中規(guī)模時(shí)序邏輯電路ppt課件

1、 中規(guī)模時(shí)序邏輯電路中規(guī)模時(shí)序邏輯電路 1 存放器存放器時(shí)時(shí) 序序邏輯電路邏輯電路存放器和移位存放器存放器和移位存放器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器順序脈沖發(fā)生器順序脈沖發(fā)生器分析分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)1.1 數(shù)碼存放器數(shù)碼存放器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)取數(shù)脈沖脈沖接納接納脈沖脈沖( CP )存放器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一，存放器是計(jì)算機(jī)的主要部件之一， 它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)它用來暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令。采用任何一種類型的觸發(fā)器均可構(gòu)成存放器。每個(gè)觸或指令。采用任何一種類型的觸發(fā)器均可構(gòu)成存放器。每個(gè)觸發(fā)器存放一位二進(jìn)制數(shù)或一個(gè)邏輯變量，由發(fā)器存放一位二進(jìn)制數(shù)或一個(gè)邏輯變量，由

2、n個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成的存放器可存放存放器可存放n位二進(jìn)制數(shù)或位二進(jìn)制數(shù)或n個(gè)邏輯變量的值。個(gè)邏輯變量的值。四位數(shù)碼存放器四位數(shù)碼存放器1.2 移位存放器移位存放器 所謂所謂“移位，就是將存放器所存各位數(shù)據(jù)，移位，就是將存放器所存各位數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右挪動(dòng)一位。在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右挪動(dòng)一位。根據(jù)移位方向，常把它分成三種：根據(jù)移位方向，常把它分成三種：存放器存放器左移左移(a)存放器存放器右移右移(b)存放器存放器雙向雙向移位移位(c)根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，又入輸出方式，又可將它分為四種：可將它分為四種：FFFFFFFFFFFFFF

3、FFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入串出串入并出串入并出并入串出并入串出并入并出并入并出串行輸入串行輸出串行輸入串行輸出串行輸入并行輸出串行輸入并行輸出并行輸入串行輸出并行輸入串行輸出并行輸入并行輸出：并行輸入并行輸出：SDQQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3RDCLRLOAD移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 預(yù)預(yù) 置置 3210存數(shù)存數(shù)脈沖脈沖清零清零脈沖脈沖四位并入四位并入 - 串出的左移存放器串出的左移存放器初始形狀：初始形狀： 設(shè)設(shè)A3A2A1A0 1011在存數(shù)脈沖作用下，在存數(shù)脈沖作用下， Q3Q2Q1Q0 1011 。D0 0D1

4、 Q0D2 Q1D3 Q2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出3210D0 0D1 Q0D2 Q1D3 Q2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脈沖脈沖CP0串行串行輸出輸出32101 0 1 10 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 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設(shè)初態(tài)設(shè)初態(tài) Q3Q2Q1Q0 1011用波形圖表示如下：用波形圖表示如下：Q3Q2Q1Q0CP110100110011000000000001四位串入四位串

5、入 - 串出的左移存放器：串出的左移存放器：D0 LD1 Q0D2 Q1D3 Q2四位串入四位串入 - 串出的右移存放器：串出的右移存放器：D1 Q2D2 Q3D3 RD0 Q1QQ DQQ DQQ DQQ DCP串行串行輸出輸出3210串行串行輸入輸入QDQQ3DQDQDCP串行串行輸出輸出Q1Q2Q0串行串行輸入輸入雙向移位存放器的構(gòu)成：只需設(shè)置一個(gè)控制端雙向移位存放器的構(gòu)成：只需設(shè)置一個(gè)控制端S，當(dāng)當(dāng)S0 時(shí)左移；而當(dāng)時(shí)左移；而當(dāng)S1時(shí)右移即可。集成組件時(shí)右移即可。集成組件 電路電路74LS194就是這樣的多功能移位存放器。就是這樣的多功能移位存放器。雙向移位存放器雙向移位存放器 D0

6、D1 D2 D3 FF0 FF1 FF2 FF3 Q0 Q1 Q2 Q3 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 Q0 Q1 Q2 Q3 CP DSL & 1 & 1 & 1 & 1 1 DSR S Q0 Q1 Q2 Q3 R右移串行輸入右移串行輸入L左移串行輸入左移串行輸入A、B、C、D并行輸入并行輸入VCCQA QB QCQDS1 S0CPQA QB QCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS19415161413121110912345678011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(從從QD

