數(shù)字電子電路基礎(chǔ)教程第六章常用集成時(shí)序邏輯器件下.ppt

第六章 下 常用集成時(shí)序邏輯器件及應(yīng)用,序列碼的產(chǎn)生與序列碼的檢測,典型移位型計(jì)數(shù)器,以MSI為核心的同步時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì),集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián)、任意模值計(jì)數(shù)器,集成計(jì)數(shù)器,集成寄存器,本章主要內(nèi)容,計(jì)數(shù)器的功能及用途,計(jì)數(shù)器的主要功能是累計(jì)輸入脈沖的數(shù)目。 它可以用來計(jì)數(shù)，分頻，此外還可以對系 統(tǒng)定時(shí)，順序控制等操作。,6.5.1 集成計(jì)數(shù)器,計(jì)數(shù)器的分類,按時(shí)鐘控制方式分類：異步，同步計(jì)數(shù)器。 按計(jì)數(shù)功能分類：加法計(jì)數(shù)，減法計(jì)數(shù)和可逆 計(jì)數(shù)三大類。,6.5.1 集成計(jì)數(shù)器,按數(shù)制分類,SYN,名 稱,模 值,狀態(tài)編碼方式,/,無多余狀態(tài),能自啟動,二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,環(huán)形計(jì)數(shù)器,扭環(huán)形計(jì)數(shù)器,M =2n,M=10,M2n,M=n,M=2n,二進(jìn)制碼,BCD碼,多種方式,/,自啟動情況,6個(gè)多余狀態(tài),2n-M個(gè)多余狀態(tài),2n-n個(gè)多余狀態(tài),2n -2n個(gè)多余狀態(tài),檢查多 余狀態(tài),注意:n表示觸發(fā)器的個(gè)數(shù),一、同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161,74161邏輯符號,74161 是同步加1計(jì)數(shù)器，具有同步置數(shù)和異步清零的功能。計(jì)數(shù)范圍從0000 到1111循環(huán).,74161電路圖,計(jì)數(shù)脈沖輸入端CP : 上升沿有效,控制端,同步預(yù)置端 LD: 低電平有效,計(jì)數(shù)允許控制端P、T: 高電平有效,置數(shù)輸入端A、B、C、D: CP上升沿置數(shù)有效,異步清0 端 Cr: 低電平有效與CP無關(guān),計(jì)數(shù)器輸出端 QD 為最高位,進(jìn)位輸出端Oc,74161功能表,OC=QDQCQBQAT,二、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160,74160 是同步十進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器，具有同步置數(shù) 和異步清零的功能,控制信號與74161相同.計(jì)數(shù)范圍從0000 到1001循環(huán).,74160邏輯符號,1、同步級聯(lián),三. 集成計(jì)數(shù)器的級聯(lián),工作過程:,Cp Q3Q2Q1Q0 T2=Oc1 Q7Q6Q5Q4,0000 0 0000,0001 0 0000,1, 0 0000,1110 0 0000,1111 1 0000,0000 0 0001,2,15,16,OC=QDQCQBQAT,2、異步級聯(lián),工作過程:,0000 1 0000,0001 1 0000,1, 1 0000,1110 1 0000,1111 0 0000,0000 1,2,15,16,0001,OC=QDQCQBQAT,四. 任意模值計(jì)數(shù)器,異步清零,同步置數(shù),也可以使用中間任意M個(gè)狀態(tài)作有效狀態(tài),同步置0 法（前M個(gè)狀態(tài)作為有效狀態(tài)）,異步清0 法,Oc 置數(shù)法（后M個(gè)狀態(tài)作為有效狀態(tài)）,四. 任意模值計(jì)數(shù)器,例：用74161實(shí)現(xiàn)模M=7計(jì)數(shù)器。,1.異步清0法,Cr=0 過渡狀態(tài),Cr=M中的“1”與非,異步清零的時(shí)序波形：,2.同步置0或置數(shù)法,LD=0,例：用74161實(shí)現(xiàn)模M=7計(jì)數(shù)器。