數(shù)字電路課件20186章學(xué)生版

第六時序邏輯電第六時序邏輯電主要要求熟練掌握時序邏輯電路的描述方法掌握時序邏輯電路的分析方法、設(shè)計方法掌握移存器、計數(shù)器、序列信號發(fā)生器等典型時序邏電路的功能和應(yīng)用概述一、時序邏概述一、時序邏輯電路的特 功能上：任一時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)有關(guān)例：串行加法器的第i位電路2.電路結(jié)構(gòu)①包含存儲電路和組合電②存儲器狀態(tài)和輸入變量共同決定輸二、時序二、時序邏輯電路的分 1.同步時序電同步：電路中所有觸發(fā)器使用同一時鐘脈沖各觸發(fā)器狀態(tài)同時發(fā)生變化2.異步時序電異步：各觸發(fā)器的時鐘脈沖不統(tǒng)一,觸發(fā)器狀變化的時間也不一致三、時序三、時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)與功能描述方時序邏輯電路可以用三個方程組來描時序邏輯電路可以用三個方程組來描述Z=1、驅(qū)動方=2、狀態(tài)方Y(jié)=3、輸出方（驅(qū)動方程代入觸發(fā)器特性方程得到狀態(tài)方程（觸發(fā)器的輸入表達(dá)式時序電路的時序電路的分析方同步時序電路的分析方①驅(qū)動方程②狀態(tài)方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（檢查是否可以自啟動4.時序5.說明邏輯功能和特分析：找出給定時序電路的邏輯功即找出在輸入和CLK作用下，電路的次態(tài)和輸出例1：分析圖示電路的邏輯功能一、列方1.驅(qū)動方2.狀態(tài)方將驅(qū)動方程代JK例1：分析圖示電路的邏輯功能一、列方1.驅(qū)動方2.狀態(tài)方將驅(qū)動方程代JK觸發(fā)器的特性方=Q*JQ￠K，得狀態(tài)方程=KKQ212 Q1*=(Q2Q=Q= 32*=QQ￠+QQ2 Q*=QQQ￠+Q 3.輸出方Y(jié)= 二、寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換Q1*=(Q2Q3Y=Q寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換由狀態(tài)方 2 Q2Q+Q狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析邏輯功或簡邏輯功能七進(jìn)制計數(shù)器Y是進(jìn)位二、寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換Q1*=(Q2Q3Y=Q寫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換由狀態(tài)方 2 Q2Q+Q狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析邏輯功或簡邏輯功能七進(jìn)制計數(shù)器Y是進(jìn)位信號無效狀 321Y0 00100 01000 01100 10001 10101 11001 00011 0001Y00000100102010030110410005101061101700000111110000狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換能夠自啟動Y000001001020100301104100051010611017000狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換能夠自啟動Y00000100102010030110410005101061101700000111110000三、畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換時序狀態(tài)轉(zhuǎn)時序狀態(tài)轉(zhuǎn)換注：時序圖只畫出有效循環(huán)狀態(tài)四、作時序例2：試分析時序邏輯電路的邏輯功能1.列方 =例2：試分析時序邏輯電路的邏輯功能1.