任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成以及時序邏輯電路設(shè)計PPT

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ),閻石主編（第五版）,信息科學(xué)與工程學(xué)院基礎(chǔ)部,1,四、任意進(jìn)制計數(shù)器的構(gòu)成方法,若已有N進(jìn)制計數(shù)器（如74LS161)，現(xiàn)在要實現(xiàn)M進(jìn)制計數(shù)器,6.3.2 計數(shù)器,N進(jìn)制,M進(jìn)制,任意進(jìn)制計數(shù)器只能用已有的計數(shù)器芯片通過外電路的不同連接方式實現(xiàn)，即用組合電路產(chǎn)生復(fù)位、置位信號得到任意進(jìn)制計數(shù)器。,2,1. MN的情況,21,（2）當(dāng)M為素數(shù)時，不能分解為M1和M2，采用整體清0/整體置數(shù)方式。,首先將兩片N進(jìn)制計數(shù)器按串行進(jìn)位方式或并行進(jìn)位方式聯(lián)成NN M 進(jìn)制計數(shù)器，再按照MN的置零法和置數(shù)法構(gòu)成M進(jìn)制計數(shù)器。此方法適合任何M進(jìn)制（可分解和不可分解）計數(shù)器的構(gòu)成。,22,【

2、例】用74160實現(xiàn)100進(jìn)制計數(shù)器。,(1) 并行進(jìn)位，M=100=10*10。,C,23,【例】用74160實現(xiàn)100進(jìn)制計數(shù)器。,(2) 串行進(jìn)位，M=100=10*10。,為什么進(jìn)位端要加一個反相器？ 不加會有什么結(jié)果？,24,C,為什么進(jìn)位端要加一個反相器？不加會有什么結(jié)果？,25,【例】用74160實現(xiàn)24進(jìn)制計數(shù)器。,整體置零法,M=24，在SM=S24=0010 0100 處反饋清零。,1,1,26,CLK,CO,1,2,3,4,5,6,18,19,20,21,22,23,24,27,【例】用74160實現(xiàn)24進(jìn)制計數(shù)器。,整體置數(shù)法,1,1,i=0, M=24，在Si+M-1

3、=S23=0010 0011 處反饋置零。,28,【例】用74160實現(xiàn)24進(jìn)制計數(shù)器。,整體置數(shù)法,1,1,i=2, M=24，在Si+M-1=S25=0010 0101 處反饋置零。,1,29,【例】用74160實現(xiàn)63進(jìn)制計數(shù)器。,整體置零法,M=63，在SM=S63=0110 0011 處反饋清零。,1,1,30,【例】用74160實現(xiàn)63進(jìn)制計數(shù)器。,整體置數(shù)法,1,1,i=0, M=63，在Si+M-1=S62=0110 0010 處反饋置零。,31,【例】用74160實現(xiàn)63進(jìn)制計數(shù)器。,整體置數(shù)法,1,1,i=6, M=63，在Si+M-1=S68=0110 1000 處反饋置

4、零。,1,32,【例】試?yán)弥昧惴ê椭脭?shù)法由兩片74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器。,解：用整體法先將兩片74LS161構(gòu)成256進(jìn)制（1616進(jìn)制），該256進(jìn)制計數(shù)器實際為二進(jìn)制計數(shù)器(28),6.3.2 計數(shù)器,注意！,故若由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制計數(shù)器， 先要將53化成二進(jìn)制數(shù)碼， 再根據(jù)整體置數(shù)法或整體置零法實現(xiàn)53進(jìn)制。,33,轉(zhuǎn)換過程：,(53)D=( )B,例：,11 0101,商為0,34,【例】試?yán)弥昧惴ê椭脭?shù)法由兩片74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器。,解：若由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制計數(shù)器，其構(gòu)成的256進(jìn)制實際為二進(jìn)制計數(shù)器(28),故先要將53化成二進(jìn)制

5、數(shù)碼,6.3.2 計數(shù)器,（53)D（110101)B,（0011 0101)B,（1）整體置零法實現(xiàn)53進(jìn)制。（M=53）,35,利用整體置零法由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器如圖所示。,實現(xiàn)從0000 0000到0011 0100的53進(jìn)制計數(shù)器,十進(jìn)制數(shù)53對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0101,1 0 1 0,1 1 0 0,36,【例】試?yán)弥昧惴ê椭脭?shù)法由兩片74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器。,解：若由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制計數(shù)器，其構(gòu)成的256進(jìn)制實際為二進(jìn)制計數(shù)器(28),故先要將53化成二進(jìn)制數(shù)碼,6.3.2 計數(shù)器,（53)D（110101)B,（0011 010

