工學(xué)時(shí)序邏輯電路

工學(xué)時(shí)序邏輯電路第1頁(yè)/共60頁(yè)1.異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器原則：每1位從“1”變“0”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn).構(gòu)成方法：觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)器形式，時(shí)鐘CLK加在最低位，高位脈沖接在低位的Q端或Q

端。在末位+1時(shí)，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。二.異步計(jì)數(shù)器注意：若用上升沿作為觸發(fā)信號(hào)，加法器低位Q輸出作為高位時(shí)鐘，減法器低位Q’作為高位時(shí)鐘；若用下降沿作為觸發(fā)信號(hào)，正好相反。第2頁(yè)/共60頁(yè)圖6.3.17是由JK觸發(fā)器構(gòu)成的異步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路。波形如圖所示圖6.3.17每1位從“1”變“0”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn).(低位輸出由1變?yōu)?時(shí)，下降沿正好作為高位時(shí)鐘信號(hào))此處沒(méi)考慮觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間tpd.第3頁(yè)/共60頁(yè)②異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器構(gòu)成方法：觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)器形式，時(shí)鐘CLK加在最低位，高位脈沖接在低位的Q端或Q

端。在末位-1時(shí)，從低位到高位逐位借位方式工作。原則：每1位從“0”變“1”時(shí)，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)。第4頁(yè)/共60頁(yè)圖6.3.18是由JK觸發(fā)器構(gòu)成的異步3位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的邏輯電路。波形如圖所示。圖6.3.18第5頁(yè)/共60頁(yè)2.異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器原理：在4位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器上修改而成，要跳過(guò)1010~1111這六個(gè)狀態(tài)。12345678910J=0J=1J=0J=1J=0第6頁(yè)/共60頁(yè)由JK觸發(fā)器構(gòu)成的異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,其邏輯電路如圖6.3.19所示，其狀態(tài)表及時(shí)序圖與同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器相同。圖6.3.19注：JK懸空時(shí)相當(dāng)于接邏輯1第7頁(yè)/共60頁(yè)*二－五－十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74LS290:其邏輯符號(hào)及功能表如圖6.3.20所示圖6.3.20第8頁(yè)/共60頁(yè)其邏輯符號(hào)及功能表如圖6.3.21所示第9頁(yè)/共60頁(yè)異步計(jì)數(shù)器優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：其與同步計(jì)數(shù)器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在用T觸

發(fā)器構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)，可以不附加任何其它電路缺點(diǎn)：（1）工作頻率比較低，因?yàn)楫惒接?jì)數(shù)器的各級(jí)觸發(fā)器是以串行進(jìn)位方式連接的，所以在最不利的情況下要經(jīng)過(guò)所有各級(jí)觸發(fā)器傳輸延遲時(shí)間之和以后，新狀態(tài)才能穩(wěn)定建立。（2）在電路狀態(tài)譯碼時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)-冒險(xiǎn)現(xiàn)象。第10頁(yè)/共60頁(yè)三、任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成方法若已有N進(jìn)制計(jì)數(shù)器（如74LS161)，現(xiàn)在要實(shí)現(xiàn)M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只能用已有的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品經(jīng)過(guò)外電路的不同連接方式實(shí)現(xiàn)。N進(jìn)制M進(jìn)制第11頁(yè)/共60頁(yè)1.M<N的情況在N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的順序計(jì)數(shù)過(guò)程中，若設(shè)法使之跳過(guò)（N－M）個(gè)狀態(tài)，就可以得到M進(jìn)制計(jì)數(shù)器了，其方法有置零法（復(fù)位法）和置數(shù)法（置位法）。置數(shù)法置零法第12頁(yè)/共60頁(yè)a.置零法：置零法適用于有置零（有異步和同步）輸入端的計(jì)數(shù)器，如異步置零的有74LS160、161、191、190、290,同步置零的有74LS163、162，其工作原理示意圖如圖所示若原來(lái)的計(jì)數(shù)器為N進(jìn)制，初態(tài)從S0開始，則到SM－1為M個(gè)循環(huán)狀態(tài)。如果將SM狀態(tài)譯碼產(chǎn)生一個(gè)置零信號(hào)加到計(jì)數(shù)器的異步置零輸入端，計(jì)數(shù)器將立刻返回S0狀態(tài)。若清零為異步清零，故提供清零信號(hào)的狀態(tài)為暫態(tài)，它不能計(jì)一個(gè)脈沖，異步清零暫態(tài)第13頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.2利用置零法將十進(jìn)制的74160接成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。異步置零法解：74160有效循環(huán)為0000～1001，由于初態(tài)為0000，故六進(jìn)制為六個(gè)狀態(tài)循環(huán)，即0000～0101，回零信號(hào)取自0110。第14頁(yè)/共60頁(yè)其接線圖如圖6.3.22所示，

