1、6.1 6.1 時序邏輯電路的根本概念時序邏輯電路的根本概念6.2 6.2 同步時序邏輯電路的分析方法同步時序邏輯電路的分析方法6.3 6.3 同步時序邏輯電路的設計方法同步時序邏輯電路的設計方法6.4 6.4 異步時序邏輯電路的分析方法異步時序邏輯電路的分析方法6.5 6.5 假設干典型的時序邏輯集成電路假設干典型的時序邏輯集成電路第六章 時序邏輯電路6.1 6.1 時序邏輯電路的根本概念時序邏輯電路的根本概念6.1.1 6.1.1 時序邏輯電路的根本構造和特點時序邏輯電路的根本構造和特點6.1.2 6.1.2 時序邏輯電路的分類時序邏輯電路的分類6.1.3 6.1.3 時序邏輯電路功能的描

2、畫方法時序邏輯電路功能的描畫方法 6.1.1 概述數字邏輯電路數字邏輯電路組合邏輯電路組合邏輯電路時序邏輯電路時序邏輯電路恣意時辰的輸出僅僅取決于該時恣意時辰的輸出僅僅取決于該時辰的輸入辰的輸入,與電路原來的形狀無關與電路原來的形狀無關恣意時辰的輸出不僅取決于該時辰恣意時辰的輸出不僅取決于該時辰的輸入，還與電路原來的形狀有關的輸入，還與電路原來的形狀有關例：串行加法器，兩個多位數從低位到高位逐位相加3032211302302011oabcaabbcscabscscs進位結果保管到高一位加法時運用組合邏輯電路組合邏輯電路存儲電路存儲電路恣意時辰的輸出不僅取決于該時辰的輸恣意時辰的輸出不僅取決于該

3、時辰的輸入，還與電路原來的形狀有關入，還與電路原來的形狀有關普通構造方式與功能描畫方法輸入輸入信號信號形狀形狀信號信號輸出輸出信號信號驅動驅動信號信號可以用三個方程組來描畫：可以用三個方程組來描畫：),(),(),(2121212111QXFYqqqxxxfyqqqxxxfylijjli輸出方程),(),(),(2121212111QXGZqqqxxxgzqqqxxxgzlikkli驅動方程),(*),(),(*2121212111QZHQqqqzzzhqqqqzzzhqlillli狀態方程1、電路構造：有存儲器件，有反響回路2、電路功能：有記憶3、I/O關系：輸出與當前輸入有關，并與觸發器形

4、狀有關，有劇烈的時序概念時序電路特點時序電路特點4、功能描畫：3組方程輸出方程驅動方程形狀方程 (,)YF X Q輸出方程驅動方程激勵方程*( ,)QH Z Q狀態方程(,)ZG X Q5、時序電路的分類動作特點同步時序電路異步時序電路一切觸發器由一致時鐘控制;復雜,可靠沒有一致的時鐘，簡單輸出信號特點MealyMoore(,)YF X Q與輸入變量,存儲器狀態有關( )YF Q僅取決于存儲電路的狀態計數器、存放器、移位存放器、讀寫存儲計數器、存放器、移位存放器、讀寫存儲器、脈沖分配器、分頻器、序列信號檢測器、脈沖分配器、分頻器、序列信號檢測器發生器等器發生器等6、根據邏輯功能分類6.1.3

5、6.1.3 時序電路邏輯功能的表示方法時序電路邏輯功能的表示方法邏輯方程組邏輯方程組輸出方程、驅動鼓勵方程、形狀方程、時鐘方程異步輸出方程、驅動鼓勵方程、形狀方程、時鐘方程異步形狀表形狀表形狀圖形狀圖時序圖時序圖鼓勵表設計鼓勵表設計這些表示方法在本質上是一樣的，可以相互轉換。這些表示方法在本質上是一樣的，可以相互轉換。6.2 6.2 同步時序邏輯電路的分析方法同步時序邏輯電路的分析方法知：由邏輯門和觸發器組成的時序邏輯電路。知：由邏輯門和觸發器組成的時序邏輯電路。目的：分析時序邏輯電路的功能目的：分析時序邏輯電路的功能步驟：步驟：1、確定時序邏輯電路的類型、確定時序邏輯電路的類型2、分別寫出輸

6、出方程外部，可有可無，驅動方程根據各個、分別寫出輸出方程外部，可有可無，驅動方程根據各個觸發器輸入信號的來源，形狀方程把驅動方程代入特征方程，觸發器輸入信號的來源，形狀方程把驅動方程代入特征方程，時鐘脈沖時鐘脈沖CP方程異步。方程異步。3、根據上述推導出的方程式列形狀表。、根據上述推導出的方程式列形狀表。4、畫形狀圖和時序圖。、畫形狀圖和時序圖。5、分析功能，并判別電路的自啟動才干。、分析功能，并判別電路的自啟動才干。同步同步moore mealy異步異步mooreQ0Q0FF0 FF1CP YQ1Q11T C11T C1&=1 X“1”例例1 1輸出方程：輸出方程：驅動方程：驅動方程：nnQ

7、XQXY111001TQXTn1 1、類型：同步、類型：同步mealymealy型型2 2、寫方程式：、寫方程式：T T觸發器的特性方程：觸發器的特性方程：nnQTQ1將各觸發器的驅動將各觸發器的驅動方程代入，即得電方程代入，即得電路的形狀方程：路的形狀方程：nnnnnnnnQQQTQQQXQTQ0000101011111nnnnnnQXYQQQQXQ101010113 3、根據形狀方程、根據形狀方程寫形狀表寫形狀表根據形狀表畫形狀圖根據形狀表畫形狀圖nnQQ01x/Y0/1000111100/11/00/10/11/01/11/10 00 1 01 110XYQQnn/1011nnQQ010

