD是減法計(jì)數(shù)時(shí)鐘信號(hào)；CR是置零信號(hào);LD是送數(shù)控制信號(hào);CO是加法進(jìn)位信號(hào);BO為減法借位信號(hào)。CPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLD(2)74193主要功能a.當(dāng)CR=0，CPD=1時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)引入CPU，計(jì)數(shù)器作加法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出1111狀態(tài)，且CPU為低電平時(shí)，輸出一個(gè)負(fù)脈沖；加法計(jì)數(shù)進(jìn)位輸出:CPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLD減法計(jì)數(shù)借位輸出:b.當(dāng)CR=0，CPU=1時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)應(yīng)引入CPD，74193作減法計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出0000狀態(tài)，且CPD為低電平時(shí)，輸出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)。CPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLDc.異步送數(shù)送數(shù)與CP無關(guān)。Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0d.當(dāng)CR=1時(shí)，計(jì)數(shù)器立即清零，與其它輸入端的狀態(tài)無關(guān)，是異步清零。當(dāng)LD=0時(shí),將D3D2D1D0立即置入計(jì)數(shù)器中，使清0預(yù)置數(shù)加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)××1×××00↑1011↑01工作狀態(tài)CPDCRCPUCPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLD(3)74193功能表4.多片集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)方法——74LS161的級(jí)聯(lián)方法最常用的級(jí)聯(lián)方法將各片的CP端相連，并將低位片的CO端與高位片的ET和EP端相連。片I在CP作用下進(jìn)行正常計(jì)數(shù)，當(dāng)它計(jì)到1111時(shí)，片I的CO變到1，使片II的ET和EP端為1，這樣，片II在下一個(gè)CP到來時(shí)才能進(jìn)行“加1〞計(jì)數(shù)。7.4.3任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成目前市售集成計(jì)數(shù)器產(chǎn)品，在計(jì)數(shù)體制方面，只做成應(yīng)用較廣的十進(jìn)制、十六進(jìn)制、7位二進(jìn)制、12位二進(jìn)制、14位二進(jìn)制等幾種產(chǎn)品。在需要其它任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，只能在現(xiàn)有中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器根底上，經(jīng)過外電路的不同連接來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以M表示已有中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的進(jìn)制，以N表示待實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的進(jìn)制。假設(shè)M>N，只需一片集成計(jì)數(shù)器，如果M<N，那么需多片集成計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。1.控制端異步操作(1)反響清0法對(duì)于具有異步清零輸入的計(jì)數(shù)器，只要在清零輸入端參加清零信號(hào)，計(jì)數(shù)器的輸出立即變?yōu)?態(tài)。把控制端異步作用(如異步清零、異步置數(shù)立即作用，與CP無關(guān))稱為異步操作。集成計(jì)數(shù)器的清零輸入端有同步和異步清零之分。清零信號(hào)一般由計(jì)數(shù)器輸出Q3Q2Q1Q0譯碼得到。用反響清零法設(shè)計(jì)N進(jìn)制的具體步驟如下：對(duì)滿足2i進(jìn)制的集成計(jì)數(shù)器，Sn狀態(tài)應(yīng)取二進(jìn)制編碼，對(duì)十進(jìn)制集成計(jì)數(shù)器，Sn狀態(tài)應(yīng)取8421BCD碼。②求反響邏輯——是指Sn狀態(tài)編碼中值為1的各Q之“與”。F=控制端高有效控制端低有效①寫出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器Sn狀態(tài)的編碼③畫邏輯圖c.考慮CP信號(hào)的連接，對(duì)于M<N的情況還應(yīng)考慮級(jí)間進(jìn)位信號(hào)的連接。a.按反響邏輯畫出控制回路。b.將其它控制端按計(jì)數(shù)功能的要求接到規(guī)定電平。畫邏輯圖應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：[例1]用74LS293構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(1)令CP0=CP，CP1=Q0，把計(jì)數(shù)器接成M=16。[解]74LS293是一個(gè)2-8-16異步計(jì)數(shù)器。由于M>N(=10)，所以用一片74LS293，再加反響邏輯即可構(gòu)成。(2)寫出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器Sn狀態(tài)的二進(jìn)制編碼N=10，Sn=1010(4)畫邏輯圖CP0Q0Q1Q2Q3R01R0274293CP1Q0Q1Q2Q3CPF=R01R02=Q3Q1(3)求反響邏輯(5)波形圖(2)1010是瞬態(tài)，其持續(xù)時(shí)間僅為一級(jí)與非門和一級(jí)觸發(fā)器的延遲，非常短暫，故不將其作為計(jì)數(shù)循環(huán)的有效狀態(tài)，列計(jì)數(shù)態(tài)序表，畫狀態(tài)圖和工作波形圖時(shí)，不將其列入。由圖可見(1)計(jì)數(shù)器的循環(huán)狀態(tài)為0000~1001十種狀態(tài)，每一種狀態(tài)持續(xù)時(shí)間為一個(gè)CP周期。[例2]用74LS290設(shè)計(jì)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，畫出狀態(tài)循環(huán)圖。(4)畫邏輯圖和狀態(tài)圖。[解]74LS290為二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)將74LS290轉(zhuǎn)為10進(jìn)制(CP0=CP，CP1=Q0)。(2)N=6，Sn=0110。(3)F=R01R02=Q2Q1(a)邏輯圖(b)狀態(tài)圖[例4]用74LS290構(gòu)成60分頻電路。本例可按六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)，而僅由最高位Q端輸出。[解]分頻電路與計(jì)數(shù)電路的區(qū)別：計(jì)數(shù)電路將所有Q狀態(tài)作為一組代碼輸出；分頻電路一般僅有一個(gè)輸出端〔由某一Q端輸出或假設(shè)干Q端的組合〕，作為與CP成某種特定關(guān)系的脈沖序列。因?yàn)閱纹?4LS290所能實(shí)現(xiàn)的最大計(jì)數(shù)模數(shù)M=10，要構(gòu)成N=60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需2片74LS290。而且Sn狀態(tài)只能用8421BCD碼，而不能用二進(jìn)制碼。①N=60，Sn=01100000；=Q6Q5

