時序邏輯電路數字部分第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日概述一、時序電路的特點1.定義

任何時刻電路的輸出，不僅和該時刻的輸入信號有關，而且還取決于電路原來的狀態。2.電路特點(1)與時間因素(CP)有關；(2)含有記憶性的元件(觸發器)。組合邏輯電路存儲電路…………x1…xiy1…yjw1wkq1ql輸入輸出第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、時序電路邏輯功能表示方法1.邏輯表達式(1)輸出方程(3)狀態方程(2)驅動方程2.狀態表、卡諾圖、狀態圖和時序圖組合邏輯電路存儲電路…………x1…xiy1…yjw1wkq1qlx1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、時序邏輯電路分類1.按邏輯功能劃分：計數器、寄存器、讀/寫存儲器、順序脈沖發生器等。2.按時鐘控制方式劃分：同步時序電路觸發器共用一個時鐘CP，要更新狀態的觸發器同時翻轉。異步時序電路電路中所有觸發器沒有共用一個CP。3.按輸出信號的特性劃分：Moore型Mealy型存儲電路Y(tn)輸出WQX(tn)輸入組合電路CPY(tn)輸出CPX(tn)輸入存儲電路組合電路組合電路第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.1時序電路的基本分析和設計方法5.1.1時序電路的基本分析方法1.分析步驟時序電路時鐘方程驅動方程狀態表狀態圖時序圖CP觸發沿特性方程輸出方程狀態方程計算第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.分析舉例寫方程式時鐘方程輸出方程(同步)驅動方程狀態方程特性方程(Moore型)[例][解]1J1KC11J1KC11J1KC1&FF1FF0FF2CPY第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日計算，列狀態轉換表CPQ2Q1Q0Y012345012000100110111111111010100010110110101畫狀態轉換圖000001/1011/1111/1110/1100/1/0有效狀態和有效循環010101/1/1無效狀態和無效循環能否自啟動?能自啟動：存在無效狀態，但沒有形成循環。不能自啟動：無效狀態形成循環。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日方法2

利用卡諾圖求狀態圖11001100Q2n+1Q2nQ1nQ0n010001111001100110Q1n+1Q2nQ1nQ0n010001111000001111Q0n+1Q2nQ1nQ0n0100011110Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100011110001011111101000010110100000001011111110100010101第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日畫時序圖000001/1011/1111/1110/1100/1/0123456CPCP下降沿觸發Q2Q1Q0000001011111110100000Y第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日Mealy型[例]時鐘方程輸出方程驅動方程狀態方程[解]寫方程式第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日10110100Q2n+1SQ2nQ1nQ0n00011110010010010001111010101010Q1n+1SQ2nQ1nQ0n00011110101010000001111010011001Q0n+1SQ2nQ1nQ0n000111101001100100011110S=0Q2n+1Q1n+1Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100011110001010100011101110000111S=1Q1nQ0nQ2n010001111000101010001110100000011111111111第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日狀態轉換表輸入現態次態輸出SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y2000000001111111100000101001110010111011100000101001110010111011100101001110010111011100000101001110010100011100000000000000000010000000000100011狀態圖000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00能自啟動S/Y1Y21/11第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00畫時序圖當S=0時，每8個CP一個循環；當S=1時，每6個CP一個循環。第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日[例]異步時序電路1DC11DC11DC1&FF1FF0FF2CP&[解]時鐘方程驅動方程狀態方程(CP有效)(Q0有效)(CP有效)寫方程式第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日求狀態轉換表CP↑CP↑10CP↑1CP↑0CP↑0CP↑CP↑000CP↑Q0↑0Q0↓1Q0↑1Q0↓0Q0↑0Q0↓1Q0↑1Q0↓0CP↑CP↑00CP↑0CP↑1CP↑0CP↑CP↑001CP↑000001010

011100101110111能自啟動第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日畫時序圖000001010

