1、 中規(guī)模時序邏輯電路中規(guī)模時序邏輯電路 1 存放器存放器時時 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(shù)器計數(shù)器順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器分析分析設計設計1.1 數(shù)碼存放器數(shù)碼存放器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)取數(shù)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，存放器是計算機的主要部件之一， 它用來暫時存放數(shù)據(jù)它用來暫時存放數(shù)據(jù)或指令。采用任何一種類型的觸發(fā)器均可構(gòu)成存放器。每個觸或指令。采用任何一種類型的觸發(fā)器均可構(gòu)成存放器。每個觸發(fā)器存放一位二進制數(shù)或一個邏輯變量，由發(fā)器存放一位二進制數(shù)或一個邏輯變量，由

2、n個觸發(fā)器構(gòu)成的個觸發(fā)器構(gòu)成的存放器可存放存放器可存放n位二進制數(shù)或位二進制數(shù)或n個邏輯變量的值。個邏輯變量的值。四位數(shù)碼存放器四位數(shù)碼存放器1.2 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數(shù)據(jù)，移位，就是將存放器所存各位數(shù)據(jù)，在每個移位脈沖的作用下，向左或向右挪動一位。在每個移位脈沖的作用下，向左或向右挪動一位。根據(jù)移位方向，常把它分成三種：根據(jù)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(jù)移位數(shù)據(jù)的輸根據(jù)移位數(shù)據(jù)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：FFFFFFFFFFFFFF

3、FFFFFFFFFFFFFFFFFF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&A0A1A2A3RDCLRLOAD移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 預預 置置 3210存數(shù)存數(shù)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(shù)脈沖作用下，在存數(shù)脈沖作用下， Q3Q2Q1Q0 1011 。D0 0D1

4、 Q0D2 Q1D3 Q2QQ 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(tài)設初態(tài) 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

5、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 Q1QQ DQQ DQQ DQQ DCP串行串行輸出輸出3210串行串行輸入輸入QDQQ3DQDQDCP串行串行輸出輸出Q1Q2Q0串行串行輸入輸入雙向移位存放器的構(gòu)成：只需設置一個控制端雙向移位存放器的構(gòu)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。雙向移位存放器雙向移位存放器 D0

6、D1 D2 D3 FF0 FF1 FF2 FF3 Q0 Q1 Q2 Q3 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 Q0 Q1 Q2 Q3 CP DSL & 1 & 1 & 1 & 1 1 DSR S Q0 Q1 Q2 Q3 R右移串行輸入右移串行輸入L左移串行輸入左移串行輸入A、B、C、D并行輸入并行輸入VCCQA QB QCQDS1 S0CPQA QB QCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS19415161413121110912345678011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(從從QD

7、 向向QA挪動挪動)左移左移(從從QA 向向QD挪動挪動)并行輸入并行輸入 CLRCPS1 S0功功 能能 1.3 存放器運用舉例存放器運用舉例例：序列發(fā)生器例：序列發(fā)生器用一片用一片74194和適當?shù)倪壿嬮T構(gòu)成產(chǎn)生序列為和適當?shù)倪壿嬮T構(gòu)成產(chǎn)生序列為01100101的序列發(fā)生器。的序列發(fā)生器。步驟：步驟：第一步：序列有多長就用相應的多少個形狀第一步：序列有多長就用相應的多少個形狀Tp來與來與之對應，根據(jù)之對應，根據(jù)Tp=2n來決議移位存放器的級數(shù)即來決議移位存放器的級數(shù)即觸發(fā)器的個數(shù)觸發(fā)器的個數(shù)第二步：按照循環(huán)左移或者右移的規(guī)律來確定存放器第二步：按照循環(huán)左移或者右移的規(guī)律來確定存放器的初始形

