电子线路第五章时序逻辑电路

1、第五章第五章 时序逻辑电路时序逻辑电路5-1 概述概述5-2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法5-3 若干常用的时序逻辑电路若干常用的时序逻辑电路5-4 时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路的设计方法5-1 5-1 概述概述1 1、时序电路的特点、时序电路的特点组合电路存储电路X1XpY1YmQ1QtW1Wr输入输出时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。2 2、时序电路逻辑功能的表示方法、时序电路逻辑功能的表示方法时序电路的逻辑功能可用逻辑表达式、状态表、卡诺图、状态图、时序图和逻辑图6种方式表示，这些表示方法在本质上是相同的，可以互相

2、转换。逻辑表达式有：tkQQQWWWHQrjQQQXXXGWmiQQQXXXFYnqnnrknknqnnpjjnqnnpii, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(, 2 , 1 ),;,(2121121212121输出方程状态方程驱动方程3 3、时序电路的分类、时序电路的分类（1） 根据时钟分类同步时序电路 中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。异步时序电路 中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。 *（2）根据

3、输出分类米利型时序电路 的输出不仅与现态有关，而且还决定于电路当前的输入。穆尔型时序电路 的其输出仅决定于电路的现态，与电路当前的输入无关；或者根本就不存在独立设置的输出，而以电路的状态直接作为输出。5-2 5-2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法电路图电路图时钟方程、时钟方程、驱动方程和驱动方程和输出方程输出方程状态方程状态方程状态图、状态图、状态表或状态表或时序图时序图判断电路判断电路逻辑功能逻辑功能12351. 同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析方法计算计算4 YQ1Q1Q2Q21J C11K1J C11K1J C11K&Q0Q0FF0 FF1 FF2C

4、PCPCPCPCP012nnQQY21nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 时钟方程：输出方程：输出仅与电路现态有关，为穆尔型时序电路。同步时序电路的时钟方程可省去不写。驱动方程：1写写方方程程式式2求状态方程求状态方程JK触发器的特性方程：nnnQKQJQ1将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQQQQQQQKQJQ202020000100101011111112121222212nnnnnnQKQJQKQJQKQJ202001011212 现 态次 态输 出nnnQQQ01

5、2 101112 nnnQQQY3计算、列状态表计算、列状态表nnnnnnnnQQYQQQQQQ122100111120 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 10 0 00 1 01 0 01 1 0000011000001000101112YQQQnnn0001010101112YQQQnnn0001001101112YQQQnnn0001011101112YQQQnnn1100100101112YQQQnnn1100110101112YQQQnnn0000101101112YQQQnnn0000111101112

6、YQQQnnn4画状态图、时序图画状态图、时序图 000001011/1/0100110111/0 /0/0 /0(a) 有效循环010 101(b) 无效循环/0/1排列顺序： /Y nnnQQQ012状态图状态图CPQ0Q1Q2Y5电电路路功功能能时时序序图图有效循环的6个状态分别是05这6个十进制数字的格雷码，并且在时钟脉冲CP的作用下，这6个状态是按递增规律变化的，即：000001011111110100000所以这是一个用格雷码表示的六进制同步加法计数器。当对第6个脉冲计数时，计数器又重新从000开始计数，并产生输出Y1。二、异步时序逻辑电路的分析二、异步时序逻辑电路的分析CPQ2Q

7、21D C11D C1Q1Q1FF0 FF1 FF21D C1Q0Q01电路没有单独的输入，为穆尔型时序电路。异步时序电路，时钟方程：驱动方程：1CPCPQCPQCP00112，nnnQDQDQD001122，2D触发器的特性方程：DQn 1将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：上升沿时刻有效上升沿时刻有效上升沿时刻有效CP Q Q 00100111112212nnnnnnQDQQDQQDQ3计算、列状态表计算、列状态表现 态次 态注nnnQQQ012 101112nnnQQQ时钟条件0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 1 10 0 00

8、 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP0 CP1 CP2CP0CP0 CP1CP0CP Q Q 01001111212nnnnnnQQQQQQCP, 10Q, 10Q , 1010011112nnnQQQCP, 0100101112nnnQQQ不变不变CP, 10Q, 0101001112nnnQQQ不变CP, 0110101112nnnQQQ不变不变CP, 10Q, 10Q , 0110011112nnnQQQCP, 010 , 1101112nnnQQQ不变不变CP, 10Q, 0111001112nnnQQQ不变CP

9、, 0111101112nnnQQQ不变不变 000001010011 111110101100(a) 状态图(b) 时序图CPQ0Q1Q2排列顺序：nnnQQQ01245电路功能电路功能由状态图可以看出，在时钟脉冲CP的作用下，电路的8个状态按递减规律循环变化，即：000111110101100011010001000电路具有递减计数功能，是一个3位二进制异步减法计数器。画状态图、时序图画状态图、时序图本节小结：时序电路的特点是：在任何时刻的输出不仅和时序电路的特点是：在任何时刻的输出不仅和输入有关，而且还决定于电路原来的状态。为了记忆输入有关，而且还决定于电路原来的状态。为了记忆电路的状态