列方 =D1⑴驅(qū)動方=AˉQ1ˉQ2=AQQ+ +AQ +AQ 21 Q*=AˉQˉ 122AQ1Q2)]=2￠⑶輸出方⑵狀態(tài)方2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換 Q1*=Q⑵狀態(tài)方2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換 Q1*=QQ*Q* Q2*=AˉQ1ˉ1A2⑶輸出方01Y=2+3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換 邏輯功能可控4進(jìn)制計數(shù)異步時序邏輯電路的分析方1.列方 異步時序邏輯電路的分析方1.列方 J0===K2K=Q*=Q'⑴驅(qū)動方程===222Q*=Q'Q'⑵狀態(tài)方J1 1=Q 3C=⑶輸出方各觸發(fā)器的時鐘不同時發(fā)生⑵狀態(tài)方Q3*=Q3clkclk=⑵狀態(tài)方Q3*=Q3clkclk==Q*=Q'其中22122Q1*=Q'Q'=310=Q狀態(tài)從1變到0的時候clk時鐘觸clk為1或0表示此時刻是否有時鐘觸⑶輸出方C=2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換態(tài)時鐘信 clk3clk2clk1Q* Q* Q* Q* 0000 1000100011001000101001100111010001001010101012.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換態(tài)時鐘信 clk3clk2clk1Q* Q* Q* Q* 0000 100010001100100010100110011101000100101010101101100110101110111110001000110011001100001010 110111011101001100111011101101001110111111111100003.狀態(tài)轉(zhuǎn)3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換 能夠自啟動邏輯功能：10制加法計數(shù)4.時序 4.時序 5.邏輯功能描并具有自啟動能力123456789作業(yè)6.3、作業(yè)6.3、6.5、若干常用時序邏輯若干常用時序邏輯電 6.3.2計數(shù)應(yīng)用：用于計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖分類：按時鐘分，同步、異按計數(shù)過程中數(shù)字增減分，加、減和可按計數(shù)器中的數(shù)字編碼分，二進(jìn)制、二-十進(jìn)和循環(huán)碼按計數(shù)容量分，十進(jìn)制，六十進(jìn)制 1、同步二進(jìn)制加法 1、同步二進(jìn)制加法計數(shù)原理：根據(jù)二進(jìn)制加法運算則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)輸入端Ti的邏輯式應(yīng)為T0”一、同步計數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯功能：4位同二進(jìn)制加法計數(shù)時序波形123456789tt101001t0tttC100001時序波形123456789tt101001t0tttC1000010000110101時序分析功這是二進(jìn)制時序分析功這是二進(jìn)制加法計數(shù)器計數(shù)器的另一個作用是分頻若CLK的頻率則Q0端輸出脈沖頻率為1/2Q0端為二分頻同理Q1、Q23端分別為四分頻八分頻和十六分頻端 2、同步 2、同步二進(jìn)制減法計數(shù)原理：根據(jù)二進(jìn)制減法運算規(guī)則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器入端Ti的邏輯式應(yīng)為Ti=2T0”二進(jìn)制計數(shù)①二進(jìn)制計數(shù)①異步二進(jìn)制加計數(shù)在末位+1時，原則：每1位從步計數(shù)②異步二②異步二進(jìn)制減計數(shù)在末位+1時，從原則：每1位向高位發(fā)出借位，使高位翻轉(zhuǎn)2、異步十進(jìn)制加法計數(shù)原理2、異步十進(jìn)制加法計數(shù)原理912356784要跳1010－1111這六個狀態(tài)分析時要從JK和時鐘clk方面考慮器件器件實例：二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器4位同步二進(jìn)制計數(shù)RD 工作狀X0X 0（4位同步二進(jìn)制計數(shù)RD 工作狀X0X 0（異步10 預(yù)置數(shù)（同步X11 保持（包括X11 保持11 計4位同步十進(jìn)制計數(shù)集成同步十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS160。