數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)之時序邏輯電路

1、(5-1)電子技術(shù)電子技術(shù)數(shù)字電路部分數(shù)字電路部分第五章第五章 時序邏輯電路時序邏輯電路(5-2)第五章第五章 時序邏輯電路時序邏輯電路5.1 概述概述5.2 寄存器寄存器 5.4 計數(shù)器的設(shè)計計數(shù)器的設(shè)計 5.5 計數(shù)器的應(yīng)用舉例計數(shù)器的應(yīng)用舉例 5.3 計數(shù)器的分析計數(shù)器的分析(5-3) 時序電路時序電路必然具有記憶必然具有記憶功能，因而組功能，因而組成時序電路的成時序電路的基本單元是觸基本單元是觸發(fā)器。發(fā)器。時序邏輯電路的特點時序邏輯電路的特點 在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且而且還和電路原來的狀

2、態(tài)有關(guān)還和電路原來的狀態(tài)有關(guān)者，都者，都叫做時序邏輯電路，簡稱叫做時序邏輯電路，簡稱時序電路時序電路。組合邏輯電路組合邏輯電路存儲功能存儲功能.XQYD5.1 概述概述(5-4)xix1y1yi組合電路邏輯組合電路邏輯組合邏輯電路組合邏輯電路存儲電路存儲電路yiy1x1xid1diqiq1外部外部輸入輸入外部外部輸出輸出F-FF-F控制輸入控制輸入F-FF-F狀態(tài)輸出狀態(tài)輸出(5-5)X外部輸入外部輸入Y外部輸出外部輸出D觸發(fā)器的控制輸入觸發(fā)器的控制輸入Q觸發(fā)器的狀態(tài)輸出觸發(fā)器的狀態(tài)輸出時序電路的結(jié)構(gòu)時序電路的結(jié)構(gòu)：1）由組合電路和存儲電路（觸發(fā)器）構(gòu)成。）由組合電路和存儲電路（觸發(fā)器）構(gòu)成。

3、2）觸發(fā)器的狀態(tài)與電路的輸入信號共同決定了）觸發(fā)器的狀態(tài)與電路的輸入信號共同決定了 電路的輸出。電路的輸出。(5-6)從電路結(jié)構(gòu)上看從電路結(jié)構(gòu)上看組合電路不含存儲信息的觸發(fā)器等元件。時序電路定含有存儲信息的元件觸發(fā)器。從功能描述上看從功能描述上看 組合電路組合電路 時序電路時序電路1.輸出方程輸出方程Y = F ( X ) 1.輸出方程輸出方程Y=F1(X,Qn)2.真值表真值表 2.驅(qū)動方程驅(qū)動方程D=F2(X,Qn) 3.狀態(tài)方程狀態(tài)方程Qn+1=F3(D,Qn) 4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(5-7)5.2 時序邏輯電路的一般分析方法時序邏輯電路的一般分析方法一、分析時序邏輯電路的一般步驟一

4、、分析時序邏輯電路的一般步驟 1由邏輯圖寫出下列各邏輯方程式： （1）各觸發(fā)器的時鐘方程。 （2）時序電路的輸出方程。 （3）各觸發(fā)器的驅(qū)動方程。 2將驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，求得時序邏輯電路的狀態(tài)方程。 3根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出該時序電路的狀態(tài)表，畫出狀態(tài)圖或時序圖。 4根據(jù)電路的狀態(tài)表或狀態(tài)圖說明給定時序邏輯電路的邏輯功能。(5-8)解：該電路為同步時序邏輯電路，時鐘方程可以不寫。（1）寫出輸出方程： 1J1KC11J1KC11Q0QCPXZ=1=1=1&FF1FF011nnQQXZ01)(nQXJ1010KnQXJ0111K （2）寫出驅(qū)動方程：二、同步時序邏輯電路的分析

