第7章 時(shí)序邏輯電路

1、第7章時(shí)序邏輯電路一、學(xué)習(xí)目的°時(shí)序邏輯電路是數(shù)字電子電路的另一個(gè)主要分支。通過(guò)本章的學(xué)習(xí)要掌握時(shí)序邏輯電路的工作特點(diǎn)，掌握時(shí)序邏輯電路的分析方法和設(shè)計(jì)方法，掌握各種類型的計(jì)數(shù)器的基本原理和使用方法。二、內(nèi)容概要O本章在介紹了時(shí)序邏輯電路的分析方法及異步計(jì)數(shù)器、同步計(jì)數(shù)器、寄存器與移位寄存器的基本工作原理后，著重介紹了有關(guān)中規(guī)模集成電路的邏輯功能、使用方法和應(yīng)用。還介紹了時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法。三、學(xué)習(xí)指導(dǎo)本章重點(diǎn)：時(shí)序邏輯電路分析和設(shè)計(jì)方法，同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器的應(yīng)用，寄存器的工作原理和分析方法。0本章難點(diǎn)：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。說(shuō)方法提示：對(duì)時(shí)序邏輯電路的分析設(shè)計(jì)方法要

2、認(rèn)真掌握，它是數(shù)字電路設(shè)計(jì)的一個(gè)基本功。在計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)和分析時(shí)要把計(jì)數(shù)器看成是“狀態(tài)轉(zhuǎn)換器”，對(duì)計(jì)數(shù)器的理解要跳出“計(jì)數(shù)”的限制，把它看成是多種狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。7.1概述教學(xué)要求。理解時(shí)序邏輯電路的概念O理解時(shí)序邏輯電路的工作特時(shí)序邏輯電路柢注時(shí)序選輯電路.ivi7.2時(shí)序邏輯電路的分析方法教學(xué)要求心理解同步時(shí)序邏輯電路的分析方法°了解異步時(shí)序邏輯電路的分析方法用法0掌握狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程的概念和用法。掌握狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和時(shí)序圖的時(shí)序邏輯電路的分析：根據(jù)給定的電路，寫出它的方程、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖，而后得出它的功能。一、同步時(shí)序邏輯電路

3、的分析方法同步時(shí)序邏輯電路的主要特點(diǎn)：在同步時(shí)序邏輯電路中，由于所有觸發(fā)器都由同一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP來(lái)觸發(fā)，它只控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，而對(duì)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)并無(wú)影響，所以，在分析同步時(shí)序邏輯電路時(shí)，可以不考慮時(shí)鐘條件。1、基本分析步驟寫方程式：輸出方程：時(shí)序邏輯電路的輸出邏輯表達(dá)式，它通常為現(xiàn)態(tài)和輸入信號(hào)的函數(shù)。驅(qū)動(dòng)方程：各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達(dá)式。狀態(tài)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，便得到該觸發(fā)器的狀態(tài)方程。列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值代入狀態(tài)方程和輸出方程中進(jìn)行計(jì)算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出，從而列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。如現(xiàn)態(tài)的起始值已給定時(shí)，則從給定值開(kāi)始計(jì)算。如沒(méi)有給定

4、時(shí)，則可設(shè)定一個(gè)現(xiàn)態(tài)起始值依次進(jìn)行計(jì)算。邏輯功能的說(shuō)明：根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表來(lái)說(shuō)明電路的邏輯功能。畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：是指電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖。時(shí)序圖：是在時(shí)鐘脈沖CP作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。0檢驗(yàn)電路能否自啟動(dòng)關(guān)于電路的自啟動(dòng)問(wèn)題和檢驗(yàn)方法，在下例中得到說(shuō)明。2、分析舉例例、試分析下圖所示電路的邏輯功能，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。解：由上圖所示電路可看出，時(shí)鐘脈沖CP加在每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上。因此，它是一個(gè)同步時(shí)序邏輯電路，時(shí)鐘方程可以不寫。 寫方程式：輸出方程：QZ”驅(qū)動(dòng)方程:7嚴(yán)訶07十W=iq?+Tq0q01如=必0?+瓦0/Qq狀態(tài)方程：QE=Q