8、1/110/111/100/111/000/001/110/1 CP X Q0 Q1 Y 分析：分析：0000、0101、1010、1111四種形狀都是有效形狀。四種形狀都是有效形狀。當輸入當輸入X X 0 0時，在時鐘脈沖時，在時鐘脈沖CPCP的作用下，電路的的作用下，電路的4 4個形狀按遞增規個形狀按遞增規律循環變化，即：律循環變化，即：00011011000001101100當當X X1 1時，在時鐘脈沖時，在時鐘脈沖CPCP的作用下，電路的的作用下，電路的4 4個形狀按遞減規律循個形狀按遞減規律循環變化，即：環變化，即：00111001000011100100可見，該電路既具有遞增計數

9、功能，又具有遞減計數功能，是一個可見，該電路既具有遞增計數功能，又具有遞減計數功能，是一個4 4進制同步可逆計數器。進制同步可逆計數器。 X X為加為加/ /減控制信號。減控制信號。 4 4、時序圖、時序圖5 5、電路功能、電路功能000111100/11/00/10/10/11/01/11/1所以該電路是一個可逆的所以該電路是一個可逆的4 4進制計數器。進制計數器。 YQ1Q1Q2Q21J C11K1J C11K1J C11K&Q0Q0FF0 FF1 FF2CP例例2 2nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 輸出方程：輸出方程：驅動方程：驅動方程：2 2

10、、寫方程式：、寫方程式：1 1、類型：同步、類型：同步mooremoore型型JKJK觸發器的特性方程：觸發器的特性方程：nnnQKQJQ1將各觸發器的驅動方程代入，將各觸發器的驅動方程代入，即得電路的形狀方程：即得電路的形狀方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ202020000100101011111112121222212nnnnnnnnQQYQQQQQQ21210011112現 態次 態輸 出nnnQQQ012 101112 nnnQQQY0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01

11、 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011003 3、根據輸出方程和形、根據輸出方程和形狀方程寫形狀表狀方程寫形狀表根據形狀表畫形狀圖根據形狀表畫形狀圖nnnQQQ012/Y/0111000/0001/0011/0110/0100/1101010/0/1有效形狀有效序列有效形狀有效序列無效形狀無效形狀該電路不具備該電路不具備自啟動才干。自啟動才干。自啟動才干：當電路處于無效形狀自啟動才干：當電路處于無效形狀時，在時鐘脈沖時，在時鐘脈沖CP的作用下，可的作用下，可以回到有效形狀的才干。以回到有效形狀的才干。CPQ0Q1Q2Y6 6個有效形

12、狀分別是個有效形狀分別是0 05 5這這6 6個十進制數字的格雷碼，并且在時鐘個十進制數字的格雷碼，并且在時鐘脈沖脈沖CPCP的作用下，這的作用下，這6 6個形狀是按遞增規律變化的，即：個形狀是按遞增規律變化的，即：000001011111110100000000001011111110100000當對第當對第6 6個脈沖計數時，計數器又重新從個脈沖計數時，計數器又重新從000000開場計數，并產生輸開場計數，并產生輸出出Y Y1 1。4 4、時序圖、時序圖5 5、電路功能、電路功能000/0001/0011/0111/0110/0100/1功能：用格雷碼表示的六進制同步遞增計數器。功能：用格

13、雷碼表示的六進制同步遞增計數器。脈沖分配器：電路在時鐘脈沖的作用下，按一定順序輪番地輸出脈沖脈沖分配器：電路在時鐘脈沖的作用下，按一定順序輪番地輸出脈沖信號。由于電路能在時鐘脈沖作用下將脈沖信號按順序分配到各個輸信號。由于電路能在時鐘脈沖作用下將脈沖信號按順序分配到各個輸出端，故稱其為脈沖分配器。出端，故稱其為脈沖分配器。邏輯功能分析。邏輯功能分析。從以上分析可以看出，該電路在從以上分析可以看出，該電路在CP脈沖作用下，把寬度為脈沖作用下，把寬度為T的脈沖以的脈沖以三次分配給三次分配給Q0、 Q和和Q2各端，因此，該電路是一個脈沖分配器。由各端，因此，該電路是一個脈沖分配器。由形狀圖和波形圖可

14、以看出，該電路每經過三個時鐘周期循環一次，并形狀圖和波形圖可以看出，該電路每經過三個時鐘周期循環一次，并且該電路具有自啟動才干。且該電路具有自啟動才干。 CPQ2Q21D C11D C1Q1Q1FF0 FF1 FF21D C1Q0Q0例例3 3異步時序電路，時鐘方程：異步時序電路，時鐘方程：驅動方程：驅動方程：CPCPQCPQCP00112 nnnQDQDQD001122，1 1、類型：異步、類型：異步mooremoore型型2 2、寫方程式：、寫方程式：D D觸發器的特性方程：觸發器的特性方程：DQn1將各觸發器的驅動將各觸發器的驅動方程代入，即得電方程代入，即得電路的形狀方程：路的形狀方程