011

100不畫無效狀態12345CPQ0Q0Q1Q2第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.1.2時序電路的基本設計方法1.設計的一般步驟時序邏輯問題邏輯抽象狀態轉換圖（表）狀態化簡最簡狀態轉換圖（表）電路方程式（狀態方程）求出驅動方程選定觸發器的類型邏輯電路圖檢查能否自啟動第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日1/1[例1]設計一個串行數據檢測電路，要求輸入3或3個以上數據1時輸出為1，否則為0。[解]邏輯抽象，建立原始狀態圖S0—原始狀態(0)S1—輸入1個1S2—連續輸入2個1S3—連續輸入3或3個以上1S0S1S2S3X—輸入數據Y—輸出入數據0/01/00/01/00/00/01/1狀態化簡S0S1S20/01/00/01/00/01/10/00/02.設計舉例第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日狀態分配、狀態編碼、狀態圖S0S1S20/01/00/01/00/01/1M=3，取n=2S0

=00S1

=01S2

=110001110/01/00/01/00/01/1選觸發器、寫方程式選JK()觸發器,同步方式輸出方程Q1nQ0nX0100011110Y000001Q11Q01狀態方程第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日驅動方程約束項&邏輯圖CPX1Y1J1KC1FF0Q0(Mealy型)無效狀態

10000010000/01111111/1能自啟動Q11KC1FF1&1J第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日[例2]設計一個自動售飲料機的邏輯電路。它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機器自動給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后，在給出飲料的同時找回一枚五角的硬幣。解：1、邏輯抽象，得出電路的狀態轉換圖或狀態轉換表輸入變量：取投幣信號，用A和B表示輸出變量：給出飲料和找錢，用Y和Z表示投入一枚一元硬幣時A=1；未投入時A=0投入一枚五角硬幣時B=1；未投入時B=0給出飲料時Y=1，不給時Y=0找回一枚五角硬幣時Z=1，不找時Z=0狀態轉換表ABYZSn+1S0S0S1S2000110S0/00S1/00S2/00S1/00S2/00S0/10S2/00S0/10S0/11///11未投幣前電路的初始狀態投入五角硬幣后電路的狀態投入一元硬幣后電路的狀態第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日狀態轉換表ABYZSn+1S0S0S1S2000110S0/00S1/00S2/00S1/00S2/00S0/10S2/00S0/10S0/11///11電路的狀態M=3根據取觸發器的位數n=2令觸發器狀態Q1Q0的00、01、10分別代表S0、S1、S2可得到表示電路次態/輸出的卡諾圖AB00/0001/00/10/0000011110()0001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///2、狀態分配第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日3、選定觸發器的類型，求出電路的狀態方程、驅動方程和輸出方程。

選擇JK觸發器組成這個邏輯電路。將之前所得的卡諾圖分解為分別表示、、Y、Z的4個卡諾圖。AB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///狀態方程輸出方程AB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///0101000001111000100011110Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///0010100001111000000011110Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///1000000001111011000011110Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10///0000000001111010000011110Q1nQ0nAB第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日JK觸發器的特性方程：狀態方程故得到驅動方程：第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日4、根據得到的方程式畫出邏輯圖。CP1KC1FF1&1JQ11KC1FF0&1JQ0B&≥1A≥111&&&≥1YZ第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日5、檢查設計的電路能否自啟動無效狀態11狀態方程1111100AB=00時，110011011AB=01時，不能自啟動；返回到S0狀態，100110100輸出方程1111100010但收費結果錯誤；AB=10時，返回到S2狀態，011001010011111但收費結果錯誤。改進措施：可在電路中加上異步清零端RD，開始工作時在RD端加上低電平信號將電路清零。第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日按如下狀態圖設計時序電路。000/0/0/0/0/0001010011100101/1[解]已給出最簡狀態圖，若用同步方式：輸出方程0001111001Y000001為方便，略去右上角標n。狀態方程00011110011010100100011[例3]第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日選用JK觸發器驅動方程約束項邏輯圖CP1KC1FF1&1JY1J1KC1FF01KC1FF2&1J1&檢查能否自啟動：110111000能自啟動/0/1(Moore型)第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日[例4]設計一個帶進位輸出的七進制加法計數器。解：1、邏輯抽象，得出電路的狀態轉換圖或狀態轉換表。/1/0/0/0/0/0/0000010001101011100110電路的狀態M=7，取觸發器的個數n=32、狀態分配Q2Q1Q0/C3、選定觸發器的類型，求出電路的狀態方程、驅動方程和輸出方程。根據