,LD=0,計(jì)數(shù)狀態(tài)表1,計(jì)數(shù)狀態(tài)表2,M=計(jì)數(shù)終值-計(jì)數(shù)初值+1,計(jì)數(shù)器模值(M)的確定,計(jì)數(shù)終值110,LD=計(jì)數(shù)終值中的“1”與非,計(jì)數(shù)初值000,M=24-D,例：用74161實(shí)現(xiàn)模M=7計(jì)數(shù)器。,LD=0,計(jì)數(shù)終值=24-1,計(jì)數(shù)初值D,M=計(jì)數(shù)終值-計(jì)數(shù)初值+1,Oc=QdQcQbQaT,M=2n-D,3. Oc置數(shù)法,例：分析以下計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模值M=?,M=計(jì)數(shù)終值-計(jì)數(shù)初值+1,M=(1000-0010+1)2=710,M=(1111-1001+1)2=710,M=2n-D=24-9=7,大模計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)方法,大模分解法,整體置數(shù)法, Oc整體置數(shù)法,例：用74161實(shí)現(xiàn)模60計(jì)數(shù)器,大模分解法,=10x6=M1xM2,M1=2n-D=24-10=6,M2=2n-D=24-6=10,60=6x10,整體置數(shù)法,M(60)=計(jì)數(shù)終值(59)-計(jì)數(shù)初值(0) +1,59=(111011)2, Oc整體置數(shù)法,M=計(jì)數(shù)終值-計(jì)數(shù)初值+1,M=2n-D,60=28-D,D=28-60=196=(11000100)2,實(shí)現(xiàn)任意模M計(jì)數(shù)器的方法總結(jié),異步清0法,計(jì)數(shù)范圍:0-M1, Cr=M中的“1”與非,同步置數(shù)法,計(jì)數(shù)范圍:D-D+M1,LD=計(jì)數(shù)終值中的“1”與非, Oc同步置數(shù)法,模M計(jì)數(shù)器 = M倍分頻器,計(jì)數(shù)器與分頻器的關(guān)系,0,時(shí)鐘頻率fcp,輸出頻率fo=fcp/7,【例】圖 6.5.11 為可編程分頻器，試分別求出M=100 和M=200 時(shí)的預(yù)置值；若I7I0=01101000，試求M值。,圖6.5.11 可編程分頻器,解：該電路為同步置數(shù)加法計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值N=256。 根據(jù)預(yù)置值=N-M，可求得： 當(dāng)M=(100)10時(shí)， 預(yù)置值DCBADCBA=256-100=156=10011100B； 當(dāng)M=(200)10時(shí)， 預(yù)置值DCBADCBA=256-200=56=00111000B。 當(dāng)I7I0=01101000時(shí)， M=11111111-01101000+1=(10011000) 2=152。,103,寄存器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一，它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令。,6.5.2 集成寄存器和移位寄存器,1. 二拍接收四位數(shù)據(jù)寄存器,104,2. 移位寄存器,所謂“移位”，就是將寄存器所存各位 數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右移動一位。,105,移位寄存器的分類：,根據(jù)移位方向，常分成左移寄存器、右移寄存器 和 雙向移位寄存器三種：,106,Q3,CP,Q2,FF2,D,FF3,D,FF1,D,Q1,R0,單向移位寄存器舉例,FF0,D,Q0,Ri,Q0,Q1,Q2,Q3,RD清0,1. 單向右移。 2. 串入并出或串入串出,107,根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，又可將它分為如下四種電路： 串行輸入串行輸出 串行輸入并行輸出 并行輸入串行輸出 并行輸入并行輸出,移位寄存器的分類：,108,串入串出,串入并出,并入串出,并入并出,109,四位并入 串出的左移寄存器,110,單向移位寄存器舉例,設(shè)A3A2A1A0 1011，在存數(shù)脈沖作用下，并行輸入數(shù)據(jù)，使 Q3Q2Q1Q0 1011 。