时序逻辑电路 2

1、 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路概述概述计数器计数器寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器同步时序逻辑电路的同步时序逻辑电路的分析方法分析方法 时序逻辑电路应用举例时序逻辑电路应用举例第第5 5章时序逻辑电路章时序逻辑电路 教学要求教学要求 一一. .重点掌握的内容：重点掌握的内容：（1）时序逻辑电路的概念及电路结构特点；（2）同步时序电路的一般分析方法；（3）同步计数器的一般分析方法；（4）会用置零法和置数法构成任意进制计数器。二二. .一般掌握的内容：一般掌握的内容：（1）同步、异步的概念，电路现态、次态、有效状态、无效状态、有效循环、无效循环、自启动的概念，寄存的概念；（2）同步时序逻

2、辑电路设计方法。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路5.1 概述概述 一、一、时序电路的特点时序电路的特点1. 组合电路：组合电路：电路的输出电路的输出只与电路的输入有关，只与电路的输入有关，与电路的与电路的前一时刻前一时刻的状态无关。的状态无关。2. 时序电路：时序电路：电路在某一给定时刻的输出电路在某一给定时刻的输出取决于该时刻电路的输入取决于该时刻电路的输入还取决于还取决于前一时刻电路的状态前一时刻电路的状态由触发器保存由触发器保存时序电路：时序电路： 组合电路组合电路+触发器触发器电路的状态与电路的状态与时间时间顺序有关顺序有关 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路外输入外输入:X(x:

3、X(x1 1,x,x2 2xxp p) )内输出：内输出：W(wW(w1 1,w,w2 2wwr r) )内输入内输入:Q(q:Q(q1 1,q,q2 2qqt t ) )存储电路的输入信号。存储电路的输入信号。是时序电路的输出信号。是时序电路的输出信号。是时序电路的外部输入信是时序电路的外部输入信号。号。存储电路的输出，反馈到存储电路的输出，反馈到组合电路的输入端。组合电路的输入端。组合电路存储电路X1XpY1YmQ1QtW1Wr输入输出外输出外输出:Y(y:Y(y1 1,y,y2 2yym m) ) 时序电路在任何时刻的稳定输出，时序电路在任何时刻的稳定输出，不仅不仅与该时刻的与该时刻的输

4、入信号有关，而且输入信号有关，而且还与电路原来的状态还与电路原来的状态有关。有关。构成构成时序逻辑电路时序逻辑电路的基本单元是的基本单元是触发器触发器。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路特性方程：描述触发器逻辑功能的逻辑表达式。特性方程：描述触发器逻辑功能的逻辑表达式。驱动方程驱动方程：（激励方程）触发器输入信号的逻辑：（激励方程）触发器输入信号的逻辑 表达式。表达式。时钟方程时钟方程：控制时钟：控制时钟CLK的逻辑表达式。的逻辑表达式。状态方程状态方程：（次态方程）次态输出的逻辑表达式。：（次态方程）次态输出的逻辑表达式。 驱动方程代入特性方程得状态方程。驱动方程代入特性方程得状态方程。输

5、出方程输出方程：输出变量的逻辑表达式。：输出变量的逻辑表达式。3. 逻辑方程组逻辑方程组 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路二、功能描述二、功能描述1 1、输出方程、输出方程外部输出外输入和内输入组合函数外部输出外输入和内输入组合函数触发器的输入信号的逻辑表达式触发器的输入信号的逻辑表达式2 2、激励方程、激励方程( (驱动方程驱动方程) )3 3、状态方程、状态方程用三个方程描述用三个方程描述 nnntQtXFtY, nnntQtXGtW, nnntQtWHtQ,1 将存储电路中每个触发器的输入信号的逻辑表达将存储电路中每个触发器的输入信号的逻辑表达式（激励方程）代入相应触发器的特征方程，其

6、结式（激励方程）代入相应触发器的特征方程，其结果就是触发器状态方程。果就是触发器状态方程。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 三、时序逻辑电路的分类：三、时序逻辑电路的分类：按存按存储电储电路状路状态变态变化的化的特点特点可分可分为为同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路所有触发器的所有触发器的时钟端时钟端连在一起。连在一起。所所有触发器状态的变化都是在有触发器状态的变化都是在同一时同一时钟信号钟信号操作下操作下同时同时发生。发生。时钟脉冲时钟脉冲 CP 只触发部分触发器，其余只触发部分触发器，其余触发器由电路内部信号触发。触发器由电路内部信号触发。触发器状触发器状