電路框圖、功能和74LS1614位同步十進(jìn)制計數(shù)集成同步十進(jìn)制加法計數(shù)器74LS160。電路框圖、功能和74LS161相同，但輸出只有0000－1001十個穩(wěn)定狀態(tài)RD 工作狀X0X 0（異步10 預(yù)置數(shù)（同步X11 保持（包括X11 保持11 計將已有的N進(jìn)制芯片，組成將已有的N進(jìn)制芯片，組成M進(jìn)制計數(shù)器，是常用的方法N>N<有兩種情況M進(jìn)N進(jìn)三、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方1、N1、N> 原理：計數(shù)循環(huán)過程中設(shè)法跳過N-M個狀態(tài)具體方法：置零法和置數(shù)法兩種（1）置零（利用RD端例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計數(shù)RD 工作狀X0X例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計數(shù)RD 工作狀X0X 0（異步10 預(yù)置數(shù)（同步X11 保持（包括X11 保持11 計例：將十進(jìn)制例：將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計數(shù)異步置零實際中包括0101這個狀態(tài)嗎這是個幾進(jìn)制計數(shù)器異步置零清異步置零清零信號取狀缺點：置0缺點：置0信號作用時間改進(jìn)電a）進(jìn)位置補（（2）a）進(jìn)位置補（（2）置數(shù)法（利端（b）任意置數(shù)例：將74161接成六進(jìn)制計數(shù)（a）進(jìn)位置補1010～1111（6）補例：將十六例：將十六進(jìn)制的74161接成六進(jìn)制計數(shù)（a）進(jìn)位置補（6）補為什么要加非門例：將十六例：將十六進(jìn)制的74161接成六進(jìn)制計數(shù)（b）任意置數(shù)2.N<M先2.N<M先用前面的方法分別接成N1和N2兩個計數(shù)器1和2間的連接有兩種方式并行進(jìn)位方式：用同一個CLK，低位片的進(jìn)位輸作為高位片的計數(shù)控制信號（如74160的EP和ET）串行進(jìn)位方式：低位片的進(jìn)位輸出作為高位片CLK，兩片始終同時處于計數(shù)狀態(tài)例：用74160接成100進(jìn)4位同步二進(jìn)制計數(shù)器74160功能CEP、ET同為1時，計數(shù)例：用74160接成100進(jìn)4位同步二進(jìn)制計數(shù)器74160功能CEP、ET同為1時，計數(shù)RD 工作狀X0X 0（異步10 預(yù)置數(shù)（同步X11 保持（包括X11 保持11 計例：用兩片160例：用兩片160接成100進(jìn)制計數(shù)并行進(jìn)位為什么要加非門串行進(jìn)位如何接成35進(jìn)制計數(shù)器M不可M不可分采用整體置零和整體置數(shù)法先用兩片接成M’>M的計數(shù)然后再采用置零或置數(shù)的方例：用74160接成例：用74160接成29進(jìn)制計數(shù)整體置（異步整體置（同步討論討論分析圖示電路，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器五進(jìn)制計數(shù)討論分析討論分析圖示電路，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器七進(jìn)制計數(shù)十一進(jìn)制計數(shù)討論分析討論分析圖示電路，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器4096進(jìn)制計數(shù)如果改為74160呢討論討論分析圖示電路，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器174進(jìn)制計數(shù)討論討論分析圖示電路，說明它是幾進(jìn)制計數(shù)器92進(jìn)制計數(shù)計數(shù)器應(yīng)用舉例－－電子表電秒顯計數(shù)器應(yīng)用舉例－－電子表電秒顯724進(jìn)制計數(shù)60進(jìn)制計數(shù)60進(jìn)制計數(shù)CP為秒脈沖(周期為1秒 