選擇JK觸發器組成這個邏輯電路，且所需觸發器的個數為3。第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日由狀態轉換圖可得到表示電路次態/輸出的卡諾圖如下所示。()/1/0/0/0/0/0/00000100011010111001100100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/1計數器的輸出進位信號由電路的110狀態譯出0100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/101000111100100011狀態方程0100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/1010001111011100000100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/101000111100010101輸出方程第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日JK觸發器的特性方程：狀態方程驅動方程第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日4、根據得到的方程式畫出邏輯圖1KC1FF11JQ11KC1FF01JQ0CP≥1≥11&C1KC1FF2&1JQ2&第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日5、檢查設計的電路能否自啟動無效狀態111狀態方程001輸出方程0/1/0/0/0/0/0/0000010001101011100110111/0

能自啟動1111111111111111第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日CPC6、實際應用1KC1FF11JQ11KC1FF01JQ0≥1≥11&1KC1FF2&1JQ2&Ya+VCC顯示譯碼器YbYcYdYeYfYgA3A2A1A000010010201030114100510161107000180010第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.2計數器(Counter)一、計數器的功能及應用1.功能：對時鐘脈沖CP計數。2.應用：分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列、進行數字運算等。二、計數器的特點1.輸入信號：計數脈沖CPMoore型2.主要組成單元：時鐘觸發器第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、計數器的分類按數制分：二進制計數器十進制計數器N進制(任意進制)計數器按計數方式分：加法計數器減法計數器可逆計數(Up-DownCounter)按時鐘控制分：同步計數器(Synchronous)異步計數器(Asynchronous)按開關元件分：TTL計數器CMOS計數器第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日74161的狀態表

輸入

輸出

注CRLDCTP

CTTCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1CO010

d3

d2

d1d0

111111011000000d3

d2

d1

d0

計數

保持

保

持

0清零置數CR

=

1,LD

=

1,CP，CTP=CTT=

1二進制同步加法計數CTPCTT=0CR

=

1，LD=

1，保持若CTT=0CO=0若CTT=174163四、集成二進制同步計數器1.集成4位二進制同步加法計數器第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日1234567816151413121110974161(3)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCR

CP

D0

D1D2D3

CTP地引腳排列圖邏輯功能示意圖74161Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPCR

D0

D1D2D3000000110011CR=0Q3Q0=0000同步并行置數CR=1，LD=0，CP異步清零Q3Q0=D3D01)74LS161和74LS163第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日2)

CC4520VDD2CR

2Q32Q22Q12Q02EN2CP1CP1EN1Q0

1Q1

1Q1Q31CRVSS12345678161514131211109CC4520CC4520Q0Q1Q2Q3ENCPCR使能端也可作計數脈沖輸入計數脈沖輸入也可作使能端異步清零

輸入

輸出CRENCPQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+110100

00010000加計數加計數

保持保

持

第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.集成4位二進制同步可逆計數器1)74191（單時鐘）74191Q0Q1Q2Q3U/DLDCO/BOCPCTD0

D1D2D3RC加計數時CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0n并行異步置數減計數時CO/BO=Q3nQ2nQ1nQ0nCT