5、占+%Qf=01叫°7占+Q（）nQf 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表的作法是：從第一個(gè)現(xiàn)態(tài)“000”開(kāi)始，代入狀態(tài)方程，得次態(tài)為“001”，代入輸出方程，得輸出為“0”。把得出的次態(tài)“001”作為下一輪計(jì)算的“現(xiàn)態(tài)”，繼續(xù)計(jì)算下一輪的次態(tài)值和輸出值。依次類推，直到次態(tài)值又回到了第一個(gè)現(xiàn)態(tài)值“000”?，F(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出QinQo11Q嚴(yán)Qi3"1Q嚴(yán)Y000001000101000110110010100010010101010001 邏輯功能說(shuō)明：電路在輸入第6個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，返回原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)輸出端Y輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖。因此，上圖所示電路為同步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換

6、圖和時(shí)序圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖如下圖所示中-TLTLrLrLrLrLL©01込狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的圓圈內(nèi)表示電路的一個(gè)狀態(tài)，即三個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)，箭頭表示電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向。箭頭線上方標(biāo)注的X/Y為轉(zhuǎn)換條件，X為電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換前輸入變量的取值，Y為輸出值，由于本例沒(méi)有輸入變量，故X未標(biāo)數(shù)值。 檢查電路能否自啟動(dòng)。三位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有8個(gè)狀態(tài)，由“狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖”可看出，只有6個(gè)狀態(tài)被利用了，這6個(gè)狀態(tài)稱為有效狀態(tài)。還有110和111沒(méi)有被利用，稱為無(wú)效狀態(tài)。將無(wú)效狀態(tài)110代入狀態(tài)方程中進(jìn)行計(jì)算,得三個(gè)輸出狀態(tài)為111,再將111代入狀態(tài)方程后得010,為有效狀態(tài)?？梢?jiàn)，該電路如果由于某種原因而進(jìn)入

7、無(wú)效狀態(tài)工作時(shí)，只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP,電路便會(huì)自動(dòng)返回到有效狀態(tài)工作，所以，該電路能夠自啟動(dòng)。二、異步時(shí)序邏輯電路的分析方法辭異步時(shí)序邏輯電路的分析方法和同步時(shí)序邏輯電路的基本相同，但在異步時(shí)序邏輯電路中，只有部分觸發(fā)器由計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)源CP觸發(fā)，而其它觸發(fā)器則由電路內(nèi)部信號(hào)觸發(fā)。在分析異步時(shí)序邏輯電路時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘條件，即應(yīng)寫出時(shí)鐘方程。這樣，各個(gè)觸發(fā)器只有在滿足時(shí)鐘條件后，其狀態(tài)方程才能使用。這也是異步時(shí)序邏輯電路在分析方法上與同步時(shí)序邏輯電路的根本不同點(diǎn)，應(yīng)引起足夠的重視。分析舉例例、試分析下圖所示電路的邏輯功能，并畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。FFa-1JOC1-IK-1JOC

8、L-IK也1J>C1IKRCP解：由上圖可看出，F(xiàn)Fi的時(shí)鐘信號(hào)輸入端未和輸入時(shí)鐘信號(hào)源CP相連，它是由FFo的Qo端輸出的負(fù)躍變信號(hào)來(lái)觸發(fā)的，所以是異步時(shí)序邏輯電路。 寫方程式:時(shí)鐘方程：CPo=CP2=CPFF0和FF2由CP的下降沿觸發(fā)。CPi=Q0FFi由Qo輸出的下降沿觸發(fā)。輸出方程：Y=Qf驅(qū)動(dòng)方程:廠Q嚴(yán)"Ja=QinQo11j%"Q。11*4=JgQ。"十Q。11=QjQq11Q嚴(yán)二山面+陌Qf=Q狀態(tài)方程:Q1=J2Q?+Q2r=QrQoQs11 列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表:狀態(tài)方程只有在滿足時(shí)鐘條件后，將現(xiàn)態(tài)的各種取值代入計(jì)算才是有效的。設(shè)現(xiàn)態(tài)為Q