15、：上升沿時刻有效時有效由時有效由CP 10Q 10Q 00100111112212nnnnnnQDQQDQQDQ 010111212nnnnnnQQQQQQ3 3、根據形狀方、根據形狀方程寫形狀表程寫形狀表CPCPQCPQCP00112nnnQQQ012 012P P PCCC101112 nnnQQQ0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0 1 1 1101010100110011001100110100110010100101101001011100001114 4、形狀圖、形狀圖nnnQQQ012000111110101100011010001 C P Q0

16、 Q1 Q2 由形狀圖可以看出，在時鐘脈沖由形狀圖可以看出，在時鐘脈沖CPCP的作用下，電路的的作用下，電路的8 8個形狀按遞個形狀按遞減規律循環變化，即：減規律循環變化，即：000111110101100011010001000000111110101100011010001000電路具有遞減計數功能，是一個電路具有遞減計數功能，是一個8 8進制異步減法計數器。進制異步減法計數器。或分頻器。或分頻器。5 5、電路功能、電路功能4 4、時序圖、時序圖0001111101011000110100010=11K1J1=11K=11JZ1CPX0QC1Q11FF&C1FF練習練習1 1：輸出方程：輸

17、出方程：驅動方程：驅動方程：1 1、類型：同步、類型：同步mealymealy型型2 2、寫方程式：、寫方程式：JKJK觸發器的特性方程：觸發器的特性方程：nnnQKQJQ1將各觸發器的驅動將各觸發器的驅動方程代入，即得電方程代入，即得電路的形狀方程：路的形狀方程：nnQQXZ01)(1 1 101010KQXJKQXJnnnnnnnnnnnnQQXQKQJQQQXQKQJQ1011111101000010)()(0 00 1 01 110XZQQnn/1011nnQQ0101/010/000/100/010/100/001/000/0根據形狀表畫形狀圖根據形狀表畫形狀圖nnQQ01X/Z1/

18、0010/11/10/0000/0101/0110/01/03 3、根據形狀方、根據形狀方程寫形狀表程寫形狀表nnQQXZ01)(nnnnnnQQXQQQXQ10110110)()(4 4、時序圖、時序圖1/0010/11/10/0000/0101/0XCP1234560QZ1Q5 5、電路功能、電路功能該電路一共有該電路一共有3個形狀個形狀00、01、10。當。當X=0時，按照加時，按照加1規律從規律從00011000循環變化，并每當轉換為循環變化，并每當轉換為10形狀最大數時，輸形狀最大數時，輸出出Z=1。當。當X=1時，按照減時，按照減1規律從規律從10010010循環變化，并每循環變化

19、，并每當轉換為當轉換為00形狀最小數時，輸出形狀最小數時，輸出Z=1。所以該電路是一個可控的所以該電路是一個可控的3 3進制計數器。進制計數器。=1JKCPQ0Q1Z1JKCPJKCPCPQ21 類型：類型： 異步異步moore122122110112001102221010101CP CP CP 1K 1K 1K QQQCPQQQQCPQQQQQJQJQJQZnnnnnnnnnnnnnn狀態方程：驅動方程：輸出方程：2 寫方程組：寫方程組：3 寫形狀表：寫形狀表：122122110112001101CP CP CP QQQCPQQQQCPQQQQQZnnnnnnnnnnnnnnQQQ012

20、012P P PCCC101112 nnnQQQZ0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1CPQCPQnn0202CP 0CP 1100010 0001000100111001011110010100111100110011004 形狀圖：形狀圖：nnnQQQ012/Z101110000001010100111011/1/1/0/1/1/0/0/05 時序圖：時序圖：101110000001010100111011/1/1/0/1/1/0/0/0 CP 210QQQ6.3 6.3 同步時序邏輯電路的設計方法同步時序邏輯電路的設計方法一、根本思想：一、根本

21、思想：用盡能夠少的觸發器和門電路來實現所要求的邏輯功能。即：用盡能夠少的觸發器和門電路來實現所要求的邏輯功能。即：1 1簡約，明了，低本錢；簡約，明了，低本錢；2 2可靠、穩定、一致性。可靠、穩定、一致性。二、時序電路的設計步驟：二、時序電路的設計步驟：1、根據給定的設計要求，寫出原始的形狀轉換圖和原始形狀表。、根據給定的設計要求，寫出原始的形狀轉換圖和原始形狀表。最為關鍵最為關鍵a a分析給定的邏輯功能，確定輸入變量，輸出變量及該電路應分析給定的邏輯功能，確定輸入變量，輸出變量及該電路應包含的形狀，并用字母包含的形狀，并用字母S0S0，S1.S1.表示這些形狀。對于同步電路，表示這些形狀。對

22、于同步電路，時鐘脈沖不作為輸入條件時鐘脈沖不作為輸入條件b b分別以上述形狀為現態，調查在每一個能夠的輸入組協作用分別以上述形狀為現態，調查在每一個能夠的輸入組協作用下應轉入哪個形狀及相應的輸出，便可求得符合題意的形狀圖。下應轉入哪個形狀及相應的輸出，便可求得符合題意的形狀圖。Mooremealy設計一個同步遞增5進制計數器。000001010011100例：設計一個序列脈沖檢測器有一個輸入端例：設計一個序列脈沖檢測器有一個輸入端X和一個輸出端和一個輸出端Z，輸入端，輸入端X輸入一串隨機的二進制代碼，當輸入序列中出現輸入一串隨機的二進制代碼，當輸入序列中出現110時，輸出時，輸出Z產生一個產生

