1、電子技術電子技術 第六章第六章 時序邏輯電路時序邏輯電路數字電路部分數字電路部分第十九講第十九講 存放器和移位存放器存放器和移位存放器第六章第六章 時序邏輯電路時序邏輯電路6.1 概述概述6.2 存放器存放器 6.3 計數器的分析計數器的分析6.4 計數器的設計計數器的設計 6.5 計數器的運用舉例計數器的運用舉例 時序電路的特點：具有記憶功能時序電路的特點：具有記憶功能在數字電路中，凡是任一時辰的穩定在數字電路中，凡是任一時辰的穩定輸出不僅決議于該時辰的輸入，而且還和輸出不僅決議于該時辰的輸入，而且還和電路原來的形狀有關者，都叫做時序邏輯電路原來的形狀有關者，都叫做時序邏輯電路，簡稱時序電路

2、。電路，簡稱時序電路。組合邏輯電路組合邏輯電路存儲功能存儲功能.XYZW6.1 概述概述時序電路的根本單元：觸發器時序電路的根本單元：觸發器時時 序序邏輯電路邏輯電路存放器和移位存放器存放器和移位存放器計數器計數器順序脈沖發生器順序脈沖發生器分析分析設計設計教學要求教學要求 ：1. 會運用移位存放器組件會運用移位存放器組件 ；2. 會分析和設計計數器電路。會分析和設計計數器電路。*6.2 存放器存放器 6.2.1 數碼存放器數碼存放器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數取數脈沖脈沖接納接納脈沖脈沖( CP )存放器是計算機的主要部件之一，它用存放器是計算

3、機的主要部件之一，它用來暫時存放數據或指令。來暫時存放數據或指令。四位數碼存放器四位數碼存放器A3A2A1A0A0A1A2A31 2 3 45 6 7109814 13 12 111516171819201Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND輸出輸出控制控制時鐘時鐘VCC5D6D7D8D5Q6Q7Q8Q7 4 L S 3 7 4低電平低電平有效有效正邊沿正邊沿觸發觸發八八D存放器存放器 ：三態輸出：三態輸出共輸出控制共輸出控制共時鐘共時鐘6.2.2 移位存放器移位存放器 所謂所謂“移位，就是將存放器所存各位移位，就是將存放器所存各位 數據，數據，在每個移位脈沖的作用下，向左或向

4、右挪動一位。在每個移位脈沖的作用下，向左或向右挪動一位。根據移位方向，常把它分成三種：根據移位方向，常把它分成三種：存放器存放器左移左移(a)存放器存放器右移右移(b)存放器存放器雙向雙向移位移位(c)根據移位數據的輸根據移位數據的輸入輸出方式，又入輸出方式，又可將它分為四種：可將它分為四種：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入串出串入并出串入并出并入串出并入串出并入并出并入并出串行輸入串行輸出串行輸入串行輸出串行輸入并行輸出串行輸入并行輸出并行輸入串行輸出并行輸入串行輸出并行輸入并行輸出：并行輸入并行輸出：SDQQ DQQ DQQ DQQ D&

5、A0A1A2A3RDCLRLOAD移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出數數 據據 預預 置置 3210存數存數脈沖脈沖清零清零脈沖脈沖四位并入四位并入 - 串出的左移存放器串出的左移存放器初始形狀：初始形狀： 設設A3A2A1A0 1011在存數脈沖作用下，在存數脈沖作用下， Q3Q2Q1Q0 1011 。D0 0D1 Q0D2 Q1D3 Q2下面將重點下面將重點討論藍顏色討論藍顏色電路電路移位移位存放器的任存放器的任務原理。務原理。QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出3210D0 0D1 Q0D2 Q1D3 Q2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖

6、脈沖CP0串行串行輸出輸出32101 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設初態設初態 Q3Q2Q1Q0 1011用波形圖表示如下：用波形圖表示如下：Q3Q2Q1Q0CP110100110011000000000001四位串入四位串入 - 串出的左移存放器：串出的左移存放器：D0 LD1 Q0D2 Q1D3 Q2四位串入四位串入 - 串出的右移存放器：串出的右移存放器：D1 Q2D2 Q3D3 RD0 Q1雙向移位

7、存放器的構成：只需設置一個控制端雙向移位存放器的構成：只需設置一個控制端S，當當S0 時左移；而當時左移；而當S1時右移即可。集成組件時右移即可。集成組件 電路電路74LS194就是這樣的多功能移位存放器。就是這樣的多功能移位存放器。QQ DQQ DQQ DQQ DCP串行串行輸出輸出3210串行串行輸入輸入LQDQQ3DQDQDCP串行串行輸出輸出Q1Q2Q0串行串行輸入輸入RVCCQA QB QCQDS1 S0CPQA QB QCQDCP S1S0RdLDCBARABCDRLCLRGND74LS19415161413121110912345678011110 00 11 01 1直接清零直