9、fQfQQ=ooo,代入輸出方程和狀態(tài)方程中進(jìn)行計(jì)算，可以得出該邏輯電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出時(shí)鐘脈沖Q=nQinQ0nQ嚴(yán)or】Q嚴(yán)YCP2CP1CPoooooo1oIt1oo1o1oo111o1oo11o1t1o111oooII11ooooo1II表中的第一行取值，在現(xiàn)態(tài)Q=nQinQ03l=ooo時(shí)，先計(jì)算次態(tài)為Q嚴(yán)£嚴(yán)=oi,由于cpi=q0,其由0躍到1為正躍變，故FF1保持0態(tài)不變，這時(shí)Qq沖'Q嚴(yán)1Q嚴(yán)L=001。表中的第二行取值，在現(xiàn)態(tài)為QfQrQo”=ooi時(shí)，得Q產(chǎn)'Q嚴(yán)=oo,這時(shí)cp】=qo由1躍到o為負(fù)躍變，ffi由o態(tài)翻到1態(tài)，這時(shí)

10、Qh時(shí)'Q嚴(yán)iQ(L=010。其余依此類推。 邏輯功能說(shuō)明：由上表可看出，該電路在輸入第5個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，返回初始的000狀態(tài)，同時(shí)輸出端Y輸出一個(gè)負(fù)躍變的進(jìn)位信號(hào)，因此，該電路為異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表可畫出該電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖，如下圖所示。rp_TL_TL_rL_rL_rL©1!0117.3計(jì)數(shù)器教學(xué)要求°理解計(jì)數(shù)器的分類、理解計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)規(guī)律心掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的組成和工作原理°掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能及其應(yīng)用關(guān)于計(jì)數(shù)器的概述炒計(jì)數(shù)器：用以統(tǒng)計(jì)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP個(gè)數(shù)的電路，還常用于分頻和定時(shí)等。0計(jì)數(shù)器的

11、組成：有觸發(fā)器和邏輯門組成。計(jì)數(shù)器的分類：按照控制方式分：異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器。按照計(jì)數(shù)增減分：加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和加減法計(jì)數(shù)器。按照計(jì)數(shù)進(jìn)制分：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。計(jì)數(shù)器的“?！保河?jì)數(shù)器累計(jì)輸入脈沖的最大數(shù)目稱為“?！?，用M表示。一、異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖只加到部分觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上，而其它觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)則由電路內(nèi)部提供，應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器狀態(tài)更新有先有后的計(jì)數(shù)器，稱作異步計(jì)數(shù)器。1、異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(1)異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器:電路結(jié)構(gòu)及工作原理演示:二進(jìn)制工作原理.avi狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q0000

12、0010001200103001140100501016011070111810009100110101011101112110013110114111015111116邏輯功能分析由該表可看出：當(dāng)輸入第16個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，觸發(fā)器都返回到初始的Q3Q2Q1Q0=0000狀態(tài)計(jì)數(shù)器的Q3輸出一個(gè)負(fù)躍變的進(jìn)位信號(hào)。從輸入第17個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP開(kāi)始，計(jì)數(shù)器又開(kāi)始了新的環(huán)。可見(jiàn)，該電路為十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從其工作波形又可看出：輸入的計(jì)數(shù)脈沖每經(jīng)一級(jí)觸發(fā)器增加一倍，即頻率降低一半。所以，該計(jì)數(shù)器也是一個(gè)16分頻器。0D觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯圖Qicr_TLTLi|id-<3R>

13、C15->C1ID>C1ID>C1ID分析方法和邏輯功能同上述電路完全一樣。(2)異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)：二進(jìn)制減法運(yùn)算規(guī)則：1-1=0,0-1不夠，向相鄰高位借1作2，這時(shí)可視為(1)01=1。如二進(jìn)制數(shù)0000-1時(shí)，可視為(1)0000-1=1111；1111-1=1110，其余減法運(yùn)算以此類推。由上討論可知，4位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算的關(guān)鍵是在輸入第1個(gè)減法計(jì)數(shù)脈沖后，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)應(yīng)由0000翻到1111。O電路結(jié)構(gòu)：下圖所示為由JK觸發(fā)器組成的4位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的邏輯圖。FF3FFo都為T觸發(fā)器，負(fù)躍變觸發(fā)。為了能實(shí)現(xiàn)向相鄰高位觸發(fā)器輸出借位信號(hào)，要求低位觸