7、 向向QA挪動(dòng)挪動(dòng))左移左移(從從QA 向向QD挪動(dòng)挪動(dòng))并行輸入并行輸入 CLRCPS1 S0功功 能能 1.3 存放器運(yùn)用舉例存放器運(yùn)用舉例例：序列發(fā)生器例：序列發(fā)生器用一片用一片74194和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T構(gòu)成產(chǎn)生序列為和適當(dāng)?shù)倪壿嬮T構(gòu)成產(chǎn)生序列為01100101的序列發(fā)生器。的序列發(fā)生器。步驟：步驟：第一步：序列有多長(zhǎng)就用相應(yīng)的多少個(gè)形狀第一步：序列有多長(zhǎng)就用相應(yīng)的多少個(gè)形狀Tp來與來與之對(duì)應(yīng)，根據(jù)之對(duì)應(yīng)，根據(jù)Tp=2n來決議移位存放器的級(jí)數(shù)即來決議移位存放器的級(jí)數(shù)即觸發(fā)器的個(gè)數(shù)觸發(fā)器的個(gè)數(shù)第二步：按照循環(huán)左移或者右移的規(guī)律來確定存放器第二步：按照循環(huán)左移或者右移的規(guī)律來確定存放器的初始形

8、狀，和相應(yīng)的左移或者右移輸入端的輸入，的初始形狀，和相應(yīng)的左移或者右移輸入端的輸入，并列出形狀表并列出形狀表第三步：形狀表推導(dǎo)出反響函數(shù)的邏輯表達(dá)式，畫出第三步：形狀表推導(dǎo)出反響函數(shù)的邏輯表達(dá)式，畫出相應(yīng)電路圖相應(yīng)電路圖2 計(jì)數(shù)器的分析計(jì)數(shù)器的分析 2.1 計(jì)數(shù)器的功能和分類計(jì)數(shù)器的功能和分類1. 計(jì)數(shù)器的作用計(jì)數(shù)器的作用記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)；用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)；用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進(jìn)展數(shù)字運(yùn)算等等。生節(jié)拍脈沖及進(jìn)展數(shù)字運(yùn)算等等。2. 計(jì)數(shù)器的分類計(jì)數(shù)器的分類按任務(wù)方式分：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。按任務(wù)方式分：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。按功能分：加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和

9、可逆計(jì)數(shù)器。按功能分：加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量按計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量(或稱模數(shù)或稱模數(shù))來分：各種不同的來分：各種不同的計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。 1同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 設(shè)計(jì)思想：同步計(jì)數(shù)器中，一切觸發(fā)器的設(shè)計(jì)思想：同步計(jì)數(shù)器中，一切觸發(fā)器的CP端相連，端相連，CP的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì)使一切的觸發(fā)的每一個(gè)觸發(fā)沿都會(huì)使一切的觸發(fā)器形狀更新。器形狀更新。 二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)那么：對(duì)一個(gè)多位二進(jìn)制而二進(jìn)制加法運(yùn)算規(guī)那么：對(duì)一個(gè)多位二進(jìn)制而言，最低位每次加言，最低位每次

10、加1都改動(dòng)形狀，而第都改動(dòng)形狀，而第i位除最位除最低位外僅有當(dāng)以下各位皆為低位外僅有當(dāng)以下各位皆為1時(shí)才改動(dòng)形狀時(shí)才改動(dòng)形狀 同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是將計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)引同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是將計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)引入到各級(jí)觸發(fā)器，當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，入到各級(jí)觸發(fā)器，當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，各級(jí)觸發(fā)器形狀同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換，并且按照二各級(jí)觸發(fā)器形狀同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換，并且按照二進(jìn)制的規(guī)律添加或減少。進(jìn)制的規(guī)律添加或減少。同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器3位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 000 001 010 011 /1 /0 111 110 101 100 /0 /0 /0 /0 /0 /0 排排 列列 順順 序序 ： /

11、C nnnQQQ012 選用選用3個(gè)個(gè)CP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分觸發(fā)器，分別用別用FF0、FF1、FF2表示。表示。形形狀狀圖圖輸出方程：輸出方程：時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：nnnQQQC012 CPCPCPCP 210 CP Q0 Q1 Q2 C 時(shí)序圖時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在在Q0=1時(shí)，在下一個(gè)時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF2在在Q0=Q1=1時(shí)，在下一個(gè)時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。100 KJnQKJ011 nnQQKJ0122 Q0Q0 CFF0 FF1 FF2CPQ1Q1Q2

