第6章时序逻辑电路4

1、1第六章第六章 时序逻辑电路时序逻辑电路Chapter 6 Sequential Logic Circuit第一节第一节 概述概述 第二节第二节 时序逻辑电路的三种基本描述方法时序逻辑电路的三种基本描述方法第三节第三节 同步时序逻辑电路分析同步时序逻辑电路分析第四节第四节 异步时序逻辑电路分析异步时序逻辑电路分析第五节第五节 时序逻辑电路的设计方法及设计实例时序逻辑电路的设计方法及设计实例第六节第六节 几种常见的时序逻辑电路几种常见的时序逻辑电路第七节第七节 时序逻辑电路的竞争冒险现象时序逻辑电路的竞争冒险现象 2一、异步时序逻辑电路的设计一、异步时序逻辑电路的设计 步骤参考同步时序逻辑电路，

2、关键是每个触发器时钟的步骤参考同步时序逻辑电路，关键是每个触发器时钟的选择选择(需时序图需时序图)，次态方程的化简要比同步时序逻辑电路，次态方程的化简要比同步时序逻辑电路复杂。注意无关项的运用。复杂。注意无关项的运用。 计数器中能计到的最大数称为计数器中能计到的最大数称为计数长度或计数计数长度或计数容量容量， n位二进制计数器的计数容量为位二进制计数器的计数容量为2n-1，而称，而称计数器的状态总数计数器的状态总数N=2n 为计数器的为计数器的模。模。上次课内容回顾上次课内容回顾3 优点：优点：结构简单，用结构简单，用T 触发器构成二进制计数触发器构成二进制计数器可不附加任何其它电路；器可不附

3、加任何其它电路； 缺点：缺点：进（借）位信号逐级传递，计数器速度进（借）位信号逐级传递，计数器速度受到限制，频率不能太高；在电路状态译码时也受到限制，频率不能太高；在电路状态译码时也存在竞争冒险现象。存在竞争冒险现象。二、异步计数器二、异步计数器 1、T触发器构成的异步加法计数器触发器构成的异步加法计数器; 2、T触发器构成的异步减法计数器触发器构成的异步减法计数器; 3、异步十进制计数器、异步十进制计数器;上次课内容回顾上次课内容回顾4三、同步计数器三、同步计数器优点：优点：时钟时钟CP同时触发计数器中的全部触发器，同时触发计数器中的全部触发器，所以工作速度快，工作效率高；所以工作速度快，工

4、作效率高；缺点：缺点：电路结构相对复杂。电路结构相对复杂。同步二进制加法计数器；同步二进制加法计数器；74LS161同步二进制减法计数器；同步二进制减法计数器；同步二进制可逆计数器；同步二进制可逆计数器；74LS191同步十进制加法计数器；同步十进制加法计数器； 74LS160上次课内容回顾上次课内容回顾56.6 几种常用的时序逻辑电路几种常用的时序逻辑电路6.6.2 集成计数器及其应用集成计数器及其应用u74LS161u74LS163；u74LS160；u74LS290；6常见集成计数器介绍常见集成计数器介绍下表比较了几种常用的集成计数器的主要功能：下表比较了几种常用的集成计数器的主要功能：

5、型号主要功能74161“异步清零”，“同步置数”的同步模16加法计数器(重点)74163“同步清零”，其余同7416174LS191可“异步置数”的单时钟同步16进制加/减计数器74LS193可“异步清零”，“异步置数”的双时钟同步16进制加/减计数器74160同步模10计数器，其余同74161(重点)74190同步10进制计数器，其余同7419174192模10可逆计数器，其余同7419354/74LS196可“异步清零”，“同步置数”的二五十进制同步计数器74LS290二五十进制异步计数器7集成芯片集成芯片74161是同步的可预置是同步的可预置4位二进制加法计数位二进制加法计数器。下图分别

6、是它的逻辑电路图和引脚图。器。下图分别是它的逻辑电路图和引脚图。(一一) 集成计数器集成计数器74161 的功能及应用的功能及应用81 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地地引脚排列图引脚排列图逻辑功能示意图逻辑功能示意图Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000CR=1，LD=0，CP Q3 Q0 = D3 D0 (一一) 集成计数器集成计数器74161

