1、第五章第五章 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路第五章時(shí)序邏輯電路第五章時(shí)序邏輯電路5.1概述概述時(shí)序邏輯電路：任一時(shí)刻的輸出信號(hào)不但取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，時(shí)序邏輯電路：任一時(shí)刻的輸出信號(hào)不但取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且還取決于電路原來所處的狀態(tài)。而且還取決于電路原來所處的狀態(tài)。一、時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一、時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：X(x1，x2，xi) 輸入信號(hào)輸入信號(hào)Y(y1，y2，yj) 輸出信號(hào)輸出信號(hào)Z (z1，z2，zk) 存儲(chǔ)電路的輸入信號(hào)存儲(chǔ)電路的輸入信號(hào)Q(q1，q2，qL) 存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)1.時(shí)序電路包含組合電路和存儲(chǔ)時(shí)序電路包含組合電路和存儲(chǔ)電路兩個(gè)組成部分，

2、而存儲(chǔ)電路電路兩個(gè)組成部分，而存儲(chǔ)電路必不可少。必不可少。2.存儲(chǔ)電路的輸出狀存儲(chǔ)電路的輸出狀態(tài)必須反饋到輸入端，與輸入信態(tài)必須反饋到輸入端，與輸入信號(hào)一起共同決定組合電路的輸出號(hào)一起共同決定組合電路的輸出組組合合邏邏輯輯電電路路存存儲(chǔ)儲(chǔ)電電路路x1x2xiy1y2yjz1zkq1qLY(tn) = FX(tn)，Q(tn) 輸出方程輸出方程Q(tn+1) = GZ(tn)，Q(tn) 狀態(tài)方程狀態(tài)方程Z(tn) = HX(tn)，Q(tn) 驅(qū)動(dòng)方程（激勵(lì)方程）驅(qū)動(dòng)方程（激勵(lì)方程）tn，tn+1表示相鄰的兩個(gè)離散時(shí)間；表示相鄰的兩個(gè)離散時(shí)間；q1，q2，, qL為狀態(tài)變量，代為狀態(tài)變量，代表

3、存儲(chǔ)器的輸出狀態(tài)，表存儲(chǔ)器的輸出狀態(tài)，Q為狀態(tài)向量為狀態(tài)向量二、按照存儲(chǔ)單元狀態(tài)變化的特點(diǎn)，時(shí)序電路可以分成同步時(shí)序電二、按照存儲(chǔ)單元狀態(tài)變化的特點(diǎn)，時(shí)序電路可以分成同步時(shí)序電路和異步時(shí)序電路兩大類。路和異步時(shí)序電路兩大類。在同步時(shí)序電路中，所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都是在同一時(shí)鐘信號(hào)作在同步時(shí)序電路中，所有觸發(fā)器的狀態(tài)變化都是在同一時(shí)鐘信號(hào)作用下同時(shí)發(fā)生的。而在異步時(shí)序電路中，各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是用下同時(shí)發(fā)生的。而在異步時(shí)序電路中，各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時(shí)發(fā)生，而是有先有后。異步時(shí)序電路根據(jù)電路的輸入是脈沖信同時(shí)發(fā)生，而是有先有后。異步時(shí)序電路根據(jù)電路的輸入是脈沖信號(hào)還是電平信號(hào)，又可分為：脈

4、沖異步時(shí)序電路和電平異步時(shí)序電號(hào)還是電平信號(hào)，又可分為：脈沖異步時(shí)序電路和電平異步時(shí)序電路。路。按照輸出信號(hào)的特點(diǎn)，時(shí)序電路可分為米里型（按照輸出信號(hào)的特點(diǎn)，時(shí)序電路可分為米里型（mealy）和摩爾型）和摩爾型（moore）兩種。）兩種。mealy型電路的輸出狀態(tài)不僅與存儲(chǔ)電路有關(guān)，而型電路的輸出狀態(tài)不僅與存儲(chǔ)電路有關(guān)，而且與輸入也有關(guān)，其輸出函數(shù)且與輸入也有關(guān)，其輸出函數(shù)Y為：為：Y(tn) = FX(tn)，Q(tn)moore型電路的輸出狀態(tài)僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)有關(guān)而與輸入無關(guān)，型電路的輸出狀態(tài)僅與存儲(chǔ)電路的狀態(tài)有關(guān)而與輸入無關(guān)，其輸出函數(shù)其輸出函數(shù)Y為：為：Y(tn) = FQ(tn)三

5、、時(shí)序機(jī)：用輸入信號(hào)和電路狀態(tài)（狀態(tài)變量）的邏輯函數(shù)去描三、時(shí)序機(jī)：用輸入信號(hào)和電路狀態(tài)（狀態(tài)變量）的邏輯函數(shù)去描述時(shí)序電路邏輯功能的方法也叫做時(shí)序機(jī)。述時(shí)序電路邏輯功能的方法也叫做時(shí)序機(jī)。時(shí)序電路的典型電路有：寄存器，移位寄存器，計(jì)數(shù)器等，其分析時(shí)序電路的典型電路有：寄存器，移位寄存器，計(jì)數(shù)器等，其分析方法比組合電路更復(fù)雜些，要引進(jìn)一些新方法。方法比組合電路更復(fù)雜些，要引進(jìn)一些新方法。5 . 2時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法只要能寫出給定邏輯電路的輸出方程，狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程，就只要能寫出給定邏輯電路的輸出方程，狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程，就能表示其邏輯功能，可據(jù)此求出在任意給定輸入變

6、量和電路現(xiàn)狀態(tài)能表示其邏輯功能，可據(jù)此求出在任意給定輸入變量和電路現(xiàn)狀態(tài)下電路的次態(tài)和輸出。下電路的次態(tài)和輸出。一般步驟：一般步驟：1.從給定的邏輯圖中，寫出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程，時(shí)鐘方程和電從給定的邏輯圖中，寫出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程，時(shí)鐘方程和電路的輸出方程。路的輸出方程。2.求電路的狀態(tài)方程。把驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，可求電路的狀態(tài)方程。把驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，可求出每個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程。即電路的狀態(tài)方程，并標(biāo)出時(shí)鐘條件求出每個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)方程。即電路的狀態(tài)方程，并標(biāo)出時(shí)鐘條件3.列出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表（包括檢查電路能否自啟動(dòng)）。畫出列出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表（包括檢

7、查電路能否自啟動(dòng)）。畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。依次假設(shè)初態(tài)，代入電路的狀態(tài)方程，輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時(shí)序圖。依次假設(shè)初態(tài)，代入電路的狀態(tài)方程，輸出方程，求出次態(tài)。（對(duì)方程，求出次態(tài)。（對(duì)n個(gè)觸發(fā)器來說，應(yīng)包括個(gè)觸發(fā)器來說，應(yīng)包括2n個(gè)狀態(tài)）及輸出個(gè)狀態(tài)）及輸出，列出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，簡(jiǎn)稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。，列出完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，簡(jiǎn)稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。4.確定時(shí)序電路的邏輯功能。確定時(shí)序電路的邏輯功能。例例:做出下圖此時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表做出下圖此時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖 J1=Q2nQ3n ，K1=1 J2=Q1n ，K2=Q1n Q3n J3=Q1n Q2n

