SCH5-時(shí)序邏輯電路

1、1 計(jì)數(shù)器的種類很多。按其工作方式可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按其進(jìn)位制可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按其功能又可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加/減可逆計(jì)數(shù)器等。 計(jì)數(shù)器是時(shí)序邏輯電路的具體應(yīng)用，用來(lái)累計(jì)并寄存輸入脈沖個(gè)數(shù)，計(jì)數(shù)器的基本組成單元是各類觸發(fā)器。 計(jì)數(shù)器中的“”是用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來(lái)表示的，在計(jì)數(shù)脈沖作用下使一組觸發(fā)器的狀態(tài)逐個(gè)轉(zhuǎn)換成不同的狀態(tài)組合來(lái)表示數(shù)的增加或減少，即可達(dá)到計(jì)數(shù)的目的。計(jì)數(shù)器在運(yùn)行時(shí)，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性的，總是在有限個(gè)狀態(tài)中循環(huán)，通常將一次循環(huán)所包含的狀態(tài)總數(shù)稱為計(jì)數(shù)器的“”。5.1 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器2FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF

2、11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRD5.1.15.1.1異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器 ( (1 1) ) 異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 1. 電路構(gòu)成與工作原理電路構(gòu)成與工作原理動(dòng)畫(huà)演示動(dòng)畫(huà)演示FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRD1 11J1K1J1K1J1K1J1KC1CPC1Q0C1Q1C1Q2 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器300010010異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作原理異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作原理CPQ3Q0Q1Q20000來(lái)一個(gè)來(lái)一個(gè) CP 翻轉(zhuǎn)一次翻

3、轉(zhuǎn)一次 來(lái)一個(gè)來(lái)一個(gè) Q0 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 來(lái)一個(gè)來(lái)一個(gè) Q1 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 來(lái)一個(gè)來(lái)一個(gè) Q2 翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次 11110000 輸入第輸入第“1”個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為“0001”；輸入第；輸入第“2”個(gè)個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器輸出為“0010”。輸入第輸入第“15”個(gè)脈沖時(shí)，輸出個(gè)脈沖時(shí)，輸出“1111”，當(dāng)輸入第，當(dāng)輸入第“16”個(gè)個(gè)脈沖時(shí)，輸出脈沖時(shí)，輸出返回初態(tài)返回初態(tài)“0000”，且，且 Q3 端輸出進(jìn)位信號(hào)下降沿。因此，該電路構(gòu)成端輸出進(jìn)位信號(hào)下降沿。因此，該電路構(gòu)成 4 位位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。依次輸入

4、脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)狀態(tài)按依次輸入脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)狀態(tài)按 4 位二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化。位二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化。(2)(2) 工作原理工作原理400001611111501111410111300111211011101011010019000181110701106101050010411003010021000100000Q0Q1Q2Q3計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù) 器器 狀狀 態(tài)態(tài)計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)順序（3 3） 4 位位異步異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器態(tài)序表二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器態(tài)序表 5 Q0 Q1 Q2 Q3 CP D C D C D C D C Q Q Q Q Q Q Q Q F0 F1 F2 F3 RD CP Q0 Q1 Q2

5、Q3 圖中各位觸發(fā)器均為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。由于各位D觸發(fā)器的輸入D端與它們各自輸出的非聯(lián)在一起，所以，F(xiàn)0在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)一次。 F1在Q0由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)， F2在Q1由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)， F3在Q2由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)。用D觸發(fā)器構(gòu)成的異步四位二進(jìn)制加計(jì)數(shù)器*65.1.2 5.1.2 同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器7RDQJKQF0QJKQF1C計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖QJKQF2QJKQQ3F3Q2Q1Q08同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：9 8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作波形圖10 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 邏輯功能示意圖(a) 引腳排列圖 1