6、1)B,（2）整體置數(shù)法實現(xiàn)53進(jìn)制。(M=53),37,利用整體置數(shù)法由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器如圖所示。,實現(xiàn)從0000 0000到0011 0100的53進(jìn)制計數(shù)器,十進(jìn)制數(shù)53對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0101,0 0 1 0,1 1 0 0,38,【例】試?yán)弥昧惴ê椭脭?shù)法由兩片74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器。,解：若由74LS161構(gòu)成53進(jìn)制計數(shù)器，其構(gòu)成的256進(jìn)制實際為二進(jìn)制計數(shù)器(28),故先要將53化成二進(jìn)制數(shù)碼,6.3.2 計數(shù)器,（53)D（110101)B,（0011 0101)B,（2）整體置數(shù)法實現(xiàn)53進(jìn)制。(M=53),39,利用整體置數(shù)法由

7、74LS161構(gòu)成53進(jìn)制加法計數(shù)器如圖所示。,實現(xiàn)從0000 0010到0011 0110的53進(jìn)制計數(shù)器,十進(jìn)制數(shù)54對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0110,1 0 1 0,1 1 0 0,40,其反饋電路的表達(dá)式為,移位寄存器型計數(shù)器的結(jié)構(gòu)可表示為圖所示的框圖形式。,6.3.2 計數(shù)器,環(huán)形計數(shù)器是反饋函數(shù)中最簡單的一種，其D0=Q3,五 、移位寄存器型計數(shù)器,41,1.環(huán)形計數(shù)器（P305）,電路如圖所示，將移位寄存器首尾相接，則在時鐘脈沖信號作用下，數(shù)據(jù)將循環(huán)右移。,6.3.2 計數(shù)器,42,設(shè)初態(tài)為Q0Q1Q2Q3=1000,則其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為,6.3.2 計數(shù)器,注：此電路有幾種無效循

8、環(huán)，而且一旦脫離有效循環(huán)，則不會自動進(jìn)入到有效循環(huán)中，故此環(huán)形計數(shù)器不能自啟動，必須 將電路置到有效循環(huán)的某個狀態(tài)中。,43,6.3.2 計數(shù)器,加了反饋邏輯電路的能自啟動的環(huán)形計數(shù)器的電路,其狀態(tài)方程為,44,則可畫出它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為,6.3.2 計數(shù)器,有效循環(huán),1.環(huán)形計數(shù)器結(jié)構(gòu)簡單，不需另加譯碼電路； 2.環(huán)形計數(shù)器的缺點是沒有充分利用電路的狀態(tài)。n位移位寄存器組成的環(huán)形計數(shù)器只用了n個狀態(tài)，而電路共有2n個狀態(tài)。,45,環(huán)形計數(shù)器的特點,優(yōu)點: 電路結(jié)構(gòu)簡單,缺點: 沒有充分利用電路的狀態(tài),用n位移位寄存器組成的環(huán)形計數(shù)器只用了n個狀態(tài),46,環(huán)扭形計數(shù)器（也叫約翰遜計數(shù)器），其D0

9、=Q3,6.3.2 計數(shù)器,其狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖為,此電路不能自啟動！,2. 扭環(huán)形計數(shù)器,47,為了實現(xiàn)自啟動，則將電路修改成如圖所示電路。,6.3.2 計數(shù)器,48,其狀態(tài)轉(zhuǎn)換表為,6.3.2 計數(shù)器,49,6.3.2 計數(shù)器,a. n位移位寄存器構(gòu)成的扭環(huán)型計數(shù)器的有效循環(huán)狀態(tài)為2n個，比環(huán)形計數(shù)器提高了一倍; b. 在有效循環(huán)狀態(tài)中，每次轉(zhuǎn)換狀態(tài)只有一個觸發(fā)器改變狀態(tài)，這樣在將電路狀態(tài)譯碼時不會出現(xiàn)競爭冒險現(xiàn)象; c. 雖然扭環(huán)型計數(shù)器的電路狀態(tài)的利用率有所提高，但仍有(2n2n )個狀態(tài)沒有利用。,扭環(huán)型計數(shù)器的特點,50,在數(shù)字信號的傳輸和數(shù)字系統(tǒng)的測試中，有時會用到一組特定的串行數(shù)字信號