7、态的变化态的变化不是同时不是同时发生。发生。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路四、时序电路的表示四、时序电路的表示逻辑方程组（逻辑方程组（有了有了驱动方程驱动方程、状态方程状态方程和和输出方程输出方程，时序，时序电路的逻辑功能也就被惟一地确定了。电路的逻辑功能也就被惟一地确定了。）状态状态图图( (以小圆圈表示电路的各个状态，圆圈中填入存储单以小圆圈表示电路的各个状态，圆圈中填入存储单元的状态值，圆圈之间用箭头表示状态转换的方向，箭头旁元的状态值，圆圈之间用箭头表示状态转换的方向，箭头旁注明输入变量取值和输出值，输入和输出用斜线分开。注明输入变量取值和输出值，输入和输出用斜线分开。) )卡诺

8、图卡诺图状态表状态表时序图时序图( ( 把在时钟序列脉冲作用下存储电路的状态和输出把在时钟序列脉冲作用下存储电路的状态和输出状态随时间变化的波形画出来状态随时间变化的波形画出来) )逻辑图逻辑图 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1. 状态转换图状态转换图反映时序电路状态转换规律，及相应输入、输出取值关系的图形。箭尾：现态箭头：次态标注：输入输出 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路基本步骤：基本步骤：1.根据给定电路写出其时钟方程、输出方根据给定电路写出其时钟方程、输出方 程、程、驱动方程驱动方程2.求状态方程。求状态方程。3.进行状态计算。把电路的输入和现态各种可能取值组进行状态计算。把电路

9、的输入和现态各种可能取值组合代入状态方程和输出方程进行计算合代入状态方程和输出方程进行计算,得到相应的次态得到相应的次态和输出。和输出。4.画状态图画状态图(或时序图或时序图)触发器输入信号的逻辑函数触发器输入信号的逻辑函数式式5.2 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 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路时序电路分析过程示意图时序电路分析过程示意图确认电路逻辑功能确认电路逻辑功能 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 例例 试分析图示电路的逻辑功能，试分析图示电路的逻辑功能，FF1、FF2 和和 FF3为为下降沿触发的下降沿触发的JK触发器触发器,输入端悬空时相当于逻辑输入端悬

10、空时相当于逻辑1状态。状态。 解：这是时钟解：这是时钟 CP 下降沿触发的同步时序电路，下降沿触发的同步时序电路，分析如下：分析如下：1 .写方程式写方程式（1）根据给定的逻辑图写出驱动方程）根据给定的逻辑图写出驱动方程1231,1nnJQ QK21213,nnnJQKQ Q31232,nnnJQ QKQ1J1J1K 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1 .写方程式写方程式（1）根据给定的逻辑图写出驱动方程）根据给定的逻辑图写出驱动方程1,1321KQQJnnnnnQQKQJ31212,nnnQKQQJ23213,（2）将上式的驱动方程代入特性方程）将上式的驱动方程代入特性方程nnnQKQJ1

11、1Q中去中去,可得到状态方程可得到状态方程:n+1nnn1231Q=Q Q Qn+1nnnnn212132Q= Q Q + Q Q Qn+1nnnnn312323Q= Q Q Q + Q Q（3）输出方程）输出方程nn23Y = Q Q 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路2、列状态转换表、列状态转换表CP的顺序的顺序 现态现态 次态次态 输出输出 Y 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0

12、 1 0 0 11 1 1 0 0 00 0 00 0 1 1 0nQ3nQ2nQ113nQ12nQ11nQ 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路有效状态：有效状态：在时序电路中，凡是被利用了的状态。有效循环：有效循环：有效状态构成的循环。无效状态：无效状态：在时序电路中，凡是没有被利用的状态。无效循环：无效循环：无效状态若形成循环，则称为无效循环。自启动：自启动：在在CLK作用下，无效状态能自动地进入作用下，无效状态能自动地进入到有效循环中，则称电路能自启动，否则称不能自到有效循环中，则称电路能自启动，否则称不能自启动。启动。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路3.画状态转换图画状态转换图 时