8、，K3=Q2nYC11J1KQF1C11J1KQF2C11J1KQF3&CP&1根據(jù)圖可寫出電路的驅(qū)動(dòng)方程：根據(jù)圖可寫出電路的驅(qū)動(dòng)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特征方觸發(fā)器的特征方程程Qn+1=JQn + KQn中，得狀態(tài)方程為：中，得狀態(tài)方程為： Q1n+1=Q2Q3 Q1 Q2n+1=Q1 Q2 + Q1Q3 Q2 Q3n+1=Q1Q2Q3 + Q2Q3寫出輸出方程為：寫出輸出方程為：Y=Q2Q3由于電路每一時(shí)刻的狀態(tài)都和電路的歷史情況有關(guān)的緣故由于電路每一時(shí)刻的狀態(tài)都和電路的歷史情況有關(guān)的緣故,所以我們所以我們有必要將在一系列時(shí)鐘信號(hào)操作下電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全

9、部過程找出來有必要將在一系列時(shí)鐘信號(hào)操作下電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的全部過程找出來,則電路的邏輯功能便可一目了然。則電路的邏輯功能便可一目了然。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：若將任何一組輸入變量及電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：若將任何一組輸入變量及電路初態(tài)的取值代入狀態(tài)方程和輸出方程，即可算得電路次態(tài)和輸出值：以得到的次態(tài)作為新程和輸出方程，即可算得電路次態(tài)和輸出值：以得到的次態(tài)作為新的初態(tài)，和這時(shí)的輸入變量取值一起，再代入狀態(tài)方程和輸出方程的初態(tài)，和這時(shí)的輸入變量取值一起，再代入狀態(tài)方程和輸出方程進(jìn)行計(jì)算，又可得到一組新的次態(tài)和輸出值。如此繼續(xù)，將結(jié)果列進(jìn)行計(jì)算，又可得到一組新的次態(tài)和輸出值。如此繼續(xù)，將結(jié)果列為真

10、值表形式，便得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。為真值表形式，便得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。Q1n+1= 0 0 0 =1 1=1Q2n+1= 0 0 + 0 0 0=0Q3n+1= 0 0 0 + 0 0=0 Y=0 0=0例題中電路無輸入變量，次態(tài)和輸出只取決于電路的初態(tài)，設(shè)初態(tài)例題中電路無輸入變量，次態(tài)和輸出只取決于電路的初態(tài)，設(shè)初態(tài)為為Q3Q2Q1=000，代入其狀態(tài)方程及輸出方程，得：，代入其狀態(tài)方程及輸出方程，得：又以又以100為初態(tài)，代入得為初態(tài)，代入得 Q1n+1= 0 0 1 =0Q2n+1= 1 0 + 1 0 0=1Q3n+1= 1 0 0 + 0 0=0 再以再以010為初態(tài)，代入得為初態(tài)，代入得如此

11、繼續(xù)，依次得到如此繼續(xù)，依次得到100，101，110，000，又返回最初設(shè)定的初態(tài)，又返回最初設(shè)定的初態(tài)，列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。，列出其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。Q1n+1= 1 0 0 =0 0=1Q2n+1= 0 1 + 0 0 1=1Q3n+1= 0 1 0 + 1 0=0 CP Q3Q2Q1Y00000100102010030110410005101061101700000111110000每經(jīng)過七個(gè)時(shí)鐘觸發(fā)脈沖以后輸出端每經(jīng)過七個(gè)時(shí)鐘觸發(fā)脈沖以后輸出端Y從高電平跳變?yōu)榈碗娖剑译娐返膹母唠娖教優(yōu)榈碗娖剑译娐返臓顟B(tài)循環(huán)一次。狀態(tài)循環(huán)一次。所以此電路具有對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)所以此電路具有對(duì)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行

12、計(jì)數(shù)的功能，且計(jì)數(shù)容量等于七，稱為七的功能，且計(jì)數(shù)容量等于七，稱為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)制計(jì)數(shù)器。若電路初態(tài)為若電路初態(tài)為111，代入方程得：，代入方程得：Q3Q2Q1=000，Y=1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：更形象表示時(shí)序電路的更形象表示時(shí)序電路的邏輯功能。邏輯功能。代表轉(zhuǎn)換方向，輸入變量取值寫出斜線之上，輸出值寫在斜線之代表轉(zhuǎn)換方向，輸入變量取值寫出斜線之上，輸出值寫在斜線之下。下。000001010011100101110111/0/0/0/0/0/0/1/1Q3Q2Q1代表狀態(tài)時(shí)序圖：時(shí)序圖：在時(shí)鐘脈沖序列作用下電路狀態(tài)，輸出狀態(tài)隨時(shí)間變化的波形圖叫在時(shí)鐘脈沖序列作用下電路狀態(tài)，輸出狀態(tài)隨時(shí)間

13、變化的波形圖叫做時(shí)序圖。做時(shí)序圖。tQ1tQ2tQ3tYtCP5.3常用的時(shí)序電路分析常用的時(shí)序電路分析5.3.1寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器在數(shù)字系統(tǒng)中，常需要一些數(shù)碼暫時(shí)存放起來，這種暫時(shí)存放數(shù)在數(shù)字系統(tǒng)中，常需要一些數(shù)碼暫時(shí)存放起來，這種暫時(shí)存放數(shù)碼。一個(gè)觸發(fā)器可以寄存碼。一個(gè)觸發(fā)器可以寄存1位二進(jìn)制數(shù)碼，要寄存幾位數(shù)碼，就應(yīng)位二進(jìn)制數(shù)碼，要寄存幾位數(shù)碼，就應(yīng)具備幾個(gè)觸發(fā)器，此外，寄存器還應(yīng)具有由門電路構(gòu)成的控制電路具備幾個(gè)觸發(fā)器，此外，寄存器還應(yīng)具有由門電路構(gòu)成的控制電路，以保證信號(hào)的接收和清除。，以保證信號(hào)的接收和清除。移位寄存器除了具有寄存數(shù)碼的功能外，還具有移位功能，即在

14、移位寄存器除了具有寄存數(shù)碼的功能外，還具有移位功能，即在移位脈沖作用下，能夠把寄存器中的數(shù)依次向右或向左移。它是一移位脈沖作用下，能夠把寄存器中的數(shù)依次向右或向左移。它是一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路。個(gè)同步時(shí)序邏輯電路。一、寄存器：一、寄存器：1DC1Q0Q0D0CP1DC1Q1Q1D11DC1Q3Q3D31DC1Q2Q2D2維持阻塞結(jié)構(gòu)的單拍工作方維持阻塞結(jié)構(gòu)的單拍工作方式寄存器式寄存器,其接收數(shù)碼時(shí)所有其接收數(shù)碼時(shí)所有數(shù)碼都是同時(shí)讀入的數(shù)碼都是同時(shí)讀入的,稱此種稱此種輸入、輸出方式為并行輸入輸入、輸出方式為并行輸入，并行輸出方式。，并行輸出方式。CC4046是三態(tài)輸出的是三態(tài)輸出的4位寄存器，能寄