5、舉例二、同步時序邏輯電路的分析舉例例例5.2.1：試分析圖：試分析圖5.2.2所示的時序邏輯電路。所示的時序邏輯電路。(5-9)（3）寫出JK觸發(fā)器的特性方程，然后將各驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：輸出方程簡化為：由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。1Q0Q000110/0/0/15.2.3 X=0時的狀態(tài)圖nnnnnQQXQKQJQ01000010)(nnnnnQQXQKQJQ10111111)(nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01（4）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表及狀態(tài)圖 當X=0時：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：(5-10)由此作出狀態(tài)表及狀態(tài)圖。將X=0與X=1的狀態(tài)圖合并

6、起來得完整的狀態(tài)圖。0001100/00/00/11/11/01/01Q Q0001001/1/0/05.2.4 X=1時的狀態(tài)圖nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01當當X=1時：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：時：觸發(fā)器的次態(tài)方程簡化為：輸出方程簡化為：輸出方程簡化為：1Q0Q000110/0/0/15.2.3 X=0時的狀態(tài)圖(5-11)（5）畫時序波形圖。0001100/00/00/11/11/01/0根據(jù)狀態(tài)表或狀態(tài)圖，根據(jù)狀態(tài)表或狀態(tài)圖，可畫出在可畫出在CP脈沖作用下電路的時序圖。脈沖作用下電路的時序圖。(5-12)（6）邏輯功能分析：當當X=1=1時，按照減時，按照減1

7、1規(guī)律從規(guī)律從1001001010010010循環(huán)變化，循環(huán)變化，并每當轉(zhuǎn)換為并每當轉(zhuǎn)換為0000狀態(tài)（最小數(shù)）時，輸出狀態(tài)（最小數(shù)）時，輸出Z=1=1。該電路一共有3個狀態(tài)00、01、10。當當X=0=0時，按照加時，按照加1 1規(guī)律規(guī)律從從0001100000011000循環(huán)變化，循環(huán)變化，并每當轉(zhuǎn)換為并每當轉(zhuǎn)換為1010狀態(tài)（最大數(shù)）時，輸出狀態(tài)（最大數(shù)）時，輸出Z=1=1。所以該電路是一個可控的3進制計數(shù)器。0001100/00/00/11/11/01/0圖5.2.5 例5.2.1完整的狀態(tài)圖(5-13)三、異步時序邏輯電路的分析舉例三、異步時序邏輯電路的分析舉例例5.2.2：試分析圖

8、5.2.7所示的時序邏輯電路該電路為異步時序邏輯電路。具體分析如下：該電路為異步時序邏輯電路。具體分析如下：（1）寫出各邏輯方程式。時鐘方程：時鐘方程：CP0=CP （時鐘脈沖源的上升沿觸發(fā)。）CP1 1= =Q0 0 （當（當FF0 0的的Q0 0由由0101時，時，Q1 1才可能改變狀態(tài)。）才可能改變狀態(tài)。）(5-14)（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。（2）將各驅(qū)動方程代入D觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：1111nnQDQnnQDQ0010（CP由由01時此式有效）時此式有效） （Q0由由01時此式有效）時此式有效） 輸出方程：輸出方程：各觸發(fā)器的驅(qū)動方程：各觸發(fā)器的驅(qū)動方程：(5-15)（

9、5 5）邏輯功能分析）邏輯功能分析 由狀態(tài)圖可知：該電路一共有由狀態(tài)圖可知：該電路一共有4個狀態(tài)個狀態(tài)00、01、10、11，在時，在時鐘脈沖作用下，按照減鐘脈沖作用下，按照減1規(guī)律循環(huán)變化，所以是一個規(guī)律循環(huán)變化，所以是一個4進制減進制減法計數(shù)器，法計數(shù)器，Z是借位信號。是借位信號。Q/0/0/110111000Q/001Z1QCPQ0（4）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時序圖。(5-16)5.2 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器1寄存器寄存器1. 寄存器的寄存器的定義定義 能夠暫存數(shù)據(jù)的部件。 寄存器的寄存器的功能功能 接收、存放、傳送數(shù)據(jù)。寄存器的寄存器的組成組成 觸發(fā)器及門電路。說明：對寄存器中的