13、时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路4.画时序图画时序图:必须画出一个计必须画出一个计数周期的波形数周期的波形1234567七进制计数器七进制计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路C11J1KC11J1K&1=1FF0FF1Q0XQ1YCP1 1 例例 2 试分析图示同步时序逻辑电路的逻辑功能，列试分析图示同步时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换真值表，并画出状态转换图和时序图。出状态转换真值表，并画出状态转换图和时序图。解：这是时钟解：这是时钟 CP 下降沿触发的同步时序电路，下降沿触发的同步时序电路，C1CPC1 分析时不必考虑时钟信号。分析时不必考虑时钟信号。分析如下：分析如下： 时时

14、序序 逻逻 辑辑 电电 路路C11J1KC11J1K&1=1FF0FF1Q0XQ1YCP1 1Q1nY = Q1n Q0nJ0 = K0 = 1 11J1K1 11. 写方程式写方程式( (1) ) 输出方程输出方程( (2) ) 驱动方程驱动方程J1 = K1 = X Q0nQ0n1J1K X Q0n 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1. 写方程式写方程式Q0n+1 = J0 Q0n + K0 Q0n = 1 1 Q0n + 1 1 Q0n = Q0n Q1n+1 = J1 Q1n + K1 Q1n J0K0J1K1( (3) ) 状态方程状态方程代入代入 J0 = K0 = 1 1C11

15、J1KC11J1K&1=1FF0FF1Q0XQ1YCP1 1代入代入 J1 = K1 =X Q0n= (X )Q1n +( X )Q1n= (X )Q1n +( X )Q1nnQ0nQ0nQ0nQ0 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路2. 列状态转换真值表列状态转换真值表设电路初始状态为设电路初始状态为 Q1nQ0n = 0000，当，当 X = 0 0 时时0 00 01 10 00 0YQ0n+1Q1n+1Q0nQ1n输出输出次次 态态现现 态态1 10 00 01 10 00 01 11 11 10 01 11 10 00 01 1 当当 X = 0 0 时，电路为四进制加法计数器。时，

16、电路为四进制加法计数器。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路2. 列状态转换真值表列状态转换真值表设电路初始状态为设电路初始状态为 Q1n Q0n = 0000，当，当 X = 1 1 时时0 00 01 11 10 0YQ0n+1Q1n+1Q0nQ1n输出输出次次 态态现现 态态1 11 10 01 11 10 01 11 10 00 01 10 00 00 00 0 当当 X = 1 1 时，电路为四进制减法计数器。时，电路为四进制减法计数器。该电路为同步四进制加该电路为同步四进制加 / 减计数器。减计数器。3. 逻辑功能说明逻辑功能说明 Up - - Down Counter 时时 序序

17、 逻逻 辑辑 电电 路路CP4. 画状态转换图和时序图画状态转换图和时序图Q2 Q1 Q0 x / y1 10 0Q0Q10 00 00 01 11 11 100000101101011110 0/ 0 00 0/ 0 00 0/ 0 00 0/ 1 1X=0 01 1/ 0 01 1/ 1 11 1/ 0 01 1/ 0 000001110100101X=1 112345678X0 00 0Y1 11 10 01 11 10 0 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 例例3：试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，要求：试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，要求：写出驱动方程、状态方程和输出方程；列出状

18、态转换表；写出驱动方程、状态方程和输出方程；列出状态转换表；画出状态转换图；画出时序图。画出状态转换图；画出时序图。解：解：该电路为穆尔型同步时序逻辑电路。设电路的初态为该电路为穆尔型同步时序逻辑电路。设电路的初态为000驱动方程：驱动方程：1321312312111QKQQJQKQQJKJ31QQY 输出方程：输出方程： 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路QQQQQQQQQQQQQQ313211n3212311n211n131QQY CP Y状态方程：状态方程：列出状态转换表：列出状态转换表：13nQ12nQ11nQ41 0 1 0123650 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0