14、發(fā)器由0狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)時(shí)能使高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，因此，低位觸發(fā)器應(yīng)從Q端輸出借位信號(hào)。CP_TLTL-1JOC1-1£rRA-1J0>Cl1K-1JOC-1K-ir<>ci-1KcR工作原理:計(jì)數(shù)前在置0端商上加負(fù)脈沖，使各觸發(fā)器都為0狀態(tài)，即Q3Q2Q1Q0=0000狀態(tài)。在減法計(jì)數(shù)過(guò)程中，氐為高電平。當(dāng)輸入第一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，第一位觸發(fā)器FF°由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，師端輸出負(fù)躍變的借位信號(hào),使FF1由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，輸出負(fù)躍變的借位信號(hào)，使FF2由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)。同理，F(xiàn)F3也由0狀態(tài)翻到1狀態(tài)，輸出一個(gè)負(fù)躍變的借位信號(hào)，使計(jì)數(shù)器翻到Q3Q2Q1

15、Q0=1111。當(dāng)CP端輸入第二個(gè)減法計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=111O。工作波形:10ILL21314-15167評(píng)jmrLrLrLrLrLrLrLrLrLTLrLrwvo：TTaUTTIIIh'io00001111狀態(tài)轉(zhuǎn)換表:4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q0000001111121110311014110051011610107100181000901111001101101011201001300111400101500011600002、異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器是在4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)適當(dāng)修改獲得的。

16、它跳過(guò)了10101111六個(gè)狀態(tài)，利用自然二進(jìn)制數(shù)的前十個(gè)狀態(tài)00001001實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)。O狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001100000電路結(jié)構(gòu)：由4個(gè)JK觸發(fā)器組成的8421BCD碼異步十進(jìn)制計(jì)器的邏輯圖工作波形：12345678910涼j-LFLrLrLrLTLrLrLrLrLI(jg(gj(jJeo-L-T!IIiooiodoo3f1odoi030x810000003、集成異步計(jì)數(shù)器CT74LS290下圖左側(cè)所示為集成異步二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器CT74LS

17、290的電路結(jié)構(gòu)框圖（未畫出置0和置9輸入端）。由該圖可看出，CT74LS290由一個(gè)一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和一個(gè)五進(jìn)制計(jì)數(shù)器兩部分組成。下圖有側(cè)所示為CT74LS290的邏輯功能示意圖。圖中R°a和R°b為置0輸入端，S9A和S9B為置9輸入端。C-CT74LS290結(jié)構(gòu)框圖和邏輯功能示意圖So01Qi2CP】QA叫IBCT74LS290Q-CT74LS290功能表輸入輸出說(shuō)明Roa.RobR9A.R9BCPQ3Q2Q1Qo10X000001X1001001計(jì)數(shù)邏輯功能異步置0功能：當(dāng)R0=R0AR0b=1、S9=S9AS9B=0時(shí)，計(jì)數(shù)器置0,即QQ2QlQ0=0000。與時(shí)

18、鐘脈沖CP沒(méi)有關(guān)系。因此，這是異步置0。異步置9功能：當(dāng)S9=S9AS9B=1、R0=R0AR°b=0時(shí)，計(jì)數(shù)器置9，即Q3Q2QlQ0=1001，它也與CP無(wú)關(guān)。顯然這是異步置9。計(jì)數(shù)功能：當(dāng)R0AR0B=0、S9AS9B=0時(shí)，CT74LS290處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，有下面四種情況，即計(jì)數(shù)脈沖由CPo端輸入，從Q0輸出時(shí)，則構(gòu)成一位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)脈沖由CP1端輸入，輸出為Q3Q2Q1時(shí)，則構(gòu)成異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如Q0和CP1相連，脈沖由CPo端輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，構(gòu)成8421BCD碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。如Q3和CPo相連，脈沖由CP1端輸入，輸出為Q0Q3Q2Q1時(shí)，構(gòu)

