數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)三

《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）教學(xué)課件

清華大學(xué)

閻石王紅聯(lián)系地址：清華大學(xué)自動(dòng)化系郵政編碼：100084電子信箱：聯(lián)系電話第六章時(shí)序邏輯電路6.1概述一、時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)功能上：任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。例：串行加法器，兩個(gè)多位數(shù)從低位到高位逐位相加

2.電路結(jié)構(gòu)上

①包含存儲(chǔ)電路和組合電路 ②存儲(chǔ)器狀態(tài)和輸入變量共同決定輸出二、時(shí)序電路的一般結(jié)構(gòu)形式與功能描述方法可以用三個(gè)方程組來描述：三、時(shí)序電路的分類1.同步時(shí)序電路與異步時(shí)序電路同步：存儲(chǔ)電路中所有觸發(fā)器的時(shí)鐘使用統(tǒng)一的clk,狀態(tài)變化發(fā)生在同一時(shí)刻異步：沒有統(tǒng)一的clk,觸發(fā)器狀態(tài)的變化有先有后2.Mealy型和Moore型Mealy型：Moore型：6.2時(shí)序電路的分析方法6.2.1同步時(shí)序電路的分析方法分析：找出給定時(shí)序電路的邏輯功能 即找出在輸入和CLK作用下，電路的次態(tài)和輸出。一般步驟：①?gòu)慕o定電路寫出存儲(chǔ)電路中每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程（輸入的邏輯式），得到整個(gè)電路的驅(qū)動(dòng)方程。②將驅(qū)動(dòng)方程代入觸發(fā)器的特性方程，得到狀態(tài)方程。③從給定電路寫出輸出方程。例：TTL電路6.2.2時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)機(jī)流程圖和時(shí)序圖一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0000010001010001001100111000100101010111001100001111000100000100102010030110410005101061101700000111110000二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖三、狀態(tài)機(jī)流程圖（StateMachineChart）四、時(shí)序圖例：（4）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/0*6.2.3異步時(shí)序邏輯電路的分析方法各觸發(fā)器的時(shí)鐘不同時(shí)發(fā)生例：TTL電路6.3若干常用的時(shí)序邏輯電路6.3.1寄存器和移位寄存器一、寄存器①用于寄存一組二值代碼，N位寄存器由N個(gè)觸發(fā)器組成，可存放一組N位二值代碼。②只要求其中每個(gè)觸發(fā)器可置1，置0。例1：例：用維-阻觸發(fā)器結(jié)構(gòu)的74HC175二、移位寄存器（代碼在寄存器中左/右移動(dòng)）具有存儲(chǔ)+移位功能器件實(shí)膊例：7嫌4LS靈19捕4A，左/右亭移，并掠行輸入躁，保持象，異步懶置零等功能R’DS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入擴(kuò)展應(yīng)藍(lán)用（4毀位嫩8位諸）6.3.與2計(jì)監(jiān)數(shù)器用于計(jì)鑰數(shù)、分像頻、定始時(shí)、產(chǎn)拴生節(jié)拍閉脈沖等分類：排按時(shí)鐘瞧分，同淋步、異綿步按計(jì)數(shù)蟻過程中果數(shù)字增境減分，立加、減利和可逆按計(jì)數(shù)訂器中的神數(shù)字編幼碼分，治二進(jìn)制梢、二-輪十進(jìn)制鋸和襲循環(huán)煎碼…按計(jì)數(shù)廊容量分胳，十進(jìn)清制，六領(lǐng)十進(jìn)制提…一、同步腹計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)壓制計(jì)數(shù)器①同步二簡(jiǎn)進(jìn)制加法差計(jì)數(shù)器原理：根倡據(jù)二進(jìn)制繞加法運(yùn)算仰規(guī)則可知階：在多位閥二進(jìn)制數(shù)木末位加1內(nèi)，若第i女位以下皆導(dǎo)為1時(shí)，廟則第i位款應(yīng)翻轉(zhuǎn)。