=③畫邏輯圖②F=RO1RO2(2)反響置數(shù)法對(duì)于具有異步置數(shù)輸入的集成計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)過程中，不管計(jì)數(shù)器處于何種狀態(tài)，只要在其置數(shù)輸入端參加置數(shù)控制信號(hào)，計(jì)數(shù)器立即將由數(shù)據(jù)輸入(D3D2D1D0)決定的狀態(tài)(記為S0)置于計(jì)數(shù)器中，置數(shù)控制信號(hào)隨之消失，計(jì)數(shù)器由S0開始重新計(jì)數(shù)。反響置數(shù)法僅適用于具有置數(shù)輸入的集成計(jì)數(shù)器，也有同步置數(shù)與異步置數(shù)之分。置數(shù)控制信號(hào)將由計(jì)數(shù)器的輸出得到。[例5]試用74LS193設(shè)計(jì)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，設(shè)計(jì)數(shù)器的起始狀態(tài)為0011。③畫邏輯圖CPUQ0Q1Q2Q374193CPDD0D1D2D3BOCOCRLDQ0Q1Q2Q3&CP01[解]①寫出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器Sn狀態(tài)的二進(jìn)制編碼Sn=S0+(N)B=0011+1010=1101

②求反響邏輯2.控制端同步操作在計(jì)數(shù)過程中，不管計(jì)數(shù)器處于哪種狀態(tài)，只要在控制(清零或置數(shù))端參加有效的控制信號(hào)，待CP有效沿到來時(shí)，使計(jì)數(shù)器清零或置數(shù)。這種控制方式為同步操作。計(jì)數(shù)器在S0~SN-1共N個(gè)狀態(tài)中工作，當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)入SN-1狀態(tài)時(shí)，利用SN-1狀態(tài)譯碼產(chǎn)生清零或置數(shù)信號(hào)并反響到同步清零或置數(shù)端，要等下一拍時(shí)鐘來到時(shí)，才完成清零或置數(shù)動(dòng)作，使計(jì)數(shù)器返回S0。同步清零或置數(shù)沒有過渡狀態(tài)。[例6]用74LS161和74163分別設(shè)計(jì)一個(gè)十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，要求初始狀態(tài)為0000。Sn-1=S0+(N-1)B=0000+1001=1001