19、0 0 0 0 0 11 1 1 00 0 0 1nQ3nQ2nQ10 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CPY状态转换表的另一种形式状态转换表的另一种形式3Q2Q1Q41 0 0 0012365010 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 1 10 0 0 01 1 0 01 1 1 10 0 0 02 每经过6个时钟信号以后电路的状态循环变化一次。 当电路由于某种原因进入无效循环时，在时钟信号作用下最终能回到有效循环中去，具有这特点的时序电路叫自行启动时序电路。 时时 序序 逻

20、逻 辑辑 电电 路路画出状态转换图：画出状态转换图：CPY3Q2Q1Q41 0 0 0012365010 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 1 10 0 0 01 1 0 01 1 1 10 0 0 02 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路画时序图：画时序图： 电路功能：六进制电路功能：六进制（模（模6）同步计数器）同步计数器CPY3Q2Q1Q41 0 0 0012365010 0 0 00 0 1 00 1 0 00 1 1 01 0 1 10 0 0 01 1 0 01 1 1 10 0 0 020 00 00 01 10 00 00 01 10 01 11 10

21、 00 00 01 11 10 01 1 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路5.3寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器 在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。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个触发器可以存储1位二进制代码，存放位二进制代码，存放n位二进制代码的寄位二进制代码的寄存器，需用存器，需用n个触发器来构成。个触发器来构成。 按照功能的不同，可将寄存器分为数码寄存器和移位寄存按照功能的不同，可将寄存器分为数码寄存器和移位寄存器两大类。

22、数码寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行器两大类。数码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、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，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。十分灵活，用途也很广。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1、存、取数据的方式：串行方式：由一个输入端将数码逐位输入或由一个输出端逐位取出。并行方式

23、：由多个输入端一次同时将多位数码存入寄存器，或由多个输出同时取出一个多位二进制数。2. 寄存器与存储器有何区别?寄存器内存放的数码经常变更，要求存取速度快，一般无法存放大量数据。（类似于宾馆的贵重物品寄存、超级市场的存包处。）存储器存放大量的数据，因此最重要的要求是存储容量。（类似于仓库） 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 下面请看置数演示下面请看置数演示5.3.1寄存器寄存器Register，用于存放二进制数码。，用于存放二进制数码。4 位位 寄寄 存存 器器Q0 Q1 Q2Q3 Q0 Q1 Q2 Q3FF0FF1FF2FF3D0CPC1C1C11D1D1D R R R R D1 D2 D

24、3 C11DCR1D1D1D1D 由由D 触发器触发器构成，因此能锁存输入数据。构成，因此能锁存输入数据。D0D1 D2D3RRRR1CR CR 为异步清零端，为异步清零端，当当 CR = 0 时时，各触发器均，各触发器均被被置置 0。寄存器工作时，。寄存器工作时，CR 应为高电平。应为高电平。 D0 D3 称为称为并行数据输入端并行数据输入端，当时钟，当时钟 CP 上升沿到达时，上升沿到达时，D0 D3 被并行置入到被并行置入到 4 个触发器中，使个触发器中，使 Q3 Q2 Q1 Q0 = D3 D2 D1 D0。D0D1 D2D3D0D1 D2D3D0D1 D2D3在在 CR = 1 且且

25、CP上升沿未到达时，各触发器的状态不上升沿未到达时，各触发器的状态不变，即寄存的数码保持不变。变，即寄存的数码保持不变。Q0 Q3 是同时输出的，这种输出方式称是同时输出的，这种输出方式称并行输出。并行输出。Q0 Q1Q2 Q3 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路5.3.2 移位寄存器移位寄存器在控制信号作用下，可实现在控制信号作用下，可实现右移也可实现左移。右移也可实现左移。 双向移位双向移位寄寄 存存 器器单向移位单向移位寄寄 存存 器器 左左 移移寄存器寄存器 右右 移移寄存器寄存器每输入一个移位脉冲，移位寄每输入一个移位脉冲，移位寄存器中的数码依次向右移动存器中的数码依次向右移动 1