10、觸發(fā)器只要求它具有置1、 置0的功能即可，因而無論用何種類型的 觸發(fā)器都可組成觸發(fā)器。(5-17)2. 寄存器的寄存器的種類種類1）并行輸入寄存器并行輸入寄存器 輸入數(shù)據(jù)可同時送入寄存器內(nèi)。 2）串行輸入寄存器串行輸入寄存器 亦稱“移位寄存器”，數(shù)據(jù)串行輸入，有左移、右移、雙向移位。 (5-18)Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)取數(shù)脈沖脈沖接收接收脈沖脈沖( CP )A0-A3：待存數(shù)據(jù)：待存數(shù)據(jù)Q0-Q3：輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) 工作過程：工作過程：接收脈沖到達后，將待存數(shù)據(jù)送接收脈沖到達后，將待存數(shù)據(jù)送至各至各D觸發(fā)器觸發(fā)器 ， 取數(shù)脈沖加入后將所存數(shù)據(jù)取數(shù)脈

11、沖加入后將所存數(shù)據(jù)送出。送出。 四位數(shù)碼寄存器四位數(shù)碼寄存器(5-19)5.2.2 移位寄存器移位寄存器 所謂所謂“移位移位”，就是將寄存器所存各，就是將寄存器所存各位位 數(shù)據(jù)，在每個移位脈沖的作用下，向左數(shù)據(jù)，在每個移位脈沖的作用下，向左或向右移動一位。根據(jù)移位方向，常把它或向右移動一位。根據(jù)移位方向，常把它分成分成左移寄存器左移寄存器、右移寄存器右移寄存器 和和 雙向移雙向移位寄存器位寄存器三種：三種：寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器雙向雙向移位移位(c)(5-20) 根據(jù)移位數(shù)根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸據(jù)的輸入輸出方式，又可出方式，又可將它分為將它分為串串行行輸

12、輸入入串串行輸行輸出出、串串行輸行輸入入并并行輸行輸出出、并并行輸行輸入入串串行輸行輸出出和和并并行行輸輸入入并并行輸行輸出出四種電路結(jié)四種電路結(jié)構(gòu)：構(gòu)：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF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(5-21)用波形圖表示如下：用波形圖表示如下：輸入輸入D 1011Q3Q2Q1Q0CPCP0 00 00 01 10 00 01 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 11 10 00 01 11 11 1(5-22)(5-23)1）框圖框圖控制方式選擇控制方式選擇Q0Q1Q3Q2D0D

13、1D3D2DIRDILCPS1S0DR74LS194右移送數(shù)端右移送數(shù)端左移送數(shù)端左移送數(shù)端異步清零異步清零并行數(shù)據(jù)輸入并行數(shù)據(jù)輸入并行數(shù)據(jù)輸出并行數(shù)據(jù)輸出移位時鐘移位時鐘(5-24)2）工作方式控制工作方式控制S1 S0 RD CP 工作方式0 0 1 保持0 1 1 右移（ DIL= ）1 0 1 左移（ DIR= ）1 1 1 并行加載 0 異步清零(5-25)3）功能功能這是一種功能較齊全的移位寄存器，具有清零、左移、右移、并行加載、保持五種功能。32101n31n21n11n0n3n2n1n01n31n21n11n0DDDDQQQQQQQQQQQQ 并行加載保持(5-26)4）用用7

14、419474194實現(xiàn)左移、右移及實現(xiàn)左移、右移及 并行加載。并行加載。CP Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL數(shù)據(jù)011右移串出(5-27)CP Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL 數(shù)據(jù)101左移串出(5-28)CPQ0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL 111并行加載（4位并行數(shù)據(jù)輸入）(5-29)Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL11CP1 0 0 0用74194構(gòu)成環(huán)型計數(shù)器：有 2N - N種無效狀態(tài)，無自啟動能力

15、。1000010000010010Q0Q1Q2Q3 啟動(5-30)Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL11CP0 1 1 1Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL111 1 1 1預(yù)置單脈沖例：用74194構(gòu)成廣告流水燈電路。(5-31)例3. M=7Q0Q1Q3Q2D0D1D3D2DIRS1S0D DR R74LS194DIL01CP &Q0Q1Q2Q3 00001000000100111100111001111111(5-32)計數(shù)器的功能和分類計數(shù)器的功能和分類1. 計數(shù)器的計數(shù)器的功能功能 記憶輸入脈沖