8、接清零保保 持持右移右移(從從QA向向QD挪動挪動)左移左移(從從QD向向QA挪動挪動)并行輸入并行輸入 RdCPS1 S0功功 能能 R( )右移串行輸入右移串行輸入SRDL( )左移串行輸入左移串行輸入SLD0Q1Q3D2D1D0D2Q3Q74LS194RDCPS0S1SRDSLDABCD( )并行輸入并行輸入3D2D1D0D6.2.3 存放器運用舉例存放器運用舉例例例1：數據傳送方式變換電路：數據傳送方式變換電路D6D5D4D3D2D1D0并并行行輸輸入入串行輸出串行輸出數數據據傳傳送送方方式式變變換換電電路路1. 實現方法實現方法(1). 由于有由于有7位并行輸入，故需運用兩片位并行輸

9、入，故需運用兩片74LS194；(2). 用最高位用最高位QD2作為它的串行輸出端。作為它的串行輸出端。2. 詳細電路詳細電路&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1 B1 C1 D1A2 B2 C2D2D0D1D2D3D4D5D6+5V+5VCP啟動啟動脈沖脈沖移位移位脈沖脈沖&G2串行輸出串行輸出并行輸入并行輸入74LS194 (1)74LS194 (2)存放器各輸出端形狀存放器各輸出端形狀QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2存放器任務方式存放器任務方式0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0

10、D0 D1 D2 D3 D4 D5 1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 0 D0 D1 D2 1 1 1 1 1 0 D0 D1 1 1 1 1 1 1 0 D0 CP并行輸入并行輸入 ( S1S0=11)并行輸入并行輸入 ( S1S0=11)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)3.任務效果任務效果在電路中，在電路中，“右移輸入端接右移輸入端接 5V。例例2：試闡明以下圖電路邏輯功能：試闡明以下圖電路邏輯功能,并指出并指

11、出t4時辰輸出時辰輸出Y與輸入與輸入M、N的關系。的關系。2t1ttt1 t2 t3 t4t t1 t2 28NMY1框圖框圖控制方式選擇控制方式選擇Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRDILCPS1S0DR74LS194右移送數端右移送數端左移送數端左移送數端異步清零異步清零并行數據輸入并行數據輸入并行數據輸出并行數據輸出移位時鐘移位時鐘2任務方式控制任務方式控制S1 S0 RD CP 任務方式0 0 1 堅持0 1 1 右移 DIL= 1 0 1 左移 DIR= 1 1 1 并行加載 0 異步清零3功能功能這是一種功能較齊全的移位存放器這是一種功能較齊全的移位存放器，具有清零、左移、右移

12、、并行加載、，具有清零、左移、右移、并行加載、堅持五種功能。堅持五種功能。32101n31n21n11n0n3n2n1n01n31n21n11n0DDDDQQQQQQQQQQQQ 并行加載保持4用用74194實現左移、右移及實現左移、右移及 并行加載。并行加載。CP Q0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL數據數據011右移串出右移串出CP Q0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL 數據數據101左移串出左移串出CPQ0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL 111并行加載并行

13、加載4位并行數據輸入位并行數據輸入三三. . 移位存放器型計數器移位存放器型計數器1.1.環型計數器環型計數器M = NM = ND1 Q1D2 Q2D3 Q3D0 Q0CPQ0Q1Q2Q3 1000010000010010主循環主循環該電路為一四進制計器該電路為一四進制計器110001101001001111011110101101111010000001011111無效循環無效循環不能自啟動！不能自啟動！例：用環型計數器構成順序脈沖例：用環型計數器構成順序脈沖 發生器。發生器。環型計數器本身就是一個順序脈沖發生器。環型計數器本身就是一個順序脈沖發生器。D1 Q1D2 Q2D3 Q3D0 Q

14、0CP部件部件1部件部件2部件部件3部件部件410000 01 10 00 0001 00001123CP41234Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL11CP1 0 0 0用用7419474194構成環型計數器：構成環型計數器：有有 2N - N種無效形狀，無自啟動才干。種無效形狀，無自啟動才干。四進制計數器四進制計數器Q0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL11CP0 1 1 1Q0Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL111 1 1 1預置單脈沖預置單

15、脈沖例：用例：用74194構成廣告流水燈電路。構成廣告流水燈電路。例：用例：用74194構成構成 M = ?的計數器。的計數器。Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3DIRS1S0D DR R74LS194DIL11CP1 0 0 0M=32.2.扭環型計數器扭環型計數器M = 2NM = 2ND1 Q1D2 Q2D3 Q3D0 Q0CPQ0Q1Q2Q3 00001000000100111100111001111111有效循環有效循環此為循環碼進制計數器進制計數器00101001010110110100101001101101無效循環無效循環有有 2N -2N種無效形狀，無自啟動才干。種

16、無效形狀，無自啟動才干。用用7419474194構成扭環型計數器：構成扭環型計數器：Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3DIRS1S0D DR R74LS194DIL01CP 11框圖框圖控制方式選擇控制方式選擇Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRDILCPS1S0DR74LS194右移送數端右移送數端左移送數端左移送數端異步清零異步清零并行數據輸入并行數據輸入并行數據輸出并行數據輸出移位時鐘移位時鐘例例. M=?Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D3DIRS1S0D DR R74LS194DIL01CP 1M=6例2. M=？01Q0 Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1

