触发器与时序逻辑电路

1、第第1111章章 触发器与时序逻辑电路触发器与时序逻辑电路11.1 11.1 触发器触发器11.2 11.2 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析11.3 11.3 计数器计数器11.4 11.4 寄存器寄存器11.1 触发器触发器触发器输出有两种可能的状态：触发器输出有两种可能的状态：0、1；输出状态不只与现时的输入有关，还与输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类：按功能分类：R-S触发器、触发器、D型触发器、型触发器、JK触发器、触发器、T型等。型等。11.1.1 基本基本RS触发器触

2、发器&a&b反馈反馈RS两个输入端两个输入端QQ两个输出端两个输出端逻辑符号逻辑符号1.电路结构与符号电路结构与符号 R SQQ以以Q的状态，作为的状态，作为触发器的状态。触发器的状态。若原状态：若原状态：输出仍保持：输出仍保持：1Q0Q 输入输入 =0, =1时时R S1Q0Q 11001010&a&bQQS R 若原状态：若原状态：0Q1Q 1010输出变为：输出变为：1Q0Q 输入输入 =0, =1时时R S1101&a&bQQR S若原状态：若原状态：1Q0Q 10101011输出变为：输出变为：0Q1Q 输入输入 =1, =0时时R S&a&bQQR S若原状态：若原状态：0Q1Q

3、00110101输出保持：输出保持：0Q1Q &a&bQQR S输入输入 =1, =0时时R S若原状态：若原状态：10111001输出保持原状态：输出保持原状态：0Q1Q 0Q1Q 输入输入 =1, =1时时R S&a&bQQR S若原状态：若原状态：1Q0Q 01110110输出保持原状态：输出保持原状态：1Q0Q 输入输入 =1, =1时时R S&a&bQQR S0011输出全是输出全是1输入输入 =1, =1时时R S&a&bQQR S但当但当 = =0同时变为同时变为1时，当负脉冲消时，当负脉冲消失后，触发器的状态将由偶然因素决定。失后，触发器的状态将由偶然因素决定。R S基本基本R

4、S触发器的真值表触发器的真值表 Q 1 1 保持原状态保持原状态 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 同时变为同时变为 1 后不确定后不确定 QR S基本基本RS触发器的真值表触发器的真值表 Q 1 1 保保 持持 原原 状状 态态 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 同同 时时 变变 为为 1 后后 不不 确确 定定 QR S1、触发器是双稳态器件，只要令、触发器是双稳态器件，只要令 = =1，触发器即保持，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器为触发器的状态。的状态。R S2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。、在

5、控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。 端加端加入负脉冲，使入负脉冲，使Q=1， 称为称为“置位置位”或或“置置1”端。端。 端端加入负脉冲，使加入负脉冲，使Q=0， 称为称为“复位复位”或或“清清0”端。端。SSR R 11.1.2 门控触发门控触发 器器1. 门控门控RS触发器触发器&c&dQQDRDS&a&bRSCP时钟信号时钟信号直接置直接置0或置或置1&c&dQQDRDS&a&bRSCPCP=0时时011触发器保持原态触发器保持原态CP=1时时1RS&c&dQQDRDS&a&bRSCPR、S的作用正好与基本的作用正好与基本RS触发器触发器 、 相反相反 R SRS触发器的真值表触发

6、器的真值表CPRSQ0保持保持100保持保持1011011001111不确定不确定Q简化的功能表简化的功能表R S Qn+1 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 不确定不确定 Qn+1 -下一个状态（下一个状态（CP过后）过后）Qn-原状态原状态RDSDRSCQQ逻辑符号逻辑符号特性方程特性方程01RSnQRSnQ约束条件约束条件例：画出例：画出RS触发器的输出波形触发器的输出波形 。CPRSQQSetReset使输出全为使输出全为1CP撤去后撤去后状态不定状态不定保持保持2 .门控门控D触发器触发器D&c&dQQDRDS&a&bCP输入端输入端CP=0时，时，a、b门被堵，输出保持