16、的個數(shù)。用于定時、分記憶輸入脈沖的個數(shù)。用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進行數(shù)字運算等等。頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進行數(shù)字運算等等。2. 計數(shù)器的計數(shù)器的分類分類同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。有時也用計數(shù)器的計數(shù)循環(huán)規(guī)律有時也用計數(shù)器的計數(shù)循環(huán)規(guī)律(或稱或稱模數(shù)模數(shù))來區(qū)分各種不同的計數(shù)器，如二來區(qū)分各種不同的計數(shù)器，如二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器、二十進制計數(shù)器等等。進制計數(shù)器等等。5.4 計數(shù)器計數(shù)器(5-33)5.4.1 異步計數(shù)器異步計數(shù)器工作原理：工作原理： 4個個JK觸發(fā)器

17、都接成觸發(fā)器都接成T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 每當每當Q2由由1變變0，F(xiàn)F3向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。 每來一個每來一個CP的下降沿時，的下降沿時，F(xiàn)F0向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次； 每當每當Q0由由1變變0，F(xiàn)F1向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次； 每當每當Q1由由1變變0，F(xiàn)F2向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ一、一、二進制計數(shù)器二進制計數(shù)器1 1二進制異步計數(shù)器二進制異步計數(shù)器 （1 1）二進制異步加法計數(shù)器（

18、）二進制異步加法計數(shù)器（4 4位）位） (5-34)由時序圖可以看出，由時序圖可以看出，Q0 0、Ql、Q2 2、Q3 3的周期分別是計數(shù)脈沖的周期分別是計數(shù)脈沖( (CP) )周周期的期的2 2倍、倍、4 4倍、倍、8 8倍、倍、1616倍，因而計數(shù)器也可作為分頻器。倍，因而計數(shù)器也可作為分頻器。CPQ0Q1Q2Q3用用“觀察法觀察法”作出該電路的時序波形圖和狀態(tài)圖。作出該電路的時序波形圖和狀態(tài)圖。(5-35)工作原理：工作原理：D觸發(fā)器也都接成觸發(fā)器也都接成T觸發(fā)器觸發(fā)器。 由于是上升沿觸發(fā)，則應(yīng)將低位觸發(fā)器的由于是上升沿觸發(fā)，則應(yīng)將低位觸發(fā)器的Q端與相鄰高位觸發(fā)器的端與相鄰高位觸發(fā)器的時

19、鐘脈沖輸入端相連，即從時鐘脈沖輸入端相連，即從Q端取借位信號。端取借位信號。 它也同樣具有分頻作用。它也同樣具有分頻作用。C1CPFF31DQ3計數(shù)脈沖QRQ31DQQ22FFC1R2Q1DQQ11FFC1R1Q1DQQ00FFC1R0Q清零脈沖CR（2 2）二進制異步減法計數(shù)器）二進制異步減法計數(shù)器用用4 4個上升沿觸發(fā)的個上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器組成的觸發(fā)器組成的4 4位異步二進制減法計數(shù)器。位異步二進制減法計數(shù)器。(5-36)231 0QQQ Q0000111111101101110010111001101010000111011001010100001100100001CPQ0Q1Q2Q3

20、二進制異步減法計數(shù)器的二進制異步減法計數(shù)器的時序波形圖和狀態(tài)圖。時序波形圖和狀態(tài)圖。在異步計數(shù)器中，高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在相鄰觸發(fā)器產(chǎn)生進位信號在異步計數(shù)器中，高位觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)必須在相鄰觸發(fā)器產(chǎn)生進位信號（加計數(shù)）或借位信號（減計數(shù)）之后才能實現(xiàn)，所以工作速度較低。（加計數(shù)）或借位信號（減計數(shù)）之后才能實現(xiàn)，所以工作速度較低。為了提高計數(shù)速度，可采用同步計數(shù)器。為了提高計數(shù)速度，可采用同步計數(shù)器。(5-37)由于該計數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強，只需用由于該計數(shù)器的翻轉(zhuǎn)規(guī)律性較強，只需用“觀察法觀察法”就可設(shè)計出電路：就可設(shè)計出電路：因為是因為是“同步同步”方式，方式，所以將所有觸發(fā)器的所以將