12、Q21J C11K 1J C1 1K1J C11K&1&電路圖電路圖由于沒有無(wú)效形狀，電路能自啟動(dòng)。由于沒有無(wú)效形狀，電路能自啟動(dòng)。 nnnnnnnnnnnQQQQKJQQKJQKJKJ0132110122011001推行到推行到n位二位二進(jìn)制同進(jìn)制同步加法步加法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程輸出方程輸出方程nnnnnnQQQQC0121 2同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)思想：設(shè)計(jì)思想： 只需當(dāng)?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r(shí)即低位全只需當(dāng)?shù)臀幌蚋呶唤栉粫r(shí)即低位全0時(shí)再減時(shí)再減1，令高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減，令高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)減1。 為此，只需將二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出為此，只需將

13、二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的輸出由由Q端改為端改為 端，便成為同步二端，便成為同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器了。進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器了。Q Q3位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器選用選用3個(gè)個(gè)CP下降沿觸發(fā)的下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，分別用觸發(fā)器，分別用FF0、FF1、FF2表示。表示。形狀圖形狀圖輸出方程：輸出方程： 000001010011 /1 /0 111110101100 /0 /0 /0 /0 /0 /0 排列順序：排列順序： /B nnnQQQ012 CPCPCPCP 210時(shí)鐘方程：時(shí)鐘方程：nnnQQQB012 CPQ0Q1Q2B時(shí)序圖時(shí)序圖FF0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻

14、轉(zhuǎn)一次FF1在在Q0=0時(shí)，在下一個(gè)時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。FF2在在Q0=Q1=0時(shí)，在下一個(gè)時(shí)，在下一個(gè)CP觸觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。100 KJnQKJ011 nnQQKJ0122 Q0Q0 B1FF0 FF1 FF2CPQ1Q1Q2Q21J C11K 1J C1 1K1J C11K&電路圖電路圖由于沒有無(wú)效形狀，電路能自啟動(dòng)。由于沒有無(wú)效形狀，電路能自啟動(dòng)。 nnnnnnnnnnnQQQQKJQQKJQKJKJ0132110122011001推行到推行到n位二位二進(jìn)制同進(jìn)制同步減法步減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程輸出方程輸出方程nnnnn

15、nQQQQB0121 3位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器設(shè)用設(shè)用X表示加減控制信號(hào)，且表示加減控制信號(hào)，且X 0時(shí)作加計(jì)數(shù)，時(shí)作加計(jì)數(shù)， X 1時(shí)作減計(jì)數(shù)，那么把二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的驅(qū)時(shí)作減計(jì)數(shù)，那么把二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和動(dòng)方程和X相與，把減法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和相與，把減法計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程和X相與，相與，再把二者相加，便可得到二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器的驅(qū)再把二者相加，便可得到二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器的驅(qū)動(dòng)方程。動(dòng)方程。 nnnnnnQQXQQXKJQXQXKJKJ0101220011001輸出方程輸出方程 Q0 Q0 C/B 1 FF0 FF1 FF2 CP Q1 Q1 Q2

16、 Q2 1J C1 1K 1J C1 1K 1J C1 1K 1 & 1 & 1 & 1 X 電路圖電路圖 74LS161 Q0 Q1 Q2 Q3 (b) 邏邏輯輯功功能能示示意意圖圖 (a) 引引腳腳排排列列圖圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS161 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LD CR CP D0 D1 D2 D3 CTP GND CR D0 D1 D2 D3 CTT CTP CP CO LD 4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161/163CR=0時(shí)異步清零。時(shí)

17、異步清零。CR=1、LD=0時(shí)同步置數(shù)。時(shí)同步置數(shù)。CR=LD=1且且CPT=CPP=1時(shí)，按照時(shí)，按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)展同位自然二進(jìn)制碼進(jìn)展同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)。步二進(jìn)制計(jì)數(shù)。CR=LD=1且且CPTCPP=0時(shí)，計(jì)數(shù)器形狀堅(jiān)持不變。時(shí)，計(jì)數(shù)器形狀堅(jiān)持不變。4位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS193 BO CO LD 74LS193 Q0 Q1 Q2 Q3 (b) 邏邏輯輯功功能能示示意意圖圖 (a) 引引腳腳排排列列圖圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS193 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC D0 CR CO BO LD D2 D3 D1