波形如圖6.3.23所示進(jìn)位輸出1圖6.3.22圖6.3.23第15頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.3如圖6.3.24所示邏輯電路是由74161構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，試分析為幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器？畫出狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。解：狀態(tài)表為故由狀態(tài)表可知為5進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第16頁(yè)/共60頁(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：時(shí)序圖為第17頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.4試用置零法由74LS161構(gòu)成12進(jìn)制計(jì)數(shù)器，畫出時(shí)序圖解：其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖6.3.25所示，則產(chǎn)生清零信號(hào)為Q3Q2Q1Q0

＝1100圖6.3.25第18頁(yè)/共60頁(yè)可實(shí)現(xiàn)的電路為如圖6.3.26（a）所示，其時(shí)序圖為（b）所示圖6.3.26（a）（b）第19頁(yè)/共60頁(yè)注：由于清零信號(hào)隨著計(jì)數(shù)器被清零而立即消失，其持續(xù)的時(shí)間很短，有時(shí)觸發(fā)器可能來(lái)不及動(dòng)作（復(fù)位），清零信號(hào)已經(jīng)過(guò)時(shí)，導(dǎo)致電路誤動(dòng)作，故置零法的電路工作可靠性低。為了改善電路的性能，在清零信號(hào)產(chǎn)生端和清零信號(hào)輸入端之間接一基本RS觸發(fā)器，如圖6.3.27所示。圖6.3.2701011000001第20頁(yè)/共60頁(yè)b.置數(shù)法：

有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器可用此方法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。但注意74LS161(160)為同步預(yù)置數(shù)，74LS191(190)為異步預(yù)置數(shù)。

置數(shù)法的原理:是通過(guò)給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)值的方法跳過(guò)（N－M）個(gè)狀態(tài)，從而獲得M進(jìn)制計(jì)數(shù)器的。為了實(shí)現(xiàn)M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同步置數(shù)信號(hào)應(yīng)由SM－1產(chǎn)生，而異步置數(shù)應(yīng)由SM產(chǎn)生。產(chǎn)生預(yù)置數(shù)信號(hào)的狀態(tài)第21頁(yè)/共60頁(yè)注：同步置零法的初態(tài)一定是S0，而置數(shù)法的初態(tài)可以是任何一個(gè)狀態(tài)，只要跳過(guò)M－N個(gè)狀態(tài)即可初態(tài)產(chǎn)生預(yù)置信號(hào)的狀態(tài)第22頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.5圖6.3.28所示電路是可變計(jì)數(shù)器。試分析當(dāng)控制變量A為1和0時(shí)電路為幾進(jìn)制計(jì)數(shù)器。畫出各自的時(shí)序波形。解：置位信號(hào)為預(yù)置數(shù)為D3D2D1D0＝0000第23頁(yè)/共60頁(yè)由狀態(tài)表可知，A＝0為10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，A＝1為12進(jìn)制計(jì)數(shù)器。對(duì)應(yīng)A＝0和A＝1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為第24頁(yè)/共60頁(yè)其時(shí)序波形如下第25頁(yè)/共60頁(yè)例5.3.5利用置數(shù)法由74LS161和74LS191構(gòu)成7進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：實(shí)現(xiàn)的電路如下第26頁(yè)/共60頁(yè)第27頁(yè)/共60頁(yè)作業(yè)題6.16題6.18題6.20第28頁(yè)/共60頁(yè)2.M>N的情況這種情況下，必須用多片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器組合起來(lái)，才能構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。連接方式有串行進(jìn)位方式、并行進(jìn)位方式、整體置零方式和整體置數(shù)方式。(1)串行進(jìn)位方式和并行進(jìn)位方式：串行進(jìn)位方式：