19、成5421BCD碼異步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。O利用異步置0功能獲得N進(jìn)制（任意進(jìn)制）計(jì)數(shù)器利用計(jì)數(shù)器的異步置0功能可獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。這時(shí)，只要異步置0輸入端出現(xiàn)置0信號(hào)，計(jì)數(shù)器便立刻被置0。因此，利用異步置0輸入端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，應(yīng)在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通過(guò)控制電路（或反饋線）產(chǎn)生個(gè)置0信號(hào)加到異步置0輸入端上，使計(jì)數(shù)器置0,便實(shí)現(xiàn)了N進(jìn)制計(jì)數(shù)。具體方法如下：用Si，S2，Sn表示輸入1,2，N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。寫出N進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)Sn的二進(jìn)制代碼。寫出反饋歸零函數(shù)。這實(shí)際上是根據(jù)Sn寫置0端的邏輯表達(dá)式。畫連線圖。主要根據(jù)反饋歸零函數(shù)畫連線圖。例、試用CT74LS290構(gòu)

20、成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：寫出S6的二進(jìn)制代碼：S6=0110。 寫出反饋歸零函數(shù)。由于CT74LS290的異步置0信號(hào)為高電平1,因此，只有在Roa和Rob冋時(shí)為高電平1時(shí)，計(jì)數(shù)器才能被置0,所以Ro=R0AR°b=Q2Qi。 畫連線圖。由上式可知，要實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)，應(yīng)將R0A和R0B分別接Q2、Q1，同時(shí)將S9A和S9B接0。由于計(jì)數(shù)容量為6，大于5，還應(yīng)將Q0和CPi相連。0oa計(jì)數(shù)輸入CiC:CT7+LS290點(diǎn)擊進(jìn)入“同步計(jì)數(shù)器”7.4寄存器和移位寄存器教學(xué)要求°理解寄存器和移位寄存器的作用和工作原理°了解集成移位寄存器的作用0寄存器是存放數(shù)碼、運(yùn)算結(jié)果或指令

21、的電路，移位寄存器不但可存放數(shù)碼，而且在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼可根據(jù)需要向左或向右移位。寄存器和移位寄存器是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中常用的基本邏輯部件。說(shuō)一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)一位二進(jìn)制代碼，n個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ)n位二進(jìn)制代碼。因此，觸發(fā)器是寄存器和移位寄存器的重要組成部分。一、寄存器O用以存放二進(jìn)制代碼的電路稱作寄存器。下面請(qǐng)看寄存器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。二、移位寄存器遼具有存放數(shù)碼和使數(shù)碼逐位右移或左移的電路稱作移位寄存器，又稱移存器。1單向移位寄存器右移位寄存器電路結(jié)構(gòu)：下圖所示為由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位右移位寄存器。這4個(gè)D觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，因此為同步時(shí)序邏輯電路，數(shù)碼由FF

22、O的DO端串行輸入。說(shuō)右移位寄存器工作原理:移位寄存器-羽10右移位寄存器狀態(tài)表:移位脈沖輸入數(shù)據(jù)移位寄存器中的數(shù)據(jù)Q0Q1Q2Q300001000010010101101左移位寄存器電路結(jié)構(gòu)：下圖所示為由4個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器組成的4位左移位寄存器。其工作原理和右移位寄存器相同。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和右移寄存器類似，只有輸入、輸出方向上的區(qū)別。2雙向移位寄存器CT74LS194Qo2l&C3IlliCT74LS194CRDlDjDjriiiiCR0邏輯示意圖：右圖為4位雙向移位寄存器CT74LS194的邏輯功能示意圖。圖中CR為置零端，DoD3為并行輸入端，Dsr為右移串行數(shù)碼輸入端，Dsl為左

23、移串行數(shù)碼輸入端，Mo和Mi為工作方式控制端，QoQ3為并行數(shù)碼輸出端，CP為移位脈沖輸入端。牡邏輯功能圖：輸入輸出說(shuō)明CRM1M0CPDslDsrD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30XXXXXXXXX00001XX0XXXXXX保持111fXXdod1d2d3d0d1d2d3101tX1XXXX1Q0Q1Q2101fX0XXXX0Q0Q1Q2110tX1XXXXQ1Q2Q31101tX0XXXXQ1Q2Q30100XX1XXXX保持三、移位寄存器的應(yīng)用1.環(huán)形計(jì)數(shù)器炒邏輯圖:Qo01偽09>C1I>C1I>C1I>C1CP計(jì)裁軸入蛙工作波形：123456TTJ-LTT-