6、6 15 14 13 12 11 10 974LS161 1 2 3 4 5 6 7 8VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND CR D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP CO LD5.1.3.集成同步加法計(jì)數(shù)器集成同步加法計(jì)數(shù)器74LS161CR=0時(shí)異步清零。CR=1、LD=0時(shí)同步置數(shù)。CR=LD=1且CPT=CPP=1時(shí)，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同 步二進(jìn)制計(jì)數(shù)。CR=LD=1且CPTCPP=0時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持不變。11 74LS161利用清零端或置數(shù)端可構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下圖所示為用一片74LS161構(gòu)成12進(jìn)制

7、計(jì)數(shù)器的兩種方法： 1 1 & 1 (a) 用用異異步步清清零零端端 CR 歸歸零零 (b) 用用同同步步置置數(shù)數(shù)端端 LD 歸歸零零 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP & 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 12 CP Q0 Q1 Q2 Q3 CP Q0 Q1 Q2 Q3 (a) 用用異異步步歸歸零零法法構(gòu)構(gòu)成成的的十十二二進(jìn)進(jìn)制制計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器的的波波形形 (b) 用用同同步步歸歸零零法法構(gòu)構(gòu)成成的的十十二二進(jìn)進(jìn)制制計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)

8、器器的的波波形形 異步歸零構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，從狀態(tài)0000開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)到狀態(tài)1011時(shí)，再來(lái)一個(gè)CP計(jì)數(shù)脈沖，電路不是立即歸零，而是先轉(zhuǎn)換到狀態(tài)1100，借助1100的譯碼使電路歸零，因此這種歸零方法存在一個(gè)極短暫的過(guò)渡狀態(tài)1100。 同步歸零構(gòu)成的十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，從狀態(tài)0000開(kāi)始計(jì)數(shù)，計(jì)到狀態(tài)1011時(shí)，再來(lái)一個(gè)CP計(jì)數(shù)脈沖，電路立即歸零。顯然，這種歸零方法不存在過(guò)渡狀態(tài)1100。13例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方法方法1 1：選前：選前1010個(gè)狀態(tài)，個(gè)狀態(tài)1001。74LS161QD

9、QCQBQALDB C DTPCPCrA“1”“1”“1”N&OC14例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方法方法2 2：選后：選后1010個(gè)狀態(tài)：個(gè)狀態(tài)：74LS161QDQCQBQALDB C DTPCPCrA“1”“1”“1”N0 0 1 1 1 1 0 0OC10110-11110110-111115例例 用用74L74LS S161161的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。的同步預(yù)置端構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。方法方法3 3：選中間：選中間1010個(gè)狀態(tài)：個(gè)狀態(tài)：74LS161QDQCQBQALDB C DTPCPCrA“1”

10、“1”“1”N1 1 1 1 0 0 0 0O1100&1617型號(hào) 進(jìn)制 清零 預(yù)置數(shù)CT74LS160十進(jìn)制低電平 異步低電平 同步CT74LS161二進(jìn)制低電平 異步低電平 同步CT74LS162十進(jìn)制低電平 同步低電平 同步CT74LS163二進(jìn)制低電平 同步低電平 同步CT74LS160CT74LS163功能比較18例例 試分析圖示電路，畫(huà)出它的狀態(tài)圖，說(shuō)明它是試分析圖示電路，畫(huà)出它的狀態(tài)圖，說(shuō)明它是幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器。幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 QDRETEP74161DRCO33QD211QL010QDCPDD1計(jì)數(shù)脈沖201111利用進(jìn)位輸出置最小數(shù)法19C

11、T74LS161Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 根據(jù)根據(jù) S6 和和 CR 的有效電平寫(xiě)出的有效電平寫(xiě)出 畫(huà)連線圖畫(huà)連線圖計(jì)數(shù)輸入計(jì)數(shù)輸入輸出端輸出端 用用異步置異步置 0 的的 CT74LS161 構(gòu)成構(gòu)成六進(jìn)制六進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 寫(xiě)出寫(xiě)出 S6 的二進(jìn)制代碼的二進(jìn)制代碼S6 = 0110 寫(xiě)出反饋置寫(xiě)出反饋置 0 函數(shù)函數(shù)12QQCR 1 11 1& 20( (2) ) 用用同步置同步置 0 的的 CT74LS163 構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS163Q0Q1Q2Q3COD0CTTCTPCRLDD1D2D3CP 畫(huà)連線圖畫(huà)連線圖輸出端輸