分顯小時顯00~23小作業(yè)6.11、6.12作業(yè)6.11、6.12、6.136.15、6.18、若干常用時序邏輯若干常用時序邏輯電寄存器和移位寄存①用于寄存N位二值代碼，N位寄存器由N個觸發(fā)組成②要求每個觸發(fā)器都可置1或置0一、寄存器4位寄存744位寄存74LS4位寄存74LS二、移位寄存 所二、移位寄存 所謂“移位”，就是將寄存器所存各位數(shù)據(jù)，存器雙向移位寄存器三種雙寄存左寄存右寄存用D觸發(fā)器構(gòu)成的移用D觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存11101用JK用JK觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器件實器件實集成移位寄存器74194A是4位通用移存器，具有左移、右移、并行置數(shù)、保持清除等多種功能集成移位寄存器工作狀態(tài)移集成移位寄存器工作狀態(tài)移位脈沖輸入端，上升沿觸右移、左移串行數(shù)碼輸入S1、異步清0端，低電平有工作方式控制 工作狀0 置1 保1 右1 左1 并行輸用兩片74LS194A用兩片74LS194A接成8位雙向移位寄存擴展應(yīng)用（四 八位移位寄存器型計數(shù)回顧移位移位寄存器型計數(shù)回顧移位寄存移位寄存器的狀態(tài)變化規(guī)律是=01=i怎樣接成計數(shù)器移位寄存器型計數(shù)1.環(huán)形計數(shù)狀態(tài)方移位寄存器型計數(shù)1.環(huán)形計數(shù)狀態(tài)方=32=21==1003電路狀態(tài)利用率太低怎樣提高電路狀態(tài)利用率狀態(tài)方=32=21=狀態(tài)方=32=21=10=Q03此電路能自起動嗎2.扭環(huán)形計數(shù)移存型計數(shù)器移存型計數(shù)器自啟動的設(shè)D1=F(Q1,Q2...Qn-只能設(shè)計例：設(shè)計能自啟動的模3環(huán)形計數(shù)只能設(shè)計次態(tài)K例：設(shè)計能自啟動的模3環(huán)形計數(shù)只能設(shè)計次態(tài)K11000000Q2Q00D1=Q2'狀態(tài)方Q3*=Q2Q2*=0101001Q1Q*Q* Q*=Q'Q1 例：設(shè)計能自啟動的模6紐環(huán)計數(shù)只能設(shè)計D1=Q1*=Q3'+Q2'例：設(shè)計能自啟動的模6紐環(huán)計數(shù)只能設(shè)計D1=Q1*=Q3'+Q2'QQ2210111010QQ3狀態(tài)方3001=132=2*1Q*Q*=Q3'+Q2' 1討論用移討論用移位寄存器74194和邏輯門組成的電路如圖所示設(shè)74194的初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0010,試畫出各輸出Q3、Q2、Q1、Q0和L的波形作業(yè)6.10、作業(yè)6.10、序列信號發(fā)生序列信號發(fā)生在數(shù)字系統(tǒng)中經(jīng)常需要一些串行周期性信號，0和1數(shù)碼按一定的規(guī)律順序排列每個循環(huán)周期中稱為序列信號序列信號在通信、雷達(dá)、遙控、遙測等領(lǐng)域有著泛的應(yīng)用。產(chǎn)生序列信號的電路稱為序列信號發(fā)生器設(shè)計給定序列信號的電路，一般有兩種結(jié)構(gòu)形式移存型序列信號發(fā)生器和計數(shù)型序列信號發(fā)生器 移存型序列信號發(fā)生例：設(shè)計一個序列信號發(fā)生器電路，使之在一系列CLK脈沖的作用下能周期性的輸出“01000的序列信號。解：序列信號長度m=8，由此確定移位寄存器的位數(shù)為3,列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0 移存型序列信號發(fā)生例：設(shè)計一個序列信號發(fā)生器電路，使之在一系列CLK脈沖的作用下能周期性的輸出“01000的序列信號。