15、存位寄存器，能寄存4位二值代碼位二值代碼LDA+LDB=1時(shí)時(shí),電路處電路處于裝入數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)于裝入數(shù)據(jù)的工作狀態(tài)。LDA+LDB=0時(shí)時(shí),電路處電路處于保持狀態(tài)。于保持狀態(tài)。ENA=ENB=0時(shí)，電路時(shí)，電路正常工作正常工作ENA+ENB=1時(shí)，電路時(shí)，電路輸出高阻態(tài)輸出高阻態(tài)二、移位寄存器二、移位寄存器從從CP上升沿開始到輸出新狀態(tài)的建立需上升沿開始到輸出新狀態(tài)的建立需要經(jīng)過一段傳輸延遲時(shí)間，所以當(dāng)要經(jīng)過一段傳輸延遲時(shí)間，所以當(dāng)CP上上升沿同時(shí)作用于所有觸發(fā)器時(shí)，它們輸入升沿同時(shí)作用于所有觸發(fā)器時(shí)，它們輸入端的狀態(tài)都未改變。于是，端的狀態(tài)都未改變。于是，F(xiàn)1按按Q0原來的原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，

16、狀態(tài)翻轉(zhuǎn)， F2按按Q1原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)， F3按按Q2原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)，輸入端的代原來的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，同時(shí)，輸入端的代碼存入碼存入F0，總的效果是寄存器的代碼依次，總的效果是寄存器的代碼依次右移一位。例如在四個(gè)右移一位。例如在四個(gè)CP周期內(nèi)輸入代周期內(nèi)輸入代碼依次為碼依次為1011，移位情況如狀態(tài)表。，移位情況如狀態(tài)表。DI1DFF0C11DFF0C11DFF0C11DFF0C1CP串行串行輸入輸入移位移位脈沖脈沖串行串行輸出輸出DOQ0Q1Q2Q3 并并 行行 輸輸 出出CP VIQ0Q1Q2Q3000000111000200100311010411101可見，經(jīng)過可見，經(jīng)過

17、4個(gè)個(gè)CP信號(hào)后，串行輸入信號(hào)后，串行輸入的四位代碼全部移入了移位寄存器的四位代碼全部移入了移位寄存器，并在四個(gè)輸出端得到并行輸出代，并在四個(gè)輸出端得到并行輸出代碼。利用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)代碼的碼。利用移位寄存器可實(shí)現(xiàn)代碼的串行串行并行轉(zhuǎn)換。若再加并行轉(zhuǎn)換。若再加4個(gè)個(gè)CP信號(hào)信號(hào)，寄存器中的四位代碼還可以從串，寄存器中的四位代碼還可以從串行端依次輸出。行端依次輸出。用用JK觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器觸發(fā)器構(gòu)成的移位寄存器tCP0tQ01tQ11tQ2tQ3tVI1DI1JFF0C11JFF0C11JFF0C11JFF0C1CP串行串行輸入輸入移位移位脈沖脈沖串行串行輸出輸出DOQ0Q1Q2Q3 并

18、并 行行 輸輸 出出1K11K1K1K為便于擴(kuò)展邏輯功能和增加使用的靈活性，在定型生產(chǎn)的移位寄存為便于擴(kuò)展邏輯功能和增加使用的靈活性，在定型生產(chǎn)的移位寄存器集成電路上有的又附加了左、右移控制、數(shù)據(jù)并行輸入、保持、器集成電路上有的又附加了左、右移控制、數(shù)據(jù)并行輸入、保持、異步置零（復(fù)位）等功能。如異步置零（復(fù)位）等功能。如74LS194A是一個(gè)是一個(gè)4位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器。 雙向移位寄存器雙向移位寄存器74LS194A的功能表的功能表:RDS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入用兩片用兩片74LS194A接成接成8位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器:DI

19、RD0D1D2D3DIL74LS194Q0Q1Q2Q3S1S0CPRDDIRD0D1D2D3DIL74LS194Q0Q1Q2Q3S1S0CPRDS1S0 右移右移串行輸入串行輸入 左移左移串行輸入串行輸入CPRD5.3.2計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器用于對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可用于定時(shí)，分頻，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，進(jìn)行用于對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，還可用于定時(shí)，分頻，產(chǎn)生節(jié)拍脈沖，進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。數(shù)字運(yùn)算等。1.按計(jì)數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)分類，可把計(jì)數(shù)器分為同步和按計(jì)數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)分類，可把計(jì)數(shù)器分為同步和異步兩類。在同步計(jì)數(shù)器中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是同異步兩類。在同步計(jì)數(shù)器中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)觸發(fā)器的翻

20、轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生的。而在異步計(jì)數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不同時(shí)翻時(shí)發(fā)生的。而在異步計(jì)數(shù)器中，觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后，不同時(shí)翻轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。3.按計(jì)數(shù)器中數(shù)字的編碼方式分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制計(jì)數(shù)按計(jì)數(shù)器中數(shù)字的編碼方式分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、循環(huán)碼計(jì)數(shù)器等器、循環(huán)碼計(jì)數(shù)器等4.按計(jì)數(shù)容量（即計(jì)數(shù)模）分類：有十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十二進(jìn)制計(jì)數(shù)按計(jì)數(shù)容量（即計(jì)數(shù)模）分類：有十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。器，六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。2.按計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)按計(jì)數(shù)過程中計(jì)數(shù)器中的數(shù)字增減分器中的數(shù)字增減分類類：加法計(jì)數(shù)器：加法計(jì)數(shù)器：減法計(jì)數(shù)器：做依次遞減計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)器：做依次遞減計(jì)數(shù)可逆計(jì)數(shù)

21、器：計(jì)數(shù)過程可增可減可逆計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)過程可增可減隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入而做依次隨計(jì)數(shù)脈沖的輸入而做依次遞增計(jì)數(shù)遞增計(jì)數(shù)一、同步計(jì)數(shù)器：一、同步計(jì)數(shù)器：1.同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器1J1KC1Q0T0=1FF01J1KC1Q1T1FF1CP1J1KC1Q2T2FF21J1KC1Q3T3FF3&G12G2&C計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖用用T觸發(fā)器構(gòu)成的同觸發(fā)器構(gòu)成的同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 在一個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的末位上加在一個(gè)多位二進(jìn)制數(shù)的末位上加時(shí)，若其中第時(shí)，若其中第 i 位（即任何一位）以位（即任何一位）以下各位皆為時(shí)，則第下各位皆為時(shí)，則第 i 位應(yīng)改變狀位應(yīng)改變狀態(tài)（