7、原态：门被堵，输出保持原态：011保持保持D&c&dQQDRDS&a&bCPCP=1时，时，a、b门被打开，输出由门被打开，输出由D决定：决定：若若D=01011001D&c&dQQDRDS&a&bCPCP=1时，时，a、b门被打开，输出由门被打开，输出由D决定：决定：若若D=11100110D&c&dQQDRDS&a&bCPRDSDD CQQD Qn+1 0 0 1 1 真值表真值表逻辑符号逻辑符号特性方程特性方程DnQ1CPDQQ例：画出例：画出D触发器的输出波形。触发器的输出波形。3.3.门控门控JKJK触发器触发器&c&dQQ&a&bCPJK与门控与门控RS触发器相比触发器相比QJS

8、KQR J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQJ K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQ功能表功能表逻辑符号逻辑符号RDSDCQQKJ特性方程特性方程nQKnQJnQ14. 门控门控 T触发器触发器&c&dQQ&a&bCPTT等于等于0时，触时，触发器状态发器状态不变不变a、b门被堵，输出保持原态门被堵，输出保持原态T等于等于0时时T等于等于1工作原理工作原理100101110假设假设Qn=010来一个时钟翻转一次来一个时钟翻转一次&c&dQQ&a&bCPT等于等于1时，触时，触发器在发器在CP的作的作用下不断翻转用下不断翻转a、b门被打

9、开门被打开T触发器存在的问题触发器存在的问题1、计数脉冲必须严密配合，、计数脉冲必须严密配合，CP脉冲不能太脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象（长，否则触发器将产生空翻现象（CP=1期间，输出状态翻转若干次）。期间，输出状态翻转若干次）。2、为了解决空翻现象，可以采用主从方、为了解决空翻现象，可以采用主从方式触发的触发器。式触发的触发器。11.1.3 主从触发器主从触发器&c&dQQ&a&bCPR2S2CF从从QQCPQQ电路结构电路结构CPR1S1CF主主QQ正反相，不正反相，不能同时工作能同时工作工作原理工作原理10F主主打开打开F从从关闭关闭输出反输出反馈到馈到F主主R2S2CF从从

10、QQCPQQCPR1S1CF主主QQ1输出反输出反馈到馈到F从从0CP工作原理工作原理F主主关闭关闭F从从打开打开0R2S2CF从从QQQQCPR1S1CF主主QQ由此可见，主从触发器一个由此可见，主从触发器一个CP 只能翻转一次。只能翻转一次。翻转时刻描述：翻转时刻描述：前沿处，输出前沿处，输出交叉反馈到交叉反馈到F主主。后沿处，输出后沿处，输出传递到传递到F从从翻翻转完成。转完成。CPRDSDCQQCP边沿边沿处翻转处翻转CP负沿负沿处翻转处翻转逻辑符号逻辑符号1.主从主从RS触发器触发器QRSCQ新逻辑符号新逻辑符号01RSnQRSnQ约束条件约束条件CP边沿边沿处翻转处翻转特性方程特性

11、方程时序图时序图CPQ下降沿翻转！下降沿翻转！2. T触发器触发器R2S2CF从从QQR1S1CF主主QQCPQQCPTT=0时时CP不起不起作用，状态保作用，状态保持不变，持不变，T=1来一个脉冲翻来一个脉冲翻转一次转一次。T 0 1 nQnQ1nQ功能表功能表RDSDCQQT逻辑符号逻辑符号时序图时序图CPQT3.JK触发器触发器QQR2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPKJJK触发器的功能触发器的功能最完善，有两个最完善，有两个控制端控制端J、K。JK触发器的功能触发器的功能=0=0被封锁被封锁保持原态保持原态J=K=0时：时：R2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPK

12、J=1=1相当于相当于T触触发器发器T=1J=K=1时：时：R2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPKJJK触发器触发器的功能的功能=0=1 Qn=0时时01Qn+1=11J=1，K=0时：时：分两种情况分两种情况（Qn=0,Qn=1）R2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPKJJK触发器触发器的功能的功能=0=1 Qn=1时时1000F主主被封被封保持原态保持原态Qn+1=1R2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPKJJK触发器触发器的功能的功能=1=0Qn+1=0同样原理：同样原理：J=0，K=1时：时：R2S2CF从从QQR1S1CF主主CPQQCPKJJ K Q