由此得懶出規(guī)律奮，若用捧T觸發(fā)沫器構(gòu)成經(jīng)計(jì)數(shù)器乖，則第學(xué)i位觸公發(fā)器輸窮入端T挨i的邏明輯式應(yīng)惠為：器件實(shí)蓋例：7抽416憐1工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)②同步二昨進(jìn)制減稈法計(jì)數(shù)角器原理：軌根據(jù)二牲進(jìn)制減田法運(yùn)算桂規(guī)則可獻(xiàn)知：在齊多位二扔進(jìn)制數(shù)突末位減售1，若妖第i位湯以下皆廳為0時(shí)凍，則第仙i位應(yīng)杯翻轉(zhuǎn)。由此得出揚(yáng)規(guī)律，若洗用T觸發(fā)脂器構(gòu)成計(jì)數(shù)數(shù)器，則潮第i位觸黃發(fā)器輸入外端Ti的五邏輯式應(yīng)喉為：③同步加旦減計(jì)數(shù)除器加/減計(jì)數(shù)器加/減計(jì)數(shù)結(jié)伐果加/減計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)界果兩種解決輕方案a.單芝時(shí)鐘方別式加/減脈篩沖用同一穿輸入端，由加/釣減控制野線的高亦低電平盼決定加混/減器件實(shí)刃例：74L祝S19芽1（用據(jù)T觸發(fā)揪器）工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)(異步)010加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)b.雙罵時(shí)鐘方鴿式器件實(shí)例翼：74L勉S19夾3（采利用T’孤觸發(fā)器頃，即T掠=1）2.釘同步錢十進(jìn)制著計(jì)數(shù)器①加法計(jì)站數(shù)器基本原理徑：在四位赤二進(jìn)制計(jì)唇數(shù)器基礎(chǔ)總上修改，俯當(dāng)計(jì)到1唐001時(shí)訪，則下一犬個(gè)CLK記電路狀態(tài)橡回到00稼00。能自啟慰動(dòng)器件實(shí)例三：74腎160工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)②減法計(jì)摘數(shù)器基本原理貨：對(duì)二進(jìn)劣制減法計(jì)之?dāng)?shù)器進(jìn)行亮修改，在型0000私時(shí)減“1崖”后跳變標(biāo)為100前1，然后喘按二進(jìn)制避減法計(jì)數(shù)長(zhǎng)就行了。能自啟動(dòng)③十進(jìn)制余可逆計(jì)數(shù)丹器基本原理疲一致，電鋼路只用到霸0000尖~100搜1的十個(gè)股狀態(tài)實(shí)例器件單時(shí)鐘繡：74袋190攝,16使8雙時(shí)鐘：別7419眨2二.薯異步螺計(jì)數(shù)器1.察二進(jìn)制酒計(jì)數(shù)器①異步咱二進(jìn)制坐加法計(jì)浪數(shù)器在末位+牛1時(shí)，從煮低位到高塞位逐位進(jìn)怨位方式工叔作。原則：每充1位從“魚1”變“繳0”時(shí)，衣向高位發(fā)延出進(jìn)位，據(jù)使高位翻市轉(zhuǎn)②異步二紫進(jìn)制減法這計(jì)數(shù)器在末位您-1時(shí)在，從低齊位到高賀位逐位隨借位方剖式工作只。原則：勺每1位肢從“0饞”變“溪1”時(shí)撿，向高副位發(fā)出纏進(jìn)位，荷使高位屑翻轉(zhuǎn)2、異若步十進(jìn)格制加法巨計(jì)數(shù)器原理：在4位二怠進(jìn)制異步婆加法計(jì)數(shù)每器上修改私而成，要跳過1010核~1瓣111這柄六個(gè)狀態(tài)12345678910J=0J=1J=0J=K=搭1J=1J=0器件實(shí)例賺：二－五丘－十進(jìn)制異溉步計(jì)數(shù)器74LS縫290三、任專意進(jìn)制昨計(jì)數(shù)器販的構(gòu)成聲方法詳用已抵有的N食進(jìn)制芯錄片，組雹成M進(jìn)島制計(jì)數(shù)虎器，是腰常用的楊方法。N進(jìn)制M進(jìn)制1.及N>火M原理：計(jì)釀數(shù)循環(huán)過成程中設(shè)法揪跳過N－M個(gè)狀態(tài)止。具體方法蟻：置零法肆置數(shù)法例：將底十進(jìn)制至的74椒160撥接成六舅進(jìn)制計(jì)文數(shù)器異步置零掉法工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：將頭十進(jìn)制脂的74功160上接成六岸進(jìn)制計(jì)犁數(shù)器異步置零隙法置數(shù)法僅(徒a)置恥入00星00儀(b珍)置入碰100誕12.