17、S0D DR R74LS194DIL01CP Q0 Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL 1予清M=14例3. M=?Q0 Q1Q3Q2D0 D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL01CP &Q0Q1Q2Q3 00001000000100111100111001111111M=7集成移位存放器簡介集成移位存放器簡介74LS194、74LS198、74LS299，等。，等。并行輸入并行輸出并行輸入并行輸出 ( 雙向雙向 )并行輸入串行輸出并行輸入串行輸出 74LS165、74LS166，等。，等。串行輸入并行輸出串行輸入并行輸出

18、 74LS164，等。，等。串行輸入串行輸出串行輸入串行輸出 74LS91，等。，等。作業作業P1745.6電子技術電子技術 第六章第六章 時序邏輯電路時序邏輯電路數字電路部分數字電路部分(第二十講第二十講 計數器計數器) 第二十講第二十講 計數器計數器課題：二進制計數器課題：二進制計數器課時安排：課時安排：重點：集成計數器二進制計數器重點：集成計數器二進制計數器難點：難點：74161、74193、74191的功能及特點的功能及特點 教學目的：使同窗學會看功能表，了解同步加、減法計數教學目的：使同窗學會看功能表，了解同步加、減法計數器的構成規律，了解異步與同步任務的區別，熟練掌握同器的構成規律

19、，了解異步與同步任務的區別，熟練掌握同步二進制計數器步二進制計數器74161、74191、74193的功能和特點的功能和特點教學過程：教學過程： 一、概述一、概述 二、二進制計數器的構成規律二、二進制計數器的構成規律 三、三、MSI計數器計數器 1、74161 2、74191 3、74193計數器的分類計數器的分類2 2按數字的增減趨勢按數字的增減趨勢1 1按計數進制按計數進制3 3按能否由同按能否由同一計數脈沖控制一計數脈沖控制計數器主要用于對時鐘脈沖計數，分計數器主要用于對時鐘脈沖計數，分頻、定時的時序電路頻、定時的時序電路二進制計數器二進制計數器非二進制計數器非二進制計數器進制計數器進制

20、計數器加法計數器加法計數器減法計數器減法計數器可逆計數器?？赡嬗嫈灯?。同步計數器同步計數器異步計數器異步計數器一、二進制計數器一、二進制計數器1 1二進制異步計數器二進制異步計數器 1 1四位二進制異步加法計數器四位二進制異步加法計數器任務原理：任務原理： 4個個JK觸發器都接成觸發器都接成T觸發器。觸發器。 每當每當Q2由由1變變0，FF3向相反的形狀翻轉一次。向相反的形狀翻轉一次。 每來一個每來一個CP的下降沿時，的下降沿時，FF0向相反的形狀翻轉一次；向相反的形狀翻轉一次； 每當每當Q0由由1變變0，FF1向相反的形狀翻轉一次；向相反的形狀翻轉一次； 每當每當Q1由由1變變0，FF2向相

21、反的形狀翻轉一次；向相反的形狀翻轉一次；1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數脈沖計數脈沖清零脈沖清零脈沖QQQQ用用“察看法作出該電路的時序波形圖和形狀圖。察看法作出該電路的時序波形圖和形狀圖。由時序圖可以看出，由時序圖可以看出，Q0Q0、QlQl、Q2Q2、Q3Q3的周期分別是計的周期分別是計數脈沖數脈沖(CP)(CP)周期的周期的2 2倍、倍、4 4倍、倍、8 8倍、倍、1616倍，因此計數器也可倍，因此計數器也可作為分頻器。作為分頻器。CPQ0Q1Q2Q32 2四位二進制異步減法計數器四位二進制異步減法計數器用用4

22、 4個上升沿觸發的個上升沿觸發的D D觸發器組成的觸發器組成的4 4位異步二進制減法計數器。位異步二進制減法計數器。任務原理：任務原理：D觸發器也都接成觸發器也都接成T觸發器。觸發器。 由于是上升沿觸發，那么應將低位觸發器的由于是上升沿觸發，那么應將低位觸發器的Q端與端與相鄰高位觸發器的時鐘脈沖輸入端相連，即從相鄰高位觸發器的時鐘脈沖輸入端相連，即從Q端端取借位信號。它也同樣具有分頻作用。取借位信號。它也同樣具有分頻作用。C1CPFF31DQ3計數脈沖QRQ31DQQ22FFC1R2Q1DQQ11FFC1R1Q1DQQ00FFC1R0Q清零脈沖CR二進制異步減法計數器的時序波形圖和形狀圖。二進

23、制異步減法計數器的時序波形圖和形狀圖。 在異步計數器中，高位觸發器的形狀翻轉在異步計數器中，高位觸發器的形狀翻轉必需在相鄰觸發器產生進位信號加計數必需在相鄰觸發器產生進位信號加計數或借位信號減計數之后才干實現，所以或借位信號減計數之后才干實現，所以任務速度較低。為了提高計數速度，可采用任務速度較低。為了提高計數速度，可采用同步計數器。同步計數器。 231 0QQQ Q0000111111101101110010111001101010000111011001010100001100100001CPQ0Q1Q2Q32 2二進制同步計數器二進制同步計數器1 1二進制同步加法計數器二進制同步加法計數