,D0 0,D1 Q0,D2 Q1,D3 Q2,1 0 1 1,0 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,并入初態(tài) Q3Q2Q1Q0 1011,Q3,Q2,D1,Q0,D0,移位脈沖,CP,0,串行輸出,D2,D3,Q2,Q3,Q1,Q0,Q1,左移過程,111,構(gòu)成原理：既能左移又能右移。,給移位寄存器設(shè)置一個(gè)控制端如S，令S0 時(shí)左移；S1時(shí)右移即可。,集成組件74LS194就是這樣的多功能移位寄存器。,雙向移位寄存器,112,74194電路結(jié)構(gòu),四位雙向移位寄存器74194,74194邏輯符號,D0D3：并行數(shù)碼輸入端。 Cr：異步清0端，低電平有效。 SR、SL：右移、左移串行數(shù)碼輸入端。 S1、S0：工作方式控制端。,0,1,1,1,1,0 0,0 1,1 0,1 1,直接清零,保 持,右移(從Q0向右移動),左移(從Q3向左移動),并行同步置數(shù),74LS194 簡化功能表,114,74194詳細(xì)功能表,右移串行輸入,左移串行輸入,并行輸入,工作方式 控制,113,2.74LS194的應(yīng)用,例: 7 位串入/并出轉(zhuǎn)換電路。,（1）實(shí)現(xiàn)串并、并串轉(zhuǎn)換（不講）,例: 7 位并入/串出轉(zhuǎn)換電路。,環(huán)形計(jì)數(shù)器,1,m為移位寄存器的位數(shù),這樣的電路存 在什么問題呢?,（）移位寄存器構(gòu)成移位型計(jì)數(shù)器,1,電路不能自啟動!,無效循環(huán)狀態(tài)圖,具有自啟動的環(huán)形計(jì)數(shù)器,1,1.狀態(tài)組合中只有一個(gè)1或0， 無需再譯碼； 2.最大的模值 Mmax=m 3.觸發(fā)器很浪費(fèi),環(huán)形計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：,扭環(huán)計(jì)數(shù)器,0000,0100,0000,1000,1100,1110,0001,0011,0111,1111,0100,1010,1101,0110,1001,0010,0101,1011,有效狀態(tài),1001,1011,1101,1111,扭環(huán)計(jì)數(shù)器的自啟動問題,1.最大的模值 Mmax=2m 2.相鄰狀態(tài)僅一位代碼不同，屬于 格雷碼 3.觸發(fā)器有些浪費(fèi),扭環(huán)計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：,用74LS194 構(gòu)成的 7 分頻電路 M=2n-1,一般移位型計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)框圖,m為移位寄存器的位數(shù),6.5.3 序列信號的產(chǎn)生,序列信號發(fā)生器: 能夠循環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號的時(shí)序電路。,周期序列信號:110101110101110101,110101序列信號的長度 M = 6,畫出邏輯電路圖。,1. 計(jì)數(shù)型序列碼發(fā)生器,實(shí)現(xiàn)邏輯框圖:,實(shí)現(xiàn)步驟:,根據(jù)序列信號長度M，設(shè) 計(jì)模M計(jì)數(shù)器，狀態(tài)自定;,按計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系 和序列碼的要求設(shè)計(jì)組合輸 出電路;,例：設(shè)計(jì)一個(gè)能同時(shí)產(chǎn)生兩組序列碼的雙序列碼發(fā)生器，要求兩組序列碼分別為：Z1110101， Z2010110。