7、 的功能及应用的功能及应用91、74161的惯用逻辑符号及功能表的惯用逻辑符号及功能表74161的惯用逻辑符号的惯用逻辑符号74161的功能表的功能表H异步清零异步清零同步置数同步置数(一一) 集成计数器集成计数器74161 的功能及应用的功能及应用10(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器742901、惯用逻辑符号及功能表：、惯用逻辑符号及功能表：7429074290的惯用逻辑符号的惯用逻辑符号表表5 56 64 742904 74290的功能表的功能表11(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器742902、74290应用举例：应用举例：【例例1 1】试用试用7429

8、074290实现以下几种形式的计数器：实现以下几种形式的计数器： 1、实现模、实现模2计数计数 2、实现模、实现模5计数计数74290模模2计数计数74290模模5计数计数12(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器742903、实现、实现8421模模10计数计数 4、实现、实现5421模模10计数计数74290-8421模模10计数计数74290-5421模模10计数计数13(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器742905、实现任意进制计数、实现任意进制计数 借助借助RO(1)和和RO(2)的的“异步清异步清0”功能或功能或S9(1)和和S9(2)的的“异异步置步置9

9、”功能，可实现任意进制计数。功能，可实现任意进制计数。例：例：试用试用74290实现模实现模7计数。计数。74290模模7计数计数14(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器74290【例例2】试用几片试用几片74290级联以扩大计数器的规模：级联以扩大计数器的规模： 1、实现模、实现模46计数电路计数电路74290级联实现模级联实现模46计数计数串行进位串行进位15(二二) 二五十进制异步计数器二五十进制异步计数器742902、实现模、实现模1000计数电路计数电路74290模模1000计数计数(百位百位)166.6.3 任意进制计数器的构成方法任意进制计数器的构成方法一、概念理解

10、：一、概念理解： 计数器的模计数器的模：在计数脉冲的驱动下，计数器中循：在计数脉冲的驱动下，计数器中循环的状态个数称为计数器的环的状态个数称为计数器的模模。若用。若用N表示，表示，n位二位二进制计数器的模为进制计数器的模为N=2n (其中其中n为触发器的个数为触发器的个数)。 任意计数器是指任意计数器是指N2n ，即非模即非模2n计数器计数器，如七，如七进制、进制、十三进制十三进制、六十进制等等，设为、六十进制等等，设为M计数器计数器。176.6.3 任意进制计数器的构成方法任意进制计数器的构成方法二、构成任意进制计数器的方法：二、构成任意进制计数器的方法： 1、同步计数器基本设计法、同步计数

11、器基本设计法 (用用FF设计，繁琐设计，繁琐) 2、修改法、修改法 (难度大难度大) 3、用用 N 进制计数器，构成进制计数器，构成 M 进制计数器进制计数器 a、反馈复位法、反馈复位法 (反馈归零反馈归零); b、反馈置数法、反馈置数法; c、组合法、组合法 (利用多片计数器利用多片计数器);主要讲主要讲授内容授内容)102(4NN或18 利用计数器的利用计数器的清零端清零端的清零作用，截取计的清零作用，截取计数过程中的某个中间状态控制清零端，使计数过程中的某个中间状态控制清零端，使计数器由此状态返回到数器由此状态返回到零零并重新开始计数。并重新开始计数。 1、反馈归零法：、反馈归零法：2、

12、反馈置数法：、反馈置数法： 利用利用置数置数功能，截取某中间状态反馈到功能，截取某中间状态反馈到置置数端数端。6.6.3 任意进制计数器的构成方法任意进制计数器的构成方法19(一一) MN 的情况的情况(用多片用多片N进制计数器组合构成进制计数器组合构成)1、连接线路、连接线路Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD

13、D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0CPCP1 1Y Y（1 1）（2 2）25例例2试用两片试用两片74LS161构成构成同步同步256进制计数器。进制计数器。(二二) M N 的情况的情况(用多片用多片N进制计数器组合构成进制计数器组合构成) Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16 = 256进位输出进位输出Y26试用两片试用两片74LS160构成异步百进制计数器。构成异步百进制计数器。2、

14、连接方式与特点、连接方式与特点1）异步）异步CP方式。低位的进位信号是高位的时钟。方式。低位的进位信号是高位的时钟。2）两片的）两片的EP、ET恒为恒为1，都处于计数状态。，都处于计数状态。3、进制、进制 MM = 1010 = 100高位的高位的C 端是此计数器的进位输出端，进位信号为端是此计数器的进位输出端，进位信号为Y=1。高位、低位各自能输出高位、低位各自能输出10个稳定状态：个稳定状态：1、连接线路、连接线路为何用非门？为何用非门？Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2

15、 2 D D1 1 D D0 0CPCP1 1Y Y（1 1）（2 2）Q Q3 3 Q Q2 2 Q Q1 1 Q Q0 0C CCPCPEPEPETET74LS16074LS160R RD DLDLDD D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0127上例上例 两片之间用非门连接的原理两片之间用非门连接的原理74LS160是是CP作用的计数器，若片间连接不用非门，则：作用的计数器，若片间连接不用非门，则：CP910Q0Q1Q2Q3低低位位C1Q0高位高位1110010000第第9个个CP过后，电路输出过后，电路输出（1,1001），出错。），出错。CP910Q0Q1Q2Q3Q011

16、0010000C1低低位位若用非门连接，则正常输出。若用非门连接，则正常输出。0高位高位282) 用归零法或置数法获得大容量的用归零法或置数法获得大容量的 M 进制计数器进制计数器例例 试用试用 74161 接成六十进制计数器。接成六十进制计数器。Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP111CO0用用 产生产生信号：信号：)111100(SS60N 00 用用 产生产生信号：信号：)11101100(SS591N &11&先用两片先用两片74

17、161构成构成 256 进制计数器进制计数器29一、利用一、利用同步清零同步清零或置数端获得或置数端获得 M 进制计数进制计数 例例 用用4位二进制计数器位二进制计数器 74163 构成构成十二进制十二进制计数器。计数器。解：解：1. 013QQQCR 111SSN 013QQQLD 或或= 10112. 归零表达式：归零表达式：3. 连线图连线图74163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步清零同步置零同步置零74LS163: “同步清零同步清零”，其余同，其余同74LS161进位输出进位输出Y30例例 试用试用 74LS162 接成六十进

18、制计数器。接成六十进制计数器。74LS162 同步清零，同步置数同步清零，同步置数 10进制计数器。进制计数器。一、利用同步清零或置数端获得一、利用同步清零或置数端获得 M 进制计数进制计数 即：即： 同步清零，其他同同步清零，其他同74LS160。总结：总结：74LS161:异步清零，同步置数异步清零，同步置数 模模16计数器。计数器。74LS163:同步清零，同步置数同步清零，同步置数 模模16计数器。计数器。74LS160:异步清零，同步置数异步清零，同步置数 模模10计数器。计数器。74LS162:同步清零，同步置数同步清零，同步置数 模模10计数器。计数器。31再用归零法将再用归零法

19、将M = 100改为改为N = 60进制计数器，进制计数器，即用即用SN1产生产生同步同步清零、置数信号。清零、置数信号。BCD591 1001 0101）（ SSN先用两片先用两片74162构成构成 10 10 进制计数器，进制计数器，Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP1CO0&1111例例 试用试用 74LS162 接成六十进制计数器。接成六十进制计数器。321. 同步同步 清零清零(或置数或置数)端计数终值为端计数终值为 SN1 异

20、步异步 清零清零(或置数或置数)端计数终值为端计数终值为 SN2. 用集成用集成 二进制二进制 计数器扩展容量后，计数器扩展容量后， 终值终值 SN (或或 SN1 )是是二进制代码二进制代码；3. 用集成用集成十进制十进制计数器扩展容量后，计数器扩展容量后，终值终值 SN (或或SN1 )的代码由个位、十位、的代码由个位、十位、百位的百位的十进制数十进制数对应的对应的 BCD 代码代码构成。构成。注注 意意332、74161的应用举例：的应用举例：【例例1】试用试用74161构成模构成模256同步加法计数器。同步加法计数器。 解：解：并行进位并行进位用集成计数器芯片构成的任意进制计数器用集成