24、器 由于該計數器的翻轉規律性較強，只需用由于該計數器的翻轉規律性較強，只需用“察看法就可設計出電路：察看法就可設計出電路： 由于是由于是“同步同步方式，所以將一切觸方式，所以將一切觸發器的發器的CPCP端連在一同，端連在一同，接計數脈沖。接計數脈沖。 然后分析形狀圖。然后分析形狀圖。假設用假設用JK觸發器實現，觸發器實現，選擇適當的選擇適當的JK信號。信號。1KR3FFC1Q1JRFFQC1C12FFC1CP1RQQ0&21KFF&3清零脈沖1JQ&計數脈沖RQ&1KQ1J11J1KQ0CR分析形狀圖可見：分析形狀圖可見：FF0FF0：每來一個：每來一個CPCP

25、，向相反的形狀翻轉一次。所以選，向相反的形狀翻轉一次。所以選J0=K0=1J0=K0=1。FF1：當：當Q0=1時，來一個時，來一個CP，向相反的形狀翻轉一次。所以，向相反的形狀翻轉一次。所以選選J1=K1= Q0 。FF2：當：當Q0Q1=1時，時， 來一個來一個CP，向相反的形狀翻轉一次。，向相反的形狀翻轉一次。所以選所以選J2=K2= Q0Q1FF3： 當當Q0Q1Q3=1時，時， 來一個來一個CP，向相反的形狀翻轉，向相反的形狀翻轉一次。所以選一次。所以選J3=K3= Q0Q1Q312 2二進制同步減法計數器二進制同步減法計數器 分析分析4 4位二進制同步減法計數器的位二進制同步減法計

26、數器的形狀表，很容易看出，只需將各觸發器形狀表，很容易看出，只需將各觸發器的驅動方程改為：的驅動方程改為： 將加法計數器和減法計數器合并起來，并引入一加將加法計數器和減法計數器合并起來，并引入一加/ /減控制信減控制信號號X X便構成便構成4 4位二進制同步可逆計數器，各觸發器的驅動方程為：位二進制同步可逆計數器，各觸發器的驅動方程為：就構成了就構成了4 4位二進制同步減法計數器。位二進制同步減法計數器。w3 3二進制同步可逆計數器二進制同步可逆計數器 當控制信號當控制信號X=1時，時，FF1FF3中的中的各各J、K端分別與低位各觸發器的端分別與低位各觸發器的Q端相端相連，作加法計數。連，作加

27、法計數。二進制同步可逆計數器的邏輯圖：二進制同步可逆計數器的邏輯圖： 當控制信號當控制信號X=0時，時，FF1FF3中的各中的各J、K端分別與低位各端分別與低位各觸發器的觸發器的 端相連，作減法計數。端相連，作減法計數。實現了可逆計數器的功能。實現了可逆計數器的功能。QR02Q11JQCRRQFF清零脈沖FFC10C11K1K計數脈沖1K1QC12RCPQ1J1FF1J1J1KQR3C1FF3Q&111X 加/減控制信號Q3 3集成二進制計數器舉例集成二進制計數器舉例 1 14 4位二進制同步加法計數器位二進制同步加法計數器7416174161RC1&Q1J1K&13Q

28、&Q&RC11J1K&12Q&Q&RC11J1K&11Q&Q&RC11J1K&10Q0D1&1EPET11D2D3DCPLDRDRCO 異步清零。異步清零。w7416174161具有以下功能：具有以下功能： 計數。計數。 同步并行預置數。同步并行預置數。RCO為進位輸出端。為進位輸出端。 堅持。堅持。41235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74161891011121413RD3DDLEPETQ0RCOQCPQ0Q21Q3LDRDDD0D21D3EPETRCO121314150120清零異步同

29、步置數加法計數保持24位二進制同步可逆計數器位二進制同步可逆計數器74191LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419141235671516Vcc741918910111214133D0Q1GNDD1EN D/UQ3Q2QD2LDMAX/MINRCOCP0D 第二十一講第二十一講 十進制計數器；十進制計數器；N進制計數器進制計數器課題：十進制計數器；課題：十進制計數器；N進制計數器進制計數器課時安排：課時安排：重點：重點： N進制計數器的獲得進制計數器的獲得難點：二難點：二-五五-十進制計數器構成不同編碼的十進制計數器十進制計數器構成不同編碼的十進制計數器

30、教學目的：使同窗掌握教學目的：使同窗掌握MSI計數器的級聯及大容量計數器的級聯及大容量N進制計數器的實現方法，進制計數器的實現方法，教學過程：教學過程： 一、十進制計數器一、十進制計數器 1、同步十進制加法計數器、同步十進制加法計數器 2、異步十進制加法計數器、異步十進制加法計數器 3、集成十進制計數器、集成十進制計數器 1同步十進制加法計數器同步十進制加法計數器74160 2二五十進制異步計數器二五十進制異步計數器74290 二、集成計數器運用二、集成計數器運用 1、計數器級聯、計數器級聯 1、同步級聯、同步級聯 2、異步級聯、異步級聯 3、以計數器輸出端做為進位、以計數器輸出端做為進位/借