13、n+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQ功能表功能表逻辑符号逻辑符号RDSDCQQKJ特性方程特性方程nQKnQJnQ1时序图时序图CPKJQJQ 保持保持T1） JK触发器转换成触发器转换成D触发器触发器CQQKJD CP4. 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换2） JK触发器转换成触发器转换成T触发器触发器CQQKJTCP3）D触发器转换成触发器转换成T触发器触发器CQQDCP5. 触发器的触发方式触发器的触发方式触发方式？触发方式？研究翻转时刻与研究翻转时刻与时钟脉冲间的关系时钟脉冲间的关系 电位触发方式电位触发方式电位电位触发触发正电位触发正电位触发负电位触发负

14、电位触发CP=1 期间翻转期间翻转CP=0 期间翻转期间翻转例如：前面讲的例如：前面讲的D触发器就是电位触发方式。触发器就是电位触发方式。D&c&dQQDRDS&a&bCP结构简单、速度快。结构简单、速度快。只要只要CP存在就可以翻转，容易造成空翻。存在就可以翻转，容易造成空翻。CPDQ电位触发的符号电位触发的符号CQQCQQ正电位触发正电位触发负电位触发负电位触发主从触发方式主从触发方式主从触发方式的翻转过程：主从触发方式的翻转过程：前沿处，输前沿处，输出交叉反馈出交叉反馈到到F主主。后沿处，输出后沿处，输出传递到传递到F从从翻翻转完成。转完成。CPCP=1期间输入端控制期间输入端控制信号不

15、容许变化信号不容许变化以主从触发的以主从触发的D触发器为例：触发器为例：CPDQ干扰干扰t1t2正确的输正确的输出波形出波形假设在假设在CP=1期间期间 D有一干扰有一干扰主从型的主从型的D触发器触发器的输出波形如何？的输出波形如何？CPDQt1t2Q R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPD第一个第一个CP到来到来时，时，Q 翻转。翻转。1CPDQt1t2Q 第一个第一个CP的下降沿，的下降沿，Q翻转，输出反馈到翻转，输出反馈到F主主的的输入。输入。1010R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPDCPDQt1t2Q 由于由于S1=0，t1时刻时刻Q 翻转为

16、翻转为0。10100R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPDCPDQt1t2Q t2时刻时刻Q 会再会再变为变为1 吗？吗？10100R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPDCPDQt1t2Q 1010010由于由于D=1,所以所以F主主被封。被封。D变为变为1后，后，Q 并不翻转为并不翻转为1。R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPD ！CPDQt1t2Q 1010010第二个第二个 CP的下降沿，的下降沿，F从从按按F主主的输出翻转。的输出翻转。01R2S2CF从从QQR1S1CF主主Q Q CPQQCPDCPDQt1t2Q 由于由于D

17、在在CP=1期间有干扰，便产生了期间有干扰，便产生了错误的输出。因此，主从触发器不允许在错误的输出。因此，主从触发器不允许在CP=1期间有干扰，否则可能产生误动作。期间有干扰，否则可能产生误动作。主从触发方式在功能表中一般用主从触发方式在功能表中一般用“ ”表示。表示。CPDQn+10011主从型主从型D触发器功能表触发器功能表逻辑符号逻辑符号CQQD边沿触发方式边沿触发方式为了免除为了免除CP=1期间输入控制电平不许改变期间输入控制电平不许改变的限制，可采用的限制，可采用边沿触发边沿触发方式。其特点是：触方式。其特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CP=

18、1或或CP=0期间，输入端的任何变化都不影响输出。期间，输入端的任何变化都不影响输出。如果翻转发生在上升沿就叫如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发上升沿触发”或或“正边沿触发正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就。如果翻转发生在下降沿就叫叫“下降沿触发下降沿触发”或或“负边缘触发负边缘触发”。下面以。下面以边缘触发的边缘触发的D触发器为例讲解。触发器为例讲解。&e&fQQ&c&d&a&bDCP设原态设原态Q=0并设并设D=11CP=0期间，期间，c 、d被锁，被锁，输出为输出为1。001101c=1 、d=1反馈到反馈到a、b的输入，的输入，a、b输出输出为为0、1。001111010&e&fQ