26、位。位。 每输入一个移位脉冲，移位寄每输入一个移位脉冲，移位寄存器中的数码依次向左移动存器中的数码依次向左移动 1 位。位。 Shift register用于存放数码和使数码根据需要向左或向右移位。用于存放数码和使数码根据需要向左或向右移位。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 根据移位数据的根据移位数据的输入输出方式，输入输出方式，又可将它分为又可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输行输入入并并行输行输出出四种电四种电路结构：路结构：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入

27、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 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路右移输入右移输入D0D1D3DID2右移输出右移输出Q11D1D1D1DQ3Q0Q2C1C1C1C1FF1FF0FF2FF3移位脉冲移位脉冲CP右右 移移 位位 寄寄 存存 器器 由由 D 触发器构成，为同步时序逻辑电路。触发器构成，为同步时序逻辑电路。在在 CP 上升沿作用下，上升沿作用下，串行输入数据串行输入数据 DI被移入被移入 FF0 中；同时，数据逐步被右移。中；同时，数据逐步被右移。D0=DI，D1=Q0，D2=Q1，D3= Q2。DI右移输入右移输入D0Q0右移输出右移输出D1D2D3Q1Q2

28、Q31D1D1D1D一、一、单向移位寄存器单向移位寄存器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路设串行输入数码设串行输入数码DI= 10111011，电路初态为，电路初态为 Q3Q2Q1Q0= 00000000。1 10 01 11 11 140 01 10 01 11 130 00 01 10 00 020 00 00 01 11 110 00 00 00 00Q3Q2Q1Q0移位寄存器中的数移位寄存器中的数输入输入数据数据移位移位脉冲脉冲举例说明工作原理举例说明工作原理可见，移位寄存器除了能寄存数码外，可见，移位寄存器除了能寄存数码外，还能实现数据的串、并行转换。还能实现数据的串、并行转换。在

29、在 4 个移位脉冲作个移位脉冲作用下，用下，串行输入串行输入的的 4 位位数码数码 10111011 全部存入寄全部存入寄存器，并存器，并由由 Q3、Q2、Q1 和和 Q0 并行输出并行输出。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路10111401011300100200011100000Q3Q2Q1Q0移位寄存器中的数移位寄存器中的数输入输入数据数据移位移位脉冲脉冲工作原理举例说明工作原理举例说明 再输入再输入 4 个移位脉冲个移位脉冲时，时，串行输入串行输入数据数据 10111011将将从从 Q3 端端串行输出串行输出。01 11 10 00 051 11 10 00 00 061 10 00

30、 00 00 071 10 01 11 11 140 00 00 00 00 080 01 10 01 11 130 00 01 10 00 020 00 00 01 11 110 00 00 00 00Q3Q2Q1Q0移位寄存器中的数移位寄存器中的数输入输入数据数据移位移位脉冲脉冲1 1 从从 Q3 端取出端取出0 0 从从 Q3 端取出端取出1 1 从从 Q3 端取出端取出1 1 从从 Q3 端取出端取出 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路左左 移移 位位 寄寄 存存 器器左移输出左移输出D0D1D3DID2左移输入左移输入Q11D1D1D1DQ3Q0Q2C1C1C1C1FF1FF0FF2

31、FF3CP移位脉冲移位脉冲左移输出左移输出Q0D01DQ1Q2D11DQ3D21D左移输入左移输入D31DDI 移位寄存器结构特点：移位寄存器结构特点： 各触发器均为各触发器均为 D 功能功能且且串联串联使用；使用； N 位寄存器由位寄存器由 N 个触发器构成个触发器构成 。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CRCRDSLDSRCPCT74LS194Q0Q1Q2Q3M1M0D0D1D2D3二、二、双向移位寄存器双向移位寄存器Q3Q2Q1Q0SRSLM1M0D3D2D1D0移位脉冲移位脉冲输入端输入端右移右移串行数码串行数码输输 入入 端端并行数码输入端并行数码输入端左移左移串行数码输入端串行

32、数码输入端 工作方式控制端工作方式控制端M1 M0 = 0000 时，保持功能。时，保持功能。M1 M0 = 0101 时，右移功能。时，右移功能。M1 M0 = 1010 时，左移功能。时，左移功能。M1 M0 = 1111 时，并行置数时，并行置数 功能。功能。并行数码输出端，从高并行数码输出端，从高位到低位依次为位到低位依次为 Q3 Q0。清零端低清零端低电平有效电平有效 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CT74LS194的功能表的功能表d00 00 00 0保保 持持0 01 1左移左移输入输入0 00 0Q3Q2Q11 11 1左移左移输入输入1 11 1Q3Q2Q11 10 01