31、位輸出進展級聯借位輸出進展級聯 2、用、用M進制集成計數器構成進制集成計數器構成N進制計數器進制計數器 1NM二、非二進制計數器二、非二進制計數器N進制計數器又稱模進制計數器又稱模N計數器。計數器。當當N=2n時，就是前面討論的時，就是前面討論的n位二進制計數器；位二進制計數器；當當N2n時，為非二進制計數器。非二進制計數器中最時，為非二進制計數器。非二進制計數器中最常用的是十進制計數器。常用的是十進制計數器。1 1 8421BCD8421BCD碼同步十進制加法計數器碼同步十進制加法計數器QQ1KR1J2QC10C111JFFRQ計數脈沖清零脈沖CR0Q1JRFFQ11KC13FF1KRFFC

32、1CP2Q1Q1K1J3&用前面引見的同步時序邏輯電路分析方法對該電路進展分析。用前面引見的同步時序邏輯電路分析方法對該電路進展分析。1寫出驅動方程：寫出驅動方程：10J10KnnQQJ031nQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK 然后將各驅動方程代入然后將各驅動方程代入JK觸發器的特性方程，得各觸發器的次態方程：觸發器的特性方程，得各觸發器的次態方程：2轉換成次態方程：轉換成次態方程： 先寫出先寫出JK觸發器的特性方程觸發器的特性方程:nnQQJ03110J10KnQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK nnnQK

33、QJQ1nnnnQQKQJQ0000010nnnnnnnnQQQQQQKQJQ10103111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ201201222212nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ3030123333133作形狀轉換表。作形狀轉換表。 設初態為設初態為Q3Q2Q1Q0=0000Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態方程進展計算，得，代入次態方程進展計算，得形狀轉換表如表形狀轉換表如表6.3.56.3.5所示。所示。4 4作形狀圖及時序圖。作形狀圖及時序圖。2310QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111CPQ0Q1Q2Q3

34、123456789105檢查電路能否自啟動檢查電路能否自啟動 用同樣的分析的方法分別求出用同樣的分析的方法分別求出6種無效種無效形狀下的次態，得到完好的形狀轉換圖。可形狀下的次態，得到完好的形狀轉換圖?？梢姡撚嫈灯骺梢宰詥?。見，該計數器可以自啟動。 由于電路中有由于電路中有4個觸發器，它們的形狀組合共有個觸發器，它們的形狀組合共有16種。而在種。而在8421BCD碼計數器中只用了碼計數器中只用了10種，稱為有效形狀。其他種，稱為有效形狀。其他6種形狀稱為無效形狀。種形狀稱為無效形狀。 當由于某種緣由，使計數器進入無效形狀時，假設能在時鐘信號作當由于某種緣由，使計數器進入無效形狀時，假設能在

35、時鐘信號作用下，最終進入有效形狀，我們就稱該電路具有自啟動才干。用下，最終進入有效形狀，我們就稱該電路具有自啟動才干。231 0QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111101010111101110011111110有效循環28421BCD碼異步十進制加法計數碼異步十進制加法計數器器CP2=Q1 當當FF1的的Q1由由10時，時，Q2才能夠改動形狀。才能夠改動形狀。用前面引見的異步時序邏輯電路分析方法對該電路進展分析：用前面引見的異步時序邏輯電路分析方法對該電路進展分析：1 1寫出各邏輯方程式。寫出各邏輯方程式。 時鐘方程：時鐘方程： CP0=

36、CP CP0=CP 時鐘脈沖源的下降沿觸發。時鐘脈沖源的下降沿觸發。CP1=Q0 當當FF0的的Q0由由10時，時，Q1才能夠改動形才能夠改動形狀。狀。)CP3=Q0 當當FF0的的Q0由由10時，時，Q3才能夠改動形狀才能夠改動形狀)1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數脈沖清零脈沖QQQQ&1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數脈沖清零脈沖QQQQ&各觸發器的驅動方程：各觸發器的驅動方程：10J10KnQJ3111K12J12Knn

37、QQJ12313K2將各驅動方程代入將各驅動方程代入JK觸發器的特性方程，得觸發器的特性方程，得各觸發器的次態方程：各觸發器的次態方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313KnnnnQQKQJQ0000010CP由由10時此式有效時此式有效 nnnnnQQQKQJQ13111111Q0由由10時此式有效時此式有效 nnnnQQKQJQ2222212Q1由由10時此式有效時此式有效 nnnnnnQQQQKQJQ312333313Q0由由10時此式有效時此式有效 3作形狀轉換表。作形狀轉換表。設初態為設初態為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態方程進展計算，得形狀轉換表。，

38、代入次態方程進展計算，得形狀轉換表。3 3十進制集成計數器舉例十進制集成計數器舉例1 18421BCD8421BCD碼同步加法計數器碼同步加法計數器74160741603Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q7416041235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74160891011121413RD3DDLEPETQ0RCOEPRDDL 異步清零。異步清零。w7416174161具有以下功能：具有以下功能： 計數。計數。 同步并行預置數。同步并行預置數。RCO為進位輸出端。為進位輸出端。 堅持。堅持。41235671516CPD0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc7416