22、由態(tài)（由0變成變成1，由，由1變成變成0）。而最低）。而最低位的狀態(tài)在每次加位的狀態(tài)在每次加1時(shí)都要改變。時(shí)都要改變。 同步計(jì)數(shù)器既可用同步計(jì)數(shù)器既可用T觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器構(gòu)成，也可以用也可以用T 觸發(fā)器構(gòu)成。觸發(fā)器構(gòu)成。 用用T觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)使：觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)使： T0=1 T1=Q0 T2=Q0Q1 T3= Q0Q1Q2即使：) 1, 1 , 0(10niQTijjia). 同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表Q3Q2Q1Q00 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 11 10 02 20 00 01 10 02 20

23、 03 30 00 01 11 13 30 04 40 01 10 00 04 40 05 50 01 10 01 15 50 06 60 01 11 10 06 60 07 70 01 11 11 17 70 08 81 10 00 00 08 80 09 91 10 00 01 19 90 010101 10 01 10 010100 011111 10 01 11 111110 012121 11 10 00 012120 013131 11 10 01 113130 014141 11 11 10 014140 015151 11 11 11 115151 116160 00 00 0

24、0 00 00 0計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)順序電路狀態(tài)電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)等效十進(jìn)制數(shù) 進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出C0010/0/0/0/0/0/0/100110001000001000101011001111000/0/01010/0/0/0/0100110111100/0111111101101/0/0Q3Q2Q1Q0/C電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 Q0n+1 = Q0 Q1n+1 = Q0Q1+ Q0Q1 Q2n+1 = Q0Q1Q2+ Q0Q1Q2 Q3n+1 = Q0Q1Q2Q3 + Q0Q1Q2Q3每輸入每輸入16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器個(gè)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)器工作一個(gè)循環(huán)，并在輸出端工作一個(gè)循環(huán)，并在輸出端Q3

25、產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位輸出信號(hào)，所以又把這個(gè)電路叫十六進(jìn)所以又把這個(gè)電路叫十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。制計(jì)數(shù)器。電路的狀態(tài)方程：電路的狀態(tài)方程：電路的時(shí)序圖電路的時(shí)序圖由時(shí)序圖上可以看由時(shí)序圖上可以看出，若計(jì)數(shù)輸入脈出，若計(jì)數(shù)輸入脈沖的頻率為沖的頻率為f0，則，則Q0、 Q1、 Q2、 和和Q3端輸出脈沖的頻端輸出脈沖的頻率將依次為率將依次為f0/2、 f0/4、 f0/8、和、和f0/16。針對(duì)計(jì)數(shù)器的這。針對(duì)計(jì)數(shù)器的這種分頻功能，也把種分頻功能，也把它叫做分頻器。它叫做分頻器。 C P t Q0 t Q1 t Q2 t Q3 t C t 4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161的邏

26、輯圖的邏輯圖74161為中規(guī)模集成的為中規(guī)模集成的4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器具有二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)具有二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)功能之外功能之外,還具有預(yù)置還具有預(yù)置數(shù)、保持和異步置零數(shù)、保持和異步置零等附加功能。異步置等附加功能。異步置零即只要零即只要RD出現(xiàn)低電出現(xiàn)低電平，觸發(fā)器立即被置平，觸發(fā)器立即被置零，不受零，不受CP的控制。的控制。74161的功能表如下的功能表如下:CPRDLDEPET工作狀態(tài)X0XXX置零10XX預(yù)置數(shù)X1101保持X11X0保持(但C =0 )1111計(jì)數(shù)還可用還可用T 觸發(fā)器構(gòu)成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：觸發(fā)器構(gòu)成同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：需使每次計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)只能加到該翻轉(zhuǎn)的

27、那些觸發(fā)器的需使每次計(jì)數(shù)脈沖到達(dá)時(shí)只能加到該翻轉(zhuǎn)的那些觸發(fā)器的CP輸入輸入端上，而不能加給那些不該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器端上，而不能加給那些不該翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器使得：使得： CP0=CP CP1=CP Q0 CP2=CP Q0Q1 CP3=CP Q0Q1Q2即使即使:10) 1, 2 , 1(ijjiniQCPCP用用T 觸發(fā)器構(gòu)成的同步十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器觸發(fā)器構(gòu)成的同步十六進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器CC4520b). 同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器：同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器：在在n位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器中，只有當(dāng)?shù)谖欢M(jìn)制減法計(jì)數(shù)器中，只有當(dāng)?shù)?i 位以下各位觸發(fā)器同時(shí)為位以下各位觸發(fā)器同時(shí)為0時(shí)，再減時(shí)，再減1才能使第才能使第 i

28、位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。因此可得：位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。因此可得：) 1, 2 , 1(100121niQQQQQTijjiii) 1, 2 , 1(10niQCPCPijji用用T觸發(fā)器組成：觸發(fā)器組成：用用T 觸發(fā)器組成：觸發(fā)器組成：用用T觸發(fā)器接成的同步觸發(fā)器接成的同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器Q3Q2Q1Q00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 115150 02 21 11 11 10 014140 03 31 11 10 01 113130 04 41 11 10 00 012120 05 51 10 01 11 111110 06 61 10 01 10 01

29、0100 07 71 10 00 01 19 90 08 81 10 00 00 08 80 09 90 01 11 11 17 70 010100 01 11 10 06 60 011110 01 10 01 15 50 012120 01 10 00 04 40 013130 00 01 11 13 30 014140 00 01 10 02 20 015150 00 00 01 11 10 016160 00 00 00 00 01 1計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)順序電路狀態(tài)電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)等效十進(jìn)制數(shù) 借位輸出借位輸出B同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表單時(shí)鐘

30、同步十六進(jìn)制單時(shí)鐘同步十六進(jìn)制加加/減計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器74LS191有些應(yīng)用場(chǎng)合要求計(jì)有些應(yīng)用場(chǎng)合要求計(jì)數(shù)器既能進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)器既能進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)又能進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)數(shù)又能進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，這就需要做成加，這就需要做成加/減減計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器。74191還具有異步預(yù)還具有異步預(yù)置數(shù)功能。置數(shù)功能。電路只有一個(gè)時(shí)鐘信電路只有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入端，電路的加號(hào)輸入端，電路的加、減由、減由U/D的電平?jīng)Q的電平?jīng)Q定，所以稱這種電路定，所以稱這種電路結(jié)構(gòu)為單時(shí)鐘結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)為單時(shí)鐘結(jié)構(gòu)。74191的功能表的功能表CPSLD U/D工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)010加法計(jì)數(shù)011減法計(jì)數(shù)74191的時(shí)序圖：CP0是串行時(shí)