8、狀，和相應的左移或者右移輸入端的輸入，的初始形狀，和相應的左移或者右移輸入端的輸入，并列出形狀表并列出形狀表第三步：形狀表推導出反響函數(shù)的邏輯表達式，畫出第三步：形狀表推導出反響函數(shù)的邏輯表達式，畫出相應電路圖相應電路圖2 計數(shù)器的分析計數(shù)器的分析 2.1 計數(shù)器的功能和分類計數(shù)器的功能和分類1. 計數(shù)器的作用計數(shù)器的作用記憶輸入脈沖的個數(shù)；用于定時、分頻、產(chǎn)記憶輸入脈沖的個數(shù)；用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進展數(shù)字運算等等。生節(jié)拍脈沖及進展數(shù)字運算等等。2. 計數(shù)器的分類計數(shù)器的分類按任務方式分：同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。按任務方式分：同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。按功能分：加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和

9、可逆計數(shù)器。按功能分：加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。按計數(shù)器的計數(shù)容量按計數(shù)器的計數(shù)容量(或稱模數(shù)或稱模數(shù))來分：各種不同的來分：各種不同的計數(shù)器，如二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、二十計數(shù)器，如二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)器等等。進制計數(shù)器等等。 1同步二進制加法計數(shù)器同步二進制加法計數(shù)器 設計思想：同步計數(shù)器中，一切觸發(fā)器的設計思想：同步計數(shù)器中，一切觸發(fā)器的CP端相連，端相連，CP的每一個觸發(fā)沿都會使一切的觸發(fā)的每一個觸發(fā)沿都會使一切的觸發(fā)器形狀更新。器形狀更新。 二進制加法運算規(guī)那么：對一個多位二進制而二進制加法運算規(guī)那么：對一個多位二進制而言，最低位每次加言，最低位每次

10、加1都改動形狀，而第都改動形狀，而第i位除最位除最低位外僅有當以下各位皆為低位外僅有當以下各位皆為1時才改動形狀時才改動形狀 同步二進制計數(shù)器是將計數(shù)脈沖同時引同步二進制計數(shù)器是將計數(shù)脈沖同時引入到各級觸發(fā)器，當計數(shù)時鐘脈沖到來時，入到各級觸發(fā)器，當計數(shù)時鐘脈沖到來時，各級觸發(fā)器形狀同時發(fā)生轉(zhuǎn)換，并且按照二各級觸發(fā)器形狀同時發(fā)生轉(zhuǎn)換，并且按照二進制的規(guī)律添加或減少。進制的規(guī)律添加或減少。同步計數(shù)器同步計數(shù)器3位二進制同步加法計數(shù)器位二進制同步加法計數(shù)器 000 001 010 011 /1 /0 111 110 101 100 /0 /0 /0 /0 /0 /0 排排 列列 順順 序序 ： /

11、C nnnQQQ012 選用選用3個個CP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分觸發(fā)器，分別用別用FF0、FF1、FF2表示。表示。形形狀狀圖圖輸出方程：輸出方程：時鐘方程：時鐘方程：nnnQQQC012 CPCPCPCP 210 CP Q0 Q1 Q2 C 時序圖時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在在Q0=1時，在下一個時，在下一個CP觸發(fā)沿觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。到來時翻轉(zhuǎn)。FF2在在Q0=Q1=1時，在下一個時，在下一個CP觸發(fā)觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。沿到來時翻轉(zhuǎn)。100 KJnQKJ011 nnQQKJ0122 Q0Q0 CFF0 FF1 FF2CPQ1Q1Q2

12、Q21J C11K 1J C1 1K1J C11K&1&電路圖電路圖由于沒有無效形狀，電路能自啟動。由于沒有無效形狀，電路能自啟動。 nnnnnnnnnnnQQQQKJQQKJQKJKJ0132110122011001推行到推行到n位二位二進制同進制同步加法步加法計數(shù)器計數(shù)器驅(qū)動方程驅(qū)動方程輸出方程輸出方程nnnnnnQQQQC0121 2同步二進制減法計數(shù)器同步二進制減法計數(shù)器設計思想：設計思想： 只需當?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r即低位全只需當?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r即低位全0時再減時再減1，令高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計數(shù)減，令高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計數(shù)減1。 為此，只需將二進制加法計數(shù)器的輸出為此，只需將