②求反響邏輯[解]①寫出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器Sn-1狀態(tài)的二進(jìn)制編碼③畫邏輯圖CTPQ0Q1Q2Q374163CPCTTD0D1D2D3LDCR1CPCO1&Q0Q1Q2Q3同步置0法CTPQ0Q1Q2Q374161CPCTTD0D1D2D3LDCR1CPCO1&Q0Q1Q2Q3同步預(yù)置法利用進(jìn)位輸出信號(hào)CO實(shí)現(xiàn)反響置數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)器由S0=0開始計(jì)數(shù)，CO端有進(jìn)位信號(hào)輸出時(shí)，集成計(jì)數(shù)器一定實(shí)現(xiàn)了自身的M進(jìn)制，其末態(tài)Sn-1=M-1。對(duì)于待實(shí)現(xiàn)的計(jì)數(shù)器N，其初態(tài)S0=M-N。[例7]試用74160的CO端反響，實(shí)現(xiàn)6進(jìn)制計(jì)數(shù)器。②畫邏輯圖[解]①求預(yù)置數(shù)S0=[10-6]BCD=0100由于預(yù)置數(shù)0100是計(jì)數(shù)循環(huán)中的最小數(shù)，這種設(shè)計(jì)方法也稱為置最小數(shù)法。CPQ0Q1Q2Q374160D0D1D2D3COCRLDQ0Q1Q2Q31CP01同步操作和異步操作的比較:b.在同步操作條件下，無論是同步清零法還是同步置數(shù)法，均用Sn-1狀態(tài)反響，無瞬態(tài)，Sn-1為有效計(jì)數(shù)狀態(tài)。a.在異步操作條件下，無論是異步清零法，還是異步置數(shù)法，均用Sn狀態(tài)反響，且Sn狀態(tài)為瞬態(tài)；一般選用同步操作實(shí)現(xiàn)反響控制構(gòu)成的N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可靠性較高。7.5移位存放器存放器按邏輯功能可分為并行存放器、串行存放器及串并行存放器。7.5.1移位存放器移位存放器既具有存放數(shù)碼的功能，還具有將數(shù)碼移位的功能。串行及串并行存放器有移位功能，通常稱為移位存放器。在移位操作時(shí)，每來一個(gè)CP脈沖，存放器里存放的數(shù)碼依次向左或向右移動(dòng)一位。并行輸入，串行輸出。移位存放器按移位方式可分為單向移位存放器和雙向移位存放器。單向移位存放器具有左移或右移功能。雙向移位存放器那么兼有左移和右移的功能。移位存放器的工作方式主要有：串行輸入，并行輸出；串行輸入，串行輸出；并行輸入，并行輸出；1.8位單向移位存放器7416474164是一個(gè)串行輸入、并行輸出的八位單向移位存放器。Q7Q6Q5

