第6章常用時序邏輯電路及MSI

時序電路模塊的應用6.1計數器6.2寄存器6.3移位寄存器型計數器

5.1.3MSI計數器模塊及應用

1.74163MSI計數器模塊

74163是中規模集成四位同步二進制加法計數器,計數范圍是0~15。它具有同步置數、同步清零、保持和二進制加法計數等邏輯功能。圖5―29（a）和（b）分別是它的國標符號和慣用模塊符號;表5―9為功能表;圖5―30是它的時序圖。圖5―2974163MSI四位同步二進制加法計數器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號表5―974163MSI四位同步二進制加法計數器功能表圖5―3074163MSI四位同步二進制加法計數器的時序圖在圖5―29中,CLK是時鐘脈沖輸入端,上升沿有效;

是低電平有效的同步清零輸入端;是低電平有效的同步置數輸入端;EP和ET是兩個使能輸入端;D0、D1、D2、D3是并行數據輸入端;Q0、Q1、Q2、Q3是計數器狀態輸出端;CO是進位信號輸出端,當計數到1111狀態時,CO為1。表5―9所示的功能表中列出了74163的工作模式：當,CLK上升沿到來時,計數器的四個輸出端被同步清零。當,CLK上升沿到來時,計數器的四個輸出端被同步置數。當、EP=0、ET=1,CLK上升沿到來時,計數器的四個輸出端保持不變,CO輸出端也保持不變。

當、ET=0,CLK上升沿到來時,計數器的四個輸出端保持不變,CO輸出端被置零。當、EP=1、ET=1,CLK上升沿到來時,電路按二進制加法計數方式工作。

2.74160MSI計數器模塊

74160是中規模集成8421BCD碼同步十進制加法計數器,計數范圍是0~9。它具有同步置數、異步清零、保持和十進制加法計數等邏輯功能。74160的國標符號和慣用模塊符號分別如圖5―31（a）和（b）所示。圖5―3174160MSI四位同步十進制加法計數器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號

74160的是低電平有效的異步清零輸入端,它通過各個觸發器的異步復位端將計數器清零,不受時鐘信號CLK的控制。74160其他輸入、輸出端的功能和用法和74163的對應端相同。

表5―10是74160的功能表,它和表5―9所示的74163功能表基本相同。不同之處為:74160是異步清零而74163為同步清零;74160是十進制計數而74163為二進制計數。74160的時序圖如圖5―32所示。表5―1074160MSI四位同步十進制加法計數器功能表圖5―3274160MSI四位同步十進制加法計數器的時序圖

3.74191MSI計數器模塊

74191是中規模集成四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數器,計數范圍是0~15。它具有異步置數、保持、二進制加法計數和二進制減法計數等邏輯功能。圖5―33（a）和（b）分別是它的國標符號和慣用模塊符號。圖5―3374191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數器（a）國標符號;（b）慣用模塊符號

LD是低電平有效的異步置數控制端。是使能輸入端,低電平有效。/D是加/減控制端,當U/D=0時,作加法計數;當U/D=1時,作減法計數。C/B是進位/借位輸出端,計數器作加法計數且Q3Q2Q1Q0=1111時,C/B=1,表示有進位輸出;計數器作減法計數且Q3Q2Q1Q0=0000時,C/B=1,表示有借位輸出。是串行時鐘輸出端,用于多個芯片的級聯擴展,在計數工作模式（=0）下,當C/B=1時,與計數脈沖相同。表5―11為74191的功能表;圖5―34是它的時序圖。表5―1174191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數器功能表圖5―3474191MSI四位單時鐘同步二進制加/減可逆計數器的時序圖器件實例：74SN160異步置0（3）任意進制計數器的構成方法

用已有的N進制芯片，組成M進制計數器，是常用的方法。N進制M進制N>M原理：計數循環過程中設法跳過N－M個狀態。具體方法：置零法置數法同步置零和異步置零法例：將同步十六進制計數器74163→十二進制計數器同步置0法，如雙線所示，實現如下圖所示

異步置0如虛線所示置數法

例：將同步十進制計數器74160接成七進制計數器

同步預置數（如實線箭頭所示），進位輸出信號C由S9狀態譯出，所以反向后作為所需的低電平。

N<M①M=N1×N2先用前面的方法分別接成N1和N2兩個計數器。N1和N2間的連接有兩種方式：a.并行進位方式：用同一個CLK，低位片的進位輸出作為高位片的計數控制信號（如74160的EP和ET）b.串行進位方式：低位片的進位輸出作為高位片的CLK，兩片始終同時處于計數狀態例：用74160接成一百進制

例：用兩片74160接成一百進制計數器并行進位法串行進位法②M不可分解采用整體置零和整體置數法：先用兩片接成M’>M的計數器然后再采用置零或置數的方法例：用74160接成二十九進制

例：用74160接成二十九進制整體置零（異步）整體置數（同步）6.4同步時序邏輯電路的設計方法6.4.1簡單同步時序邏輯電路的設計設計的一般步驟一、分析設計要求，找出電路應有的狀態轉換圖或狀態轉換表1.確定輸入/輸出變量、電路狀態數。2.定義輸入/輸出邏輯狀態以及每個電路狀態的含義，并將電路狀態順序進行編號。3.按設計要求實現的邏輯功能畫出電路的狀態轉換圖或列出狀態轉換表。二、狀態化簡若兩個電路狀態在相同的輸入下有相同的輸出，并轉向同一個次態，則稱為等價狀態；等價狀態可以合并。