31、鐘輸出是串行時(shí)鐘輸出端。當(dāng)端。當(dāng)C/B=1的情況的情況下，在下一個(gè)下，在下一個(gè)CPI上上升沿到達(dá)前升沿到達(dá)前CPO端有端有一個(gè)負(fù)脈沖輸出一個(gè)負(fù)脈沖輸出雙時(shí)鐘同步十六進(jìn)制雙時(shí)鐘同步十六進(jìn)制加加/減計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器74LS193加法計(jì)數(shù)脈沖和減加法計(jì)數(shù)脈沖和減法計(jì)數(shù)脈沖來自兩法計(jì)數(shù)脈沖來自兩個(gè)不同的脈沖源。個(gè)不同的脈沖源。當(dāng)當(dāng)CPU端有計(jì)數(shù)脈沖端有計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器做輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)；當(dāng)加法計(jì)數(shù)；當(dāng)CPD有有計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)。加到。加到CPU和和CPD上上的計(jì)數(shù)脈沖在時(shí)間的計(jì)數(shù)脈沖在時(shí)間上應(yīng)該錯(cuò)開。上應(yīng)該錯(cuò)開。74193也具有異步置也具有異

32、步置零和預(yù)置數(shù)功能。零和預(yù)置數(shù)功能。2. 同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器a)同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器T0=1T1=Q0Q3T2=Q0Q1T3=Q0Q1Q2+Q0Q3Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0Q3Q1+Q0Q3Q1Q2n+1=Q0Q1Q2+Q0Q1Q2Q3n+1=(Q0Q1Q2+Q0Q3)+ (Q0Q1Q2+Q0Q3)Q3狀態(tài)方程：狀態(tài)方程：驅(qū)動(dòng)方程：驅(qū)動(dòng)方程：由由T觸發(fā)器構(gòu)成，在二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)觸發(fā)器構(gòu)成，在二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上改造得到上改造得到Q3Q2Q1Q00 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 01 11 10 02 20 00 01

33、 10 02 20 03 30 00 01 11 13 30 04 40 01 10 00 04 40 05 50 01 10 01 15 50 06 60 01 11 10 06 60 07 70 01 11 11 17 70 08 81 10 00 00 08 80 09 91 10 00 01 19 91 110100 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 010100 01 11 10 01 11 111111 12 20 01 11 10 06 60 00 01 11 10 00 012120 01 11 11 10 01 113131 12 20 01 10

34、00 04 40 001110140111111512001020計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)順序電路狀態(tài)電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)等效十進(jìn)制數(shù) 進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出C狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表： 0010 0011 0001 0000 0100 0101 0110 0111 1000 1010 1001 1011 1100 1111 1110 1101 Q3Q2Q1Q0 電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160的邏輯圖的邏輯圖74160的功能表與的功能表與74161的功能表相的功能表相同同b)同步十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器從同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)從同步二進(jìn)制減法計(jì)

35、數(shù)器基礎(chǔ)上演變而來主要在于實(shí)現(xiàn)如上演變而來主要在于實(shí)現(xiàn)如何使何使0000狀態(tài)減狀態(tài)減1后跳變?yōu)楹筇優(yōu)?001狀態(tài)狀態(tài)其驅(qū)動(dòng)方程和狀態(tài)方程如下：其驅(qū)動(dòng)方程和狀態(tài)方程如下：T0=1T1=Q0 (Q1Q2Q3)T2=Q0Q1(Q1Q2Q3)T3=Q0Q1Q2Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0 (Q2+Q3) Q1+Q0 Q1Q2n+1=(Q0Q1Q3)Q2+(Q0+Q1) Q2Q3n+1=(Q0Q1Q2)Q3+ (Q0+Q1+Q2)Q3Q3Q2Q1Q00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 11 10 02 21 10 00 00 02 20 03 30 01 11 1

36、1 13 30 04 40 01 11 10 04 40 05 50 01 10 01 15 50 06 60 01 10 00 06 60 07 70 00 01 11 17 70 08 80 00 01 10 08 80 09 90 00 00 01 19 91 110100 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 115150 01 11 11 11 10 014140 02 21 11 10 01 113130 03 31 11 10 00 012120 04 41 10 01 11 111110 05 51 10 01 10 010100 06100190計(jì)數(shù)順序

37、計(jì)數(shù)順序電路狀態(tài)電路狀態(tài)等效十進(jìn)制數(shù)等效十進(jìn)制數(shù) 進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出B狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：?jiǎn)螘r(shí)鐘同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器單時(shí)鐘同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS190的邏輯圖的邏輯圖當(dāng)加減控制信號(hào)當(dāng)加減控制信號(hào)U/D=0時(shí)做加法計(jì)數(shù)；時(shí)做加法計(jì)數(shù)；當(dāng)當(dāng)U/D=1時(shí)做減法計(jì)數(shù)時(shí)做減法計(jì)數(shù)二、異步計(jì)數(shù)器：二、異步計(jì)數(shù)器：1異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：采用從低位到高位逐位進(jìn)位的方式工作。異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：采用從低位到高位逐位進(jìn)位的方式工作。11JFF0C11JFF1C11JFF2C1CP0Q0Q1Q21K1K1K由由T 觸發(fā)器構(gòu)觸發(fā)器構(gòu)成，只需將低成，只需將低位觸發(fā)器的位觸發(fā)器的Q端接至高位觸端接至高位觸發(fā)器的時(shí)鐘輸

38、發(fā)器的時(shí)鐘輸入端就行了。入端就行了。由時(shí)序圖可見，觸由時(shí)序圖可見，觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的發(fā)器輸出端狀態(tài)的建立要比建立要比CP下降沿下降沿滯后一個(gè)傳輸延遲滯后一個(gè)傳輸延遲時(shí)間。時(shí)間。用上升沿觸發(fā)的用上升沿觸發(fā)的T 觸發(fā)器同樣可以組成異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，但觸發(fā)器同樣可以組成異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，但每一級(jí)觸發(fā)器的進(jìn)位脈沖應(yīng)改由每一級(jí)觸發(fā)器的進(jìn)位脈沖應(yīng)改由Q端輸出。端輸出。由由T 觸發(fā)器組成的異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器觸發(fā)器組成的異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器11JFF0C11JFF1C11JFF2C1CP0Q0Q1Q21K1K1K異步二進(jìn)制加法和減法計(jì)數(shù)器都是將低位觸發(fā)器的一個(gè)輸出端接到異步二進(jìn)制加法和減法計(jì)數(shù)器都是

39、將低位觸發(fā)器的一個(gè)輸出端接到高位觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端而構(gòu)成。采用下降沿動(dòng)作的高位觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端而構(gòu)成。采用下降沿動(dòng)作的T 觸發(fā)器時(shí)，觸發(fā)器時(shí)，加法計(jì)數(shù)器以加法計(jì)數(shù)器以Q端為輸出端，減法計(jì)數(shù)器以端為輸出端，減法計(jì)數(shù)器以Q端為輸出端。而在采端為輸出端。而在采用上升沿動(dòng)作的用上升沿動(dòng)作的T 觸發(fā)器時(shí)，情況正好相反，加法計(jì)數(shù)器以觸發(fā)器時(shí)，情況正好相反，加法計(jì)數(shù)器以Q端為端為輸出端，減法計(jì)數(shù)器以輸出端，減法計(jì)數(shù)器以Q端為輸出端。端為輸出端。2異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器1JFF0C11JFF1C1CP0Q0Q1Q21K1JFF2C11K1K1JFF3C11K&Q3J0=K0=1J1=Q3

