時(shí)序邏輯電路(1)-第11講

第六章時(shí)序邏輯電路6.1概述

一、組合電路與時(shí)序電路的區(qū)別1.組合電路：電路的輸出只與電路的輸入有關(guān)，與電路的前一時(shí)刻的狀態(tài)無(wú)關(guān)。2.時(shí)序電路：電路在某一給定時(shí)刻的輸出取決于該時(shí)刻電路的輸入還取決于前一時(shí)刻電路的狀態(tài)由觸發(fā)器保存時(shí)序電路：組合電路+觸發(fā)器電路的狀態(tài)與時(shí)間順序有關(guān)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(lái)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

時(shí)序電路在任何時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅與該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元是觸發(fā)器。

二、時(shí)序邏輯電路的分類(lèi)：按動(dòng)作特點(diǎn)可分為同步時(shí)序邏輯電路異步時(shí)序邏輯電路所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化都是在同一時(shí)鐘信號(hào)操作下同時(shí)發(fā)生。觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同時(shí)發(fā)生。按輸出特點(diǎn)可分為米利型時(shí)序邏輯電路穆?tīng)栃蜁r(shí)序邏輯電路輸出不僅取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)，而且還決定于電路當(dāng)前的輸入。輸出僅決定于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)，與電路當(dāng)前的輸入無(wú)關(guān)。三、時(shí)序邏輯電路的功能描述方法邏輯方程組狀態(tài)表卡諾圖狀態(tài)圖時(shí)序圖邏輯圖

特性方程：描述觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達(dá)式。驅(qū)動(dòng)方程：（激勵(lì)方程）觸發(fā)器輸入信號(hào)的邏輯表達(dá)式。時(shí)鐘方程：控制時(shí)鐘CLK的邏輯表達(dá)式。狀態(tài)方程：（次態(tài)方程）次態(tài)輸出的邏輯表達(dá)式。驅(qū)動(dòng)方程代入特性方程得狀態(tài)方程。輸出方程：輸出變量的邏輯表達(dá)式。1.邏輯方程組2.狀態(tài)表反映輸出Z、次態(tài)Q*與輸入X、現(xiàn)態(tài)Q之間關(guān)系的表格。3.狀態(tài)圖反映時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律，及相應(yīng)輸入、輸出取值關(guān)系的圖形。箭尾：現(xiàn)態(tài)箭頭：次態(tài)標(biāo)注：輸入／輸出4.時(shí)序圖

時(shí)序圖又叫工作波形圖，它用波形的形式形象地表達(dá)了輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電路的狀態(tài)等的取值在時(shí)間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

這四種方法從不同側(cè)面突出了時(shí)序電路邏輯功能的特點(diǎn)，它們?cè)诒举|(zhì)上是相同的，可以互相轉(zhuǎn)換。電路圖時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)表時(shí)序圖15時(shí)序電路的分析步驟：46.2時(shí)序邏輯電路的分析方法2將驅(qū)動(dòng)方程代入特性方程判斷電路邏輯功能,檢查自啟動(dòng)3計(jì)算幾個(gè)概念有效狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是被利用了的狀態(tài)。有效循環(huán)：有效狀態(tài)構(gòu)成的循環(huán)。無(wú)效狀態(tài)：在時(shí)序電路中，凡是沒(méi)有被利用的狀態(tài)。無(wú)效循環(huán)：無(wú)效狀態(tài)若形成循環(huán)，則稱(chēng)為無(wú)效循環(huán)。自啟動(dòng)：在CLK作用下，無(wú)效狀態(tài)能自動(dòng)地進(jìn)入到有效循環(huán)中，則稱(chēng)電路能自啟動(dòng)，否則稱(chēng)不能自啟動(dòng)。例6.2.1解:①寫(xiě)方程組驅(qū)動(dòng)方程同步時(shí)序電路，時(shí)鐘方程省去。輸出方程②求狀態(tài)方程將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程中得電路的狀態(tài)方程:③計(jì)算、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001010011100101110111/0/0/0/0/0/0/1/1Q3Q2Q1/Y④作時(shí)序圖⑤說(shuō)明電路功能這是一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，能自啟動(dòng)。000001001011001011011000例6.2.3解:①寫(xiě)方程式驅(qū)動(dòng)方程代入D觸發(fā)器的特性方程，得到電路的狀態(tài)方程輸出方程②求狀態(tài)方程輸入

現(xiàn)態(tài)

次態(tài)輸出AY000101011000001011111101100111100001110001100000③計(jì)算、列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入

現(xiàn)態(tài)

次態(tài)輸出AY000101011000001011111101100111100001110001100000畫(huà)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向00011011轉(zhuǎn)換條件0/0A/YQ2Q10/10/00/01/01/01/11/0④作時(shí)序圖⑤說(shuō)明電路功能A=0時(shí)是二位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；A=1時(shí)是二位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。0111100110016.3若干常用的時(shí)序邏輯電路寄存器和移位寄存器一、寄存器

在數(shù)字電路中，用來(lái)存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路稱(chēng)為寄存器。

