課題十五常用時(shí)序邏輯部件(寄存器)2學(xué)時(shí)

1、 n掌握時(shí)序電路的概念、電路構(gòu)成與組合電路的掌握時(shí)序電路的概念、電路構(gòu)成與組合電路的區(qū)別、分類(lèi)區(qū)別、分類(lèi)n掌握移位寄存器的設(shè)計(jì)、分析方法。掌握移位寄存器的設(shè)計(jì)、分析方法。n熟練掌握集成移位寄存器的應(yīng)用。熟練掌握集成移位寄存器的應(yīng)用。數(shù)字邏輯電路數(shù)字邏輯電路組合邏輯電路組合邏輯電路 組合電路組合電路時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路 時(shí)序電路時(shí)序電路 功能上：功能上：任何時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅任何時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅與與該時(shí)刻該時(shí)刻輸入輸入 有關(guān)有關(guān)，還，還與與電路電路原狀態(tài)有關(guān)原狀態(tài)有關(guān)，即與以前的，即與以前的 輸入有關(guān)。輸入有關(guān)。 結(jié)構(gòu)上：結(jié)構(gòu)上：由組合電路和存貯電路組成。由組合電路和存貯電路組成。 時(shí)

2、序電路特點(diǎn)時(shí)序電路特點(diǎn)Z1Zm按有無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘脈沖分按有無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘脈沖分同步同步 有統(tǒng)一有統(tǒng)一CPCP，狀態(tài)變更與，狀態(tài)變更與CPCP同步。同步。異步異步 無(wú)統(tǒng)一無(wú)統(tǒng)一CPCP，狀態(tài)變更不同步，逐級(jí)進(jìn)，狀態(tài)變更不同步，逐級(jí)進(jìn)行。行。按輸出信號(hào)特點(diǎn)分按輸出信號(hào)特點(diǎn)分米里型米里型 輸出信號(hào)不僅與存貯狀態(tài)有關(guān)輸出信號(hào)不僅與存貯狀態(tài)有關(guān), ,還與外部輸入有關(guān)。還與外部輸入有關(guān)。莫爾型莫爾型 輸出信號(hào)僅與存貯狀態(tài)有關(guān)。輸出信號(hào)僅與存貯狀態(tài)有關(guān)。按通用性功能分按通用性功能分典型時(shí)序典型時(shí)序 寄存器、計(jì)數(shù)器、序列信號(hào)發(fā)生寄存器、計(jì)數(shù)器、序列信號(hào)發(fā)生/ /檢測(cè)器檢測(cè)器一般時(shí)序一般時(shí)序 任意時(shí)序邏輯命題任意時(shí)序邏

3、輯命題外部輸入改變存儲(chǔ)狀外部輸入改變存儲(chǔ)狀態(tài)態(tài), ,狀態(tài)改變輸出狀態(tài)改變輸出1.狀態(tài)表狀態(tài)表 反映時(shí)序電路的輸出反映時(shí)序電路的輸出Z Z、次態(tài)、次態(tài)y yn n1 1、輸入、輸入x x和現(xiàn)和現(xiàn)態(tài)態(tài)y yn n之間的邏輯關(guān)系和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律的表格。之間的邏輯關(guān)系和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律的表格。Q Q1 1Q Q0 00 00 00 10 11 01 01 11 111/111/100/000/001/001/010/010/001/001/010/010/011/011/000/100/10 10 1X X現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)輸入輸入次態(tài)次態(tài)/ /輸出輸出減計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)加計(jì)數(shù)加計(jì)數(shù)2. 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 表示時(shí)序電路的狀態(tài)、

4、狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件、方向、及表示時(shí)序電路的狀態(tài)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件、方向、及狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律。狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律。米里型米里型莫爾型莫爾型y ny n1X/Z（輸出與狀態(tài)、輸入有關(guān)）（輸出與狀態(tài)、輸入有關(guān)）（輸出僅與狀態(tài)有關(guān)）（輸出僅與狀態(tài)有關(guān)）y n/Zy n1 /ZX實(shí)際時(shí)序電路中實(shí)際時(shí)序電路中, ,若有若有n n個(gè)觸發(fā)器個(gè)觸發(fā)器( (記憶單元記憶單元),),一般有一般有N N個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài),2,2n-1n-1N2N2n n。暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或二進(jìn)制代碼的電路。暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或二進(jìn)制代碼的電路。分類(lèi)分類(lèi)數(shù)碼寄存數(shù)碼寄存移位寄存移位寄存1.功能功能 接收、存貯、傳送數(shù)碼。接收、存貯、傳送數(shù)碼。2.構(gòu)成構(gòu)成 一個(gè)觸發(fā)器能存