40、, K2=1J2=K2=1J3=Q1Q2驅(qū)動(dòng)方程：驅(qū)動(dòng)方程：狀態(tài)方程與時(shí)鐘條件：狀態(tài)方程與時(shí)鐘條件：Q0n+1=Q0 (CP0)Q1n+1=Q3Q1 (CP1=Q0)Q2n+1=Q2 (CP2=Q1)Q3n+1=Q1Q2Q3 (CP3=Q0)C PtQ0Q1Q2Q3tttt異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖和同步計(jì)數(shù)器相比，異步計(jì)數(shù)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但異步計(jì)數(shù)和同步計(jì)數(shù)器相比，異步計(jì)數(shù)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但異步計(jì)數(shù)器也存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一個(gè)是工作頻率比較低，因?yàn)楫惒接?jì)數(shù)器也存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：一個(gè)是工作頻率比較低，因?yàn)楫惒接?jì)數(shù)器的各級(jí)觸發(fā)器是以串行進(jìn)位方式連接的；

41、第二個(gè)是在電路狀態(tài)譯器的各級(jí)觸發(fā)器是以串行進(jìn)位方式連接的；第二個(gè)是在電路狀態(tài)譯碼時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。碼時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。二五十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器二五十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS290F1和和F3的的CP端從端從CP1端單獨(dú)引出。若以端單獨(dú)引出。若以CP0為計(jì)數(shù)脈沖輸入端、為計(jì)數(shù)脈沖輸入端、Q0為輸出端，即得到二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或二分頻器）；若以為輸出端，即得到二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或二分頻器）；若以CP1作為計(jì)作為計(jì)數(shù)脈沖輸入端、數(shù)脈沖輸入端、Q3為輸出端，則得到五進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或五分頻器）；為輸出端，則得到五進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或五分頻器）；若將若將CP1與與Q0相連，同時(shí)以相連，同時(shí)以CP0為計(jì)數(shù)脈沖輸入端、為計(jì)數(shù)脈

42、沖輸入端、Q3為輸出端，為輸出端，則得到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或十分頻器）。則得到十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或十分頻器）。1JFF0C11JFF1C1CP0Q0Q1Q21K1JFF2C11K1K1JFF3C11K&Q3SR1 R1 RRS&S91S92&R01R02CP1三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法：三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法：目前常見的計(jì)數(shù)器芯片在計(jì)數(shù)進(jìn)制上只做成應(yīng)用較廣的幾種類型，目前常見的計(jì)數(shù)器芯片在計(jì)數(shù)進(jìn)制上只做成應(yīng)用較廣的幾種類型，如十進(jìn)制、十六進(jìn)制、如十進(jìn)制、十六進(jìn)制、7位二進(jìn)制、位二進(jìn)制、12位二進(jìn)制、位二進(jìn)制、14位二進(jìn)制等。位二進(jìn)制等。在需要其它任意一種進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，

43、只能用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)在需要其它任意一種進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)外電路的連接方式得到。外電路的連接方式得到。假定已有的是假定已有的是N進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而需要得到進(jìn)制計(jì)數(shù)器，而需要得到M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1當(dāng)當(dāng)MN時(shí)：必須用多片時(shí)：必須用多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合構(gòu)成，連接方式可分進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合構(gòu)成，連接方式可分為串行進(jìn)位方式、并行進(jìn)位方式、整體置零方式和整體置數(shù)方式幾為串行進(jìn)位方式、并行進(jìn)位方式、整體置零方式和整體置數(shù)方式幾種。種。例例1：試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。：試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成百進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)進(jìn)位位輸輸出出D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q

44、3EPETCP1D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q3EPETCPCP11并行進(jìn)位的連接方式并行進(jìn)位的連接方式例例2.試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q3EPETCPCP11進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q3EPETCP111串行進(jìn)位的連接方式串行進(jìn)位的連接方式D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q3EPETCPCP1進(jìn)進(jìn)位位輸輸出出D0D1D2D3CLDRDQ0Q1Q2Q3EPETCP11&G2四移位寄存器型計(jì)數(shù)器四移位寄存器型計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)器環(huán)形計(jì)數(shù)

45、器D01DFF0C11DFF0C11DFF0C11DFF0C1CPQ0Q1Q2Q31000010000010010000011111010010111000110100100111110011111011011將移位寄存器首將移位寄存器首尾相接，即尾相接，即D0=Q3，在連續(xù)，在連續(xù)不斷地輸入時(shí)鐘不斷地輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)寄存器里信號(hào)時(shí)寄存器里的數(shù)據(jù)將循環(huán)右的數(shù)據(jù)將循環(huán)右移。移。環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：態(tài)轉(zhuǎn)換圖：取由取由1000、0100、0010和和0001所組成的狀態(tài)循環(huán)為所需要的有效循所組成的狀態(tài)循環(huán)為所需要的有效循環(huán)，那么同時(shí)還存在著其他幾種無效循環(huán)。可見，一旦脫離有效循環(huán)，那

46、么同時(shí)還存在著其他幾種無效循環(huán)。可見，一旦脫離有效循環(huán)之后，電路將不會(huì)自動(dòng)返回有效循環(huán)中去，所以此種環(huán)形計(jì)數(shù)器環(huán)之后，電路將不會(huì)自動(dòng)返回有效循環(huán)中去，所以此種環(huán)形計(jì)數(shù)器時(shí)不能自啟動(dòng)的。為確保它能正常工作，必須首先通過串行輸入端時(shí)不能自啟動(dòng)的。為確保它能正常工作，必須首先通過串行輸入端或并行輸入端將電路置成有效循環(huán)中的某個(gè)狀態(tài)，然后再開始計(jì)數(shù)。或并行輸入端將電路置成有效循環(huán)中的某個(gè)狀態(tài)，然后再開始計(jì)數(shù)。D01DFF0C11DFF1C11DFF2C11DFF3C1CPQ0Q1Q2Q31100001000001001000001111101001011100011010010011111001111

47、1011011能自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器電路能自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器電路狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： Q0n+1=Q0+Q1+Q2 Q1n+1=Q0 Q2n+1=Q1 Q3n+1=Q2通過在輸出與輸通過在輸出與輸入之間接入適當(dāng)入之間接入適當(dāng)?shù)姆答佭壿嬰娐罚姆答佭壿嬰娐罚梢詫⒉荒茏詥⒖梢詫⒉荒茏詥?dòng)的電路修改為動(dòng)的電路修改為能夠自啟動(dòng)的電能夠自啟動(dòng)的電路。路。2扭環(huán)形計(jì)數(shù)器扭環(huán)形計(jì)數(shù)器D01DFF0C11DFF0C11DFF0C11DFF0C1CPQ0Q1Q2Q31000010000010010000011111010010111000110100100111110011111011011有效循環(huán)無效循環(huán)若將