在串行進(jìn)位方式中，以低位片的進(jìn)位信號(hào)作為高位片的時(shí)鐘輸入信號(hào)。兩片始終同時(shí)處于計(jì)數(shù)狀態(tài).第29頁(yè)/共60頁(yè)例如采用串行進(jìn)位方式，利用74LS160實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其電路如圖6.3.29所示。圖6.3.29并行進(jìn)位方式：

在并行進(jìn)位方式中，以低位片的進(jìn)位輸出信號(hào)作為高位片的工作狀態(tài)控制信號(hào)，兩片的計(jì)數(shù)脈沖接在同一計(jì)數(shù)輸入脈沖信號(hào)上。第30頁(yè)/共60頁(yè)例如采用并行進(jìn)位方式，利用74LS160實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其電路如圖6.3.30所示。圖6.3.30a.若要實(shí)現(xiàn)的M進(jìn)制可分解成兩個(gè)小于N的因數(shù)相乘，即M＝N1×N2,則先將N進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成N1進(jìn)制計(jì)數(shù)器和N2進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再采用串行進(jìn)位或并行進(jìn)位方式將兩個(gè)計(jì)數(shù)器連接起來(lái)，構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第31頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.6試?yán)么羞M(jìn)位方式由74LS160構(gòu)成24進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器解：24可分解成4×6（或者3×8、2×12)，則先將兩片74LS160構(gòu)成4進(jìn)制和6進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再連接，其實(shí)現(xiàn)電路如圖6.3.31所示。第32頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.7試?yán)貌⑿羞M(jìn)位方式由74LS161構(gòu)成32進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器解：可將32分成16×2(或8×4)，則電路如圖6.3.32所示。第33頁(yè)/共60頁(yè)b.若要實(shí)現(xiàn)的M進(jìn)制（如31進(jìn)制）不可分解成兩個(gè)小于N的因數(shù)相乘，則要采用整體置零法或整體置數(shù)法構(gòu)成。（2)整體置零方式和整體置數(shù)方式首先將兩片N進(jìn)制計(jì)數(shù)器按串行進(jìn)位方式或并行進(jìn)位方式聯(lián)成N×N>M進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再按照N<M的置零法和置數(shù)法構(gòu)成M進(jìn)制計(jì)數(shù)器。此方法適合任何M進(jìn)制（可分解和不可分解）計(jì)數(shù)器的構(gòu)成。例6.3.8利用74LS160接成29進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：采用整體置零法的實(shí)現(xiàn)電路如圖6.3.33(a)所示，采用整體置數(shù)法的實(shí)現(xiàn)電路如圖6.3.33(b)所示第34頁(yè)/共60頁(yè)(a)異步整體置零(b)同步整體置數(shù)圖6.3.33第35頁(yè)/共60頁(yè)例5.3.7試?yán)弥昧惴ê椭脭?shù)法由兩片74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：若由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其構(gòu)成的256進(jìn)制實(shí)際為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(28),故先要將53化成二進(jìn)制數(shù)碼，再根據(jù)整體置數(shù)法或整體置零法實(shí)現(xiàn)53進(jìn)制。（53)D＝（110101)B利用整體置數(shù)法由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器如圖6.3.34所示。第36頁(yè)/共60頁(yè)第37頁(yè)/共60頁(yè)例6.3.8試用一片74LS290分別接成8421異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、5421異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和異步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：(1)8421異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：將CLK1和Qo相接，計(jì)數(shù)脈沖由CLKo輸入，從由Q3Q2Q1Q0輸出，即為8421異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第38頁(yè)/共60頁(yè)圖6.3.35就是其連接電路及狀態(tài)表。第39頁(yè)/共60頁(yè)(2)5421碼異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：將Q3與CLK0相接，計(jì)數(shù)脈沖由CLK1輸入，從Q0Q3Q2Q1輸出則為5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，第40頁(yè)/共60頁(yè)其實(shí)現(xiàn)電路與狀態(tài)表如圖6.3.36所示。第41頁(yè)/共60頁(yè)(3)異步6進(jìn)制計(jì)數(shù)器：

