數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第5章_時序邏輯電路課件_第1頁
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文檔簡介

1、第5章 時序邏輯電路5.2 時序邏輯電路的分析方法 5.3 常用集成時序邏輯器件 5.4 應(yīng)用電路介紹5.1 時序邏輯電路的基本概念5.1 時序邏輯電路的基本概念1、時序電路的特點(diǎn)時序電路在任何時刻的穩(wěn)定輸出,不僅與該時刻的輸入信號有關(guān),而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。2、時序電路邏輯功能的表示方法時序電路的邏輯功能可用邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖、時序圖和邏輯圖6種方式表示,這些表示方法在本質(zhì)上是相同的,可以互相轉(zhuǎn)換。邏輯表達(dá)式有:狀態(tài)方程輸出方程激勵方程3、時序電路的分類(1) 根據(jù)時鐘分類同步時序電路中,各個觸發(fā)器的時鐘脈沖相同,即電路中有一個統(tǒng)一的時鐘脈沖,每來一個時鐘脈沖,電路的狀

2、態(tài)只改變一次。異步時序電路中,各個觸發(fā)器的時鐘脈沖不同,即電路中沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖來控制電路狀態(tài)的變化,電路狀態(tài)改變時,電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)有先有后,是異步進(jìn)行的。 (2)根據(jù)輸出分類米利型時序電路的輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關(guān),而且還決定于電路當(dāng)前的輸入。穆爾型時序電路的其輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài),與電路當(dāng)前的輸入無關(guān);或者根本就不存在獨(dú)立設(shè)置的輸出,而以電路的狀態(tài)直接作為輸出。電路圖時鐘方程、驅(qū)動方程和輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)表或時序圖判斷電路邏輯功能12356.2 時序邏輯電路的分析方法時序電路的分析步驟:計算4例時鐘方程:輸出方程:輸出僅與電路現(xiàn)態(tài)有關(guān),為穆爾型時序電路。同步時序電路

3、的時鐘方程可省去不寫。驅(qū)動方程:1寫方程式2求狀態(tài)方程JK觸發(fā)器的特性方程:將各觸發(fā)器的驅(qū)動方程代入,即得電路的狀態(tài)方程:3計算、列狀態(tài)表0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011004畫狀態(tài)圖、時序圖狀態(tài)圖5電路功能時序圖有效循環(huán)的6個狀態(tài)分別是05這6個十進(jìn)制數(shù)字的格雷碼,并且在時鐘脈沖CP的作用下,這6個狀態(tài)是按遞增規(guī)律變化的,即:000001011111110100000所以這是一個用格雷碼表示的六進(jìn)制同步加法計數(shù)器。當(dāng)對第6個脈沖計數(shù)時,計數(shù)器又重新從00

4、0開始計數(shù),并產(chǎn)生輸出Y1。解:由于在異步時序邏輯電路中,沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖,因此,分析時必須寫出時鐘方程。(1)時鐘方程: (時鐘脈沖源的上升沿觸發(fā)。) (當(dāng)FF0的Q0由01時,Q1才可能改變狀態(tài),否則Q1將保持原狀態(tài)不變。)輸出方程: 驅(qū)動方程: 例(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: (CP由01時此式有效) (Q0由01時此式有效)(3)作狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)圖、時序圖 (4)邏輯功能分析 由狀態(tài)圖可知:該電路一共有4個狀態(tài)00、01、10、11,在時鐘脈沖作用下,按照減1規(guī)律循環(huán)變化,所以是一個4進(jìn)制減法計數(shù)器,Z是借位信號。 在數(shù)字電路中,用來存放二進(jìn)制

5、數(shù)據(jù)或代碼的電路稱為寄存器。 寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構(gòu)成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進(jìn)制代碼,存放n位二進(jìn)制代碼的寄存器,需用n個觸發(fā)器來構(gòu)成。 按照功能的不同,可將寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類?;炯拇嫫髦荒懿⑿兴腿霐?shù)據(jù),需要時也只能并行輸出。移位寄存器中的數(shù)據(jù)可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移,數(shù)據(jù)既可以并行輸入、并行輸出,也可以串行輸入、串行輸出,還可以并行輸入、串行輸出,串行輸入、并行輸出,十分靈活,用途也很廣。 5.3 常用集成時序邏輯器件5.3.1 寄存器1、數(shù)碼寄存器2、 移位寄存器(1)單向4位右移移位寄存器4位右移移位寄存器時鐘方程:驅(qū)動方程:狀

6、態(tài)方程: 上移4位右移寄存器電路的時序圖 4位左移移位寄存器時鐘方程:驅(qū)動方程:狀態(tài)方程: 下移(2)單向4位左移移位寄存器4位左移寄存器 單向移位寄存器具有以下主要特點(diǎn): (1)單向移位寄存器中的數(shù)碼,在CP脈沖操作下,可以依次右移或左移。 (2)n位單向移位寄存器可以寄存n位二進(jìn)制代碼。n個CP脈沖即可完成串行輸入工作,此后可從Q0Qn-1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼,再用n個CP脈沖又可實(shí)現(xiàn)串行輸出操作。 (3)若串行輸入端狀態(tài)為0,則n個CP脈沖后,寄存器便被清零。(3)雙向移位寄存器S=1時右移S=0時左移3、集成雙向移位寄存器74HC194在數(shù)字電路中,能夠記憶輸入脈沖個數(shù)的電路稱為

7、計數(shù)器。計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器加法計數(shù)器同步計數(shù)器異步計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器二進(jìn)制計數(shù)器十進(jìn)制計數(shù)器N進(jìn)制計數(shù)器5.3.2 計數(shù)器(1)同步3位二進(jìn)制加法計數(shù)器選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程:時鐘方程:1.二進(jìn)制同步計數(shù)器時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF1在Q0=1時,在下一個CP觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。FF2在Q0=Q1=1時,在下一個CP觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。電路圖由于沒有無效狀態(tài),電路能自啟動。推廣到n位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器驅(qū)動方程輸出方程(2)同步3位二進(jìn)制減法計數(shù)器選用3個CP

8、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2表示。狀態(tài)圖輸出方程:時鐘方程:時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次FF2在Q0=Q1=0時,在下一個CP觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。FF1在Q0=0 (Q0=1)時,在下一個CP觸發(fā)沿到來時翻轉(zhuǎn)。電路圖由于沒有無效狀態(tài),電路能自啟動。推廣到n位二進(jìn)制同步減法計數(shù)器驅(qū)動方程輸出方程(3)同步3位二進(jìn)制可逆計數(shù)器設(shè)用U/D表示加減控制信號,且U/D0時作加計數(shù),U/D 1時作減計數(shù),則把二進(jìn)制同步加法計數(shù)器的驅(qū)動方程和U/D相與,把減法計數(shù)器的驅(qū)動方程和U/D相與,再把二者相加,便可得到二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器的驅(qū)動方程。輸出方程同步3位二進(jìn)制可逆計數(shù)器邏

9、輯電路圖 1)4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器74HC161/163CR=0時異步清零。CR=1、LD=0時同步置數(shù)。CR=LD=1且CTT=CTP=1時,按照4位自然二進(jìn)制碼進(jìn)行同步二進(jìn)制計數(shù)。CR=LD=1且CTTCTP=0時,計數(shù)器狀態(tài)保持不變。(4)集成二進(jìn)制同步計數(shù)器 74HC161引腳圖和邏輯功能示意圖 74HC163的引腳排列和74HC161相同,不同之處是74HC163采用同步清零方式。74HC163 (手冊P80) 同步清零2)雙4位集成二進(jìn)制同步加法計數(shù)器CD4520CR=1時,異步清零。CR=0、EN=1時,在CP脈沖上升沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。CR=0、CP=0時,在EN脈沖

10、下降沿作用下進(jìn)行加法計數(shù)。CR=0、EN=0或CR=0、CP=1時,計數(shù)器狀態(tài)保持不變。 CD4520引腳圖和邏輯功能示意圖 3)4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74HC191U/D是加減計數(shù)控制端;CT是使能端;LD是異步置數(shù)控制端;D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端;Q0Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端;CO/BO是進(jìn)位借位信號輸出端;RC是多個芯片級聯(lián)時級間串行計數(shù)使能端,CT0,CO/BO1時,RCCP,由RC端產(chǎn)生的輸出進(jìn)位脈沖的波形與輸入計數(shù)脈沖的波形相同。74HC191引腳圖和邏輯功能示意圖 4) 4位集成二進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74HC193CR是異步清零端,高電平有效;LD是異步置數(shù)端,低電平有效;CP

11、U是加法計數(shù)脈沖輸入端;CPD是減法計數(shù)脈沖輸入端; D0D3并行數(shù)據(jù)輸入端;Q0Q3計數(shù)器狀態(tài)輸出端; CO是進(jìn)位脈沖輸出端;BO是借位脈沖輸出端;多個74HC193級聯(lián)時,只要把低位的CO端、BO端分別與高位的CPU、CPD連接起來,各個芯片的CR端連接在一起,LD端連接在一起,就可以了。 74HC13引腳圖和邏輯功能示意圖 3位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器狀態(tài)圖選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程:2.二進(jìn)制異步計數(shù)器時鐘方程:時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次,F(xiàn)F1在Q0由1變0時翻轉(zhuǎn),F(xiàn)F2在Q1由1變0時翻轉(zhuǎn)。3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就