48、反饋邏輯函若將反饋邏輯函數(shù)取為：數(shù)取為：D0=Qn-1則得到扭環(huán)形計(jì)則得到扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，也稱為約數(shù)器，也稱為約翰遜計(jì)數(shù)器。翰遜計(jì)數(shù)器。顯然，圖中所示顯然，圖中所示的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器不能自啟動(dòng)。不能自啟動(dòng)。用用n位移位寄存器構(gòu)成的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器可以得到含位移位寄存器構(gòu)成的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器可以得到含2n個(gè)有效狀態(tài)的個(gè)有效狀態(tài)的循環(huán)，狀態(tài)利用率較環(huán)形計(jì)數(shù)器提高了一倍。從狀態(tài)循環(huán)圖中可看循環(huán)，狀態(tài)利用率較環(huán)形計(jì)數(shù)器提高了一倍。從狀態(tài)循環(huán)圖中可看到由于電路在每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)只有一位觸發(fā)器改變狀態(tài)，因而在將到由于電路在每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)只有一位觸發(fā)器改變狀態(tài)，因而在將電路狀態(tài)譯碼時(shí)不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。電路

49、狀態(tài)譯碼時(shí)不會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。D01DFF0C11DFF1C11DFF2C11DFF3C1CPQ0Q1Q2Q3&1000000100001111110000111110011110101011010001100010010110011101能自啟動(dòng)的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器電路能自啟動(dòng)的扭環(huán)形計(jì)數(shù)器電路令D0=Q1Q2+Q35.3.4順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器給出一組在時(shí)間上有先后順序的脈沖，再用這組脈沖形成所需要的給出一組在時(shí)間上有先后順序的脈沖，再用這組脈沖形成所需要的各種控制信號(hào)。由計(jì)數(shù)器和譯碼器兩部分電路構(gòu)成。各種控制信號(hào)。由計(jì)數(shù)器和譯碼器兩部分電路構(gòu)成。用環(huán)形計(jì)數(shù)器作順序脈沖發(fā)生器用

50、環(huán)形計(jì)數(shù)器作順序脈沖發(fā)生器D01DFF0C11DFF1C11DFF2C11DFF3C1CPQ0Q1Q2Q31tCPtQ0tQ1tQ2tQ3當(dāng)環(huán)形計(jì)數(shù)器在每個(gè)狀態(tài)中只有一個(gè)當(dāng)環(huán)形計(jì)數(shù)器在每個(gè)狀態(tài)中只有一個(gè)1的循環(huán)狀態(tài)時(shí)，它就是一個(gè)順序脈沖的循環(huán)狀態(tài)時(shí)，它就是一個(gè)順序脈沖發(fā)生器。當(dāng)發(fā)生器。當(dāng)CP端不斷輸入系列脈沖時(shí)，端不斷輸入系列脈沖時(shí)，Q0 Q3端將依次輸出正脈沖，并不斷端將依次輸出正脈沖，并不斷循環(huán)。循環(huán)。用計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器用計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器C11DFF0&C11DFF1C11DFF2CP&P0P1P2P3P4P5P6P7計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器譯譯碼碼

51、器器計(jì)數(shù)器采用移位寄存型計(jì)數(shù)器可從根本上消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象計(jì)數(shù)器采用移位寄存型計(jì)數(shù)器可從根本上消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象.CPP0P1P2P3P4P5P6P7順序脈沖發(fā)生器的電壓波形圖順序脈沖發(fā)生器的電壓波形圖5.3.5序列信號(hào)發(fā)生器序列信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生序列信號(hào)（一組特定的串行數(shù)字信號(hào)）的電路稱為序列信號(hào)產(chǎn)生序列信號(hào)（一組特定的串行數(shù)字信號(hào)）的電路稱為序列信號(hào)發(fā)生器。發(fā)生器。一、用計(jì)數(shù)器和數(shù)選器組成的序列信號(hào)發(fā)生器一、用計(jì)數(shù)器和數(shù)選器組成的序列信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)8位序列位序列信號(hào)：信號(hào)：00010111連續(xù)加連續(xù)加cp信號(hào)到計(jì)數(shù)器信號(hào)到計(jì)數(shù)器上，上， Q2(A2)、Q1(A1)、Q0(A0)的狀態(tài)按

52、計(jì)數(shù)順的狀態(tài)按計(jì)數(shù)順序不斷循環(huán)，可在輸出序不斷循環(huán)，可在輸出端得到不斷循環(huán)的序列端得到不斷循環(huán)的序列信號(hào)信號(hào)00010111。二、采用帶反饋邏輯電路的移位寄存器構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器二、采用帶反饋邏輯電路的移位寄存器構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器D0的卡諾圖的卡諾圖移位寄存器端輸出的串行輸出信號(hào)就是序列信移位寄存器端輸出的串行輸出信號(hào)就是序列信號(hào)輸出。號(hào)輸出。根據(jù)要求產(chǎn)生的序列信號(hào)，即可列出移位寄存根據(jù)要求產(chǎn)生的序列信號(hào)，即可列出移位寄存器應(yīng)具有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，再由此得到輸入端器應(yīng)具有的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，再由此得到輸入端D0取值的卡諾圖，化簡(jiǎn)得：取值的卡諾圖，化簡(jiǎn)得： D0 = Q2 Q1 Q0 + Q2 Q1 +

53、Q2 Q05.4時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法一、設(shè)計(jì)原則與步驟：一、設(shè)計(jì)原則與步驟：根據(jù)給出的具體邏輯問題，設(shè)計(jì)時(shí)序電路圖來完成這一邏輯功能根據(jù)給出的具體邏輯問題，設(shè)計(jì)時(shí)序電路圖來完成這一邏輯功能。要求電路最簡(jiǎn)。最簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)：觸發(fā)器和門電路數(shù)目最少，其輸入端。要求電路最簡(jiǎn)。最簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)：觸發(fā)器和門電路數(shù)目最少，其輸入端最少。最少。步驟：步驟：一、邏輯抽象，得出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）一、邏輯抽象，得出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）分析因果關(guān)系，確定輸入變量，輸出變量分析因果關(guān)系，確定輸入變量，輸出變量確定電路的狀態(tài)數(shù)確定電路的狀態(tài)數(shù)定義邏輯狀態(tài)含意，將電路狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系找出來定義邏輯狀態(tài)含意，將電路狀態(tài)