13、二進制加法計數(shù)器的輸出由由Q端改為端改為 端，便成為同步二端，便成為同步二進制減法計數(shù)器了。進制減法計數(shù)器了。Q Q3位二進制同步減法計數(shù)器位二進制同步減法計數(shù)器選用選用3個個CP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。表示。形狀圖形狀圖輸出方程：輸出方程： 000001010011 /1 /0 111110101100 /0 /0 /0 /0 /0 /0 排列順序：排列順序： /B nnnQQQ012 CPCPCPCP 210時鐘方程：時鐘方程：nnnQQQB012 CPQ0Q1Q2B時序圖時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次每輸入一個時鐘脈沖翻

14、轉(zhuǎn)一次FF1在在Q0=0時，在下一個時，在下一個CP觸發(fā)觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。沿到來時翻轉(zhuǎn)。FF2在在Q0=Q1=0時，在下一個時，在下一個CP觸觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。100 KJnQKJ011 nnQQKJ0122 Q0Q0 B1FF0 FF1 FF2CPQ1Q1Q2Q21J C11K 1J C1 1K1J C11K&電路圖電路圖由于沒有無效形狀，電路能自啟動。由于沒有無效形狀，電路能自啟動。 nnnnnnnnnnnQQQQKJQQKJQKJKJ0132110122011001推行到推行到n位二位二進制同進制同步減法步減法計數(shù)器計數(shù)器驅(qū)動方程驅(qū)動方程輸出方程輸出方程nnnnn

15、nQQQQB0121 3位二進制同步可逆計數(shù)器位二進制同步可逆計數(shù)器設用設用X表示加減控制信號，且表示加減控制信號，且X 0時作加計數(shù)，時作加計數(shù)， X 1時作減計數(shù)，那么把二進制同步加法計數(shù)器的驅(qū)時作減計數(shù)，那么把二進制同步加法計數(shù)器的驅(qū)動方程和動方程和X相與，把減法計數(shù)器的驅(qū)動方程和相與，把減法計數(shù)器的驅(qū)動方程和X相與，相與，再把二者相加，便可得到二進制同步可逆計數(shù)器的驅(qū)再把二者相加，便可得到二進制同步可逆計數(shù)器的驅(qū)動方程。動方程。 nnnnnnQQXQQXKJQXQXKJKJ0101220011001輸出方程輸出方程 Q0 Q0 C/B 1 FF0 FF1 FF2 CP Q1 Q1 Q2

16、 Q2 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K 1 & 1 & 1 & 1 X 電路圖電路圖 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3 (b) 邏邏輯輯功功能能示示意意圖圖 (a) 引引腳腳排排列列圖圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS161 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND CR D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP CO LD 4位集成二進制同步加法計數(shù)器位集成二進制同步加法計數(shù)器74LS161/163CR=0時異步清零。時

17、異步清零。CR=1、LD=0時同步置數(shù)。時同步置數(shù)。CR=LD=1且且CPT=CPP=1時，按照時，按照4位自然二進制碼進展同位自然二進制碼進展同步二進制計數(shù)。步二進制計數(shù)。CR=LD=1且且CPTCPP=0時，計數(shù)器形狀堅持不變。時，計數(shù)器形狀堅持不變。4位集成二進制同步可逆計數(shù)器位集成二進制同步可逆計數(shù)器74LS193 BO CO LD 74LS193 Q0 Q1 Q2 Q3 (b) 邏邏輯輯功功能能示示意意圖圖 (a) 引引腳腳排排列列圖圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS193 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC D0 CR CO BO LD D2 D3 D1