21、所有觸發(fā)器的CPCP端連在一起，接計端連在一起，接計數(shù)脈沖。數(shù)脈沖。 然后分析狀態(tài)圖，然后分析狀態(tài)圖，選擇適當?shù)倪x擇適當?shù)腏KJK信號。信號。2 2二進制同步計數(shù)器二進制同步計數(shù)器（1 1）二進制同步加法計數(shù)器）二進制同步加法計數(shù)器(5-38)1KR3FFC1Q1JRFFQC1C12FFC1CP1RQQ0&21KFF&3清零脈沖1JQ&計數(shù)脈沖RQ&1KQ1J11J1KQ0CR分析狀態(tài)圖可見：分析狀態(tài)圖可見：FF0 0：每來一個：每來一個CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J0 0= =K0 0=1=1。FF1 1：當：當Q0 0=1=1時，來一個時，來一個CP，向相

22、反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J1 1= =K1 1= = Q0 0 。FF2 2：當：當Q0 0Q1 1=1=1時，時， 來一個來一個CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J2 2= =K2 2= = Q0 0Q1 1FF3 3： 當當Q0 0Q1 1Q2 2=1=1時，時， 來一個來一個CP，向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所向相反的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選以選J3 3= =K3 3= = Q0 0Q1 1Q2 21(5-39)將加法計數(shù)器和減法計數(shù)器合并起來，并引入一加將加法計數(shù)器和減法計數(shù)器合并起來，并引入一加/ /減控制信號減控制信號X便構(gòu)成便構(gòu)成4

23、4位二進制同步可逆計數(shù)器，各觸發(fā)器的驅(qū)動方程為：位二進制同步可逆計數(shù)器，各觸發(fā)器的驅(qū)動方程為：就構(gòu)成了就構(gòu)成了4 4位二進制同步減法計數(shù)器。位二進制同步減法計數(shù)器。w（3 3）二進制同步可逆計數(shù)器）二進制同步可逆計數(shù)器（2 2）二進制同步減法計數(shù)器）二進制同步減法計數(shù)器分析分析4 4位二進制同步減法計數(shù)器的狀態(tài)表，很容易看出，只要將各觸發(fā)器位二進制同步減法計數(shù)器的狀態(tài)表，很容易看出，只要將各觸發(fā)器的驅(qū)動方程改為：的驅(qū)動方程改為：(5-40)作出二進制同步可逆計數(shù)器的邏輯圖：作出二進制同步可逆計數(shù)器的邏輯圖：當控制信號當控制信號X=0時，時，F(xiàn)F1FF3中的各中的各J、K端分別與低位各觸發(fā)器的端

24、分別與低位各觸發(fā)器的端相連，作減法計數(shù)。端相連，作減法計數(shù)。實現(xiàn)了可逆計數(shù)器的功能。實現(xiàn)了可逆計數(shù)器的功能。QR02Q11JQCRRQFF清零脈沖FFC10C11K1K計數(shù)脈沖1K1QC12RCPQ1J1FF1J1J1KQR3C1FF3Q&111X 加/減控制信號Q當控制信號當控制信號X=1時，時，F(xiàn)F1FF3中的各中的各J、K端分別與低位各觸發(fā)器的端分別與低位各觸發(fā)器的Q端相連，作加法計數(shù)。端相連，作加法計數(shù)。(5-41)當當N=2n時，就是前面討論的時，就是前面討論的n位二進制計數(shù)器；位二進制計數(shù)器；當當N2n時，為非二進制計數(shù)器。非二進制計數(shù)時，為非二進制計數(shù)器。非二進制計數(shù)器中最常用的

25、是十進制計數(shù)器。器中最常用的是十進制計數(shù)器。二、非二進制計數(shù)器二、非二進制計數(shù)器N進制計數(shù)器又稱模進制計數(shù)器又稱模N計數(shù)器。計數(shù)器。(5-42)1 1 84218421BCD碼同步十進制加法計數(shù)器碼同步十進制加法計數(shù)器QQ1KR1J2QC10C111JFFRQ計數(shù)脈沖清零脈沖CR0Q1JRFFQ11KC13FF1KRFFC1CP2Q1Q1K1J3&用前面介紹的同步時序邏輯電路分析方法對該電路進行分析。用前面介紹的同步時序邏輯電路分析方法對該電路進行分析。（1）寫出驅(qū)動方程：）寫出驅(qū)動方程：10J10KnnQQJ031nQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK (

26、5-43)（2）轉(zhuǎn)換成次）轉(zhuǎn)換成次然后將各驅(qū)動方程代入然后將各驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：器的次態(tài)方程： nnQQJ03110J10KnQK01nnQQJ012nnQQK012nnnQQQJ0123n03QK nnnQKQJQ1nnnnQQKQJQ0000010nnnnnnnnQQQQQQKQJQ10103111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ201201222212nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ303012333313先寫出先寫出JK觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程(5-44)設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為Q3 3Q2 2Q1

27、1Q0 0=0000=0000，代入次態(tài)方程進行計算，代入次態(tài)方程進行計算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表如表5.3.55.3.5所示。所示。（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。(5-45)2310QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111CPQ0Q1Q2Q312345678910（4 4）作狀態(tài)圖及時序圖。）作狀態(tài)圖及時序圖。(5-46) 由于電路中有由于電路中有4個觸發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有個觸發(fā)器，它們的狀態(tài)組合共有16種。而在種。而在8421BCD碼計數(shù)器中只用了碼計數(shù)器中只用了10種，稱為有效狀態(tài)。其余種，稱為有效狀態(tài)。其余6種狀態(tài)種狀態(tài)

28、稱為無效狀態(tài)。稱為無效狀態(tài)。當由于某種原因，使計數(shù)器進入無效狀態(tài)時，如果能在時鐘信號作當由于某種原因，使計數(shù)器進入無效狀態(tài)時，如果能在時鐘信號作用下，最終進入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有用下，最終進入有效狀態(tài)，我們就稱該電路具有自啟動自啟動能力能力。231 0QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111101010111101110011111110有效循環(huán)（5）檢查電路能否自啟動）檢查電路能否自啟動用同樣的分析的方法分別求出用同樣的分析的方法分別求出6種無效狀態(tài)下的次態(tài)，得到完整的狀種無效狀態(tài)下的次態(tài)，得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖?？梢姡撚嫈?shù)器能夠自啟

29、動。態(tài)轉(zhuǎn)換圖。可見，該計數(shù)器能夠自啟動。(5-47)CP2 2= =Q1 1 （當（當FF1 1的的Q1 1由由1010時，時，Q2 2才可能改變狀態(tài)。）才可能改變狀態(tài)。）用前面介紹的異步時序邏輯電路分析方法對該電路進行分析：用前面介紹的異步時序邏輯電路分析方法對該電路進行分析：（1 1）寫出各邏輯方程式。）寫出各邏輯方程式。 時鐘方程：時鐘方程： CP0 0= =CP （時鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）（時鐘脈沖源的下降沿觸發(fā)。）CP1 1= =Q0 0 （當（當FF0 0的的Q0 0由由1010時，時，Q1 1才可能改變狀態(tài)。才可能改變狀態(tài)。) )CP3 3= =Q0 0 （當（當FF0 0的的

30、Q0 0由由1010時，時，Q3 3才可能改變狀態(tài)才可能改變狀態(tài)) )1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ&28421BCD碼異步十進制加法計數(shù)器碼異步十進制加法計數(shù)器(5-48)1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR計數(shù)脈沖清零脈沖QQQQ&各觸發(fā)器的驅(qū)動方程：各觸發(fā)器的驅(qū)動方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313K(5-49)（2）將各驅(qū)動方程代入）將各驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，得各觸發(fā)觸發(fā)器的特

31、性方程，得各觸發(fā)器的次態(tài)方程：器的次態(tài)方程：10J10KnQJ3111K12J12KnnQQJ12313KnnnnQQKQJQ0000010（CP由10時此式有效） nnnnnQQQKQJQ13111111（Q0由10時此式有效） nnnnQQKQJQ2222212（Q1由10時此式有效） nnnnnnQQQQKQJQ312333313（Q0由10時此式有效） (5-50)設(shè)初態(tài)為設(shè)初態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0000，代入次態(tài)方程進行計算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。，代入次態(tài)方程進行計算，得狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。（3）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。）作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。(5-51)二二- -五五- -十十進制異步計數(shù)器進制異步計數(shù)器1.