5、一位二進(jìn)制信息，存一個(gè)觸發(fā)器能存一位二進(jìn)制信息，存n n位位B B 碼要用碼要用n n個(gè)觸發(fā)器；個(gè)觸發(fā)器； 各種觸發(fā)器均可，但以各種觸發(fā)器均可，但以D D觸發(fā)器構(gòu)成最簡(jiǎn)單。觸發(fā)器構(gòu)成最簡(jiǎn)單。寄存器：寄存器：3.分類(lèi)分類(lèi) 有單拍、雙拍之分有單拍、雙拍之分單拍單拍 只要接收指令到，就可存貯。多用只要接收指令到，就可存貯。多用D觸發(fā)器。觸發(fā)器。雙拍雙拍 需要清零和接收兩步完成，多用需要清零和接收兩步完成，多用RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。拍：脈沖。拍：脈沖。單拍單拍用用1 1個(gè)個(gè) 脈沖脈沖雙拍雙拍用用2 2個(gè)個(gè) 脈沖脈沖準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，有準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)，有CPCP時(shí)時(shí)Q Qn nD Dn n第第1 1拍：清零，拍：清

6、零，第第2 2拍：存數(shù)。拍：存數(shù)。4.集成寄存器舉例：集成寄存器舉例：74LS175特點(diǎn)：特點(diǎn)： 四位數(shù)碼寄存器四位數(shù)碼寄存器 由維持阻塞由維持阻塞D D觸發(fā)器構(gòu)成觸發(fā)器構(gòu)成 附加控制功能附加控制功能異步清零異步清零注注: :有的有的寄存器還具有寄存器還具有三態(tài)控制、保持控制等功能。三態(tài)控制、保持控制等功能。 （如（如CC4076CC4076）74LS175工作波形工作波形t1 t2 t3 Q0RdD0cpRd=1,Rd=1,清清0 0D1 D2 D3、 Q1 Q2 Q3波形略波形略存存1 1個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)占用占用1 1個(gè)個(gè)cpcp功能：功能：寄存，移位。寄存，移位。構(gòu)成：構(gòu)成：相同的寄存單元（

7、無(wú)空翻觸發(fā)器）相同的寄存單元（無(wú)空翻觸發(fā)器） 共用統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖（同步工作）共用統(tǒng)一的時(shí)鐘脈沖（同步工作）分類(lèi)：分類(lèi)：?jiǎn)蜗?、雙向單向、雙向移位：在指令移位：在指令(cp)作用下作用下,觸發(fā)器觸發(fā)器狀態(tài)可向左右相鄰的觸發(fā)器傳狀態(tài)可向左右相鄰的觸發(fā)器傳遞。遞。寄存數(shù)碼寄存數(shù)碼從高位向低位從高位向低位依次輸入依次輸入清零清零D1移位脈沖移位脈沖2341011數(shù)據(jù)依次向左移動(dòng)，稱(chēng)左移寄存器，數(shù)據(jù)依次向左移動(dòng)，稱(chēng)左移寄存器，輸入方式為串行輸入。輸入方式為串行輸入。1QJKRDQJKRDQJKRDQJKRDQQQQQ3Q1Q2Q0000000010011101110111 1CP1QJKRDQJKRDQJ

8、KRDQJKRDQQQQQ3Q1Q2Q01115移位脈沖移位脈沖678D1011010110011000輸出輸出再輸入四個(gè)移位脈沖，再輸入四個(gè)移位脈沖，10111011由高位至低位由高位至低位依依次從次從Q Q3 3端輸出。端輸出。串行輸出方式串行輸出方式左移寄存器波形左移寄存器波形圖圖12345678C111111DQ0Q3Q2Q1111待存待存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)10111011存入寄存器存入寄存器0111從從Q Q3 3取出取出（1）選通門(mén)）選通門(mén)與或邏輯，與或邏輯，2選選1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器1F=AX+BXX=1,F=AX=0,F=BABF&X1可預(yù)置數(shù)的可預(yù)置數(shù)的移移位寄存器位寄存器X