解：序列信號長度m=8，由此確定移位寄存器的位數(shù)為3,列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0123456789001011101011101011100移位寄存器只需設(shè)計125376400001010101=QQ+'Q+'0 02120D0=Q2Q1'Q0+Q2'Q1+Q2'Q0狀態(tài)轉(zhuǎn)換D0=D0=Q2Q1'Q0+Q2'Q1+Q2'畫出電路圖（用D觸發(fā)器實輸出信號可以Q1或Q2端取嗎 2.計數(shù) 2.計數(shù)型序列信號發(fā)生 電路由兩部分構(gòu)例：設(shè)計產(chǎn)生序列信號的發(fā)生器電路解：根據(jù)序列信號的長度可選用二進(jìn)制計數(shù)解：根據(jù)序列信號的長解：根據(jù)序列信號的長度m=7，可用二進(jìn)制計數(shù)器和一個8選1數(shù)據(jù)選擇器組成 01 1 1 0 0 1 1110011用二進(jìn)制計數(shù)器74LS161和用二進(jìn)制計數(shù)器74LS161和74LS138譯碼器組成OUT=m1+m2+m3+m6+=(2367 01 1 1 0 0 1 1110011用二進(jìn)制計數(shù)器74LS161用二進(jìn)制計數(shù)器74LS161和門電路組成 01 1 1 0 0 1 1110011時序邏輯電路的時序邏輯電路的設(shè)計方同步時序邏輯電路的設(shè)計方設(shè)計步驟進(jìn)行狀態(tài)編的狀態(tài)數(shù)例：用JK觸發(fā)器設(shè)計一個模5計數(shù)器利用次態(tài)K圖（1例：用JK觸發(fā)器設(shè)計一個模5計數(shù)器利用次態(tài)K圖（1）建立狀態(tài)轉(zhuǎn)換編C（2）用K圖的形式描述狀010xC0x0x0100101C=Q*Q* （3）由狀態(tài)方程求出驅(qū)動方000x1x0x*Q3= 001 00001=JQ'（3）由狀態(tài)方程求出驅(qū)動方000x1x0x*Q3= 001 00001=JQ'+K'3 =3K3=Q*Q* 3100x0x1x001x0x1xQ3010112=Q'Q=QQ'+Q'1312 12=JQ'+K'=JQ'+K'1 1K1=12 22J2=K2=J1=(4)檢查自啟=QQQ3 (4)檢查自啟=QQQ3 =QQ'+Q'2 12=Q'Q131可以自啟 （5）畫邏輯=（5）畫邏輯=====由驅(qū)動方程畫出電路=C=例：設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測器，要求在例：設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測器，要求在連續(xù)輸入三個或三用X表示輸入數(shù)據(jù)，用Y表示輸出（檢測結(jié)果收到一個1后的狀態(tài)初始狀態(tài)，電路還未收到收到兩個1后的狀態(tài)收到三個1后的狀態(tài)狀二、狀態(tài)二、狀態(tài)化三、狀三、狀態(tài)編取n=2,令S0、S1、S2為00、01、次態(tài)卡諾Y次態(tài)卡諾Y01Y=Q1*=XQ1+Q0*=XQ1'四、選用JK觸發(fā)器，求驅(qū)動方程Q1*=XQ1+由*由 =四、選用JK觸發(fā)器，求驅(qū)動方程Q1*=XQ1+由*由 =XQ'Q010*Q*Q=+XQ0(Q+Q1'=XQ1'Q1=(1')Q0'+1'=( )Q1'+(X)'Q00得J=得J=XQ1001K1=K0 =Y=XQ輸出方五、檢查電路能否自啟將五、檢查電路能否自啟將狀態(tài)代入狀態(tài)方程和輸出方程，分求出X=0/1下的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)下的輸出，得到X0時，Q*Q*00= X時，Q*Q*10= 能自啟六、畫邏輯J1=六、畫邏輯J1=J0 =Y=K=1K0=1時序邏輯時序邏輯電路的自啟動設(shè)例：設(shè)計一個七進(jìn)制計數(shù)器，要求它能夠自啟動已知該計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及狀態(tài)編碼如圖示檢查自啟=ˉ123=檢查自啟=ˉ123=21不能自啟要修改設(shè)=32213=ˉ=ˉ123123=Q+Q=ˉ=ˉ123123=Q+Q'Q=212321==3232213根據(jù)狀態(tài)方=ˉ123=根據(jù)狀態(tài)方=ˉ123=+Q'Q2123=32畫出狀態(tài)可以自啟由狀態(tài)方得到驅(qū)動方=ˉJ