19、Q&c&d&a&bDCPCP正沿到正沿到达时达时c、d开开启，使启，使c=1，d=0。11110110Q翻转为翻转为101&e&fQQ&c&d&a&bDCPCP正沿过正沿过后，后，d=0将将c封锁封锁,并使并使b=1，维持，维持d=0。11001因此以后因此以后CP=1期期间间D的变的变化不影响化不影响输出。输出。001&e&fQQ&c&d&a&bDCP其它情况下其它情况下 的翻转，请大家自己分析。的翻转，请大家自己分析。CP D Qn+1 0 Qn 1 Qn 0 0 1 1 边沿触发的边沿触发的D触发器功能表触发器功能表正沿触发正沿触发逻辑符号逻辑符号CQQCQQ负沿触发负沿触发正沿触发正沿

20、触发1、在应用触发器时，要特别注意触发、在应用触发器时，要特别注意触发形式，否则很容易造成整个数字系形式，否则很容易造成整个数字系统工作不正常。统工作不正常。2、边沿触发抗干扰能力强，且不存在、边沿触发抗干扰能力强，且不存在空翻，应用较广泛。空翻，应用较广泛。6 、应用举例、应用举例例：例：四人抢答电路四人抢答电路。四人参加比赛，每人。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。用。电路的核心是电路的核心是74LS175四四D触发器。它触发器。它的内部包含了四个的内部包含了

21、四个D触发器，各输入、输出触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。以字头相区别，管脚图见下页。CLRD CPQQCLRD CPQQCLRD CPQQCLRD CPQQ1QQ11D2QQ22DGND4QQ44D3QQ33D时钟时钟请零请零USC公用清零公用清零公用时钟公用时钟74LS175管脚图管脚图+5V1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4 CLRCP& 1& 2& 3清零清零CP赛前先清零赛前先清零0输出为零发输出为零发光管不亮光管不亮1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4 CLRCP+5V& 1& 2& 3清零清零CP1反相端都为反相端都为11开启开启1Q1Q

22、2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4 CLRCP& 1& 2& 2清零清零CP+5V若有一按钮被按下，若有一按钮被按下，比如第一个钮。比如第一个钮。=1=000被封被封这时其它按钮被这时其它按钮被按下也没反应按下也没反应 时序电路必时序电路必然具有记忆功能，然具有记忆功能，因而组成时序电因而组成时序电路的基本单元是路的基本单元是触发器。触发器。 在数字电路中，凡是任一时刻的稳在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关还和电路原来的状态有关者，都叫做时者，都叫做时序逻辑电路，简称序逻辑电路，简称时序电路时序电路。组

23、合逻辑电路组合逻辑电路存储功能存储功能.XYZW11.2 11.2 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析所有触发器的状态都是在同一时钟所有触发器的状态都是在同一时钟信号作用下发生变化的时序逻辑电信号作用下发生变化的时序逻辑电路，称为路，称为同步时序逻辑电路。同步时序逻辑电路。所有触发器的状态不是在同一时钟所有触发器的状态不是在同一时钟信号作用下发生变化的时序逻辑电信号作用下发生变化的时序逻辑电路，称为路，称为异步时序逻辑电路。异步时序逻辑电路。11.2.1同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的分析1.分析步骤：分析步骤：（1）观察时序逻辑电路的输入、输出和状态变量）观察时序逻辑电路的输入、输

24、出和状态变量（2）写出各个触发器的驱动方程（输入方程）写出各个触发器的驱动方程（输入方程）（3）写出时序电路的输出方程）写出时序电路的输出方程（4）写出时序电路的输出方程）写出时序电路的输出方程（5）由状态方程和输出方程构造状态图、状态表。）由状态方程和输出方程构造状态图、状态表。（6）如果电路不复杂，画出时序图。）如果电路不复杂，画出时序图。上述步骤不是每步都需要，可根据情况，灵活处理上述步骤不是每步都需要，可根据情况，灵活处理2.分析举例：分析举例：（1）观察变量）观察变量输入变量输入变量x，输出变量，输出变量z，状态变量，状态变量Q。 1&QDCPQXz（2）驱动方程（触发器的输入信号的