10、，时序电路必须包含有存储电路。存储电电路的状态，时序电路必须包含有存储电路。存储电路通常以触发器为基本单元电路构成。路通常以触发器为基本单元电路构成。时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路两类。它们的主要区别是，前者的所有触发器受同一两类。它们的主要区别是，前者的所有触发器受同一时钟脉冲控制，而后者的各触发器则受不同的脉冲源时钟脉冲控制，而后者的各触发器则受不同的脉冲源控制。控制。时序电路的逻辑功能可用逻辑图、状态方程、时序电路的逻辑功能可用逻辑图、状态方程、状态表、卡诺图、状态图和时序图等状态表、卡诺图、状态图和时序图等6 6种方法来描述，种方法来描

11、述，它们在本质上是相通的，可以互相转换。它们在本质上是相通的，可以互相转换。时序电路的分析，就是由逻辑图到状态图的转换。时序电路的分析，就是由逻辑图到状态图的转换。5-3 若干常用的时序逻辑电路若干常用的时序逻辑电路5.3. 寄存器寄存器 寄存器：能够存放数码 移位寄存器：能够存放数码，还可以将 数码移位。 寄存器（主要部件为触发器） 1.数码要存得进 2.数码要记得住 3.数码要取得出 在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。 寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。 按照功能的不同，可

12、将寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。基本寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行输出。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。5.3. 寄存器寄存器双拍接收四位数据寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取数控制一、双拍工作方式基本寄存器一、双拍工作方式基本寄存器双拍接收四位数据寄存器 RSRSRSRS & &

13、 &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取数控制10000双拍接收四位数据寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取数控制20000001111000011双拍接收四位数据寄存器 RSRSRSRS & & &清0寄存控制Q3Q2Q1Q0D0D1D2D3 & & & & &取数控制30000110011110011SR寄存控制Q3D3

14、&二、单拍工作方式基本寄存器二、单拍工作方式基本寄存器 &SRQ2D2 & &SRQ1D1 & &SRQ0D0 & &001100110011用用D D触发器构成的单拍工作方式基本寄存器触发器构成的单拍工作方式基本寄存器D11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CP无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲CP上升沿到来，加在并行数据输入端的数据D0D3，就立即被送入进寄存器中，即有：012310111213DDDDQQQQnnnn用用D触发器构成的触发

15、器构成的双拍工作方式基本寄存器双拍工作方式基本寄存器CPD11DC1Q0 Q0D0FF01DC1Q1 Q1FF11DC1Q2 Q2D2FF21DC1Q3 Q3D3FF3CRRDRDRDRD000010111213nnnnQQQQ（1）清零。CR=0，异步清零。即有：012310111213DDDDQQQQnnnn（2）送数。CR=1时，CP上升沿送数。即有：（3）保持。在CR=1、CP上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。5.3.2 移位寄存器移位寄存器一、单向移位寄存器一、单向移位寄存器Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2

16、 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移输入Q0 Q1 Q2 Q3并行输出4位右移移位寄存器CPCPCPCPCP3210nnniQDQDQDDD2312010、nnnnnninQQQQQQDQ21311201110、时钟方程：驱动方程：状态方程：Q0 Q1 Q2 Q3Di D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3CP移位时钟脉冲右移输出右移输入Q0 Q1 Q2 Q3输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0

17、 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输入4个 1Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CP移位时钟脉冲左移输出左移输入DiQ0 Q1 Q2 Q3并行输出4位左移移位寄存器CPCPCPCPCP3210innnDDQDQDQD3322110、innnnnnnDQQQQQQ时钟方程：驱动方程：状态方程：Q0 Q1 Q2 Q3FF0 FF1 FF2 FF3 D0 D1 D2 D31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2

18、Q3CP移位时钟脉冲左移输出左移输入DiQ0 Q1 Q2 Q3输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 00 0 0 10 0 1 10 1 1 11 1 1 1连续输入4个 1单向移位寄存器具有以下主要特点：（1）单向移位寄存器中的数码，在CP脉冲操作下，可以依次右移或左移。（2）n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制代码。n个CP脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CP脉冲又可实现串行输出操作。（3）若串行输入端状态为0，则n个CP脉冲后，

19、寄存器便被清零。二、双向移位寄存器二、双向移位寄存器 D0 D1 D2 D3FF0 FF1 FF2 FF3Q0 Q1 Q2 Q31D C11D C11D C11D C1Q0 Q1 Q2 Q3CPDSL&1&1&1&11DSRMQ0 Q1 Q2 Q3SLnnnnnnnnnSRnMDQMQMQQMQMQQMQMQDMQ21331122011110nnnnnnSRnQQQQQQDQ21311201110SLnnnnnnnDQQQQQQ=0时右移M=1时左移(a) 引脚排列图 16 15 14 13 12 11 10 974LS194 1 2

20、3 4 5 6 7 8VCC Q0 Q1 Q2 Q3 CP M1 M0CR DSR D0 D1 D2 D3 DSL GND M1 M0 DSL 74LS194 Q0 Q1 Q2 Q3(b) 逻辑功能示意图 D0 D1 D2 D3 CR CP DSR三、集三、集成双向成双向移位寄移位寄存器存器74LS19474LS194CPMMCR 01工作状态0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 异步清零保 持右 移左 移并行输入74LS194功能表 5.3.3 移位寄存器的应用移位寄存器的应用用双向移位寄存器用双向移位寄存器74LS194组成组成节日彩灯节日彩灯控制电路控制电路Q0 Q1 Q2 Q