23、一個1輸出，否那么輸出，否那么Z輸出輸出0。典型輸入、輸出序列如下：。典型輸入、輸出序列如下：輸入輸入X：1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0輸出輸出Z： 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1試作出該序列檢測器的原始形狀圖。試作出該序列檢測器的原始形狀圖。有用的形狀：有用的形狀： 保管保管S0初始形狀初始形狀S1收到一個收到一個1后的形狀；后的形狀；S2延續收到延續收到11后的形狀；后的形狀；S3延續收到延續收到110后的形狀。后的形狀。S0S1S2S30/01/00/01/01/00/10/01/0設計一個序列脈沖檢測電路，當延續輸入設計一個序列脈沖檢測電路，當延續輸入1

24、00000或或001或或101等等時，電路的輸出為時，電路的輸出為1，其它情況下輸出為，其它情況下輸出為0。S0S1S2S3100:S0: 初態初態 S1: 1S2: 10 S3: 1000/01/01/00/00/11/00/01/0001:S0:初態 S1: 0S2: 00 S3: 001S0S1S2S30/01/10/00/01/01/00/01/02、形狀化簡。、形狀化簡。形狀等價：是指在原始形狀圖中，假設有兩個或兩個以上的形狀，形狀等價：是指在原始形狀圖中，假設有兩個或兩個以上的形狀，在輸入一樣的條件下，不僅有一樣的輸出，而且向同一全次態轉換，在輸入一樣的條件下，不僅有一樣的輸出，而

25、且向同一全次態轉換，那么稱這些形狀是等到價的。凡是等價形狀都可以合并那么稱這些形狀是等到價的。凡是等價形狀都可以合并. .判別兩個形狀等價的方法在輸入一樣的條件下：判別兩個形狀等價的方法在輸入一樣的條件下：第一，它們的輸出完全一樣；第一，它們的輸出完全一樣；第二，它們的次態一樣。第二，它們的次態一樣。以形狀等價為根底以形狀等價為根底S0S1S2S30/01/00/01/01/00/10/01/0S0S0和和S3S3是形狀等價是形狀等價S0S1S20/01/00/01/01/00/1S0S1S2S30/01/01/00/00/11/00/01/0S0S1S2S30/01/10/00/01/01/

26、00/01/03、形狀編碼或形狀分配。即把一組適當的二進制代碼分配給簡化形狀、形狀編碼或形狀分配。即把一組適當的二進制代碼分配給簡化形狀圖表中各個形狀。從而獲得最正確或接近最正確的形狀分配方案。圖表中各個形狀。從而獲得最正確或接近最正確的形狀分配方案。編碼的方案不同，設計的電路構造也不同，選取的編碼方案應該有利編碼的方案不同，設計的電路構造也不同，選取的編碼方案應該有利于所選擇觸發器的驅動方程及電路輸出方程的簡化。遵照形狀變化的于所選擇觸發器的驅動方程及電路輸出方程的簡化。遵照形狀變化的順序，盡量以自然二進制遞增順序編碼。順序，盡量以自然二進制遞增順序編碼。000111后面是同步時序邏輯電路的

27、普通步驟：后面是同步時序邏輯電路的普通步驟：4、選擇觸發器的類型及個數。、選擇觸發器的類型及個數。5、根據編碼后的形狀圖畫出形狀表和鼓勵表。、根據編碼后的形狀圖畫出形狀表和鼓勵表。6、利用卡諾圖化簡求電路的輸出方程和觸發器的驅動方程。、利用卡諾圖化簡求電路的輸出方程和觸發器的驅動方程。7、畫出電路圖，并檢查自啟動才干。、畫出電路圖，并檢查自啟動才干。電路萬一偶爾進入無效形狀，能否在輸入信號和時鐘脈沖下進入電路萬一偶爾進入無效形狀，能否在輸入信號和時鐘脈沖下進入有效形狀，假設能自動進入有效形狀那么稱為具有自啟動功能；有效形狀，假設能自動進入有效形狀那么稱為具有自啟動功能；否那么，稱為否那么，稱為

28、“掛起掛起。必需對所設計的電路進展修正。其方法。必需對所設計的電路進展修正。其方法是：在卡諾圖的包圍圈內，對無效形狀是：在卡諾圖的包圍圈內，對無效形狀x的原來取的原來取1畫在圈內的，畫在圈內的，可試改為可試改為0而不畫入包圍圈，或者相反。最后再進展檢查，查到可而不畫入包圍圈，或者相反。最后再進展檢查，查到可以自啟動為止。以自啟動為止。例例1 11 1、建立原始形狀圖、建立原始形狀圖設計一個按自然態序變化的設計一個按自然態序變化的7 7進制同步加法計數器，計數規那么為進制同步加法計數器，計數規那么為逢七進逢七進1 1，產生一個進位輸出。，產生一個進位輸出。 000001010011 /0 110

29、101100 /0 /0 /0 /0 /0排列順序： /Y nnnQQQ012/12 2、形狀化簡、形狀化簡3 3、形狀分配、形狀分配曾經最簡。曾經最簡。已是二進制形狀。已是二進制形狀。4 4、選觸發器，列形狀表，求時鐘、輸出、形狀、驅動方程、選觸發器，列形狀表，求時鐘、輸出、形狀、驅動方程因需用因需用3 3位二進制代碼，選用位二進制代碼，選用3 3個個CPCP下降沿觸發的下降沿觸發的JKJK觸發器，分觸發器，分別用別用FF0FF0、FF1FF1、FF2FF2表示。表示。由于要求采用同步方案，故時鐘方程為：由于要求采用同步方案，故時鐘方程為：CPCPCPCP210 現 態 次 態 輸 出 nn