寄存器是由具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)器組合起來(lái)構(gòu)成的。一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)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(gè)觸發(fā)器來(lái)構(gòu)成。同步觸發(fā)器構(gòu)成4位寄存器邊沿觸發(fā)器構(gòu)成（1）清零。，異步清零。即有：（2）送數(shù)。時(shí)，CLK上升沿送數(shù)。即有：（3）保持。在、CLK上升沿以外時(shí)間，寄存器內(nèi)容將保持不變。二、移位寄存器單向移位寄存器0010010011110110101

經(jīng)過(guò)4個(gè)CLK信號(hào)以后，串行輸入的4位代碼全部移入寄存器中，同時(shí)在4個(gè)觸發(fā)器輸出端得到并行輸出代碼。

首先將4位數(shù)據(jù)并行置入移位寄存器的4個(gè)觸發(fā)器中，經(jīng)過(guò)4個(gè)CP,4位代碼將從串行輸出端依次輸出，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行－串行轉(zhuǎn)換。根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入－輸出方式，又分為四種：FFFFFFFFFFFFFFFF串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出FFFFFFFFFFFFFFFF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CLK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(gè)CLK脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q0～Qn-1端獲得并行的n位二進(jìn)制數(shù)碼，再用n個(gè)CLK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(gè)CLK脈沖后，寄存器便被清零。雙向移位寄存器器件實(shí)例：74LS194A，左/右移，并行輸入，保持，異步置零等功能R’DS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入

2片74LS194A接成8位雙向移位寄存器Q0Q1Q2Q3

DIRD0D1D2D3DIL

RDS1S0CLK74LS194用雙向移位寄存器74LS194組成節(jié)日彩燈控制電路+5V+5VS1=0,S0=1右移控制+5VCLK1秒Q=0時(shí)LED亮清0按鍵1k

二極管發(fā)光LEDQ0Q1Q2Q3

DIRD0D1D2D3DIL

RDS1S0CLK74LS194本節(jié)小結(jié)：

寄存器是用來(lái)存放二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼的電路，是一種基本時(shí)序電路。任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)都必須把需要處理的數(shù)據(jù)和代碼先寄存起來(lái)，以便隨時(shí)取用。本節(jié)小結(jié)：

寄存器分為基本寄存器和移位寄存器兩大類(lèi)?；炯拇嫫鞯臄?shù)據(jù)只能并行輸入、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)可以并行輸入、并行輸出，串行輸入、串行輸出，并行輸入、串行輸出，串行輸入、并行輸出。計(jì)數(shù)器

在數(shù)字電路中，能夠記憶輸入脈沖個(gè)數(shù)的電路稱(chēng)為計(jì)數(shù)器。分類(lèi)：按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器是否同時(shí)翻轉(zhuǎn)同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)器中的數(shù)字增減加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)器容量二進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N進(jìn)制計(jì)數(shù)器······n位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器的電路連接規(guī)律：驅(qū)動(dòng)方程輸出方程一、同步計(jì)數(shù)器277頁(yè)圖6.3.84位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器

若計(jì)數(shù)脈沖頻率為f0，則Q0、Q1、Q2、Q3端輸出脈沖的頻率依次為f0的1/2、1/4、1/8、1/16。因此又稱(chēng)為分頻器。4位集成二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS161/163預(yù)置數(shù)控制端數(shù)據(jù)輸入端異步復(fù)位端工作狀態(tài)控制端進(jìn)位輸出(a)引腳排列圖4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74161功能表74161具有異步清零和同步置數(shù)功能.4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74163功能表74163具有同步清零和同步置數(shù)功能.74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用同步清零方式。驅(qū)動(dòng)方程輸出方程n位二進(jìn)制同步減法計(jì)數(shù)器的連接規(guī)律：282頁(yè)圖6.3.134位集成二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS191預(yù)置數(shù)控制端使能端加／減控制端串行時(shí)鐘輸出4位同步二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS191功能表74LS191具有異步置數(shù)功能.雙時(shí)鐘加/減計(jì)數(shù)器74LS19374LS193具有異步清零和異步置數(shù)功能.2、同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器:在同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器基礎(chǔ)上修改而來(lái).

同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS160與74LS161邏輯圖和功能表均相同,所不同的是74LS160是十進(jìn)制而74LS161是十六進(jìn)制。

同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器也有單時(shí)鐘和雙時(shí)鐘兩種結(jié)構(gòu)形式。屬于單時(shí)鐘的有74LS190等，屬于雙時(shí)鐘的有74LS192等。74LS190與74LS191邏輯圖和功能表均相同；74LS192與74LS193邏輯圖和功能表均相同。二、異步計(jì)數(shù)器1、異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器3位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)，Q0接CLK1,Q1接CLK2。若上升沿觸發(fā)，則應(yīng)Q0′接CLK1,Q1′接CLK2。①異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器在末位+1時(shí)，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。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)3位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)，接CLK1,接CLK2。若上升沿觸發(fā)，則應(yīng)接CLK1,接CLK2。②異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器在末位-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)2、異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器異步二－五－十