4.用MSI計數器模塊構成任意進制計數器

利用MSI計數器模塊的清零端和置數端,結合MSI計數器模塊的串接,可以構成任意進制的計數器。假設已有N進制的計數器模塊,要構造M進制的計數器,當N>M時,只用一個MSI計數器模塊即可;當N<M時,必須要用多個MSI計數器模塊進行串接。下面分別來討論這兩種情況。

1)已有計數器的模N大于要構造計數器的模M

當已有計數器的模N大于要構造計數器的模M時,要設法讓計數器繞過其中的N-M個狀態,提前完成計數循環,實現的方法有清零法和置數法。清零法是在計數器尚未完成計數循環之前,使其清零端有效,讓計數器提前回到全0狀態。

置數法是在計數器計數到某個狀態時,給它置入一個新的狀態,從而繞過若干個狀態。計數器模塊的清零和置數功能有同步和異步兩種不同的方式,相應的轉換電路也有所不同。要讓計數器繞過SM狀態而從SM-1狀態轉到另一個狀態時,如果是同步清零或同步置數方式,就要在SM-1狀態時使計數器的同步清零端或同步置數端有效,這樣，在下一個計數脈沖到來時,計數器轉為全0狀態或預置的狀態而非SM狀態，如果是異步清零或異步置數方式,則要在SM狀態時才使計數器的異步清零端或異步置數端有效,此時，計數器立即被清零或置數,SM狀態只會維持很短的時間,不是一個穩定的計數狀態。

【例5.1】

用74163構造十五進制加法計數器。

解74163是具有同步清零和同步置數功能的四位二進制加法計數器,它的計數循環中包含16個狀態,因此又稱十六進制計數器。用74163構造十五進制加法計數器就是要提前一個狀態結束計數循環,使狀態1110的下一個狀態改為0000而非原來的1111,如圖5―35所示。

圖5―35十六進制加法轉換為十五進制加法的狀態轉換示意圖由于74163同時具有清零和置數功能,因此既可以采用清零法也可以采用置數法。如果采用清零法,當狀態為1110時,要使74163的同步清零輸入端CLR變為低電平,當下一個脈沖到來時,計數器被清零,回到0000狀態。此時，清零輸入端CLR變回高電平,計數器又回到計數工作模式重新開始計數。用清零法將74163構造成十五進制加法計數器的電路連接圖如圖5―36（a）所示。如果采用置數法,當狀態為1110時,要使74163的同步置數輸入端LD變為低電平,并行數據輸入端D0、D1、D2、D3都接0,當下一個脈沖到來時,計數器被置為0000狀態。此時，置數輸入端LD變回高電平,計數器又回到計數工作模式重新開始計數。用置數法將74163構造成十五進制加法計數器的電路連接圖如圖5―36（b）所示。圖5―36用74163構造十五進制加法計數器（a）同步清零法;(b)同步置數法

【例5.2】

用74160構造八進制加法計數器。

解:74160是具有異步清零和同步置數功能的十進制加法計數器,它的計數循環中包含10個狀態。因此,用74160構造八進制加法計數器時,要使它提前兩個狀態結束計數循環,使狀態0111的下一個狀態改為0000而非原來的1000,如圖5―37所示。圖5―37十進制加法轉換為八進制加法的狀態轉換示意圖如果采用清零法,由于74160是異步清零,即當清零輸入端變為低電平時,計數器馬上被清零,回到0000狀態,而無需等到下一個脈沖到來。因此,應該在1000狀態而非0111狀態時使清零輸入端為低電平。如果在0111狀態時清零輸入端為低電平,則0111狀態只能維持很短的時間而不能作為一個穩定的有效計數狀態。用清零法將74160構造成八進制加法計數器的電路連接圖如圖5―38（a）所示。如果采用置數法,由于74160是同步置數,當狀態為0111時,就要使74160的置數輸入端變為低電平。圖5―38（b）所示為用置數法將74160構造成八進制加法計數器的電路連接圖。圖5―38用74160構造八進制加法計數器（a）異步清零法;(b)同步置數法

2)已有計數器的模N小于要構造計數器的模M

當已有計數器的模N小于要構造計數器的模M時,如果M可以表示為已有計數器的模的乘積,則只需將計數器串接起來即可,無需利用計數器的清零端和置數端;如果M不能表示為已有計數器的模的乘積,則不僅要將計數器串接起來,還要利用計數器的清零端和置數端,使計數器繞過多余的狀態。

【例5.3】

用74160和74163構造一百六十進制計數器。

解:74160的模為10,74163的模是16,兩者的乘積正好為160,因此可以直接將一個74160和一個74163連接起來實現一百六十進制計數器。連接方法有串行進位和并行進位兩種,分別如圖5―39和圖5―40所示。圖5―39串行進位連接方式圖5―40并行進位連接方式

【例5.4】

用74163構造二百進制計數器。

解:74163的模為16,將兩片74163連接起來可以構成二百五十六進制計數器。要構造二百進制計數器,必須讓計數器繞過56個多余的狀態,使計數器從全0狀態開始計數,即經過輸入200個計數脈沖后,重新回到全0狀態。可以采用整體清零或整體置數方法。由于74163的清零和置數功能是同步方式的,因此要在計數199個脈沖后,使兩片計數器的清零輸入端或置數輸入端都有效。圖5―41（a）、（b）分別是整體清零法和整體置數法的電路連接圖。由圖中可知,當計數器計數到第199個脈沖時,狀態為11000111,此時與非門G的輸出變為低電平,