30、nQQQ012 101112 nnnQQQ Y 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 00 0 0 0000001 000001010011 /0 110101100 /0 /0 /0 /0 /0排列順序： /Y nnnQQQ012/1nnQQY12 nnQQJ120、10K nQJ01、nnQQK021 nnQQJ012、nQK12激勵信號J2 K2J1 K1J0 K00 0 0 1 0 0 1 0 1 0 10 1 0 1 11 11 10 00 01 11 1001nnQQ12nQ0000

31、0100 nnQQJ120、10K nQJ01、nnQQK021 nnQQJ012、nQK12 YFF0 FF1 FF2CPQ1Q1Q2Q21J C11K 1J C1 1K 1J C11K&Q0Q0&1&6 6、畫電路圖、畫電路圖5 5、檢查電路能否自啟動、檢查電路能否自啟動將無效形狀將無效形狀111111代入形狀方程計算：代入形狀方程計算：0002120112102101101210nnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQ可見可見111111的次態為有效形狀的次態為有效形狀000000，電路可以自啟動。，電路可以自啟動。nnQQY21110110111111 0110

32、11001001000000100100用用JKJK觸發器設計一個同步時序電路，實現以下圖所示形狀圖描畫的觸發器設計一個同步時序電路，實現以下圖所示形狀圖描畫的功能。要求電路可以自啟動。功能。要求電路可以自啟動。例例2 2nnnnnnQQQQQQ110211012形狀表形狀表 Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q2n Q1n Q0n0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 0 00 0 0X X X0 0 11 1 0X X X 1 1 10 1 1將形狀方程組變換為與將形狀方程組變換為與JKJK觸發器特征方程一樣的方式觸發器特征方程一樣的方式nnnnnn

33、nnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ010100110121211211202022012）（）（）（nnnnnnQJQKQJQKQJQK000011112222nnnnnnQKQJQKQJQKQJ101021210202 nnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQ010110121211202012檢查多余形狀檢查多余形狀Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0電路不具有自啟動才干。電路不具有自啟動才干。改動無效形狀的次態：本例選擇改動無效形狀的次態：本例選擇010010

34、，原來次態為，原來次態為101101，現改為，現改為001001nnnnnnQKQJQKQJQKQJ101021210202 nnnnnnnQKQJQKQJQKQQJ1010212102102 CPCPQ1Q1K KJ J C1C1Q0Q0K KJ J C1C1Q2Q2K K& J & J C1C1 設計一個序列脈沖檢測電路，當延續輸入設計一個序列脈沖檢測電路，當延續輸入111時，電路的輸出時，電路的輸出為為1，其它情況下輸出為，其它情況下輸出為0。例例3 31 1、分析題意，建立原始形狀圖、分析題意，建立原始形狀圖S0初態初態 S11S211 S3111S0S1S2S3X/YS0/00/00

35、/01/01/01/11/10/02 2、形狀化簡：以形狀等價為根底、形狀化簡：以形狀等價為根底S2SS10X/YS0/00/01/01/00/01/1形狀化簡就是將多個等價形狀化簡就是將多個等價形狀合并成一個形狀，把形狀合并成一個形狀，把多余的形狀都去掉，從而多余的形狀都去掉，從而得到最簡的形狀圖。得到最簡的形狀圖。3 3、形狀編碼、形狀編碼該電路有該電路有3個形狀，可以用個形狀，可以用2位二進制代碼組合位二進制代碼組合00、01、10、11中的中的 三個代碼表示。三個代碼表示。S2SS10X/YS0/00/01/01/00/01/11/00/01/00/00/0X/Y1/1Q1Q00001

36、10S0=00S1=01S2=104 4、選擇觸發器的類型和個數、選擇觸發器的類型和個數選用選用2 2個個CPCP下降沿觸發的下降沿觸發的JKJK觸發器，分別用觸發器，分別用Q0Q0、Q1Q1表示。采用表示。采用同步方案。同步方案。1/00/01/00/00/0X/Y1/1Q1Q0000110 輸 入 現 態 次 態 輸 出 X nnQQ01 1011nnQQ Y 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 驅動信號 J1 K1 J0 K0 0 0 1 0 1 0 0 1

37、 0 1 1 0 XKXQJKQXJnn101010 1 nXQY15 5、根據形狀表寫出形狀表和鼓勵表、根據形狀表寫出形狀表和鼓勵表7 7、電路圖、電路圖XKXQJKQXJnn101010 1 YFF0 FF11XQ1Q1 1J C11K 1J C11K&Q0Q0CP&1&6 6、檢查電路能否自啟動、檢查電路能否自啟動 0 0 1 1 1 0 0 /0 1 /1 將無效形狀將無效形狀1111代入輸出方程和形狀方程計算：代入輸出方程和形狀方程計算：電路可以自啟動。電路可以自啟動。nnnnnnnXQQXQQQQXQ110110110nXQY1智能機器人可以識別并繞開妨礙物，在充斥著妨礙物的環境里

38、自在行智能機器人可以識別并繞開妨礙物，在充斥著妨礙物的環境里自在行走。它的前端有一個接觸傳感器，當遇到妨礙物時傳感信號走。它的前端有一個接觸傳感器，當遇到妨礙物時傳感信號X=1，否，否那么傳感信號那么傳感信號X=0。它有兩個控制信號。它有兩個控制信號Z1和和Z0控制腳輪行走，控制腳輪行走， Z1=1時控制機器人左轉，時控制機器人左轉，Z0=1時控制機器人右轉，時控制機器人右轉，Z1Z0=00時控制機器時控制機器人直行。機器人遇到妨礙物時的轉向規那么是：假設上一次是左轉，人直行。機器人遇到妨礙物時的轉向規那么是：假設上一次是左轉，那么這一次右轉，直到未探測到妨礙物時直行；假設上一次是右轉，那么這