12、有下降沿,不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿,所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T型。驅(qū)動方程:電路圖3位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器狀態(tài)圖選用3個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2表示。輸出方程:時鐘方程:時序圖FF0每輸入一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次,F(xiàn)F1在Q0由0變1時翻轉(zhuǎn),F(xiàn)F2在Q1由0變1時翻轉(zhuǎn)。3個JK觸發(fā)器都是在需要翻轉(zhuǎn)時就有下降沿,不需要翻轉(zhuǎn)時沒有下降沿,所以3個觸發(fā)器都應(yīng)接成T型。驅(qū)動方程:電路圖二進(jìn)制異步計數(shù)器級間連接規(guī)律4位集成二進(jìn)制異步加法計數(shù)器74HC197CR=0時異步清零。CR=1、CT/LD=0時異步置數(shù)。CR=CT/LD=1時,異步加法計數(shù)。若將輸入時鐘脈沖CP加在CP0端

13、、把Q0與CP1連接起來,則構(gòu)成4位二進(jìn)制即16進(jìn)制異步加法計數(shù)器。若將CP加在CP1端,則構(gòu)成3位二進(jìn)制即8進(jìn)制計數(shù)器,F(xiàn)F0不工作。如果只將CP加在CP0端,CP1接0或1,則形成1位二進(jìn)制即二進(jìn)制計數(shù)器。選用4個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程:時鐘方程:十進(jìn)制同步加法計數(shù)器狀態(tài)方程電路圖比較,得驅(qū)動方程:將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算,可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài),電路能夠自啟動。十進(jìn)制同步減法計數(shù)器選用4個CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,分別用FF0、FF1、FF2 、FF3表示。狀態(tài)圖輸出方程:時鐘方

14、程:狀態(tài)方程次態(tài)卡諾圖比較,得驅(qū)動方程:將無效狀態(tài)10101111分別代入狀態(tài)方程進(jìn)行計算,可以驗(yàn)證在CP脈沖作用下都能回到有效狀態(tài),電路能夠自啟動。電路圖(3)十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器(4)集成十進(jìn)制同步計數(shù)器 集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同,不同的是,74HC160和74HC162是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器,而74HC161和74HC163是4位二進(jìn)制(16進(jìn)制)同步加法計數(shù)器。此外,74HC160和74HC162的區(qū)別是,74HC160采用的是異步清零方式,而74HC162采用的是同步清零方式。 741HC90是單時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,其

15、引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC191相同。 74HC192是雙時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC193相同。 把前面介紹的十進(jìn)制加法計數(shù)器和十進(jìn)制減法計數(shù)器用與或門組合起來,并用U/D作為加減控制信號,即可獲得十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器。(4)集成十進(jìn)制同步計數(shù)器 集成十進(jìn)制同步加法計數(shù)器的引腳排列圖、邏輯功能示意圖與74161、74163相同,不同的是,74HC160和74HC162是十進(jìn)制同步加法計數(shù)器,而74HC161和74HC163是4位二進(jìn)制(16進(jìn)制)同步加法計數(shù)器。此外,74HC160和74HC162的區(qū)別是,74HC160采用的是異步清零方式,

16、而74HC162采用的是同步清零方式。 741HC90是單時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC191相同。 74HC192是雙時鐘集成十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器,其引腳排列圖和邏輯功能示意圖與74HC193相同。集成十進(jìn)制異步計數(shù)器74HC901、用同步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器2、用異步清零端或置數(shù)端歸零構(gòu)成N進(jìn)置計數(shù)器(1)寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。(2)求歸零邏輯,即求同步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。(3)畫連線圖。(1)寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。(2)求歸零邏輯,即求異步清零端或置數(shù)控制端信號的邏輯表達(dá)式。(3)畫連線圖。利用集成計數(shù)器的清

17、零端和置數(shù)端實(shí)現(xiàn)歸零,從而構(gòu)成按自然態(tài)序進(jìn)行計數(shù)的N進(jìn)制計數(shù)器的方法。在前面介紹的集成計數(shù)器中,清零、置數(shù)均采用同步方式的有74HC163;均采用異步方式的有74HC193、74HC197、74HC192;清零采用異步方式、置數(shù)采用同步方式的有74HC161、74HC160;有的只具有異步清零功能,如CC4520、74HC190、74HC191;74LS90則具有異步清零和異步置9功能。 4N進(jìn)制計數(shù)器用74HC163來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。(3)畫連線圖。SN-1S12-1S111011(2)求歸零邏輯。例(1)寫出狀態(tài)SN-1的二進(jìn)制代碼。用74HC197來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。(3)畫連線圖。SNS121100(2)求歸零邏輯。例(1)寫出狀態(tài)SN的二進(jìn)制代碼。用74HC161來構(gòu)成一個十二進(jìn)制計數(shù)器。SNS121100例SN-1S111011(4)提高歸零可靠性的方法(5)計數(shù)器容量的擴(kuò)展異步計數(shù)器一般沒有專門的進(jìn)位信號輸出端,通常可以用本級的高位輸出信號

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