39、1891011121413RD3DDLEPETQ0RCO2 2二二五五十進制異步加法計數器十進制異步加法計數器7429074290二進制計數器的時鐘輸入端為二進制計數器的時鐘輸入端為CP1CP1，輸出端為，輸出端為Q0Q0；五進制計數器的時鐘輸入端為五進制計數器的時鐘輸入端為CP2CP2，輸出端為，輸出端為Q1Q1、Q2Q2、Q3Q3。7429074290包含一個獨立的包含一個獨立的1 1位二進制計數器和一個獨立的異步五進制計數器。位二進制計數器和一個獨立的異步五進制計數器。假設將假設將Q0Q0與與CP2CP2相連，相連，CP1CP1作時鐘脈沖輸入端，作時鐘脈沖輸入端，Q0Q0Q3Q3作輸出端

40、，那么作輸出端，那么為為8421BCD8421BCD碼十進制計數器。碼十進制計數器。RQC1C1RQC11KCPR1K1J1J1J1J1KQ1KRC1Q&SS&3Q0Q1QQ220(1)R0(2)R9(1)R9(2)1CPR 74290的功能： 異步清零。 計數。 異步置數置9。 4123567891011121314GNDVcc74LS2909(1)NC9(2)NC0(1)0(2)21Q3Q0Q1Q2CPCPRRRR三、集成計數器的運用三、集成計數器的運用1 1同步級聯同步級聯例：用兩片例：用兩片4 4位二進制加法計數器位二進制加法計數器7416174161采用同步級聯采用同

41、步級聯方式構成的方式構成的8 8位二進制同步加法計數器，模為位二進制同步加法計數器，模為161616=25616=256。1 1計數器的級聯計數器的級聯3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74161(1)EPRDDLD13DD3DCPQ Q00RCO74161(2)L21ETQDQR2DEP111計數脈沖清零脈沖0132Q Q Q Q4576Q Q Q Q2 2異步級聯異步級聯 例：用兩片例：用兩片7419174191采用異步級聯方式構成采用異步級聯方式構成8 8位二進位二進制異步可逆計數器。制異步可逆計數器。LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q74

42、191(2)LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q74191(1)計數脈沖D/UENL0132Q Q Q QQ6Q7Q4Q5D3用計數器的輸出端作進位用計數器的輸出端作進位/借位端借位端 有的集成計數器沒有進位有的集成計數器沒有進位/借位輸出端，借位輸出端，這時可這時可根據詳細情況，用計數器的輸出信號根據詳細情況，用計數器的輸出信號Q3、Q2、Q1、Q 產生一個進位產生一個進位/借位。借位。例：如用兩片例：如用兩片74290采用異步級聯方式組成的二位采用異步級聯方式組成的二位8421BCD碼十進制加法計數器。碼十進制加法計數器。(模為模為1010=100)3Q2

43、Q1Q0Q74290(1)CP1CP2R0(2)R0(1)R9(1)9(2)RQ0Q12QQ374290(2)CP1CP20(2)RR0(1)9(1)RR9(2)計數脈沖置數脈沖清零脈沖個位輸出十位輸出01Q2QQ3Q01Q2QQ3Q第二十二講第二十二講 恣意進制計數器；順序脈沖發生器；序列信號發生器恣意進制計數器；順序脈沖發生器；序列信號發生器課題：恣意進制計數器；順序脈沖發生器；序列信號發生器課題：恣意進制計數器；順序脈沖發生器；序列信號發生器課時安排：課時安排：重點：重點： N進制計數器的獲得進制計數器的獲得難點：用異步清零和異步置數法構成難點：用異步清零和異步置數法構成N進制計數器時的

44、過渡形狀進制計數器時的過渡形狀教學目的：使同窗掌握教學目的：使同窗掌握MSI計數器的級聯及大容量計數器的級聯及大容量N進制計數器的實現進制計數器的實現方法，初步了解用方法，初步了解用MSI進展時序邏輯電路的設計進展時序邏輯電路的設計;了解順序脈沖發生器；了解順序脈沖發生器；了解序列信號發生器了解序列信號發生器教學過程：教學過程： 一、用一、用M進制集成計數器構成進制集成計數器構成N進制計數器進制計數器 1、NM 1用整體清零法或置數法用整體清零法或置數法 2乘數法乘數法 二、順序脈沖發生器二、順序脈沖發生器 1、移位型脈沖計數器、移位型脈沖計數器 2、計數器加譯碼器、計數器加譯碼器 三、序列信

45、號發生器三、序列信號發生器2 2組成恣意進制計數器組成恣意進制計數器1異步清零法異步清零法 異步清零法適用于具有異步清零端的集成計異步清零法適用于具有異步清零端的集成計數器。數器。例：用集成計數器例：用集成計數器74160和與非門組成的和與非門組成的6進制計數器。進制計數器。QDQ1074160Q32Q3DETQ10Q211CPLD31DQEPQ計數脈沖RCO20DRD&Q0Q0000Q00010100001100102100101100101100010111Q32同步清零法同步清零法同步清零法適用于具有同步清零端的集成計數器。同步清零法適用于具有同步清零端的集成計數器。例：用集成計