12、出端 寫(xiě)出寫(xiě)出 S6- -1 的二進(jìn)制代碼的二進(jìn)制代碼S6- -1 = S5 = 0101 寫(xiě)出反饋置寫(xiě)出反饋置 0 函數(shù)函數(shù)02QQCR 1 11 1&21 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP 1 1 & 60 進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器 按功能分按功能分清零清零寄存指令寄存指令RD.QDF0d0Q0.Q.DF1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q3000011011101觸發(fā)器狀態(tài)不變觸發(fā)器狀態(tài)

13、不變動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)RDSDd3RDSDd2RDSDd1RDSDd010清零清零1100&Q0&Q1&Q2&Q31100&QQQQ0000001110101111二、移位寄存器二、移位寄存器在控制信號(hào)作用下，可實(shí)現(xiàn)右移也可在控制信號(hào)作用下，可實(shí)現(xiàn)右移也可實(shí)現(xiàn)左移。實(shí)現(xiàn)左移。 雙向移位雙向移位寄寄 存存 器器單向移位單向移位寄寄 存存 器器 左左 移移寄存器寄存器 右右 移移寄存器寄存器每輸入一個(gè)移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)每輸入一個(gè)移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)碼依次向右移動(dòng)碼依次向右移動(dòng) 1 位。位。 每輸入一個(gè)移位脈沖，移位寄存器中的數(shù)每輸入一個(gè)移位脈沖，移位寄存

14、器中的數(shù)碼依次向左移動(dòng)碼依次向左移動(dòng) 1 位。位。 Shift register用于存放數(shù)碼和使數(shù)碼根據(jù)需要向左或向右移位。用于存放數(shù)碼和使數(shù)碼根據(jù)需要向左或向右移位。1清零清零0DQ2SDRDd2&F2Q1SDRDd1&F1Q0SDRDd0&F0DDQ3SDRDd3&F3DDCF3F2F1F0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3F3F2F1F0dQ0Q1Q2Q3F3F2F1F0d0d1d2d3Q3Q3F3F2F1F0d既能左移也能右移。既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ01&111&1&.RDCS左移輸入左移輸入 待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由 低位

15、至高低位至高 位依次輸入位依次輸入待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由高位至低位高位至低位依次輸入依次輸入101右移輸入右移輸入移位控制端移位控制端000000&010動(dòng)畫(huà)動(dòng)畫(huà)右移右移串行串行輸入輸入左移左移串行串行輸入輸入U(xiǎn)CCQ0Q1Q2Q3M1M0 C16151413 121110913456782D0D1D2D3DSRDSL RDGNDCT74LS194并行輸入并行輸入011110 00 11 01 1直接清零直接清零(異步異步)保保 持持右移右移(從從Q0向右移動(dòng)向右移動(dòng))左移左移(從從Q3向左移動(dòng)向左移動(dòng))并行輸入并行輸入 RD CM1 M0功功 能能 UCCQ0Q1Q2Q3M1M0 C1

16、6151413 1211109CT74LS19413456782D0D1D2D3DSRDSL RDGND 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路3. 3. 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用 3. 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用用用 CT74LS194 構(gòu)成構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCT74LS194CR1110000CP12345678Q3Q2Q1Q0順序脈沖順序脈沖指在每個(gè)循指在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，在時(shí)間上按一環(huán)周期內(nèi)，在時(shí)間上按一定先后順序排列的脈沖信定先后順序排列的脈沖信號(hào)號(hào)。常用之控制某些設(shè)備常用之控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。運(yùn)算或操作。 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路 3. 移位寄存器的應(yīng)用移位寄存器的應(yīng)用用用 CT74LS194 構(gòu)成構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCP