ch065康華光數(shù)字電子技術(shù)第六版

會(huì)計(jì)學(xué)1ch065康華光數(shù)字電子技術(shù)第六版6.5若干典型的時(shí)序邏輯集成電路1、寄存器6.5.1寄存器和移位寄存器寄存器:是數(shù)字系統(tǒng)中用來(lái)存儲(chǔ)代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件。它的主要組成部分是觸發(fā)器。

一個(gè)觸發(fā)器能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制代碼，存儲(chǔ)n位二進(jìn)制代碼的寄存器需要用n個(gè)觸發(fā)器組成。寄存器實(shí)際上是若干觸發(fā)器的集合。第1頁(yè)/共46頁(yè)8位CMOS寄存器74HC374脈沖邊沿敏感的寄存器第2頁(yè)/共46頁(yè)8位CMOS寄存器74HC/HCT3741111110111第3頁(yè)/共46頁(yè)8位CMOS寄存器74LV374高阻HH↑H高阻LL↑H存入數(shù)據(jù)，禁止輸出HH↑L對(duì)應(yīng)內(nèi)部觸發(fā)器的狀態(tài)LL↑L存入和讀出數(shù)據(jù)Q0~Q7DNCP輸出內(nèi)部觸發(fā)器輸入工作模式第4頁(yè)/共46頁(yè)2、移位寄存器移位寄存器是既能寄存數(shù)碼，又能在時(shí)鐘脈沖的作用下使數(shù)碼向高位或向低位移動(dòng)的邏輯功能部件。按移動(dòng)方式分單向移位寄存器雙向移位寄存器左移位寄存器移位寄存器的邏輯功能分類移位寄存器的邏輯功能右移位寄存器第5頁(yè)/共46頁(yè)(1)基本移位寄存器（a）電路串行數(shù)據(jù)輸入端串行數(shù)據(jù)輸出端并行數(shù)據(jù)輸出端第6頁(yè)/共46頁(yè)D3=Qn2D1=Q0nD0=DSIQ0n+1=DSIQ1n+1=D1=Q0nQ2n+1=D2=Qn1Q3n+1=D3=Qn2寫出激勵(lì)方程：寫出狀態(tài)方程：(b).工作原理D2=Qn1D0D2D1D3

第7頁(yè)/共46頁(yè)

10

11

01

10

11

000

00

00

00FF0FF1FF2FF31CP后2CP后3CP后4CP后1101

1Q0n+1=DSIQ1n+1=Q0nQ2n+1=Qn1Q3n+1=Qn21011第8頁(yè)/共46頁(yè)DSI=11010000,從高位開始輸入

經(jīng)過(guò)4個(gè)CP脈沖作用后，從DSI端串行輸入的數(shù)碼就可以從Q0Q1Q2Q3并行輸出。串入并出

經(jīng)過(guò)7個(gè)CP脈沖作用后，從DSI端串行輸入的數(shù)碼就可以從DO端串行輸出。串入串出第9頁(yè)/共46頁(yè)(2)多功能雙向移位寄存器多功能移位寄存器工作模式簡(jiǎn)圖（a）工作原理高位移向低位----左移低位移向高位----右移第10頁(yè)/共46頁(yè)實(shí)現(xiàn)多種功能雙向移位寄存器的一種方案(僅以FFm為例)S1S0=00S1S0=01高位移向低位S1S0=10S1S0=11并入不變低位移向高位第11頁(yè)/共46頁(yè)（b）典型集成電路CMOS4位雙向移位寄存器74HC/HCT194第12頁(yè)/共46頁(yè)74HCT194的功能表

7D3D2D1D0DI3*DI2*DI1*DI0*↑××HHH6H××××↑H×LHH5L××××↑L×LHH4H××××↑×HHLH3L××××↑×LHLH2×××××××LLH1LLLL×××××××××LDI3DI2DI1DI0左移DSL右移DSRS0S1行并行輸入時(shí)鐘CP串行輸入控制信號(hào)清零輸出輸入第13頁(yè)/共46頁(yè)例:時(shí)序脈沖產(chǎn)生器。電路如圖所示。畫出Q0—Q3波形，分析邏輯功能。解：?jiǎn)?dòng)信號(hào)為0:S1=1S0=1,同步置數(shù)QA~QD=0111因?yàn)镼0~Q3總有一個(gè)為0，S1S0=01，則74194始終工作在低位向高位移動(dòng)循環(huán)移位的狀態(tài)。啟動(dòng)信號(hào)為1后:S1=0S0=1,低位移向高位狀態(tài),Q3=DSR啟動(dòng)01110111CPQ0Q1Q2Q3S1S0DSR74194ABCD11CR第14頁(yè)/共46頁(yè)01111011110111100111Q0Q3Q2Q1第15頁(yè)/共46頁(yè)(2)計(jì)數(shù)器的分類按脈沖輸入方式，分為同步和異步計(jì)數(shù)器按進(jìn)位體制，分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器按邏輯功能，分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器概述(1)計(jì)數(shù)器的邏輯功能

計(jì)數(shù)器的基本功能是對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。它也可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。6.5.2計(jì)數(shù)器第16頁(yè)/共46頁(yè)同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器非二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器…………第17頁(yè)/共46頁(yè)(1)異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器---4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器工作原理1、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器第18頁(yè)/共46頁(yè)結(jié)論:

計(jì)數(shù)器的功能：不僅可以計(jì)數(shù)也可作為分頻器。第19頁(yè)/共46頁(yè)如考慮每個(gè)觸發(fā)器都有1tpd的延時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)什么問題？異步計(jì)數(shù)脈沖的最小周期Tmin=ntpd。（n為位數(shù)）

第20頁(yè)/共46頁(yè)Q0在每個(gè)CP都翻轉(zhuǎn)一次Q1僅在Q0=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF0可采用T=1的T觸發(fā)器FF1可采用T=Q0的T觸發(fā)器Q3僅在Q0=Q1=Q2=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF2可采用T=Q0Q1T的觸發(fā)器Q2僅在Q0=Q1=1后的下一個(gè)CP到來(lái)時(shí)翻轉(zhuǎn)FF3可采用T=Q0Q1Q2T的觸發(fā)器4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表0000016111111500111140101113000111201101110010110010019000018011107001106010105000104011003001002010001000000Q0Q1Q2Q3進(jìn)位輸出電路狀態(tài)計(jì)數(shù)順序(2)二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器第21頁(yè)/共46頁(yè)(a)4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器邏輯圖---由T觸發(fā)器構(gòu)成第22頁(yè)/共46頁(yè)4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器時(shí)序圖第23頁(yè)/共46頁(yè)(b)4位二進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器邏輯圖---由D觸發(fā)器構(gòu)成第24頁(yè)/共46頁(yè)(c)計(jì)數(shù)使能和并行進(jìn)位CET、CEP為計(jì)數(shù)使能，并行進(jìn)位TC=Q3Q2Q1Q0CET

第25頁(yè)/共46頁(yè)

(d)異步清零和同步并行置數(shù)2選1數(shù)據(jù)選擇器第26頁(yè)/共46頁(yè)(3)時(shí)序圖TC=CET?Q3Q2Q1Q0第27頁(yè)/共46頁(yè)74LVC161邏輯功能表輸入輸出清零預(yù)置使能時(shí)鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入計(jì)數(shù)進(jìn)位CEPCETCPD3D2D1D0Q3Q2Q1Q0TCL××××××××LLLLLHL××↑D3D2D1D0D3D2D1D0*HHL××××××保持*HH×L×××××保持*HHHH↑××××計(jì)數(shù)*CR的作用？PE的作用？第28頁(yè)/共46頁(yè)設(shè)法跳過(guò)169=7個(gè)狀態(tài)

11CP例用74LVC161構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。CPQ3Q2Q1Q0000001000120010……….8100091001………151111(a)反饋清零法：利用異步置零輸入端，在M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過(guò)程中，跳過(guò)M-N個(gè)狀態(tài)，得到N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。(4）應(yīng)用1第29頁(yè)/共46頁(yè)工作波形狀態(tài)圖11CP1第30頁(yè)/共46頁(yè)1