9、:X:控制信號(hào)控制信號(hào)（2）電路（）電路（4位，右移，位，右移，JK觸發(fā)器構(gòu)成觸發(fā)器構(gòu)成）X X控制信號(hào)：控制信號(hào)：X X0 0，置數(shù)；，置數(shù)； X X1 1，右移。，右移。DrDr右移數(shù)據(jù)輸入端。右移數(shù)據(jù)輸入端。D3D3D0D0并行數(shù)據(jù)輸入端。并行數(shù)據(jù)輸入端。Z（3）移入數(shù)據(jù)可控的并行輸入移位寄存器）移入數(shù)據(jù)可控的并行輸入移位寄存器ZNXQMXQXDZ33333, 1NQQMZX3, 0DZX同步（并行）置數(shù)同步（并行）置數(shù)右移右移右移數(shù)據(jù)由右移數(shù)據(jù)由MNMN組合而定組合而定 M N QM N Q3 3n+1n+1 0 0 0 0 置置0 0 0 1 Q 0 1 Q3 3不變不變 1 0 Q

10、1 0 Q3 3計(jì)翻計(jì)翻 1 1 1 1 置置1 1加選通門(mén)構(gòu)成。加選通門(mén)構(gòu)成。X X控制信號(hào)：控制信號(hào)：X X0 0，左移，左移， X X1 1，右移，右移，DrDr右移數(shù)據(jù)輸入端；右移數(shù)據(jù)輸入端；D DL L左移數(shù)據(jù)輸入端。左移數(shù)據(jù)輸入端。（1）74LS194：4 4位：位：194194、195195等等8 8位：位：164164、198198等等左移左移, ,右移右移, ,并入并入, ,保持保持4 4種功能，種功能，雙變量控制雙變量控制S S1 1、S S0 0。( (功能表功能表P146)P146)功能：功能：UCCQ0Q1Q2Q3S1S0 Cp16151413121110913456

11、782D0D1D2D3DSRDSL CrGND74LS194（1）74LS194：輸入輸入Cr 清零清零 CP時(shí)鐘時(shí)鐘01 S S制制控控 串行輸入串行輸入并行輸入并行輸入號(hào)號(hào)序序輸出輸出RL D D 右移右移左移左移 3210DDDD 3210QQQQ說(shuō)明說(shuō)明功能功能1 12 23 34 45 56 67 78 80 01 11 11 11 11 11 11 11 1 1 11 11 01 01 01 00 10 10 10 10 00 0 1 1 0 0 1 1 0 0 D0D0 D1D1 D2D2 D3D30 0 0 00 0 0 0Q Q0 00 0 Q Q1 10 0 Q Q2 20

12、 0 Q Q3 30 0D0D0 D1D1 D2D2 D3D3Q Q1 1n n Q Q2 2n n Q Q3 3n n 1 1Q Q1 1n n Q Q2 2n n Q Q3 3n n 0 01 1 Q Q0 0n n Q Q1 1n n Q Q2 2n n0 0 Q Q0 0n n Q Q1 1n n Q Q2 2n nQ Q0 00 0 Q Q1 10 0 Q Q2 20 0 Q Q3 30 0除除清清 持持保保 并行置數(shù)并行置數(shù)串入左移串入左移串入左移串入左移串入右移串入右移串入右移串入右移持持保保 左移左移, ,右移右移, ,并入并入, ,保持保持4 4種功能，種功能，雙變量控制雙變

13、量控制S S1 1、S S0 0。( (功能表功能表P146)P146)功能：功能：擴(kuò)展應(yīng)用：擴(kuò)展應(yīng)用：2片片194 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)8位雙向移位寄存器位雙向移位寄存器（2） 194應(yīng)用：應(yīng)用：174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D DD D& &CPCPFF1FF2討論：彩燈控制電路討論：彩燈控制電路 由由2片片74LS194、2個(gè)個(gè)D觸發(fā)器和觸發(fā)器和1個(gè)與門(mén)組成。個(gè)與門(mén)組成。Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S07

14、4LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D DD D& &CPCPFF1FF2例：彩燈控制電路例：彩燈控制電路 由由2片片74LS194、2個(gè)個(gè)D觸發(fā)器和觸發(fā)器和1個(gè)與門(mén)組成。個(gè)與門(mén)組成。Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S01CPCP1. 兩片兩片74LS194級(jí)聯(lián)成級(jí)聯(lián)成8位移位寄存器位移位寄存器。Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q374LS194D DLD DRS1 S0S1 S0Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD D

15、RS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01CPCP2. 彩燈移位非左即右，即彩燈移位非左即右，即S1S001或或S1S010，由，由D觸發(fā)觸發(fā)器構(gòu)成的器構(gòu)成的T觸發(fā)器控制（觸發(fā)器控制（FF2）。）。D DFF2Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DR RS1 S0S1 S074LS194D DLD DR RS1 S0S1 S01D DCPCP3. 設(shè)設(shè)S1S001（194的的Q0從從DR接收數(shù)據(jù)，從接收數(shù)據(jù)，從Q3移出數(shù)移出數(shù)據(jù)），在據(jù)），在CP作用下彩燈依次點(diǎn)亮。作用下彩燈依次點(diǎn)亮