39、一次右轉，直到未探測到妨礙物時直行；假設上一次是右轉，那么這一次左轉，直到未探測到妨礙物時直行。試用那么這一次左轉，直到未探測到妨礙物時直行。試用D觸發器設計一觸發器設計一個機器人控制器，控制機器人的行走方式。個機器人控制器，控制機器人的行走方式。 例例4 4解：根據題意，機器人有以下四種能夠的任務形狀：解：根據題意，機器人有以下四種能夠的任務形狀： 當前直行，但上一次是左轉當前直行，但上一次是左轉S0； 探測到妨礙物，右轉探測到妨礙物，右轉S1； 當前直行，但上一次是右轉當前直行，但上一次是右轉S2； 探測到妨礙物，左轉探測到妨礙物，左轉S3。 1/101/101/011/010/000/0

40、00/000/000/000/00S0S0S3S3S2S2S1S1X/Z1Z0X/Z1Z00/000/001/011/011/101/1011/1000/001111/1010/001001/0110/000101/0100/000010 XQ1nQ0n XQ1nQ0n01S0S0 /00S1/01S1S2 /00S1 /01S2S2 /00S3 /10S3S0 /00S3 /10S0=00S1=01S2=10S3=111/101/101/011/010/000/000/000/000/000/00S0S0S3S3S2S2S1S1X/Z1Z0X/Z1Z00/000/001/011/011/10

41、1/1000000101nXQZ1100 01 11 1001nnQQ01X1ZnQXZ1000 01 11 1001nnQQ01X0Z01010000 xQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1D1D00000000001101001010100110000100010110101011101111111111100I00111nnnnnXQQQQQXD10101100 01 11 1001nnQQ01X1D01010101XD 000 01 11 1001nnQQ01X0D時序邏輯圖略在數字電路中，用來存放二進制數據或代碼的電路稱為存放器。在數字電路中，用來存放二進制數據或代碼的電路稱為存放器。存

42、放器是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的。一個觸發器可存放器是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的。一個觸發器可以存儲以存儲1位二進制代碼，存放位二進制代碼，存放n位二進制代碼的存放器，需用位二進制代碼的存放器，需用n個觸個觸發器來構成。發器來構成。存放器存放器根本存放器根本存放器移位存放器移位存放器只能并行送入數據，需求時也只能并行輸出只能并行送入數據，需求時也只能并行輸出可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數據既可以并行輸可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數據既可以并行輸入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸入、入、并行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以并行輸

43、入、串行輸出，串行輸入、并行輸出，非常靈敏，用途也很廣。串行輸出，串行輸入、并行輸出，非常靈敏，用途也很廣。6.5 6.5 假設干典型的時序邏輯集成電路假設干典型的時序邏輯集成電路6.5.1 6.5.1 存放器和移位存放器了解功能存放器和移位存放器了解功能1 存放器存放器特點：只能存放數據特點：只能存放數據,其特點是其特點是:數據并行輸入、并行輸出。數據并行輸入、并行輸出。 CP 1 OE 1 E 1 E 1 E Q1 Q7 Q0 D1 D7 D0 1D C1 1 1D C1 1D C1 存放器：用來存儲邏輯運算后的結果，也就是邏輯加、減、與、和之后的存放器：用來存儲邏輯運算后的結果，也就是邏

44、輯加、減、與、和之后的運算結果運算結果鎖存器：用來控制數據的傳送，普通會有一個引腳來控制電平的輸出。鎖存器：用來控制數據的傳送，普通會有一個引腳來控制電平的輸出。2 移位存放器移位存放器1 1根本移位存放器根本移位存放器1右移存放器右移存放器D觸發器組成的觸發器組成的4位右移存放器位右移存放器右移存放器的構造特點：左邊觸發器的輸出端接右鄰觸發器的輸入端。右移存放器的構造特點：左邊觸發器的輸出端接右鄰觸發器的輸入端。QRC11D1DC1RQ1DC1RQ1DQRC1Q0Q1Q2Q3CPCRID串行輸入串行輸出D0D1D20FF1FF2FF3FF并 行 輸 出D3移位存放器移位存放器不但可以存放數碼

45、，而且在移位脈沖作用下，存放器中的不但可以存放數碼，而且在移位脈沖作用下，存放器中的數碼可根據需求向左數碼可根據需求向左/向右挪動向右挪動1位或并行位或并行/串行數據的轉換、數據處置功能。串行數據的轉換、數據處置功能。QRC11D1DC1RQ1DC1RQ1DQRC1Q0Q1Q2Q3CPCRID串行輸入串行輸出D0D1D20FF1FF2FF3FF并 行 輸 出D3 設移位存放器的初始形狀為設移位存放器的初始形狀為XXXX，串行輸入數碼，串行輸入數碼DI=1101，從，從高位到低位依次輸入。其形狀表如下：高位到低位依次輸入。其形狀表如下：移位脈沖移位脈沖輸入數碼輸入數碼輸輸 出出CPDIQ0 Q1