21、计数器芯片构成的任意进制计数器 应用举例应用举例【例例1】图解图解进位输出进位输出Y34 解：解：共有共有3种解法：种解法： 1、反馈置数法：置、反馈置数法：置0000 00001001【例例2】图解图解11【例例2】试用试用74161实现模实现模10加法计数器。加法计数器。进位输出进位输出35【例例2】图解图解12【例例2】图解图解13【例例2】试用试用74161实现模实现模10加法计数器。加法计数器。进位输出进位输出362、预置补数法：、预置补数法：【例例2】图解图解2【例例2】试用试用74161实现模实现模10加法计数器。加法计数器。Y进位输出进位输出373、复位法（即清零法、复位法（即

22、清零法 反馈归反馈归0法：法： ）【例例2】图解图解3反馈归零法不包括最后的状态，因为时间极短。所以反馈归零法不包括最后的状态，因为时间极短。所以这里是用这里是用1010反馈，而不是反馈，而不是1001。见下页波形图。见下页波形图。【例例2】试用试用74161实现模实现模10加法计数器。加法计数器。进位输出进位输出38【例例2】图解图解3状态图状态图【例例2】图解图解3主循环波形图主循环波形图CPQ3Q2Q1Q039例例3 试用二进制计数器试用二进制计数器74163构成构成86进制的计数器。进制的计数器。用用74163构成的模构成的模86计数器计数器使用反馈归零法：使用反馈归零法：74163“

23、同步清零”，其余同741610 1 0 10 1 0 12、反馈置数法：、反馈置数法： 利用置数功能，截取某中间状态反馈到置数端。利用置数功能，截取某中间状态反馈到置数端。 解：解：进位输出进位输出40【例例4】试用二进制计数器试用二进制计数器74163构成一个计数构成一个计数状态为自然二进制码状态为自然二进制码01111111的计数器。的计数器。 解：解：用用74163构成的构成的01111111的计数器的计数器Y进位输出进位输出41【例例5】试说明下图为几进制计数器。试说明下图为几进制计数器。13进制进制进位输出进位输出00101110: 21442解一：清零法解一：清零法:图解一图解一(

24、1)(2)(3)&11CP111【例例6】试分别用清零法和置数法将试分别用清零法和置数法将74160构成构成365进制的计数器。进制的计数器。反馈归零法不包括最后的状态，所以这里是用反馈归零法不包括最后的状态，所以这里是用365反馈，而不是反馈，而不是364。进位输出进位输出? ?43解二：置数法解二：置数法:图解二图解二(1)(2)(3)&11CP111反馈置数法包括最后的状态，所以这里是用反馈置数法包括最后的状态，所以这里是用364反馈，状态为反馈，状态为0364。进位输出进位输出44例例置数法：置数法：置数：置数：0011到到1001时置数，时置数，39：7个稳定状态个稳定状态七进制七进

25、制45十进制，十进制，1010为瞬态为瞬态Q3Q2Q1Q0/Y00000001001000110100/0/0/0/0状态转换图为：状态转换图为：010101100111100010011010/0/0/0/0/1/1/1例例46010001010110011110001001/0/0/0/0/0/1M=1时，六进制，时，六进制，01000101011001111000100100110010/0/0/0/0/0/0/0/0/1M=0时，八进制，时，八进制，置数法：置数法：置数：置数：0100(M=1) 0010(M=0)到到1001时置数，时置数，49：6个稳定状态个稳定状态29：8个稳定状态个稳定状态例例47例例课后习题课后习题6.1948分析电路功能分析电路功能Q0 Q1 Q2 Q3 CPEPET74161CORDD0 D1 D2 D3 LD011CP计数输入1A3 A2 A1 A0 B3 B2 B