先將74LS290構(gòu)成8421異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，再利用置零端和置九端構(gòu)成異步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。其實(shí)現(xiàn)電路如圖6.3.37所示。第42頁(yè)/共60頁(yè)四、移位寄存器型計(jì)數(shù)器1.環(huán)形計(jì)數(shù)器

電路如圖6.3.38所示，將移位寄存器首尾相接，則在時(shí)鐘脈沖信號(hào)作用下，數(shù)據(jù)將循環(huán)右移。圖6.3.38第43頁(yè)/共60頁(yè)設(shè)初態(tài)為1000,則其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為注：此電路有幾種無(wú)效循環(huán)，而且一旦脫離有效循環(huán)，則不會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到有效循環(huán)中，故此環(huán)形計(jì)數(shù)器不能自啟動(dòng)，必須將電路置到有效循環(huán)的某個(gè)狀態(tài)中。第44頁(yè)/共60頁(yè)圖5.3.39為能自啟動(dòng)的環(huán)形計(jì)數(shù)器的電路,與圖6.3.38所示電路相比，加了一個(gè)反饋邏輯電路。其狀態(tài)方程為第45頁(yè)/共60頁(yè)則可畫出它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為有效循環(huán)1.環(huán)形計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需另加譯碼電路；2.環(huán)形計(jì)數(shù)器的缺點(diǎn)是沒(méi)有充分利用電路的狀態(tài)。n位移位寄存器組成的環(huán)形計(jì)數(shù)器只用了n個(gè)狀態(tài)，而電路共有2n個(gè)狀態(tài)。第46頁(yè)/共60頁(yè)2.扭環(huán)形計(jì)數(shù)器

移位寄存器型計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)可表示為圖6.3.40所示的框圖形式。其反饋電路的表達(dá)式為環(huán)形計(jì)數(shù)器是反饋函數(shù)中最簡(jiǎn)單的一種，其D0=Qn－1第47頁(yè)/共60頁(yè)圖6.3.41為環(huán)扭形計(jì)數(shù)器（也叫約翰遜計(jì)數(shù)器），其D0=Q3圖6.3.41其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為此電路不能自啟動(dòng)?。?！第48頁(yè)/共60頁(yè)為了實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)，則將電路修改成圖6.3.42所示電路。第49頁(yè)/共60頁(yè)其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為n位移位寄存器構(gòu)成的扭環(huán)型計(jì)數(shù)器的有效循環(huán)狀態(tài)為2n個(gè)，比環(huán)形計(jì)數(shù)器提高了一倍;在有效循環(huán)狀態(tài)中，每次轉(zhuǎn)換狀態(tài)只有一個(gè)觸發(fā)器改變狀態(tài)，這樣在將電路狀態(tài)譯碼時(shí)不會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)－冒險(xiǎn)現(xiàn)象;雖然扭環(huán)型計(jì)數(shù)器的電路狀態(tài)的利用率有所提高，但仍有2n－2n個(gè)狀態(tài)沒(méi)有利用。扭環(huán)型計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)第50頁(yè)/共60頁(yè)6.3.3*順序脈沖發(fā)生器

在一些數(shù)字系統(tǒng)中，有時(shí)需要系統(tǒng)按照事先規(guī)定的順序進(jìn)行一系列的操作，這就要求系統(tǒng)的控制部分能給出一組在時(shí)間上有一定先后順序的脈沖信號(hào)，能產(chǎn)生這種信號(hào)的電路就是順序脈沖發(fā)生器。1.由移位寄存器構(gòu)成：

可以由移位寄存器構(gòu)成環(huán)形計(jì)數(shù)器，它就是一個(gè)順序脈沖發(fā)生器。電路和波形如圖6.3.43所示第51頁(yè)/共60頁(yè)注：此電路的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需譯碼電路，缺點(diǎn)是所用觸發(fā)器的數(shù)目比較多，而且需采用自啟動(dòng)反饋邏輯電路。第52頁(yè)/共60頁(yè)2.由計(jì)數(shù)器和譯碼器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器

圖6.3.44為由74LS161構(gòu)成的8進(jìn)制計(jì)數(shù)器和3－8譯碼器構(gòu)成的順序節(jié)拍脈沖發(fā)生器。圖6.3.44輸出波形如圖所示第53頁(yè)/共60頁(yè)在數(shù)字信號(hào)的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試中，有時(shí)需要用到一組特