10、，如00010111（時間順序為由左而右）等，這種串行數(shù)字信號叫做序列信號。 序列信號發(fā)生器是能夠循環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號的時序電路，它可以用計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇器實現(xiàn)，也可采用帶反饋邏輯電路的移位寄存器構(gòu)成。,六、計數(shù)器的應(yīng)用,2.序列信號發(fā)生器,51,00010111,（時間順序為由左而右）,52,序列信號輸出為 00110111,53,例、 試分析圖所示電路的邏輯功能，要求寫出電路的輸出序列信號，說明電路中JK觸發(fā)器的作用。,序列信號發(fā)生器(計數(shù)器的應(yīng)用）,54,解：本例題是一序列信號發(fā)生器，74LS161構(gòu)成8進(jìn)制計數(shù)器，與74LS151構(gòu)成序列信號輸出網(wǎng)絡(luò)，JK觸發(fā)器起輸出緩沖作用，防

11、止輸出出現(xiàn)冒險現(xiàn)象。其輸出狀態(tài)表如下,6.3.4* 序列信號發(fā)生器(計數(shù)器的應(yīng)用）,55,六、計數(shù)器的應(yīng)用,3. 用計數(shù)器實現(xiàn)數(shù)字頻率計,56,六、計數(shù)器的應(yīng)用,3. 用計數(shù)器實現(xiàn)數(shù)字頻率計,57,小結(jié),基本要求： 掌握74160、 74161各管腳的功能； 掌握用74160 、74161實現(xiàn)不同進(jìn)制的方法。,作業(yè)： P350 思考題和習(xí)題 6-12題、6-13題、6-14題、6-16題,58,6.4.1 同步時序邏輯電路的設(shè)計方法,步驟：,一 、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,1.分析給定的邏輯問題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態(tài)數(shù)。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取

12、結(jié)果作輸出邏輯變量；,2.定義輸入、輸出邏輯狀態(tài)和每個電路狀態(tài)的含義，并將電路狀態(tài)順序編號；,3.按照題意列出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或畫出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,6.4 時序邏輯電路的設(shè)計方法,59,二、 狀態(tài)化簡,若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到同樣的一個狀態(tài)去，則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。等價狀態(tài)可以合并，這樣設(shè)計的電路狀態(tài)數(shù)少，電路越簡。,6.4.1 同步時序邏輯電路的設(shè)計方法,三、 狀態(tài)分配,(狀態(tài)分配也叫狀態(tài)編碼),a.確定觸發(fā)器的數(shù)目n ； b.確定電路的狀態(tài)數(shù)M ，應(yīng)滿足2n1M2n; c.進(jìn)行狀態(tài)編碼，即將電路的狀態(tài)和觸發(fā)器狀態(tài)組合對應(yīng)起來。,60,a. 選定觸發(fā)器的類

13、型； b. 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表）和選定的狀態(tài)編碼、觸發(fā)器的類型，寫出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程。,五 、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖,六、 檢查設(shè)計的電路能否自啟動,若電路不能自啟動，則應(yīng)采取下面措施： a. 通過預(yù)置數(shù)將電路狀態(tài)置成有效循環(huán)狀態(tài)中； b. 通過修改邏輯設(shè)計加以解決。,四 、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動方程和輸出方程,6.4.1 同步時序邏輯電路的設(shè)計方法,61,同步時序邏輯電路設(shè)計過程框圖如圖6.4.1所示。,6.4.1 同步時序邏輯電路的設(shè)計方法,62,【例1】 用JK觸發(fā)器設(shè)計一個六進(jìn)制同步計數(shù)器。,(1)原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 （邏輯抽象）,(2)狀