24、rLTITLa-12i11a1込狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表:計(jì)數(shù)脈沖現(xiàn)態(tài)次態(tài)Q?Q?Q5+1Q評(píng)Q?+1Q評(píng)00010010001001000100100010000001炒邏輯功能：4位環(huán)形計(jì)數(shù)器只有4個(gè)有效工作狀態(tài)，即只能計(jì)4個(gè)數(shù)。而由4個(gè)觸發(fā)器組成的二進(jìn)制計(jì)16個(gè)不同的狀態(tài)，因此，4位環(huán)形計(jì)數(shù)器有12個(gè)無(wú)效狀態(tài)，所以，環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)利用率是如環(huán)形計(jì)數(shù)器由于某種原因而進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP,電路就會(huì)自動(dòng)返回有效作。2扭環(huán)計(jì)數(shù)器（約翰遜計(jì)數(shù)器）邏輯圖:0工作波形:123456789嚴(yán)_rLrLrLrLrLrLrLrLn©|n 一|©II狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表:計(jì)數(shù)脈沖現(xiàn)態(tài)

25、次態(tài)Q5Q?Q5+1of1Q?+1Q評(píng)0000000100010011001101110111111111111110111011001100100010000000邏輯功能:4位扭環(huán)計(jì)數(shù)器共有8個(gè)有效工作狀態(tài)，即可計(jì)8個(gè)數(shù)，比環(huán)形計(jì)數(shù)器多了一倍，但仍有狀態(tài)。如果由于某種原因進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)時(shí)，只要繼續(xù)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP，電路就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入有效狀七進(jìn)制扭環(huán)計(jì)數(shù)器介紹:CPCT74LS1MMfl%CR%DjDzDa1XXXX上圖所示為由雙向移位寄存器CT74LS194組成的扭環(huán)計(jì)數(shù)器。由該圖可看出：它是將輸出Q3和Q2的信號(hào)通過(guò)與非門加在右移串行輸入端Dsr上，即Ds它說(shuō)明，在輸出Q3、Q2中任一為0時(shí)

26、，Dsr=1；只有Q3和Q2同時(shí)為1時(shí)，Dsr=O，這是Dsr輸入據(jù)的根據(jù)。設(shè)雙向移位寄存器CT74LS194的初始狀態(tài)為QoQ1Q2Q3=1OOO,置0端更為高電平1。Mo=01，因此，電路在計(jì)數(shù)脈沖CP作用下，執(zhí)行右移操作。四、順序脈沖發(fā)生器順序脈沖是指在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，在時(shí)間上按一定先后順序排列的脈沖信號(hào)。產(chǎn)生順序脈沖信號(hào)的電路稱為順序脈沖發(fā)生器。在數(shù)字系統(tǒng)中，常用以控制某些設(shè)備按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行運(yùn)算或操作。qGi0a111卜Mt1CT74LS1940D血DgtCRDqDD?D?¥Illi10001右圖所示為由雙向移位寄存器CT74LS194構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器。當(dāng)取MiM

27、o=10、尿=1、D°DiD2D3=0001，并使電路處于Q0Q1Q2Q3=D0D1D2D3=0001，同時(shí)將Q0和左移串行數(shù)碼輸入端Dsl相連時(shí)，這時(shí)，隨著移位脈沖CP的輸入，電路開(kāi)始左移操作，由Q3Q0端依次輸出順序脈沖。順序脈沖的寬度為CP的一個(gè)周期。它實(shí)際上也是一個(gè)環(huán)形計(jì)數(shù)方器。下圖所示為其工作波形圖:12345678繆一TLrLTLrLrLrLrLr0120右圖所示為由同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CP(30CACRS%DltfDl匚Xlla_5>rlIi一巧耳吒_耳耳S2USHWCT74LS161和輸出低電平有效的3線一8線譯碼器CT74LS138構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器。由于CT7