18、 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 GND D0 D1 D2 D3 CR CPU CPD CR是異步清零端，高電平有效；是異步清零端，高電平有效； LD是異步置數(shù)端，低電平有效；是異步置數(shù)端，低電平有效；CPU是加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端；是加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端； CPD是減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端；是減法計(jì)數(shù)脈沖輸入端； D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端；是并行數(shù)據(jù)輸入端； Q0Q3是計(jì)數(shù)器形狀輸出端；是計(jì)數(shù)器形狀輸出端； CO是進(jìn)位脈沖輸出端；是進(jìn)位脈沖輸出端； BO是借位脈沖輸出端；是借位脈沖輸出端；多個(gè)多個(gè)74LS193級(jí)聯(lián)時(shí)，只需把低位的級(jí)聯(lián)時(shí)，只需把低位的CO端、端、BO端分別與高位的端分別與高位的C

19、PU、CPD銜接起來，各個(gè)芯片的銜接起來，各個(gè)芯片的CR端銜接在一同，端銜接在一同，LD端銜接在一同，就端銜接在一同，就可以了。可以了。1. 四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 74LS16374LS163不但不但 計(jì)數(shù)方式是同步的，而且它的清零方計(jì)數(shù)方式是同步的，而且它的清零方式式 也是同步的：即使控制端也是同步的：即使控制端CLR0，清零目的真正實(shí)，清零目的真正實(shí)現(xiàn)還需等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到來以后才可以變現(xiàn)還需等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到來以后才可以變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這就是為現(xiàn)實(shí)。這就是“ 同步清零同步清零 的含義。的含義。 利用集勝利能組件設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)電路利用集勝利能組件設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)電路一、

20、中規(guī)模計(jì)數(shù)器組件引見及其運(yùn)用一、中規(guī)模計(jì)數(shù)器組件引見及其運(yùn)用16151413121110123456789QAQDQDQCQBQAQBQCVCCTTPPCPAABBCCDDCLRLOADENABLERC串行進(jìn)串行進(jìn) 位輸出位輸出 允許允許允許允許GND時(shí)鐘時(shí)鐘去除去除輸出輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入置入置入74LS16374LS 163 管腳圖管腳圖(1) 74LS163 的引見的引見TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS16374LS163功能表功能表1 1 1 1 計(jì)計(jì) 數(shù)數(shù)0 1 1 1 X 保保 持持 1 0 1 1 X 堅(jiān)持堅(jiān)持 ( RC=0 ) X X 0 1 并并

21、行行 輸輸 入入X X X 0 清清 零零P T LOAD CLR CP 功功 能能 去除去除置入置入ABCD時(shí)鐘時(shí)鐘允許允許 P允許允許 TQAQBQCQD串行進(jìn)串行進(jìn) 位輸出位輸出輸輸出出數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 輸入輸入例例1：用一片：用一片74LS163構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。QD QC QB QA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1六個(gè)六個(gè) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)預(yù)備清零：預(yù)備清零： 使使 CLR 0TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP(2) 74LS163 的運(yùn)用的運(yùn)用在在QDQCQBQA 0110 時(shí)

22、時(shí)立刻清零立刻清零 。比較比較 用用74LS 160與用與用74LS 163構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器:在在QDQCQBQA 0101 時(shí)時(shí) 預(yù)備清零預(yù)備清零 。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP例例2：用：用74LS163構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。構(gòu)成二十四進(jìn)制計(jì)數(shù)器。(1). 需求兩片需求兩片74LS163；(2). 為了提高運(yùn)算速度，運(yùn)用同步計(jì)數(shù)方式。為了提高運(yùn)算速度，運(yùn)用同步計(jì)數(shù)方式。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163+5V+5V, , , , CPCLR 應(yīng)該在應(yīng)該在 QDQCQBQA QDQCQBQA 0001 0111 時(shí)預(yù)備清零。時(shí)預(yù)備清零。, , , , QDQCQBQA QDQCQBQA , , , ,CLR =例例3 用用74LS163來構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。來構(gòu)成一個(gè)十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1寫出形狀寫出形