25、表达式）驱动方程（触发器的输入信号的表达式）nQxnQxD（3）状态方程）状态方程将触发器的驱动方程代入特性方程得到的方程将触发器的驱动方程代入特性方程得到的方程nQxnQxDnQ 1（4）输出方程）输出方程nxQZ 输入现态次态输出xQnQn+1z0010100110001101（5）状态表）状态表（6）状态转换图）状态转换图用圆圈中的数字表示时序用圆圈中的数字表示时序电路的状态，用箭头表示电路的状态，用箭头表示状态的变化。箭头上标注状态的变化。箭头上标注输入变量输入变量x输出变量输出变量y。输入现态次态输出xQnQn+1z001010011000110101x/y1/01/10/00/01

26、1.2.2异步时序逻辑电路的分析异步时序逻辑电路的分析 异步时序逻辑电路的分析与同步时序逻异步时序逻辑电路的分析与同步时序逻辑电路的分析基本相同。只是在分析时，辑电路的分析基本相同。只是在分析时，CP脉冲是一个必须考虑的逻辑变量。脉冲是一个必须考虑的逻辑变量。例：例： 分析图示电路的功能分析图示电路的功能Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CPQ2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP1.写出各个触发器的驱动方程：写出各个触发器的驱动方程：J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 2.列出电路的状

27、态方程：列出电路的状态方程：特性方程特性方程nQKnQJnQ1将驱动方程代入将驱动方程代入JK触发器的触发器的得到电路的状态方程得到电路的状态方程nQnQnQ1210nQnQ111nQnQnQnQ21012CPQnCP0 0 01 0 00 1 10 0 10 1 00 1 00 1 01 1 13、画出状态转换图、画出状态转换图只有只有5个有效状态个有效状态异步五进制加法计数器异步五进制加法计数器 列写状态转换表，分析其状态转换过程：列写状态转换表，分析其状态转换过程：Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 2

28、 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 = K0 = Q2 Q1 Q0 Q1Q0 1 1 1 原状态原状态 驱驱 动动 端端 下状态下状态, 1Q2分析方法分析方法2Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP 如前所述，右如前所述，右图电路为图电路为异步五异步五进制加法计数器进制加法计数器。 还可以用波形图显示状态转换表还可以用波形图显示状

29、态转换表( 略略 )EDA仿真计数器的功能计数器的功能 记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。产生节拍脉冲及进行数字运算等等。计数器的分类计数器的分类同步计数器和异步计数器。同步计数器和异步计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。有时也用计数器的计数容量有时也用计数器的计数容量(或称模数或称模数)来区来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。进制计数器、二十进制计数器等等。11.3 11.3 计数器计数器11.3.1二进

30、制计数器二进制计数器 在同步计数器中，各个触发器都受同一时在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲控制，因此，它们状态的更新几乎是钟脉冲控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为同时的，故被称为 “ 同步计数器同步计数器 ”。例例 三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲CP1.同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器CP分析步骤分析步骤:1） 先列写驱

31、动方程：先列写驱动方程：J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1Q0： 来一个来一个CP，它就翻转一次；，它就翻转一次；Q1：当：当Q01时，它可翻转一次；时，它可翻转一次；Q2：只有当：只有当Q1Q011时，它才能翻转一次。时，它才能翻转一次。2）再列写状态转换表，分析其状态转换过程。）再列写状态转换表，分析其状态转换过程。 2 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 3 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 0 0

32、0 1 1 1 0 1 6 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 7 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0CP Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J01 K01 Q2 Q1 Q0 Q1Q0Q1Q0Q0Q0 原状态原状态 驱驱 动动 端端 下状态下状态, ,CPQ0Q1Q23） 还可以用波形图显示状态转换表还可以用波形图显示状态转换表Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器CP思考题：思考题： 试设计一个三位二进制同步减法计试设计一个三位二进制

33、同步减法计数器电路。数器电路。 方法很简单。方法很简单。只需将只需将Q1的控制输入由的控制输入由Q0，变为，变为 ，将，将Q2的控制输入由的控制输入由Q1 Q0，变为变为 Q0 Q0 Q1 EDA仿真同步三位二进制加法计数器EDA仿真同步三位二进制减法计数器2. 四位二进制同步计数器四位二进制同步计数器 74LS163 74LS163计数方式是同步的，它的清计数方式是同步的，它的清零方式零方式 也是同步的：即使控制端也是同步的：即使控制端CLR0，清零目的真正实现还需等待下一个时钟脉清零目的真正实现还需等待下一个时钟脉冲的上升沿到来以后才能够实现。这就是冲的上升沿到来以后才能够实现。这就是“