32、1. 框圖框圖M=5 M=2Q0Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D30CP1CP(5-52)CP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D354LS196 M=2M=2計數(shù)器的計數(shù)脈沖計數(shù)器的計數(shù)脈沖 M=5M=5計數(shù)器的計數(shù)脈沖計數(shù)器的計數(shù)脈沖Q Q0 0 Q Q3 3計數(shù)器的輸出計數(shù)器的輸出D D0 0 D D3 3計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸入 異步清零輸入端異步清零輸入端 異步清零輸入端異步清零輸入端0CP1CPCRLD/CT(5-53)3. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1）M=2計數(shù)器CP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D354LS196CP

33、輸出(5-54)2）M=5計數(shù)器CP輸 出CP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D354LS196(5-55)3）M=10計數(shù)器CP最低位最高位CP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3 D0 D1 D2 D354LS196(5-56)例. M=100CP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D354LS196(個位)CPCP0CP1Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D354LS196(十位)權(quán)：1 2 4 8 10 20 40 80(5-57)(5-58)(5-59)(5-60)5.4.3 N進制計數(shù)器進制計數(shù)器1. 由觸發(fā)器構(gòu)成的由觸發(fā)器構(gòu)成的N進制計數(shù)器進制計數(shù)器例

34、：設(shè)計例：設(shè)計8421BCD碼同步十進制加法計數(shù)器碼同步十進制加法計數(shù)器l確定觸發(fā)器的級數(shù)和類型確定觸發(fā)器的級數(shù)和類型l列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件表列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件表l求驅(qū)動方程求驅(qū)動方程l畫出邏輯圖畫出邏輯圖l校驗校驗(5-61)1.確定觸發(fā)器的級數(shù)和類型確定觸發(fā)器的級數(shù)和類型 一般采用一般采用JK觸發(fā)器或觸發(fā)器或D觸發(fā)器觸發(fā)器，因，因為集成產(chǎn)品中只提供這兩個品種。為集成產(chǎn)品中只提供這兩個品種。 由于由于JK觸發(fā)器的邏輯功能最齊全，觸發(fā)器的邏輯功能最齊全，設(shè)計結(jié)果往往比較簡單，所以經(jīng)常用設(shè)計結(jié)果往往比較簡單，所以經(jīng)常用JK觸發(fā)器，在大規(guī)模集成電路中則經(jīng)觸發(fā)器，在大規(guī)模集成電路中則經(jīng)

35、常采用常采用D觸發(fā)器。觸發(fā)器。(5-62)2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件表列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件表(5-63)3.求驅(qū)動方程求驅(qū)動方程(5-64)4.畫出邏輯圖畫出邏輯圖5.校驗校驗(5-65)(5-66)(5-67)2. 移位寄存器型移位寄存器型N進制計數(shù)器進制計數(shù)器1.1.環(huán)型計數(shù)器環(huán)型計數(shù)器（M = NM = N）D1 Q1D2 Q2D3 Q3D0 Q0CPQ0Q1Q2Q3 1000010000010010主循環(huán)主循環(huán)(5-68)110001101001001111011110101101111010000001011111無效循環(huán)無效循環(huán)(5-69)123CP41234Q0Q1Q2

36、Q3(5-70)自啟動邏輯電路的設(shè)計自啟動邏輯電路的設(shè)計（1）將正常時序和多余狀態(tài)排列成表）將正常時序和多余狀態(tài)排列成表（2）根據(jù)要求寫出各狀態(tài)反饋的反饋函數(shù)的真值。）根據(jù)要求寫出各狀態(tài)反饋的反饋函數(shù)的真值。(5-71)（3）做反饋函數(shù)的卡諾圖，求出反饋函數(shù)）做反饋函數(shù)的卡諾圖，求出反饋函數(shù)（4）斷開原來的反饋線，按求出的反饋邏輯重新設(shè)置）斷開原來的反饋線，按求出的反饋邏輯重新設(shè)置反饋電路。反饋電路。234QQQF (5-72)自啟動環(huán)型計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖自啟動環(huán)型計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(5-73)2.2.扭環(huán)型計數(shù)器扭環(huán)型計數(shù)器D1 Q1D2 Q2D3 Q3D0 Q0CPQ0Q1Q2Q3 000