46、 Q2 Q30X X X X111 X X X1 1 X X12030 1 1 X141 0 1 1經過經過4 4個個CPCP，串行輸入數據，串行輸入數據變成并行輸出數據。變成并行輸出數據。從第從第5 5個個CPCP，存放器的最右，存放器的最右邊又可以得到串行輸出。邊又可以得到串行輸出。2左移存放器左移存放器左移存放器的構造特點：右邊觸發器的輸出端接左鄰觸發器的輸入端。左移存放器的構造特點：右邊觸發器的輸出端接左鄰觸發器的輸入端。1DC1RQ1DQRC1Q1D1DC1C1RQRCPCRD01DFF0FF1FF23FF20并 行 輸 出3QQ1QQID串行輸入串行輸出2D3D 2 雙向移位存放器

47、雙向移位存放器將右移存放器和左移存放器組合起來，并引入一控制端將右移存放器和左移存放器組合起來，并引入一控制端S便構成既可左便構成既可左移又可右移的雙向移位存放器移又可右移的雙向移位存放器D觸發器組成的雙向移位存放器：觸發器組成的雙向移位存放器：當當S=1時，時，D0=DSR、D1=Q0、D2=Q1、D3=Q2，實現右移操作；，實現右移操作；其中，其中，DSR為右移串行輸入端，為右移串行輸入端，DSL為左移串行輸入端。為左移串行輸入端。當當S=0時，時，D0=Q1、D1=Q2、D2=Q3、D3=DSL，實現左移操，實現左移操作。作。RFF1DC13Q&1R1DC12FFQ&1R1DC11FFQ

48、&1FF&C1R01DQ1111QQQQ1302CPCR串行輸入SLD（左移）串行輸入DSR（右移）串行輸出DOR（右移）串行輸出DOL（左移）移位控制SS=1：右移S=0：左移并 行 輸 出三、集成移位存放器三、集成移位存放器7419474194為四位雙向移位存放器為四位雙向移位存放器0Q1QS3D2D1D0D2Q3Q7419441235671516D0D1D2GNDQ3Q2Q1Vcc74194891011121413RD3D0SQ0SRDCPSLSR01SRSLS1CPDDDDDSL 和和DSR分別是左移和右移串行輸入。分別是左移和右移串行輸入。D0、D1、D2和和D3是并行輸入端。是并行

49、輸入端。Q0和和Q3分別是左移和右移時的串行輸出端，分別是左移和右移時的串行輸出端，Q0、Q1、Q2和和Q3為并行輸出端。為并行輸出端。輸輸 入入輸輸 出出工作模式工作模式清零清零控控 制制串行輸入串行輸入時鐘時鐘并行輸入并行輸入RDS1 S0DSL DSRCPD0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q30 0 0 0 0異步清零異步清零10 0 Q0n Q1n Q2n Q3n保保 持持110 10 1 1 0 1 Q0n Q1n Q2n0 Q0n Q1n Q2n右右 移移111 01 01 0 Q1n Q2n Q3n 1Q1n Q2n Q3n 0左左 移移11 1 D0 D1 D2 D3D0

50、 D1 D2 D3并行置數并行置數74194的功能表的功能表四、四、MSIMSI存放器的運用存放器的運用1. 1. 環形計數器環形計數器特點：電路簡單，特點：電路簡單，N位移位存放器可以計位移位存放器可以計N個數，實現模個數，實現模N的環形計數器。的環形計數器。0Q1QS3D2D1D0D2Q3Q74194SRDCPDSLSRD01111000START0Q31000Q0100Q2Q001010001MSIMSI存放器模塊的用途很廣泛存放器模塊的用途很廣泛, ,除了比較常用的存儲數據和串行除了比較常用的存儲數據和串行/ /并行數據并行數據轉換以外，還有環形計數器、扭環形計數器、序列發生與檢測等轉

51、換以外，還有環形計數器、扭環形計數器、序列發生與檢測等2扭環形計數器扭環形計數器為了添加有效計數形狀，擴展計數器的模，可用扭環形計數器。為了添加有效計數形狀，擴展計數器的模，可用扭環形計數器。普通來說，普通來說，N位移位存放器可以組成模位移位存放器可以組成模2N的扭環形計數器，只需將末的扭環形計數器，只需將末級輸出反相后，接到串行輸入端。級輸出反相后，接到串行輸入端。QD1SR013SQQSSLD74194DRDDCPQ02D1D32010清零1Q100000012QQ00000300111Q11000111111011113.3.序列檢測序列檢測QD1SR013SQQSSLD74194DRD

52、DCPQ02D1D3201011Y只需當只需當DSR 、Q0、Q1、Q2、Q3分別為分別為1、1、0、1、1時時,輸出輸出Y才為才為1,因此可以用這一電路檢測序列因此可以用這一電路檢測序列11011。在數字電路中，用來統計輸入脈沖個數的電路稱為計數器。在數字電路中，用來統計輸入脈沖個數的電路稱為計數器。計計數數器器同步計數器同步計數器異步計數器異步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可逆計數器6.5.2 6.5.2 計數器掌握計數器掌握按照按照CP按照編碼按照編碼計數過程中數計數過程中數字增減趨勢字增減趨勢二進制計數器二進制計數器十進制十進制BCD碼計數器碼計數器循環碼計數

53、器循環碼計數器按照計數按照計數器的容量器的容量五進制計數器五進制計數器七進制計數器七進制計數器二十進制計數器二十進制計數器1.二進制計數器模為二進制計數器模為2N1二進制異步計數器二進制異步計數器以以3位二進制加法計數器為例位二進制加法計數器為例 000001010011 111110101100 nnnQQQ012 形形狀狀圖圖000001010011100101110111各個觸發器的形狀方程：各個觸發器的形狀方程：nnQQ1時鐘脈沖時鐘脈沖CP方程：方程：CPCP 0nQCP01選用選用3個個CP下降沿觸發的下降沿觸發的JK觸發器，分別用觸發器，分別用Q0、Q1、Q2表示。表示。各個觸發