34、同步清零同步清零 ”的含义。的含义。16151413121110123456789QAQDQDQCQBQAQBQCVCCTTPPCPAABBCCDDCLRLOADENABLERC串行进串行进 位输出位输出 使能使能使能使能GND时钟时钟清除清除输出输出数据输入数据输入置入置入74LS16374LS 163 管脚图管脚图(1)74LS163 的介绍的介绍TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS16374LS163功能表功能表1 1 1 1 计计 数数0 1 1 1 X 保持保持 1 0 1 1 X 保持保持 ( RC=0 ) X X 0 1 并并 行行 输输 入入X X X

35、0 清清 零零P T LOAD CLR CP 功功 能能 3.异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器 在异步计数器中，有的触发器直在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，各个触发器状态变换己的时钟脉冲，各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为的时间先后不一，故被称为“ 异步计异步计数器数器 ”。例例. 三位二进制三位二进制异步异步加法计数器。加法计数器。三位二进制异步加法计数器三位二进制异步加法计数器 要求：当要求：当Q0从从1变为变为0时，时， Q1发生变化，

36、而当发生变化，而当Q1从从1变为变为0时，时， Q2发生变化。发生变化。Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲 用用D触发器的触发器的 作为下一个作为下一个D触发器的脉触发器的脉冲输入。冲输入。QQ0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲三位二进制异步加法计数器三位二进制异步加法计数器Q2Q1Q0 Q Q010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1思考题：思考题： 试画出三位二进制试画出三位二进制异步减法计数器的电路异步减法计数器的电路图，并分析其工作过程。图，并分析其工作过程。优点优点：电路简单、可靠：电路简单、可靠

37、缺点缺点：速度慢：速度慢EDA仿真异步三位二进制加法计数器CP计数计数脉冲脉冲三位二进制异步减法计数器三位二进制异步减法计数器Q0D0Q0Q1D1Q1Q1D1Q1 方法很简单。方法很简单。只需将只需将Q1的控制输入由的控制输入由 ，变为变为Q0 ，将，将Q2的控制输入由的控制输入由 ， 变为变为Q1 Q0 Q0 Q0 Q1 EDA仿真异步三位二进制减法计数器4.中规模计数器组件介绍及其应用中规模计数器组件介绍及其应用 二二 - 五五 - 十进制计数器十进制计数器 74LS90 74LS90 内部含有两个独立的内部含有两个独立的 计数电路：计数电路：一个是一个是 2进制进制 计数器计数器(CPA

38、为其时钟，为其时钟，QA为其为其输出端输出端)，另一个是，另一个是 5进制进制 计数器计数器(CPB为其时为其时钟，钟，QDQCQB为其输出端为其输出端)。 外部时钟外部时钟CP是先送到是先送到CPA还还 是先送到是先送到CPB，在，在QDQCQBQA这四个输出端会形成不这四个输出端会形成不同的码制。同的码制。(1). 74LS90的介绍的介绍QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR 0(1)R 0(2)R 9(2)R 9(1)QAQBQCQD74LS 90原理电路图原理电路图 给出它的原理电路图：给出它的原理电路图：CPACPBR 0(1)R 0(2)R 9(2)R 9(1)NCN

39、CVCCQAQDQBQCGND1234567141312111098QAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)CPBCPA74LS9074LS 90管脚分布图管脚分布图CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90R 0(1) R 0(2) R 9(1) R 9(2) QD QC QB QA X X 1 1 1 0 0 1 1 1 0 X 0 0 0 0 1 1 X 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X X 0 X 0 计数状态计数状态74LS 90功能表功能表R 0(1) R 0(2) R 9(1)

40、 R 9(2) QD QC QB QA X X 1 1 1 0 0 1 1 1 0 X 0 0 0 0 1 1 X 0 0 0 0 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X X 0 X 0 计数状态计数状态74LS 90功能表功能表归纳：归纳： 1. 74LS 90在在“计数状态计数状态”或或“清零状态清零状态”时，均要求时，均要求R 9(1)和和R 9(2)中至少有一个必须为中至少有一个必须为“0”。 2. 只有在只有在R 0(1)和和R 0(2)同时为同时为 “1”时，它时，它才进入才进入“清零状态清零状态”；否则；否则 它必定处于它必定处于“计数计数状态状态”。 分析：计数时钟