14、態(tài)分配,取二進(jìn)制自然碼順序 得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,根據(jù)設(shè)計要求，設(shè)定狀態(tài)，畫出 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,該狀態(tài)圖不需化簡。,63,(3)求方程,XXX/X,001/0,010/0,XXX/X,填次態(tài)卡諾圖,64,65,66,67,68,選用J、K觸發(fā)器,69,(4)畫邏輯圖,70,(5)檢查自啟動,將無效狀態(tài)110和111分別代入狀態(tài)方程和輸 出方程，得,因為000是有效狀態(tài)，所以電路能自啟動。,71,該電路的輸入變量為X， 代表輸入串行序列，輸出變量為Z，表示檢測結(jié)果。,【例2】 試用JK觸發(fā)器完成“111”序列檢測器設(shè)計。 若輸入三個連續(xù)的1輸出為1，否則輸出為0。(P319),建立原始狀態(tài)圖和原始狀態(tài)

15、表,S0： 初始狀態(tài)， 表示電路還沒有收到1或連續(xù)的1。 S1： 表示電路收到了一個1的狀態(tài)。 S2： 表示電路收到了連續(xù)兩個1的狀態(tài)。 S3： 表示電路收到了連續(xù)三個或三個以上1的狀態(tài)。,72,輸入X 101100111011110 輸出Z 000000001000110,設(shè)電路開始處于初始狀態(tài)為S0。,第一次輸入1時，由狀態(tài)S0轉(zhuǎn)入狀態(tài)S1，并輸出0；,若繼續(xù)輸入1，由狀態(tài)S1轉(zhuǎn)入狀態(tài)S2，并輸出0；,如果仍接著輸入1，由狀態(tài)S2轉(zhuǎn)入狀態(tài)S3，并輸出1；,此后若繼續(xù)輸入1，電路仍停留在狀態(tài)S3，并輸出1。,電路無論處在什么狀態(tài)，只要輸入0，都應(yīng)回到初始狀態(tài)，并輸出0，以便重新計數(shù)。,S0,

16、S1,S2,S3,1/0,X/Z,1/0,1/1,1/1,0/0,0/0,0/0,0/0,畫原始狀態(tài)圖,73,若兩個電路狀態(tài)在相同的輸入 下有相同的輸出，并且轉(zhuǎn)換到 同樣的一個狀態(tài)去， 則稱這兩個狀態(tài)為等價狀態(tài)。,S 2， S 3為等價態(tài),狀態(tài)化簡,74,狀態(tài)化簡,75,狀態(tài)分配,該時序電路共有三個狀態(tài)，采用兩個JK觸發(fā)器， 取S0=00, S1=10，S2=11。,填次態(tài)卡諾圖,76,求狀態(tài)方程和輸出方程,77,檢查自啟動,78,畫出邏輯圖,79,*6.4.2 時序邏輯電路的自啟動設(shè)計,在前面的同步時序電路設(shè)計中，電路的自啟動檢查是在最后一步進(jìn)行的，如果不能自啟動，還要返回來從新修改設(shè)計。如

17、果在設(shè)計過程中能夠考慮自啟動的問題，就可以省略檢查自啟動這一步驟了。,例6.4.4 設(shè)計一七進(jìn)制計數(shù)器，要求它能夠自啟動。已知該計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖所示。,解：由所給的狀態(tài)圖得出電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表表6.4.1所示,80,次態(tài)的卡諾圖為,*6.4.2 時序邏輯電路的自啟動設(shè)計,81,次態(tài)的卡諾圖為,*6.4.2 時序邏輯電路的自啟動設(shè)計,82,則輸出端的狀態(tài)方程為,由于進(jìn)位信號是在011狀態(tài)譯出，故輸出方程為,*6.4.2 時序邏輯電路的自啟動設(shè)計,83,前面所得的電路狀態(tài)方程都是沒包含，也就是將它取成000,仍是無效狀態(tài)，電路則不會自啟動。即000態(tài)的次態(tài)仍為000,注意：在上述合并1中，如果將項圈入，則當(dāng)作1處理；否則作0處理。這就是無形中給無效狀態(tài)（）指定了次態(tài)。如果想電路自啟動，必須是無效狀態(tài)的次態(tài)應(yīng)改為有效狀態(tài)。,*6.4.2 時序邏輯電路的自啟動設(shè)計,84,如果將取成有效狀態(tài)則電路就會自啟動。若000010，則修改Q2*的卡諾圖，如下圖,*6.4.2 時序邏輯