1

CP

1

CPQ3Q2Q1Q0000001000120010……….8100091001………151111(b)反饋置數(shù)法:利用同步置數(shù)端，在M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過(guò)程中，跳過(guò)M-N個(gè)狀態(tài)，得到N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的方法。利用同步置數(shù)端構(gòu)成九進(jìn)制計(jì)數(shù)器第31頁(yè)/共46頁(yè)

采用后九種狀態(tài)作為有效狀態(tài)，用反饋置數(shù)法構(gòu)成九進(jìn)制加計(jì)數(shù)器。CPQDQCQBQA000001000120010……….701118011191000………1511111

1

CP

1

111

Q3Q2Q1Q0110001111000100110101011110111101111第32頁(yè)/共46頁(yè)12345678910波形圖：該計(jì)數(shù)器的模為9。第33頁(yè)/共46頁(yè)分析下圖所示的時(shí)序邏輯電路，試畫出其狀態(tài)圖和在CP脈沖作用下Q3、Q2、Q1、Q0的波形，并指出計(jì)數(shù)器的模是多少？M=12第34頁(yè)/共46頁(yè)例用74VC161組成256進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：

1片74161是16進(jìn)制計(jì)數(shù)器

256=16×16

所以256進(jìn)制計(jì)數(shù)器需用兩片74161構(gòu)成片與片之間的連接通常有兩種方式：并行進(jìn)位(低位片的進(jìn)位信號(hào)作為高位片的使能信號(hào))串行進(jìn)位(低位片的進(jìn)位信號(hào)作為高位片的時(shí)鐘脈沖，即異步計(jì)數(shù)方式)設(shè)計(jì)思想第35頁(yè)/共46頁(yè)N=16×16=256

+0001CP00001111計(jì)數(shù)狀態(tài):00000000～11111111并行進(jìn)位：低位片的進(jìn)位作為高位片的使能P294第36頁(yè)/共46頁(yè)計(jì)數(shù)狀態(tài):00000000～11111111采用串行進(jìn)位時(shí)，為什么低TC要經(jīng)反相器后作為高位的CP？+000100001111串行進(jìn)位：低位片的進(jìn)位作為高位片的時(shí)鐘第37頁(yè)/共46頁(yè)用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的一般方法1）N<M的情況：（已有的集成計(jì)數(shù)器是M進(jìn)制，需組成的是N進(jìn)制計(jì)數(shù)器）實(shí)現(xiàn)的方法：反饋清零法反饋置數(shù)法利用清零輸入端，使電路計(jì)數(shù)到某狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生清零操作，清除M–N個(gè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。利用計(jì)數(shù)器的置數(shù)功能，通過(guò)給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)碼的方法減少(M–N)個(gè)獨(dú)立狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。小結(jié)第38頁(yè)/共46頁(yè)2）N>M的情況（1）串行進(jìn)位方式：（2）并行進(jìn)位方式：----采用多片M進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成。 按芯片連接方式可分為：構(gòu)成異步計(jì)數(shù)器構(gòu)成同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：第39頁(yè)/共46頁(yè)應(yīng)用舉例

D7

0

1

74LS151

D0

D1

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D5

D6

EN

CBA111CPYD7

序列信號(hào)發(fā)生器在CP的作用下，Y端產(chǎn)生00010111循環(huán)序列信號(hào)如要求Y端產(chǎn)生10110010循環(huán)序列信號(hào)，如何改變電路的連接？第40頁(yè)/共46頁(yè)2.異步二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器將圖中電路按以下兩種方式連接：試分析它們的邏輯輸出狀態(tài)。接計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，將Q0與相連；（1）接計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)，將Q3與相連（2）第41頁(yè)/共46頁(yè)兩種連接方式的狀態(tài)表計(jì)數(shù)順序連接方式1（8421碼）連接方式2（5421碼）Q3Q2Q1Q0Q0Q3Q2Q1000000000100010001200100010300110011401000100501011000601101001701111010810001011