=

1,CO/BO

=

1時，1234567816151413121110974191D1

Q1

Q0

CT

U/D

Q2Q3

地VCCD0CPRC

CO/BOLDD2D3LDCTU/DCPD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+10d3

d2

d1d0

10010111d3

d2

d1

d0加法計數

減法計數保持

第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日1234567816151413121110974193D1

Q1

Q0

CPDCPUQ2Q3

地VCCD0CRBOCO

LDD2D32)74193(雙時鐘)CO74193Q0Q1Q2Q3LDCPUCRD0

D1D2D3BOCPDCRLDCPU

CPDD3D2D1D0Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1注100d3

d2

d1d0

01101101110000d3

d2

d1

d0

加法計數

減法計數

保持異步清零異步置數BO=CO=1第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日123456714131211109874197CT/LDQ2D2D0

Q0

CP1地VCCCRQ3D3D1Q1CP074197Q0Q1Q2Q3CRCP1D0

D1D2D3CP0CT/LD五、集成二進制異步計數器74197、74LS197計數/置數異步清零異步置數加法計數二—八—十六進制計數第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日二-八-十六進制計數器的實現M=2計數輸出：M=8計數輸出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M=16計數輸出：其它：74177、74LS177、74293、74LS293等。第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日六、集成十進制同步計數器74160、741621234567816151413121110974160(2)VCCCOQ0Q1Q2Q3CTTLDCR

CP

D0

D1D2D3

CTP地(引腳排列與74161相同)異步清零功能：(74162同步清零)同步置數功能：同步計數功能：保持功能：進位信號保持進位輸出低電平1.集成十進制同步加法計數器第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日2.集成十進制同步可逆計數器(1)74190(單時鐘，引腳與74191相同)異步并行置數功能：同步可逆計數功能：加法計數減法計數保持功能：1234567816151413121110974191D1

Q1

Q0

CT

U/D

Q2Q3

地VCCD0CPRCCO/BOLDD2D3第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日(2)74192(雙時鐘，引腳與74193相同)1234567816151413121110974193D1

Q1

Q0

CPDCPUQ2Q3

地VCCD0CRBOCO

LDD2D3異步清零功能：異步置數功能：同步可逆計數功能：加法計數減法計數保持功能第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日123456714131211109874290S9AS9BQ2Q1地VCCR0BR0ACP1CP0Q0

Q3七、集成十進制異步計數器異步清零功能S9AS9BQ0Q1Q2Q3R0BR0AM1=2M1=5CP0CP1110000異步置“9”功能111001異步計數功能M=

2M

=

5M

=

10CPCPCPCP第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.2.4N進制計數器方法用觸發器和門電路設計用集成計數器構成清零端置數端(同步、異步)第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、利用同步清零或置數端獲得N進制計數思路：當M進制計數到

SN

–1后使計數回到

S0

狀態2.求歸零邏輯表達式；1.寫出狀態SN

–1的二進制代碼；3.畫連線圖。步驟：[例]

用4位二進制計數器74163構成十二進制計數器。解：1.=10112.歸零表達式：3.連線圖74163Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0

D1D2D3CR1&同步清零同步置零第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、利用異步清零或置數端獲得N進制計數

當計數到SN

時，立即產生清零或置數信號，使返回S0狀態。（瞬間即逝）思路：步驟：1.寫出狀態SN

的二進制代碼；2.求歸零邏輯表達式；3.畫連線圖。[例]

用二-八-十六進制異步計數器74197構成十二進制計數器。74197Q0Q1Q2Q3CP0D0D1D2D3CRCPCP1LDCT/&狀態S12的作用：產生歸零信號異步清零異步置零第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日三計數容量的擴展1.集成計數器的級聯74161(1)Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ4Q5Q6Q774161(0)Q0Q1Q2Q3CTTLDCOCPCTPD0D1D2D3CRQ0Q1Q2Q3CP11111CO016

16

=

25674290(個位)Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1CP74290(十位)Q0Q1Q2Q3S9AS9BR0BR0ACP0CP1Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q312481020408010