46、數器例：用集成計數器74163和與非門組成的和與非門組成的6進制計數器。進制計數器。QDRETEP74163DRCO33QD211QL010QDCPDD1計數脈沖2&0132Q Q Q Q3Q0010000000011Q0001Q1Q0100201013異步預置數法異步預置數法異步預置數法適用于具有異步預置端的集成計數器。異步預置數法適用于具有異步預置端的集成計數器。例：用集成計數器例：用集成計數器74191和與非門組成的余和與非門組成的余3碼碼10進制計數器。進制計數器。LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419100計數脈沖&Q30QQ2

47、1Q1100011001101001101002Q11011QQQ30101011110010110100010104同步預置數法同步預置數法同步預置數法適用于具有同步預置端的集成計數器。同步預置數法適用于具有同步預置端的集成計數器。例：用集成計數器例：用集成計數器74160和與非門組成的和與非門組成的7進制計數器。進制計數器。QDRETEP74160DRCO33QD211QL010QDCPDD1計數脈沖200111Q30QQ21Q3Q0101000110111Q0100Q1Q1000210010110例例 用用7416074160組成組成4848進制計數器。進制計數器。 先將兩芯片采用同步級

48、聯方式銜接成先將兩芯片采用同步級聯方式銜接成100100進制計數器，然后再進制計數器，然后再用異步清零法組成了用異步清零法組成了4848進制計數器。進制計數器。解：由于解：由于N N4848，而，而7416074160為模為模1010計數器，所以要用兩片計數器，所以要用兩片7416074160構成構成此計數器。此計數器。3Q2QETCP0D1D2D3DRCO1Q0Q74160(1)EPRDDLD13DD3DCPQ Q00RCO74160(2)L21ETQDQR2DEP1計數脈沖&113 3組成分頻器組成分頻器 前面提到，模前面提到，模N N計數器進位輸出端輸出脈沖的頻率是輸入計數器進位

49、輸出端輸出脈沖的頻率是輸入脈沖頻率的脈沖頻率的1/N1/N，因此可用模，因此可用模N N計數器組成計數器組成N N分頻器。分頻器。解：解： 由于由于32768=21532768=215，經，經1515級二分頻，就可獲得頻率為級二分頻，就可獲得頻率為1Hz1Hz的脈沖的脈沖信號。因此將四片信號。因此將四片7416174161級聯，從高位片級聯，從高位片4 4的的Q2Q2輸出即可。輸出即可。例例 某石英晶體振蕩器輸出脈沖信號的頻率為某石英晶體振蕩器輸出脈沖信號的頻率為32768Hz32768Hz，用，用7416174161組成分頻器，將其分頻為頻率為組成分頻器，將其分頻為頻率為1Hz1Hz的脈沖信

50、號。的脈沖信號。D13DD3DCPQ Q00RCO74161(4)L21ETQDQR2DEP1RRCO0CP0D3DDD1QQETQ3DQEPL1D1274161(3)2QCP332Q1EP74161(2)D0D2DQD10QDRETLRCOD3RQ1DQDCP0EPD1L2D1RCO3ETDQD074161(1)2Q111111ff=1Hz=32768Hz4 4組成序列信號發生器組成序列信號發生器序列信號序列信號在時鐘脈沖作用下產生的一串周期性的二進制信號。在時鐘脈沖作用下產生的一串周期性的二進制信號。例：用例：用74161及門電路構成序列信號發生器。及門電路構成序列信號發生器。 其中其中7

51、4161與與G1構成了一個模構成了一個模5計數器。計數器。 ，因此，這是一個，因此，這是一個01010序列信號發生器，序列長度序列信號發生器，序列長度P=5。 例例 試用計數器試用計數器74161和數據選擇器設計一個和數據選擇器設計一個01100011序列發生器。序列發生器。 解：由于序列長度解：由于序列長度P=8，故將，故將74161構成模構成模8計數器，并選用數據選擇器計數器，并選用數據選擇器74151產生所需序列，從而得電路如下圖。產生所需序列，從而得電路如下圖。5組成脈沖分配器組成脈沖分配器74161DD32DDLQQRDQ01301CPCP1ET2EPD1RCOQ1000Y22BA2

52、AY1G1YA474138YYGGY0Y315YA7612Y60Y235YY14YYY7YCPQ0Q1Q20Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y5.4 計數器的設計計數器的設計 計數器的設計方法很多，大抵可分為兩計數器的設計方法很多，大抵可分為兩類：一是根據要求用觸發器構成，再就是利類：一是根據要求用觸發器構成，再就是利器具有特定功能的中規模集成組件適當銜接器具有特定功能的中規模集成組件適當銜接而成。而成。5.4.1 利用觸發器設計某計數電路利用觸發器設計某計數電路舉例闡明其設計步驟。舉例闡明其設計步驟。 例：數字控制安裝中常用的步進電動機有例：數字控制安裝中常用的步進電動機有 A、B、C 三個繞組