16、。10FF2Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DR RS1 S0S1 S01D DD D& &CPCP4. 在在8個(gè)個(gè)CP過(guò)后，彩燈全亮，反饋信號(hào)送至過(guò)后，彩燈全亮，反饋信號(hào)送至D觸發(fā)器觸發(fā)器（FF1）。）。1FF1FF210Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D DD D& &

17、CPCP5. 第第9個(gè)個(gè)CP，使，使FF1置置1，其，其/Q0，將，將74LS194清清0，彩燈全滅；，彩燈全滅；熄滅后反饋信號(hào)由熄滅后反饋信號(hào)由1 0。10FF2FF10101Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D DD D& &CPCP6. 同時(shí)，同時(shí)，F(xiàn)F1的的Q端由端由01，產(chǎn)生，產(chǎn)生FF2的的CP信號(hào)，使信號(hào)，使FF2翻翻轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，S1S010。00 11 0FF2FF110Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q

18、3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D DD D& &CPCP7. 第第10個(gè)個(gè)CP，使，使FF1重新置重新置0，Q端由端由10 ，/Q端由端由01，解除對(duì)解除對(duì)74LS194的清的清0，使，使74LS194可以進(jìn)行反向移位。可以進(jìn)行反向移位。001FF2FF11 00 1Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3174LS194D DLD DRS1 S0S1 S074LS194D DLD DRS1 S0S1 S01D

19、DD D& &CPCP8. 第第11個(gè)個(gè)CP開(kāi)始，彩燈反向逐個(gè)點(diǎn)亮。開(kāi)始，彩燈反向逐個(gè)點(diǎn)亮。 由此電路實(shí)現(xiàn)彩燈逐個(gè)點(diǎn)亮全亮后熄滅再反向逐個(gè)點(diǎn)由此電路實(shí)現(xiàn)彩燈逐個(gè)點(diǎn)亮全亮后熄滅再反向逐個(gè)點(diǎn)亮全亮后熄滅的循環(huán)控制。亮全亮后熄滅的循環(huán)控制。001FF2FF101Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3Q0 Q1 Q2 Q3 194應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： 邏輯電路及邏輯電路及cpcp、S1S1、S0S0如圖，說(shuō)明功能，即如圖，說(shuō)明功能，即t t4 4時(shí)刻，輸出時(shí)刻，輸出F F與二進(jìn)制與二進(jìn)制M M、N N在數(shù)值上的關(guān)系。假定在數(shù)值上的關(guān)系。假定M M、N N的狀

20、態(tài)始終不變。的狀態(tài)始終不變。t tt t4 4t t3 3t t2 2t t1 1t tt tt tS S1 1S S0 0cpcp1 1cpcp2 2注注:283:283全加器全加器 194194雙向移位寄存器雙向移位寄存器t tt t4 4t t3 3t t2 2t t1 1t tt tt tS S1 1S S0 0cpcp1 1cpcp2 2解解: :思路思路: :按時(shí)間分析按時(shí)間分析t t1 1 : :S S1 1S S0 0=11=11194194并行置數(shù)并行置數(shù)全加器輸出全加器輸出283(2)283(1)283(2)283(1): :A A口口:0000M:0000M3 3M M2

21、 2M M1 1M M0 0B B口口:0000N:0000N3 3N N2 2N N1 1N N0 0F=M+NF=M+Nt t2 2 : :S S1 1S S0 0=01=01 194194右移右移194194執(zhí)行執(zhí)行:M:M2,N2,N2 2 F=2M+2NF=2M+2Nt t3 3 : :S S1 1S S0 0=01=01 194(1,2)194(1,2)右移右移,194(3,4),194(3,4)維持維持( (無(wú)無(wú)cpcp2 2) )F=2F=22M+2N=4M+2N2M+2N=4M+2Nt t4 4 : :S S1 1S S0 0=01=01 194(1,2)194(1,2)右移右移,194(3,4),194(3,4)維持維持( (無(wú)無(wú)cpcp2 2) )F=2F=24M+2N=8M+2N4M+2N=8M+2N所以所以t t4 4時(shí)刻時(shí)刻,F=8M+2N,F=8M+2N（2）環(huán)形計(jì)數(shù)器）環(huán)形計(jì)數(shù)器Q3Q