,解： 根據(jù)序列確定計(jì)數(shù)器的模值,M=6,(2) 確定計(jì)數(shù)器的M個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài),001,選74161計(jì)數(shù)器,(3) 列出組合輸出電路的真值表,Z1110101， Z2010110,(4)用3-8譯碼器和與非門實(shí)現(xiàn)組合電路,0 0 1 1 0,0 1 0 1 1,0 1 1 0 0,1 0 0 1 1,1 0 1 0 1,1 1 0 1 0,Z1=(1,2,4,6),Z2=(2,4,5),(5)畫邏輯電路圖,Z1=(1,2,4,6),Z2=(2,4,5), 用74LS194設(shè)計(jì)一個(gè)能 自啟動的模6扭環(huán)計(jì)數(shù)器,選74194實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器, 列出組合輸出 電路的真值表,Z1=(0,1,4,7),Z2=(3,4,7),Z1110101， Z2010110, 用3-8譯碼器和與非門實(shí)現(xiàn)組合電路,Z1=(0,1,4,7),Z2=(3,4,7),2. 反饋移位型序列信號發(fā)生器,根據(jù)序列信號長度M，確定移存器位數(shù)n。 確定移存器的M個(gè)獨(dú)立狀態(tài)。 根據(jù)M個(gè)狀態(tài)列出移存器的態(tài)序表和反饋函數(shù)表，求出反饋函數(shù)SR (SL) 。 檢查自啟動性能。 畫邏輯圖。,1001、0011、0111、1111、1110、1100,例：設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)生100111序列的反饋移位型序列信號發(fā)生器。,解：確定移存器位數(shù)n，因M=6，故n3。,確定移存器的6個(gè)獨(dú)立狀態(tài)(左移)。 100、001、011、 111、111、110,因111是兩個(gè)相同的狀態(tài)，n=4, 列移存器的態(tài)序表和反饋函數(shù)表,1001,1,1,1,1,0,0,1001、0011、0111、1111、1110、1100,檢查自啟動性能？,求出反饋函數(shù)SL,1,1,1,1,0,0,00,01,11,10,00,01,11,10,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,SL,1,1,1,1,0,0,00,01,11,10,00,01,11,10,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,SL,檢查自啟動性能？,反饋網(wǎng)絡(luò)采用SSI門,畫邏輯電路,反饋網(wǎng)絡(luò)采用MSI器件,用4選1器件實(shí)現(xiàn)SL,Q0Q2-A1A0,D0=D2=1 D1=Q3 D3=0,Q0Q2-A1A0,D0=D2=1 D1=Q3 D3=0,畫邏輯電路,序列碼發(fā)生器兩種方法比較,計(jì)數(shù)器型: 根據(jù)序列信號長度M，設(shè)計(jì)模M計(jì)數(shù)器，狀態(tài)自定; 按計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和序列碼的要求設(shè)計(jì)組合輸出電路; 優(yōu)點(diǎn):設(shè)計(jì)過程簡單,可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)序列。,移位型: 根據(jù)序列信號長度M，確定移存器位數(shù)n。 確定移存器的M個(gè)獨(dú)立狀態(tài)。 根據(jù)M個(gè)狀態(tài)列出移存器的態(tài)序表和反饋函數(shù)表，求出反饋函數(shù)SR (SL) 。 檢查自啟動性能。 缺點(diǎn):設(shè)計(jì)過程較復(fù)雜,只能產(chǎn)生一個(gè)序列。,例1:給定元器件74161計(jì)數(shù)器一個(gè)，8選1數(shù) 選器一個(gè)，SSI門電路若干。利用給定元器件 試設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生如圖所示輸出波形的電路, 并畫出電路圖。,設(shè)計(jì)分解,(1) U01輸出波形是:每來7個(gè)Ui輸入脈沖輸出 一個(gè)脈沖,即U01是Ui輸入脈沖的7分頻;,(2) U02波形可認(rèn)為是0100110序列碼;,(3) 設(shè)計(jì)一個(gè)模7計(jì)數(shù)器,列出U01 ,U02 與計(jì)數(shù)狀態(tài)的關(guān)系;,列狀態(tài)轉(zhuǎn)移表,LD=QB P=T=1,D=QD C=QC B=1 A=0,功能：模M=12計(jì)數(shù)器,例2：分析同步時(shí)序電路。,計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)終值： （1111）2=1510,計(jì)數(shù)器模值M=終值-初值+1,X