54、器的驅動方程：各個觸發器的驅動方程：1 KJnQCP12假設是假設是D觸發器？觸發器？假設是上升假設是上升沿沿JK觸發器？觸發器？時鐘方程：時鐘方程： C P Q0 Q1 Q2 時時序序圖圖Q0每輸入一個時鐘脈沖翻轉一次，每輸入一個時鐘脈沖翻轉一次，Q1在在Q0由由1變變0時翻轉，時翻轉，Q2在在Q1由由1變變0時翻轉。時翻轉。nnQCPQCPCPCP12010111221100KJKJKJ Q0 Q1 Q2 1 FF0 FF1 FF2 CP 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K 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。Q0是二分頻；是二分頻

55、；Q1是四分頻；是四分頻；Q2是八分頻。是八分頻。3位二進制異步減法計數器位二進制異步減法計數器形形狀狀圖圖選用選用3個個CP下降沿觸發的下降沿觸發的JK觸發器，分別用觸發器，分別用Q0、Q1、Q2表示。表示。000111110101100011010001各個觸發器的形狀方程：各個觸發器的形狀方程：nnQQ1時鐘脈沖時鐘脈沖CP方程：方程：CPCP 0nQCP01各個觸發器的驅動方程：各個觸發器的驅動方程：1 KJnQCP12CPQ0Q1Q2時時序序圖圖2二進制同步計數器二進制同步計數器以以3位二進制加法計數器為例位二進制加法計數器為例選用選用3個個CP下降沿觸發的下降沿觸發的JK觸發器，分

56、別用觸發器，分別用Q0、Q1、Q2表示。表示。CPCPCPCP210時鐘方程：時鐘方程：000001010011100101110111各個觸發器的驅動方程：各個觸發器的驅動方程：nnnQQKJQKJKJ0122011001時時序序圖圖 C P Q0 Q1 Q2 Q0每輸入一個時鐘脈沖翻轉一次；每輸入一個時鐘脈沖翻轉一次；Q1在在Q0=1時，在下一個時，在下一個CP觸發沿到來時翻轉。觸發沿到來時翻轉。Q2在在Q0=Q1=1時，在下一個時，在下一個CP觸發沿到來時翻轉。觸發沿到來時翻轉。3位二進制同步減法計數器位二進制同步減法計數器選用選用3個個CP下降沿觸發的下降沿觸發的JK觸發器，分別用觸發

57、器，分別用Q0、Q1、Q2表示。表示。CPCPCPCP210時鐘方程：時鐘方程：000111110101100011010001nnnQQKJQKJKJ0122011001驅動方程：驅動方程：時時序序圖圖 CP Q0 Q1 Q2 2.2.集成計數器集成計數器1.1.優點：體積小，功耗低，功能靈敏。優點：體積小，功耗低，功能靈敏。2.2.幾種常用的集成計數器：幾種常用的集成計數器：一、一、74LVC16174LVC161 是是4位集成二進制同步加法計數器，具有計數、堅持、位集成二進制同步加法計數器，具有計數、堅持、預置、異步低電平清零功能，預置、異步低電平清零功能， 74161 Q0 Q1 Q2

58、 Q3 (b) 邏輯功能示意圖 (a) 引腳排列圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74161 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC TC Q0 Q1 Q2 Q3 CET PE CR CP D0 D1 D2 D3 EP GND CR D0 D1 D2 D3 CET CEP CP RCO PE 1、異步清零。與時鐘無關，所以時間短暫。、異步清零。與時鐘無關，所以時間短暫。2、同步并行置數。時鐘處于上升沿。、同步并行置數。時鐘處于上升沿。3、兩個輸入使能端只需有一個為低電平，不論時鐘，此時數據堅持。、兩個輸入使能端只需有一個為低電平，不論時鐘，此時數據堅持。留意：留意：CEP=0，

59、CET=1，進位輸出，進位輸出TC也堅持不變。也堅持不變。 CET=0，不論，不論CEP如何，進位如何，進位TC=0。 TC=CET Q0 Q1Q2 Q3，主要用來作為芯片功能的擴展。，主要用來作為芯片功能的擴展。4、計數。、計數。01111CR清零清零0111PE預置預置 0 01 1CEP CET使能使能CP時鐘時鐘 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0預置數據輸入預置數據輸入0 0 0 0D3 D2 D1 D0保保 持持保保 持持計計 數數Q3 Q2 Q1 Q0輸出輸出任務方式任務方式異步清零異步清零同步置數同步置數數據堅持數據堅持數據堅持數據堅持加法計數加法計數74LVC16

60、174LVC161的功能表的功能表二、集成計數器二、集成計數器74161的運用的運用現有的現有的74161是是16進制計數器構成進制計數器構成N進制計數器時，假設進制計數器時，假設N16,那么需求多片。分別引見：那么需求多片。分別引見：舉例：用舉例：用74161組成六進制計數器組成六進制計數器實現方法有兩種：反響清零法和反響置數法實現方法有兩種：反響清零法和反響置數法1反響清零法反響清零法適用于具有異步清零端的集成計數器適用于具有異步清零端的集成計數器1、用一片、用一片74161來設計小于來設計小于16的計數器。的計數器。1QDCRCETCEP74161TC33QD211QPE00QCPDD1