33、 11 1右移右移输入输入0 0Q2Q1Q00 00 01 10 01 1右移右移输入输入1 1Q2Q1Q01 11 11 10 01 1并行置数并行置数d3d2d1d0d3d2d11 11 11 1保保 持持0 01 1清零清零0 00 00 00 00 0Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0DSRDSLCPM0M1CR说明说明输输 出出输输 入入Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCRCT74LS194D3D2D1D0CR 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路一、顺序脉冲发生器一、顺序脉冲发生器顺序脉冲指在顺序脉冲指在每个循环周期内，每个循环周期内，在时间上按一定先在时间上按一定先后顺序排列

34、的脉冲后顺序排列的脉冲信号信号。常用于控制。常用于控制某些设备按照事先某些设备按照事先规定的顺序进行运规定的顺序进行运算或操作。算或操作。5.3.3 移位寄存器的应用移位寄存器的应用D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCT74LS194CR1 11 11 10 00 00 00 0CP12345678Q3Q2Q1Q0 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLDSRCPCT74LS194CR1 11 11 10 00 00 00 0CP12345678Q3Q2Q1Q0一、顺序脉冲发生器一、顺序脉冲发生器 利用并行置数功能将利用并行置数功

35、能将电路初态置为电路初态置为Q3Q2Q1Q0 = D3D2D1D0 = 1 1000000电路执行左移功能电路执行左移功能来一个来一个 CP 脉冲，各脉冲，各位左移一次，即位左移一次，即 Q0Q1 Q2 Q3。左移输入信。左移输入信号号 DSL 由由 Q0 提供，因此提供，因此能实现循环左移。能实现循环左移。从从 Q3 Q0 依次输出依次输出顺序脉冲。顺序脉冲宽顺序脉冲。顺序脉冲宽度为一个度为一个 CP 周期。周期。工作原理工作原理 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路二、扭环形计数器二、扭环形计数器（约翰逊计数器约翰逊计数器）用用 CT74LS194 构成七进制构成七进制扭环形计数器扭环形计数

36、器CT74LS194D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLCPCR1 11 1 0 0&DSR将移位寄存器将移位寄存器的第的第 N 和第和第 N- -1 位位的输出通过的输出通过与非与非门门加到右移串行数码加到右移串行数码输入输入 DSR 端时，则端时，则构成构成 2N- -1 进制扭进制扭环形计数器，即奇环形计数器，即奇数分频电路。数分频电路。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路二、扭环形计数器二、扭环形计数器（约翰逊计数器约翰逊计数器）用用 CT74LS194 构成七进制构成七进制扭环形计数器扭环形计数器CT74LS194D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLCPCR1 1

37、1 1 0 0&DSR1 11 10 00 051 10 00 00 061 11 11 10 041 11 11 11 130 01 11 11 1020 00 01 11 110 00 00 01 10Q3Q2Q1Q0计数脉计数脉冲顺序冲顺序 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CT74LS194D0D3D2D1Q3Q2Q1Q0M1M0DSLCPCR1 11 1 0 01DSR用用 CT74LS194 构成六进制构成六进制扭环形计数器扭环形计数器当由移位寄存当由移位寄存器的第器的第 N 位输出通位输出通过过非非门加到右移串门加到右移串行数码输入端行数码输入端DSR 时，则构成时，则构成 2N

38、 进进制扭环形计数器，制扭环形计数器，即偶数分频电路。即偶数分频电路。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路计数器的作用与分类计数器的作用与分类 计数器计数器( (Counter) )用于计算输入脉冲个数，用于计算输入脉冲个数，还常用于分频、定时及进行数字运算等。还常用于分频、定时及进行数字运算等。 计数器分类如下：计数器分类如下： 按时钟控制方式不同分按时钟控制方式不同分 异步计数器异步计数器 同步计数器同步计数器 各触发器的翻转与时钟脉冲同步。各触发器的翻转与时钟脉冲同步。同步计数器比异步计数器的速同步计数器比异步计数器的速度快得多。度快得多。5.4计数器计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电