37、01000000100111100111001111111有效循環(huán)此為循環(huán)碼(5-74)00101001010110110100101001101101無效循環(huán)有 2N -2N種無效狀態(tài)，無自啟動能力。(5-75)自啟動邏輯電路的設(shè)計自啟動邏輯電路的設(shè)計（1）根據(jù)真值表填卡諾圖。找出異常時序進入正常時）根據(jù)真值表填卡諾圖。找出異常時序進入正常時序的突破口。序的突破口。(5-76)標有標有r的方格應(yīng)按原來的方格應(yīng)按原來 的的“1”看，兩個看，兩個有有s的方格視為的方格視為“1”可使反饋函數(shù)最簡?？墒狗答伜瘮?shù)最簡。則有：則有：241QQQF(5-77)(5-78)3. 用集成計數(shù)器芯片構(gòu)成的用集成

38、計數(shù)器芯片構(gòu)成的N進制計數(shù)器進制計數(shù)器集成計數(shù)器品種很多，最常用的有：集成計數(shù)器品種很多，最常用的有：2/10進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（異步清除），進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（異步清除），如如74LS160、74HC160等。等。2/16進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（異步清除），進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（異步清除），如如74LS161、74HC161等。等。2/10進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（同步清除），進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（同步清除），如如74LS162、74HC162等。等。2/16進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（同步清除），進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器（同步清除），如如74LS163、74HC163等

39、。等。(5-79)2/10進制可預(yù)制同步可逆計數(shù)器（加減控制），進制可預(yù)制同步可逆計數(shù)器（加減控制），如如74LS190、74HC190等。等。2/16進制可預(yù)制同步可逆計數(shù)器（加減控制），進制可預(yù)制同步可逆計數(shù)器（加減控制），如如74LS191、74HC191等。等。2/5分頻異步加法計數(shù)器，如分頻異步加法計數(shù)器，如74LS90、 74LS290 等。等。(5-80)2/10和和2/16進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器進制可預(yù)制同步加法計數(shù)器74LS160/161功能表功能表(5-81)(5-82)(5-83)計數(shù)器的擴展計數(shù)器的擴展(5-84)例：用集成計數(shù)器例：用集成計數(shù)器74160和與非門組成

40、的和與非門組成的6進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。QDQ1074160Q32Q3DETQ10Q211CPLD31DQEPQ計數(shù)脈沖RCO20DRD&Q0Q0000Q00010100001100102100101100101100010111Q3組成任意進制計數(shù)器組成任意進制計數(shù)器（1）異步清零法）異步清零法 異步清零法適用于具有異步清零端的集成計數(shù)器。異步清零法適用于具有異步清零端的集成計數(shù)器。(5-85)QDRETEP74163DRCO33QD211QL010QDCPDD1計數(shù)脈沖2&0132Q Q Q Q3Q0010000000011Q0001Q1Q010020101（2）同步清零法）同步清零法同步清零法適用于具有同步清零端的集成計數(shù)器。同步清零法適用于具有同步清零端的集成計數(shù)器。例：用集成計數(shù)器例：用集成計數(shù)器74163和與非門組成的和與非門組成的6進制計數(shù)器。進制計數(shù)器。(5-86)LD3Q2QD/UENCP0D1D2D3DRCOMAX/MIN1Q0Q7419100計數(shù)脈沖&Q30QQ21Q1100011001101001101002Q11011QQQ3010101111001011010001010（3）異步預(yù)置數(shù)法）異步預(yù)置數(shù)法異步預(yù)置數(shù)法適用于具有異步預(yù)置端的集成計數(shù)器。異步預(yù)置數(shù)法適用于具有異步預(yù)置端的集成計數(shù)器。例：用集成計數(shù)器例：用集