Q4

Q3

Q2

Q1Q0DSADSBCPCR74164(1)74164符號(hào)圖DSA、DSB是串行數(shù)據(jù)輸入端;D0=DSADSB

串行輸入數(shù)據(jù)Q7~Q0并行數(shù)據(jù)輸出端。CR是異步清0端；0××1↑01↑1Q0Q1……Q70

0

……00

Q0……Q61

Q0……Q6(2)74164功能表Q7Q6Q5

Q4

Q3

Q2

Q1Q0DSADSBCPCR74164D0=DSADSB

2.4位雙向移位存放器74194(1)74194符號(hào)圖D0~D3為并行數(shù)據(jù)輸入端Q0~Q3為并行數(shù)據(jù)輸出端DSL是數(shù)據(jù)左移輸入端M1、M0為工作方式控制端DSR是數(shù)據(jù)右移輸入端CR為異步置零輸入端D3D2D1D0CRM0M1DSRDSLQ3Q2Q1Q074194D3D2D1D0CRM0M1DSRDSLQ3Q2Q1Q0(2)74194功能表7.5.2.移位存放器的應(yīng)用1.環(huán)形存放器b.工作波形圖DSRQ0Q1Q2Q374194CRCPD0D1D2D3M1M0CP111000CP123456a.四位環(huán)型計(jì)數(shù)器邏輯電路c.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000110000100001010011100011000111011110111100111無效循環(huán)有效循環(huán)Q0Q1Q2Q3電路不能夠自啟動(dòng)，一般在啟動(dòng)時(shí)，需要在M1端加置初態(tài)脈沖。01000010000011112.扭環(huán)形計(jì)數(shù)器a.4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器邏輯電路DSRQ0Q1Q2Q374194CRCPM1M0CP011CP123456789b.工作波形圖n位扭環(huán)形存放器可以構(gòu)成2n進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Q0Q1Q2Q301001010110110010010011010110101無效循環(huán)00010000100000110111110011101111有效循環(huán)c.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖7.6基于MSI時(shí)序邏輯電路的分析7.6.1分析步驟功能塊時(shí)序邏輯電路分析流程圖劃分功能塊分析各塊功能邏輯電路圖分析整體功能7.6.2分析舉例[例1]分析圖示電路的邏輯功能。設(shè)輸出邏輯變量R、Y、G分別為紅、黃和綠燈的控制信號(hào)，時(shí)鐘脈沖CP的周期為10s。Ⅰ計(jì)數(shù)器，Ⅱ譯碼器，Ⅲ門電路。[解](1)將電路按功能劃分成3個(gè)功能塊電路。(2)分析各功能塊電路的邏輯功能①塊是一片74LS161,構(gòu)成了一個(gè)8進(jìn)制計(jì)數(shù)器。②塊Ⅱ是由一片3-8譯碼器構(gòu)成的數(shù)據(jù)分配器。③塊Ⅲ3個(gè)門電路構(gòu)成輸出譯碼電路。(3)分析總體邏輯功能在CP作用下，計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)，輸出信號(hào)R持續(xù)30s，Y持續(xù)10s，G持續(xù)30s，Y持續(xù)10s，周而復(fù)始。分析結(jié)果：電路為交通燈控制電路。[例2]分析圖示電路的邏輯功能。Ⅰ是比較器；II是門級(jí)組合電路；Ⅲ是雙向計(jì)數(shù)器。[解](1)將電路按功能劃分成3個(gè)功能塊電路(2)分析各功能塊電路的邏輯功能①Ⅰ是4位二進(jìn)制比較器。輸入數(shù)字量DA與標(biāo)準(zhǔn)值DB比較。②II是時(shí)鐘輸入控制電路。假設(shè)YA<B=0，計(jì)數(shù)器可以進(jìn)行加法計(jì)數(shù)；假設(shè)YA<B=1，計(jì)數(shù)器可以進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。假設(shè)YA=B=1，CP被封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。③雙時(shí)鐘雙向計(jì)數(shù)器74193進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)。(3)分析邏輯電路的總體邏輯功能電路工作原理：a.在CR作用下，計(jì)數(shù)器起始狀態(tài)為0000。假設(shè)DA=DB，那么YA=B=1，時(shí)鐘信號(hào)被封鎖，計(jì)數(shù)器處于保持狀態(tài)。b.當(dāng)CP到來時(shí)，假設(shè)YA<B=0，計(jì)數(shù)器加1；假設(shè)DA<DB，那么YA<B=1，計(jì)數(shù)器減1；分析結(jié)果：該電路是數(shù)字誤差檢測電路?？梢栽谝?guī)定的時(shí)間內(nèi)，檢測輸入二進(jìn)制數(shù)碼與標(biāo)準(zhǔn)值的正負(fù)誤差是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。假設(shè)從計(jì)數(shù)器清零開始到7個(gè)CP過后，一直有DA>DB，那么輸出Q3Q2Q1Q0為0111，反之，假設(shè)一直有DA<DB，那么輸出為1