數(shù)字電子技術(shù) 第五章-2 時序邏輯電路 學(xué)習(xí)課件

5.4寄存器5.4.1數(shù)碼寄存器1.兩拍接受方式特點：先清0后置數(shù)，并行輸入、并行輸出。AB清0置數(shù)定義：寄存二進制數(shù)碼的電路。分類：數(shù)碼寄存器，移位寄存器，移位寄存器型計數(shù)器.

2.單拍接受方式特點：清0和置數(shù)同時進行，并行輸入、并行輸出。寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制代碼，存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構(gòu)成。并行輸出并行輸入5.4.2移位寄存器移位寄存器：具有寄存代碼和移位功能的電路。1.4位右移移位寄存器并行輸出2.4位左移移位寄存器并行輸出M1M0D3集成雙向移位寄存器T1194（74194）RD=0，清零。DSLDSR3.集成雙向移位寄存器74LS1943.集成雙向移位寄存器74LS1941.環(huán)形計數(shù)器結(jié)構(gòu)特點即將輸出Q0接到輸入端D3。工作原理根據(jù)起始狀態(tài)設(shè)置的不同，在輸入計數(shù)脈沖CP的作用下，環(huán)形計數(shù)器的有效狀態(tài)可以循環(huán)右移移位一個1，也可以循環(huán)右移移位一個0。即當(dāng)連續(xù)輸入CP脈沖時，環(huán)形計數(shù)器中各個觸發(fā)器的Q端，將依次出現(xiàn)矩形脈沖。

5.4.3移位寄存器型計數(shù)器定義：移位寄存器的輸出以一定方式反饋到串行數(shù)碼輸入端。狀態(tài)方程不能自啟動的4位右移環(huán)形計數(shù)器有效循環(huán)1000010000100001無效循環(huán)110111100111101111000110001110010101000011111010狀態(tài)圖能自啟動的4位環(huán)形計數(shù)器狀態(tài)圖狀態(tài)方程

計數(shù)長度：N=n

循環(huán)移位一個“1”或“0”2.扭環(huán)形計數(shù)器結(jié)構(gòu)特點狀態(tài)圖不能自啟動&&能自啟動的扭環(huán)形計數(shù)器:

計數(shù)長度：N=2n

3最大長度移位寄存器型計數(shù)器特點：N=2n–1

利用異或運算形成反饋

011111110001011111CP0與0異或為0，故全0碼組為穩(wěn)定的無效狀態(tài)，電路不能自啟動。改進電路能自啟動。0005.5順序脈沖發(fā)生器(自學(xué))例：異步3位二進制計數(shù)器3/8線譯碼器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器的時序圖。窄脈沖是由于計數(shù)器中各觸發(fā)器不能同時翻轉(zhuǎn)，使譯碼器的輸入發(fā)生競爭而產(chǎn)生冒險。消除干擾脈沖的方法：1）采用環(huán)形計數(shù)器；2）采用每次狀態(tài)變化時，只有一個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器，如扭環(huán)形計數(shù)器；3）采用3.8節(jié)介紹的消除冒險方法。時間順序有先有后的脈沖,叫做順序脈沖。產(chǎn)生順序脈沖的電路，叫順序脈沖發(fā)生器。順序脈沖發(fā)生器由計數(shù)器和譯碼器構(gòu)成。時序圖譯碼器電路圖計數(shù)器一、計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器計數(shù)器型順序脈沖發(fā)生器一般用按自然態(tài)序計數(shù)的二進制計數(shù)器和譯碼器構(gòu)成。用集成計數(shù)器74LS163和集成3線-8線譯碼器74LS138構(gòu)成的8輸出順序脈沖發(fā)生器。二、移位型順序脈沖發(fā)生器移位型順序脈沖發(fā)生器由移位寄存器型計數(shù)器加譯碼電路構(gòu)成。其中環(huán)形計數(shù)器的輸出就是順序脈沖，故可不加譯碼電路就可直接作為順序脈沖發(fā)生器。時序圖設(shè)計要求原始狀態(tài)圖狀態(tài)化簡畫邏輯電路圖檢查電路能否自啟動1246時序電路的設(shè)計步驟：選觸發(fā)器，求、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程5狀態(tài)編碼3化簡

5.6.1同步時序電路的設(shè)計

5.6.1同步時序電路的設(shè)計

設(shè)計步驟：

1邏輯抽象，畫原始狀態(tài)圖

由設(shè)計要求，確定輸入變量、輸出變量、電路的狀態(tài)含義和狀態(tài)數(shù)。對狀態(tài)編號，畫原始狀態(tài)圖。

2狀態(tài)化簡，合并重復(fù)狀態(tài)

如果有兩個狀態(tài)，在輸入相同時，會轉(zhuǎn)換到同一狀態(tài)并得一樣的輸出，則為重復(fù)狀態(tài)，應(yīng)進行合并，化簡狀態(tài)圖。

3狀態(tài)編碼，畫代碼的狀態(tài)圖

確定觸發(fā)器的數(shù)目n和類型（2n>N);確定編碼,畫代碼狀態(tài)圖。

4求輸出方程、驅(qū)動方程由狀態(tài)圖表明的函數(shù)關(guān)系畫卡諾圖，合理化簡可得輸出方程和狀態(tài)方程，由狀態(tài)方程可得驅(qū)動方程。