54、之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系找出來二、狀態(tài)化簡(jiǎn)：在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中有兩個(gè)以上狀態(tài)，它們輸入相同，二、狀態(tài)化簡(jiǎn)：在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中有兩個(gè)以上狀態(tài)，它們輸入相同，輸出相同。轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同，則可稱它們?yōu)榈葍r(jià)狀態(tài)。多個(gè)等輸出相同。轉(zhuǎn)換到的次態(tài)也相同，則可稱它們?yōu)榈葍r(jià)狀態(tài)。多個(gè)等價(jià)狀態(tài)可合并為一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)化簡(jiǎn)的目標(biāo)是建立最小的狀態(tài)轉(zhuǎn)換價(jià)狀態(tài)可合并為一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)化簡(jiǎn)的目標(biāo)是建立最小的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。圖。三、狀態(tài)分配：確定觸發(fā)器的數(shù)目三、狀態(tài)分配：確定觸發(fā)器的數(shù)目n，取，取2n-1N 2n，N為狀態(tài)轉(zhuǎn)換為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中的有效狀態(tài)，給電路的每個(gè)狀態(tài)分配一個(gè)二進(jìn)制代碼，又稱狀圖中的有效狀態(tài)，給電路的每個(gè)狀態(tài)分配一個(gè)二進(jìn)制代碼，又稱

55、狀態(tài)編碼，編碼方案以組合電路是否最簡(jiǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。態(tài)編碼，編碼方案以組合電路是否最簡(jiǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。四、選定觸發(fā)器類型，求出輸出方程，狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。四、選定觸發(fā)器類型，求出輸出方程，狀態(tài)方程和驅(qū)動(dòng)方程。五、根據(jù)求出的輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯電路圖。五、根據(jù)求出的輸出方程和驅(qū)動(dòng)方程畫出邏輯電路圖。六、檢查設(shè)計(jì)的邏輯電路是否具有自啟動(dòng)能力。若不能自啟動(dòng)應(yīng)采六、檢查設(shè)計(jì)的邏輯電路是否具有自啟動(dòng)能力。若不能自啟動(dòng)應(yīng)采取措施解決。取措施解決。例例.設(shè)計(jì)一個(gè)帶進(jìn)位輸出端的十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)帶進(jìn)位輸出端的十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器解：分析：計(jì)數(shù)器無輸入邏輯信號(hào)，只有進(jìn)位輸出信號(hào)，屬于摩爾解：分析：計(jì)數(shù)器無輸入邏輯信號(hào)，只

56、有進(jìn)位輸出信號(hào)，屬于摩爾型電路。型電路。C進(jìn)位信號(hào)，進(jìn)位信號(hào)，C1為有進(jìn)位輸出，為有進(jìn)位輸出，C0為無進(jìn)位輸出為無進(jìn)位輸出十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有13個(gè)狀態(tài)：個(gè)狀態(tài)：S2S3S1S4S5S6S7S9S0S8S11S10S12/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/0/1由于由于23N24 , 所以取所以取n=4, 用用4個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器取取0000 1100 為為 S0 S12 的編碼的編碼Q3Q2Q1Q0S00 00 00 00 00 00 0S10 00 00 01 10 01 1S20 00 01 10 00 02 2S30 00 01 11 10 03 3S40 01

57、 10 00 00 04 4S50 01 10 01 10 05 5S60 01 11 10 00 06 6S70 01 11 11 10 07 7S81 10 00 00 00 08 8S91 10 00 01 10 09 9S101 10 01 10 00 01010S111 10 01 11 10 01111S121 11 10 00 01 11212狀態(tài)順序狀態(tài)順序狀態(tài)編碼狀態(tài)編碼進(jìn)位輸出進(jìn)位輸出C 等效十進(jìn)制數(shù)等效十進(jìn)制數(shù)畫出表示次態(tài)邏輯函數(shù)和進(jìn)位輸出函數(shù)的卡諾圖畫出表示次態(tài)邏輯函數(shù)和進(jìn)位輸出函數(shù)的卡諾圖:Q1Q0Q3Q20001/00010/00100/00011/00101/00

58、110/01000/00111/00000/1 XXXX/X XXXX/X XXXX/X1001/01010/01100/01011/00001111000011011可分解為可分解為5個(gè)卡諾圖個(gè)卡諾圖 , 經(jīng)化簡(jiǎn)得經(jīng)化簡(jiǎn)得: Q3n+1=Q2Q1Q0 + Q3Q2 Q2n+1=Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1 + Q3Q2Q0 Q1n+1=Q1Q0 + Q1Q0 Q0n+1=Q3Q0 + Q3Q2Q0 C = Q3Q2若選用若選用JK觸發(fā)器觸發(fā)器,則將狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換為則將狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換為 Qn+1=JQ+KQ 標(biāo)準(zhǔn)形式標(biāo)準(zhǔn)形式.Q3n+1=(Q2Q1Q0+Q2 )Q3+( Q2Q1Q0)Q3Q2n

59、+1=(Q3Q1+Q3Q0)Q2 + Q2Q1Q0Q1n+1=Q1Q0 + Q1Q0Q0n+1=(Q3 + Q3Q2 )Q0C=Q3Q2得得:J3=Q2Q1Q0，K3=Q2J2=Q1Q0，K2=Q3Q1Q0J1=Q0，K1=Q0J0=Q3Q2，K0=1JKF0C1JKF1C1JKF2C1JKF3C11CP&1C例例2：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器，要求：連續(xù)輸入三個(gè)或三個(gè)以上：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)器，要求：連續(xù)輸入三個(gè)或三個(gè)以上的的1時(shí)輸出為時(shí)輸出為1，其它輸入情況下輸出為，其它輸入情況下輸出為0 為驗(yàn)證電路的邏輯功能是否正確為驗(yàn)證電路的邏輯功能是否正確,可將可將0000作為初始狀態(tài)代入狀態(tài)

60、作為初始狀態(tài)代入狀態(tài)方程依次計(jì)算方程依次計(jì)算,所得結(jié)果應(yīng)與以上所列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表相同。所得結(jié)果應(yīng)與以上所列的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表相同。 最后應(yīng)檢查電路的自啟動(dòng)。將最后應(yīng)檢查電路的自啟動(dòng)。將3個(gè)無效狀態(tài)個(gè)無效狀態(tài)1101、1110和和1111分別分別代入狀態(tài)方程計(jì)算，所得次態(tài)分別為代入狀態(tài)方程計(jì)算，所得次態(tài)分別為0010、0010和和0000，故電路能，故電路能自啟動(dòng)。自啟動(dòng)。解：分析解：分析:電路應(yīng)至少有電路應(yīng)至少有4個(gè)不同狀態(tài)個(gè)不同狀態(tài),即即 S0 沒輸入沒輸入1之前狀態(tài)之前狀態(tài) S1 輸入輸入1個(gè)個(gè)1后的狀態(tài)后的狀態(tài) S2 輸入輸入2個(gè)個(gè)1后的狀態(tài)后的狀態(tài) S3 輸入輸入3個(gè)個(gè)1或或3個(gè)以上個(gè)以上1后的狀態(tài)后的狀態(tài)S0S1S3S20/01/00/01/01/11/11/00/0sn+1/YSnS0/0S1/