28、4LS161輸出Q2、Ql、Qo的狀態(tài)按自然二進(jìn)制序態(tài)從000111循環(huán)變化，因此，它可作為譯碼器CT74LS138的三位二進(jìn)制代碼輸入，分別與A2、Ai、Ao對(duì)應(yīng)相連。這時(shí)電路在輸入計(jì)數(shù)脈沖CP作用下，譯碼器的07依次輸出低電平順序脈沖。0為了防止產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，這里將計(jì)數(shù)脈沖CP經(jīng)非門反相后作為選通脈沖CP接到CT74LS138的使能端SAT上來(lái)控制譯碼器的工作。當(dāng)輸入計(jì)數(shù)脈沖CP的上升沿到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，與此同時(shí),非門輸出CP使CTA為低電平0,譯碼器被封鎖而停止工作，07輸出高電平。當(dāng)CP下降沿到來(lái)后，CP為高電平1,這時(shí)STA=1,譯碼器工作，相應(yīng)輸出端輸出低電平。由上分析可

29、看出，選通脈沖CP使譯碼器的譯碼工作時(shí)間和計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)間錯(cuò)開(kāi)了，從而有效地消除了競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象。0下圖所示為其工作波形圖：1234578-TLrLrLrLTLrLrLrLrLTE-LI7.5同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)教學(xué)要求O了解同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法0同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與分析正好相反，它是根據(jù)給定邏輯功能的要求，設(shè)計(jì)出能滿足要求的同步時(shí)序邏輯電路。一、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法如下:根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。辭狀態(tài)化簡(jiǎn)。在擬定狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)，在滿足邏輯功能要求的前提下，電路越簡(jiǎn)單越好。O狀態(tài)分配，列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表?；?jiǎn)后的電路狀態(tài)通常采用自

30、然二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。每個(gè)觸發(fā)器表示一位二進(jìn)制數(shù)，因此，觸發(fā)器的數(shù)目n可按下式確定：2n>N>2"-i0選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、輸出方程。0根據(jù)驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫邏輯圖。遵檢查電路有無(wú)自啟動(dòng)能力。如設(shè)計(jì)的電路存在無(wú)效狀態(tài)時(shí)，應(yīng)檢查電路進(jìn)入無(wú)效狀態(tài)后，能否在時(shí)鐘脈沖作用下自動(dòng)返回有效狀態(tài)工作。如能回到有效狀態(tài)，則電路有自啟動(dòng)能力；如不能，則需修改設(shè)計(jì)，使電路具有自啟動(dòng)能力。二、同步時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)舉例例、試設(shè)計(jì)一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)定狀態(tài)，畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。由于是七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，因此，應(yīng)有7個(gè)不同的狀態(tài)。分別用So,Si，S6表示，在狀

31、態(tài)為S6時(shí)輸出Y=1。當(dāng)輸入第7個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器返回初始狀態(tài)，同時(shí)，輸出Y向高位計(jì)數(shù)器送出一個(gè)進(jìn)位脈沖。/I 狀態(tài)化簡(jiǎn)。七進(jìn)制計(jì)數(shù)器應(yīng)有7個(gè)不同的狀態(tài)，已不能再作狀態(tài)化簡(jiǎn)。 狀態(tài)分配，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表。根據(jù)式2n>N>2n_1可知，在n=7時(shí)，n=3，即采用三位二進(jìn)制代碼。該計(jì)數(shù)器選用三位自然二進(jìn)制加法計(jì)-1數(shù)編碼，即S0=000，S1=001,，S6=110。由此可列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換編碼表：狀態(tài)順序現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Q；QoQ評(píng)Qf1qS+1Y0000010001010001001100111000100101010111001100001 選擇觸發(fā)器的類型，求出狀態(tài)方程，驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。這里選用JK觸發(fā)器，其特性方程為：根據(jù)上表可以得出Q?+1Q?+1Q5+1y的卡諾圖:il+12Q1QSQ?00001111000CD0ia1)i0根據(jù)卡諾圖地：輸出方程：丫二Q艸Q?+1Q”1QfQ臟界富Q?GoOT+