5檢查電路能否自啟動

6畫邏輯電路圖

例5-2設(shè)計一個同步6進制計數(shù)器。/0/0原始狀態(tài)圖

代碼狀態(tài)圖解：

1邏輯抽象畫原始狀態(tài)圖：

C表示進位輸出，S0、S1、…、S5

表示在計數(shù)脈沖CP作用下的六個狀態(tài)。

2狀態(tài)編碼，畫代碼狀態(tài)圖：1）由2n>N=6，確定觸發(fā)器數(shù)n=3；選用JK觸發(fā)器；

2）狀態(tài)編碼：S0=000、S1=100、S2=110、S3=111、S4=011、S5=001，010、101作任意項。

3）畫代碼狀態(tài)圖：C--進位卡諾圖

3求輸出方程、驅(qū)動方程

/C1）輸出方程：次態(tài)卡諾圖2）驅(qū)動方程求驅(qū)動方程：JK觸發(fā)器的特性方程：將卡諾圖分為兩部分，然后化簡。分解卡諾圖：4檢查能否自啟動將010、101兩個無效狀態(tài)代入狀態(tài)方程和輸出方程，算出次態(tài)和輸出，結(jié)果如右圖。電路不能自啟動。5實現(xiàn)自啟動的方法1)修改無效狀態(tài)的次態(tài)110110修改后的狀態(tài)方程：驅(qū)動方程：輸出方程：JK觸發(fā)器的特性方程：5實現(xiàn)自啟動的方法

2）重新選擇編碼方案選擇8421編碼，代碼圖如圖示。輸出方程：狀態(tài)方程：電路能自啟動。JK觸發(fā)器的特性方程：驅(qū)動方程：無效狀態(tài)轉(zhuǎn)換：

Q2Q1Q01101110006畫邏輯圖：(8421編碼)驅(qū)動方程：輸出方程：&C例5-3設(shè)計一個可控同步加法計數(shù)器，當(dāng)控制信號X=1時為5進制，X=0時為3進制。X

000001010X

100011解：1建立原始狀態(tài)圖2畫代碼狀態(tài)圖1)狀態(tài)編碼:n=3和52)畫代碼狀態(tài)圖3)選JＫ觸發(fā)器

3.1輸出方程：

000001010X

100011C2C1

3.2狀態(tài)方程：

000001010X

100011

4

檢查自啟動沒有無效狀態(tài)，電路能自啟動。

5驅(qū)動方程

JK觸發(fā)器特性方程6畫邏輯圖設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測電路，當(dāng)連續(xù)輸入3個或3個以上1時，電路的輸出為1，其它情況下輸出為0。例如：輸入X 101100111011110輸入Y 000000001000110例1建立原始狀態(tài)圖S0S1S2S3設(shè)電路開始處于初始狀態(tài)為S0。第一次輸入1時，由狀態(tài)S0轉(zhuǎn)入狀態(tài)S1，并輸出0；1/0X/Y若繼續(xù)輸入1，由狀態(tài)S1轉(zhuǎn)入狀態(tài)S2，并輸出0；1/0如果仍接著輸入1，由狀態(tài)S2轉(zhuǎn)入狀態(tài)S3，并輸出1；1/1此后若繼續(xù)輸入1，電路仍停留在狀態(tài)S3，并輸出1。1/1電路無論處在什么狀態(tài)，只要輸入0，都應(yīng)回到初始狀態(tài)，并輸出0，以便重新計數(shù)。0/00/00/00/0原始狀態(tài)圖中，凡是在輸入相同時，輸出相同、要轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同的狀態(tài)，稱為等價狀態(tài)。狀態(tài)化簡就是將多個等價狀態(tài)合并成一個狀態(tài)，把多余的狀態(tài)都去掉，從而得到最簡的狀態(tài)圖。狀態(tài)化簡2狀態(tài)分配3所得原始狀態(tài)圖中，狀態(tài)S2和S3等價。因為它們在輸入為1時輸出都為1，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S3；在輸入為0時輸出都為0，且都轉(zhuǎn)換到次態(tài)S0。所以它們可以合并為一個狀態(tài)，合并后的狀態(tài)用S2表示。S0=00S1=01S2=104選觸發(fā)器，求輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程選用2個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1表示。采用同步方案，即取：輸出方程狀態(tài)方程比較，得驅(qū)動方程：電路圖5檢查電路能否自啟動6將無效狀態(tài)11代入輸出方程和狀態(tài)方程計算：電路能夠自啟動。

例5-4設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測器,當(dāng)連續(xù)輸入信號110時,輸出為1,否則為0。

解：1.建立原始狀態(tài)圖

X--輸入

Y--輸出。

S0—初態(tài)

S1—輸入1個1S2---輸入2個1S3---輸入2個1后再輸入1個03狀態(tài)編碼，畫代碼狀態(tài)圖2狀態(tài)化簡S0和S3在相同的輸入下產(chǎn)生相同的輸出，S0和S3等價。S0—00S1—01S2---104求輸出方程，狀態(tài)方程5自啟動11000/111101/06驅(qū)動方程7邏輯圖例1建立原始狀態(tài)圖設(shè)計一個按自然態(tài)序變化的7進制同步加法計數(shù)器，計數(shù)規(guī)則為逢7進1，產(chǎn)生一個進位輸出。狀態(tài)化簡2狀態(tài)分配3已經(jīng)最簡。已是二進制狀態(tài)。4選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程因需用3位二進制代碼，選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。由于要求采用同步方案，故時鐘方程為：輸出方程：狀態(tài)方程比較，得驅(qū)動方程：電路圖5檢查電路能否自啟動6將無效狀態(tài)111代入狀態(tài)方程計算：可見111的次態(tài)為有效狀態(tài)000，電路能夠自啟動。例設(shè)計一個異步時序電路，要求如右圖所示狀態(tài)圖。4選觸發(fā)器，求時鐘、輸出、狀態(tài)、驅(qū)動方程選用3個CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、