累N恢<M①M(fèi)=N舊1×N2先用前忽面的方厲法分別際接成N殃1和N俊2兩個(gè)諸計(jì)數(shù)器夠。N1和N彈2間的連巨接有兩種迷方式：a.并禾行進(jìn)位異方式：柴用同一垂個(gè)CL矩K，低架位片的王進(jìn)位輸診出作為錘高位片朱的計(jì)數(shù)面控制信欺號(hào)（如敲741急60的常EP和駛ET）b.串刻行進(jìn)位高方式：納低位片愿的進(jìn)位什輸出作蘆為高位凝片的C谷LK，映兩片始逃終同時(shí)掙處于計(jì)范數(shù)狀態(tài)例：用漏741枯60接飼成一百囑進(jìn)制工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：用兩餅片741威60接成暑一百進(jìn)制員計(jì)數(shù)器并行進(jìn)位法串行進(jìn)位法②M不可分拖解采用整棒體置零鵲和整體肅置數(shù)法配：先用兩片接成M’>負(fù)M的計(jì)數(shù)器然后再擺采用置寒零或置巾數(shù)的方釘法例：用7摩4160意接成二十掉九進(jìn)制工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同步）X1101保持（包括C）X11X0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)例：用窄741心60接核成二十宏九進(jìn)制整體置零（異步）整體置數(shù)（同步）四、移粥位寄存防器型計(jì)牧數(shù)器1.環(huán)給形計(jì)數(shù)器2.旬扭環(huán)形攔計(jì)數(shù)器五、計(jì)筑數(shù)器應(yīng)導(dǎo)用實(shí)例例1，憲計(jì)數(shù)器皺+譯碼幅器→順序節(jié)障拍脈沖發(fā)眼生器例2，計(jì)蠅數(shù)器+數(shù)掛據(jù)選擇器→序列脈點(diǎn)沖發(fā)生器發(fā)生的奪序列：0001賭01116.4迷時(shí)序邏輯舅電路的設(shè)民計(jì)方法6.4塘.1都同步時(shí)勿序邏輯常電路的柄設(shè)計(jì)方赤法設(shè)計(jì)的鑒一般步佩驟一、邏輯左抽象，求曬出狀態(tài)轉(zhuǎn)澆換圖或狀黎態(tài)轉(zhuǎn)換表1.磁確定輸賓入/輸出腥變量、電符路狀態(tài)數(shù)霧。2.翅定義輸入怒/輸出邏揉輯狀態(tài)以慶及每個(gè)電其路狀態(tài)的卻含意，并飽對(duì)電路狀互態(tài)進(jìn)行編把號(hào)。3.懲按設(shè)項(xiàng)計(jì)要求敞列出狀析態(tài)轉(zhuǎn)換產(chǎn)表，或鑼畫出狀賓態(tài)轉(zhuǎn)換愈圖。二、狀室態(tài)化簡(jiǎn)若兩個(gè)勢(shì)狀態(tài)在燙相同的什輸入下免有相同皮的輸出皇，并轉(zhuǎn)護(hù)換到同由一個(gè)次善態(tài)，則以稱為等榨價(jià)狀態(tài)預(yù)；等價(jià)炕狀態(tài)可塌以合并概。三、狀譯態(tài)分配加（編碼尖）1.廉確定柏觸發(fā)器崖數(shù)目。2.蘋給每崗個(gè)狀態(tài)總規(guī)定一無個(gè)代碼糞。（通常牧編碼的慈取法、覺排列順決序都依況照一定峰的規(guī)律唐）四、選望定觸發(fā)畫器類型求出狀態(tài)檔方程，驅(qū)示動(dòng)方程，執(zhí)輸出方程楊。五、畫出旺邏輯圖六、檢查嗽自啟動(dòng)例：設(shè)咬計(jì)一個(gè)缸串行數(shù)序據(jù)檢測(cè)里器，要恢求在連役續(xù)輸入獨(dú)三個(gè)或鍬三個(gè)以粱上“1碑”時(shí)輸闖出為1悲，其余怠情況下什輸出為穴0。一、抽象饑、畫出狀惱態(tài)轉(zhuǎn)換圖勾二、狀態(tài)稱化簡(jiǎn)用X（叉1位）管表示輸哥入數(shù)據(jù)用Y（1夫位）表示噴輸出（檢正測(cè)結(jié)果）三、狀委態(tài)分配取n=栗2，令炕的0著0、0濟(jì)1、1旋0為則，四、選用夠JK觸發(fā)喝器，求方鐮程組五、畫丙邏輯圖六、檢查姓電路能否傷自啟動(dòng)將狀態(tài)“包11”拴代入狀唱態(tài)方程和艙輸出方程苦，分別求栗X=0/搬1下的次償態(tài)和現(xiàn)態(tài)奪下的輸出件，得到：能自啟動(dòng)6.6辦用mu旱lti包sim帆分析時(shí)遞序邏輯坦電路例:分政析下圖繞的計(jì)數(shù)拘器電路價(jià)。求電擺路的時(shí)伴序圖.曬說明這傲是幾進(jìn)慮制的計(jì)米數(shù)器。謝謝觀累看/歡迎