41、先进入分析：计数时钟先进入CPA时的计数编码。时的计数编码。CPACPCPBQBQDQCQA25QD QC QB 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 结论：上述连接方式形成结论：上述连接方式形成 8421 码。码。QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1

42、0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 0 0 0 0 0 十进十进 制数制数 计数时钟先进入计数时钟先进入CPB时的计数编码。时的计数编码。CPACPQA2CPBQBQDQC5QD QC QB 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0结论：上述连接方结论：上述连接方式形成式形成 5421 码。码。 0 0 0 0 QA QD QC QB CPA 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 QA QD QC QB CPA

43、0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 1 0 0 0 5 1 0 0 1 6 1 0 1 0 7 1 0 1 1 8 1 1 0 0 9 0 0 0 0 0 十进十进 制数制数 74293 内部含有两个独立的内部含有两个独立的 计数电路：一计数电路：一个是个是 2进制进制 计数器，另一个是计数器，另一个是 8进制计数器。进制计数器。其时钟分别是其时钟分别是CKA、CKB。两个计数器有相。两个计数器有相同的清零端同的清零端R0（1）和）和R0（2）。可以接成）。可以接成2进进制、制、8进制和进制和16进制计数器。进制计数器。QAJKQBJKQCJKQDQ

44、DJKCKACKBR 0(1)R 0(2)QAQBQCQD输入输出R0（1）R0（2）CKACKBQ11XX清00X计数X0计数例例1. 构成构成BCD码码六进制计数器。六进制计数器。CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90QD QC QB QA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 0 0 0R 0(1) = QBR 0(2) = QC令令即可即可CP0 1 1 02) 74LS90的应用的应用CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP讨论：讨论：

45、 下述接法行不行下述接法行不行 ? 错在何处错在何处 ?警告：切切不可将输出端相互短路警告：切切不可将输出端相互短路 ！CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP& 只有这样做才是正确的。只有这样做才是正确的。 例例2. 用两片用两片74LS 90构成构成 36 进制进制8421码码计数器。计数器。QD QC QB QA 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 0 0 0 0 0 十进十

46、进 制数制数 分析：分析：1. 如何解决片如何解决片间间进位问题进位问题 ？ 从右面的状态转换表从右面的状态转换表 中可以看到：个位片的中可以看到：个位片的 QD可以给十位片提供计可以给十位片提供计数脉冲信号。数脉冲信号。分析：分析：2. 如何满足如何满足“ 36 进制进制 ”的要求？的要求？十十 位位 个个 位位 0 0 3 5. . . . .共有共有36个个 稳定状态稳定状态 3 60 0( 0011 0110 )CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS 90(十位十位)CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1

47、)74LS 90(个位个位)&CP 用两片用两片74LS 90构成构成 36 进制进制8421码码计数器计数器 例例3. 用用74LS 90构成构成 5421 码的码的六六进进制计数器。制计数器。 0 0 0 0 0 QA QD QC QB 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 1 0 0 0 5 1 0 0 1 6 1 0 1 0 7 1 0 1 1 8 1 1 0 0 9 0 0 0 0 0 十进十进 制数制数至此结束至此结束在此状态下清零在此状态下清零异步清零，此状态出异步清零，此状态出现时间极短，不能计现时间极短，不能计入计数循环。入计数循环。

48、分析结果：分析结果：在在QAQDQCQB 1001 时清零。时清零。CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP计数计数 脉冲脉冲CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP计数计数 脉冲脉冲8421码制下码制下： 在在QDQCQBQA 0110 时清零时清零同为六进制计数器，两种码制不同接法的同为六进制计数器，两种码制不同接法的比较比较：5421码制下：码制下：在在QAQDQCQB 1001 时清零时清零CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP计

49、数计数 脉冲脉冲 例例1. 用一片用一片74LS163构成构成六进制计数器。六进制计数器。QD QC QB QA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1六个六个 稳态稳态准备清零：准备清零： 使使 CLR 0TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP(2). 74LS163 的应用的应用CPACPBQAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)74LS90CP计数计数 脉冲脉冲 在在QDQCQBQA 0110 时立即时立即清零清零 。 例例. 用一片用一片74LS 90构成六进制计数器构成六进制计