53、。電動機運轉時要求三個繞三個繞組。電動機運轉時要求三個繞組以組以 AAB B BC C CA再回到再回到A的的順序循環通電，試設計一個電路實現之。順序循環通電，試設計一個電路實現之。設計步驟設計步驟(分分7步步)如下：如下：(1) 根據義務要求，確定計數器的模數和所需的根據義務要求，確定計數器的模數和所需的觸發器個數。觸發器個數。本義務所需計數器的模數為本義務所需計數器的模數為 6 ，所以觸發器，所以觸發器的個數為的個數為 3 。(2) 確定觸發器的類型。確定觸發器的類型。最常用的觸發器有最常用的觸發器有 D觸發器和觸發器和JK觸發器，本觸發器，本義務中選用義務中選用JK觸發器。觸發器。001

54、011010110100101(3) 列寫形狀轉換表或轉換圖。列寫形狀轉換表或轉換圖。用三個觸發器的輸出端用三個觸發器的輸出端QA、QB、QC分別控制電動機的三分別控制電動機的三個繞組個繞組A、B、C，并以，并以“1表示通電，表示通電，“0表示不通電。表示不通電。以以QCQBQA 為序陳列：為序陳列：(4) 根據所選觸發器的鼓勵表，確定各個觸發器在根據所選觸發器的鼓勵表，確定各個觸發器在形狀轉換時對控制端的電平要求。形狀轉換時對控制端的電平要求。J K Qn Q n+1JK觸發器的功能表觸發器的功能表 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1

55、1 1 1 0 1 1 1 1 0 Q n Q n+1 J KJK觸發器的驅動表觸發器的驅動表0 0 0 X0 1 1 X1 0 X 11 1 X 0 留意：留意：“X表示可表示可“0可可“1。 QC QB QA QC QB QA JC KC JB KB JA KA 原原 狀狀 態態 下下 狀狀 態態 對各控制端的電平要求對各控制端的電平要求, 0 0 1 0 1 1 0 X 1 X X 0 0 1 1 0 1 0 0 X X 0 X 1 0 1 0 1 1 0 1 X X 0 0 X 1 1 0 1 0 0 X 0 X 1 0 X 1 0 0 1 0 1 X 0 0 X 1 X 1 0 1

56、0 0 1 X 1 0 X X 0步進電動機繞組通電鼓勵表步進電動機繞組通電鼓勵表(5) 寫出各個控制端的邏輯表達式。寫出各個控制端的邏輯表達式。JC = QA KC = QA JB = QC KB = QC JA = QB KA = QB RDQCQCJCKCQBQBJBKBJAQAQAKARDSD預置數預置數計數脈沖計數脈沖CP(6) 畫出計數器的邏輯電路圖。畫出計數器的邏輯電路圖。(7) 檢驗該計數電路能否自動啟動。檢驗該計數電路能否自動啟動。本計數電路有三個觸發器，可有八個形狀組合，本計數電路有三個觸發器，可有八個形狀組合，可是只用去六個，尚有兩可是只用去六個，尚有兩 個未利用，因此需

57、求個未利用，因此需求檢驗一下，假設不能自行啟動要進展修正。檢驗一下，假設不能自行啟動要進展修正。5.4.2 利用集勝利能組件設計計數電路利用集勝利能組件設計計數電路一、中規模計數器組件引見及其運用一、中規模計數器組件引見及其運用1. 二二 - 五五 - 十進制計數器十進制計數器 74LS9074LS90 內部含有兩個獨立的內部含有兩個獨立的 計數電路：一個計數電路：一個是模是模 2 計數器計數器(CPA為其時鐘，為其時鐘，QA為其輸出端為其輸出端)，另一個是模另一個是模 5 計數器計數器(CPB為其時鐘，為其時鐘，QDQCQB為其輸出端為其輸出端)。外部時鐘外部時鐘CP是先送到是先送到CPA還

58、還 是先送到是先送到CPB，在，在QDQCQBQA這四個輸出端會構成不同的碼制。這四個輸出端會構成不同的碼制。(1) 74LS90的構造和任務原理簡介的構造和任務原理簡介QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR 0(1)R 0(2)R 9(2)R 9(1)QAQBQCQD74LS 90原理電路圖原理電路圖 CPACPBR 0(1) R 0(2)R 9(2)R 9(1)NCNCVCCQA QDQB QCGND1234567141312111098QA QD QBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)CPBCPA74LS9074LS 90管腳分布圖管腳分布圖CPACPBQA

59、QDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90R 0(1) R 0(2) R 9(1) R 9(2) QD QC QB QA X X 1 1 1 0 0 1 1 1 0 X 0 0 0 0 1 1 X 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X X 0 X 0 計數形狀計數形狀74LS 90功能表功能表歸納：歸納：1. 74LS 90在在“計數形狀或計數形狀或“清零形狀時，均要清零形狀時，均要求求R 9(1)和和R 9(2)中至少有一個必需為中至少有一個必需為“0。2. 只需在只需在R0(1)和和R0(2)同時為同時為 “1時，它才進入時，它才

60、進入“清零形狀；否那么清零形狀；否那么 它必定處于它必定處于“計數形狀。計數形狀。 情況一：計數時鐘先進入情況一：計數時鐘先進入CPA時的計數編碼。時的計數編碼。CPACPCPBQBQDQCQA25QD QC QB 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 結論：上述銜接方式構成結論：上述銜接方式構成 8421 碼。碼。QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 0 0 0 0 0 十進十進 制數制數情況情況 二：二： 計數時鐘先