18、 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 GND D0 D1 D2 D3 CR CPU CPD CR是異步清零端，高電平有效；是異步清零端，高電平有效； LD是異步置數(shù)端，低電平有效；是異步置數(shù)端，低電平有效；CPU是加法計數(shù)脈沖輸入端；是加法計數(shù)脈沖輸入端； CPD是減法計數(shù)脈沖輸入端；是減法計數(shù)脈沖輸入端； D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；是并行數(shù)據(jù)輸入端； Q0Q3是計數(shù)器形狀輸出端；是計數(shù)器形狀輸出端； CO是進位脈沖輸出端；是進位脈沖輸出端； BO是借位脈沖輸出端；是借位脈沖輸出端；多個多個74LS193級聯(lián)時，只需把低位的級聯(lián)時，只需把低位的CO端、端、BO端分別與高位的端分別與高位的C

19、PU、CPD銜接起來，各個芯片的銜接起來，各個芯片的CR端銜接在一同，端銜接在一同，LD端銜接在一同，就端銜接在一同，就可以了?？梢粤?。1. 四位二進制同步計數(shù)器四位二進制同步計數(shù)器 74LS16374LS163不但不但 計數(shù)方式是同步的，而且它的清零方計數(shù)方式是同步的，而且它的清零方式式 也是同步的：即使控制端也是同步的：即使控制端CLR0，清零目的真正實，清零目的真正實現(xiàn)還需等待下一個時鐘脈沖的上升沿到來以后才可以變現(xiàn)還需等待下一個時鐘脈沖的上升沿到來以后才可以變?yōu)楝F(xiàn)實。這就是為現(xiàn)實。這就是“ 同步清零同步清零 的含義。的含義。 利用集勝利能組件設計計數(shù)電路利用集勝利能組件設計計數(shù)電路一、

20、中規(guī)模計數(shù)器組件引見及其運用一、中規(guī)模計數(shù)器組件引見及其運用16151413121110123456789QAQDQDQCQBQAQBQCVCCTTPPCPAABBCCDDCLRLOADENABLERC串行進串行進 位輸出位輸出 允許允許允許允許GND時鐘時鐘去除去除輸出輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入置入置入74LS16374LS 163 管腳圖管腳圖(1) 74LS163 的引見的引見TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS16374LS163功能表功能表1 1 1 1 計計 數(shù)數(shù)0 1 1 1 X 保保 持持 1 0 1 1 X 堅持堅持 ( RC=0 ) X X 0 1 并并

21、行行 輸輸 入入X X X 0 清清 零零P T LOAD CLR CP 功功 能能 去除去除置入置入ABCD時鐘時鐘允許允許 P允許允許 TQAQBQCQD串行進串行進 位輸出位輸出輸輸出出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 輸入輸入例例1：用一片：用一片74LS163構(gòu)成六進制計數(shù)器。構(gòu)成六進制計數(shù)器。QD QC QB QA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1六個六個 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)預備清零：預備清零： 使使 CLR 0TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP(2) 74LS163 的運用的運用在在QDQCQBQA 0110 時

22、時立刻清零立刻清零 。比較比較 用用74LS 160與用與用74LS 163構(gòu)成六進制計數(shù)器構(gòu)成六進制計數(shù)器:在在QDQCQBQA 0101 時時 預備清零預備清零 。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP例例2：用：用74LS163構(gòu)成二十四進制計數(shù)器。構(gòu)成二十四進制計數(shù)器。(1). 需求兩片需求兩片74LS163；(2). 為了提高運算速度，運用同步計數(shù)方式。為了提高運算速度，運用同步計數(shù)方式。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163+5V+5V, , , , CPCLR 應該在應該在 QDQCQBQA QDQCQBQA 0001 0111 時預備清零。時預備清零。, , , , QDQCQBQA QDQCQBQA , , , ,CLR =例例3 用用74LS163來構(gòu)成一個十二進制計數(shù)器。來構(gòu)成一個十二進制計數(shù)器。1寫出形狀寫出形