50、数器: 例例. 用一片用一片74LS 163构成六进制计数器构成六进制计数器:在在QDQCQBQA 0101 时时 准备清零准备清零 。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP例例2. 用用74LS163构成二十四进制计数器。构成二十四进制计数器。(1). 需要两片需要两片74LS163；(2). 为了提高运算速度，使用同步计数方式。为了提高运算速度，使用同步计数方式。TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163TPRCA B C DQBQCQDQALOADCLR74LS163+5V+5V, , , , CPCLR 应该在应该在 QD

51、QCQBQA QDQCQBQA 0001 0111 时准备清零。时准备清零。, , , , QDQCQBQA QDQCQBQA , , , ,CLR =11.4 11.4 寄存器寄存器 1 .数码寄存器数码寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取数取数脉冲脉冲接收接收脉冲脉冲( CP ) 寄存器是计算机的主要部件之一，它用来寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。暂时存放数据或指令。四位数码寄存器四位数码寄存器2 . 移位寄存器移位寄存器 所谓所谓“移位移位”，就是将寄存器所存各，就是将寄存器所存各位位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左数据，在

52、每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成分成左移寄存器左移寄存器、右移寄存器右移寄存器 和和 双向移双向移位寄存器位寄存器三种：三种：寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器双向双向移位移位(c) 根据移位数根据移位数据的输入输据的输入输出方式，又可出方式，又可将它分为将它分为串串行行输输入入串串行输行输出出、串串行输行输入入并并行输行输出出、并并行输行输入入串串行输行输出出和和并并行行输输入入并并行输行输出出四种电路结四种电路结构：构：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出

53、串入串出串入并出串入并出并入串出并入串出并入并出并入并出QQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉冲清零清零脉冲脉冲四位并入四位并入 - 串出的左移寄存器串出的左移寄存器初始状态：初始状态： 设设A3A2A1A0 1011 在存数脉冲作用下，也有在存数脉冲作用下，也有 Q3Q2Q1Q0 1011 。D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210 下面将下面将重点讨论重点讨论 兰颜色的兰

54、颜色的 那部分那部分电电路路的工作的工作原理。原理。D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出32101 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2

55、D1D0设初态设初态 Q3Q2Q1Q0 1011QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210用波形图表示如下：用波形图表示如下：1 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0设初态设初态Q3Q2Q1Q

56、0 1011Q3Q2Q1Q0CPCP1 11 10 01 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 0QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210四位串入四位串入 - 串出的串出的左移左移寄存器：寄存器：D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QDQQ3DQDQD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出Q1Q2Q0四位串入四位串入 - 串出的串出的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 0 0D0 Q Q1 1 四位串入四位串入 -

57、串出串出的的左移左移寄存器：寄存器：D0 L LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2 四位串入四位串入 - 串出串出的的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1 双向移位双向移位寄存器的寄存器的构成：构成： 只要设置一个控制端只要设置一个控制端S S，当，当S S0 0 时左移；而时左移；而当当S S1 1时右移即可。时右移即可。 “ “L L”即即需左移的需左移的输入数据输入数据 “ “R R”即即需右移的需右移的输入数据输入数据D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ

58、2 集成组件集成组件 电路电路74LS194就是这样的就是这样的多功能移位寄存器。多功能移位寄存器。 VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移右移串行串行输入输入左移左移串行串行输入输入并行输入并行输入VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(从从QA向右移动向右移动)左移左

59、移(从从QD向左移动向左移动)并入并入 CLRCPS1 S0功功 能能 3 寄存器应用举例寄存器应用举例例：数据传送方式变换电路例：数据传送方式变换电路D6D5D4D3D2D1D0并并行行输输入入串行输出串行输出数数据据传传送送方方式式变变换换电电路路1.实现方法实现方法: (1). 因为有因为有7位并行输入，位并行输入，故需使用两片故需使用两片74LS194；(2). 用最高位用最高位QD2作为它作为它的串行输出端。的串行输出端。2.具体电路具体电路:&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2D0D1D2D3D4D5D