39、 路路按计数器功能分按计数器功能分加法计数器加法计数器 减法计数器减法计数器 加加 / / 减计数器减计数器( (又称可逆计数器又称可逆计数器) ) 对计数脉冲作对计数脉冲作递增计数的电路。递增计数的电路。 对计数脉冲作对计数脉冲作递减计数的电路。递减计数的电路。 在加在加 / / 减控制信减控制信号作用下，可递增也号作用下，可递增也可递减计数的电路。可递减计数的电路。 按计数进制分按计数进制分按 二 进 制按 二 进 制数运算规律进数运算规律进行计数的电路行计数的电路 按 十 进 制按 十 进 制数运算规律进数运算规律进行计数的电路行计数的电路 二进制计数器二进制计数器 十进制计数器十进制计

40、数器 任意进制计数器任意进制计数器( (又称又称 N 进制计数器进制计数器) )二 进 制二 进 制和十进制以和十进制以外的计数器外的计数器 5.4.1 异步计数器异步计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 二二 进进 制制 数数 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 12 0 1 0 3 0 1 14 1 0 0 5 1 0 16 1 1 0 7 1 1 18 0 0 0 脉冲数脉冲数(C) 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1010清零清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲三三位位异异步步二二进进制制加加法法计计数数器器在电路图中在电路图中J

41、、悬空表示悬空表示J、K=1 当相邻低位触发器由当相邻低位触发器由1变变 0 时翻转时翻转 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路异步二进制加法器工作波形异步二进制加法器工作波形 每个触发器翻转的时间有先后，每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步与计数脉冲不同步C12345678Q0Q1Q2 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路？思考思考1、各触发器、各触发器C应如何连接？应如何连接？CRDQDQQ0F0QDQQ0F0QDQQ3F3 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路“000 1”不够减，需向相邻高位借不够减，需向相邻高位借“1”，借借“1”后作运算后作运算“1000 1 = 111”。Q0Q

42、1Q2计计 数数 状状 态态计数顺序计数顺序0008100701061105001410130112111100003位二进制减法计数器状态表位二进制减法计数器状态表二、异步二进制减法计数器二、异步二进制减法计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路下降沿动作的下降沿动作的T触发器构成的异步二进制减法计数器触发器构成的异步二进制减法计数器上降沿动作的上降沿动作的T触发器构成的异步二进制减法计数器触发器构成的异步二进制减法计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路上升沿动作的二进制减法的时序图上升沿动作的二进制减法的时序图 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 下面总结一下用不同种类触下面总结一下

43、用不同种类触发器构成异步二进制计数器的方发器构成异步二进制计数器的方法。法。注意：注意：异步二进制计数器的构成方法异步二进制计数器的构成方法CPi = Qi - - 1CPi = Qi - - 1减法计数减法计数 CPi = Qi - - 1CPi = Qi - - 1加法计数加法计数 下降沿触发式下降沿触发式 上升沿触发式上升沿触发式 计数触发器的触发信号接法计数触发器的触发信号接法计数规律计数规律 将触发器接成计数触发器，然后级联，将计数脉冲将触发器接成计数触发器，然后级联，将计数脉冲CP 从最低位时钟端输入，其他各位时钟端接法如下表：从最低位时钟端输入，其他各位时钟端接法如下表： 时时

44、序序 逻逻 辑辑 电电 路路 异步十进制计数器与异步二进制计数器异步十进制计数器与异步二进制计数器的计数规律有何不同？的计数规律有何不同？ 它们的构成方法有何不同？它们的构成方法有何不同？1. 十进制计数器与十进制计数器与 4 位二进制计数器的比较位二进制计数器的比较8421BCD 码十进制计数器的设计思想：码十进制计数器的设计思想：在在 4 位二进制计数器基础上引入反馈，强迫位二进制计数器基础上引入反馈，强迫电路在计至状态电路在计至状态 1001 后就能返回初始状态后就能返回初始状态 0000，从而利用状态从而利用状态 0000 1001 实现十进制计数。实现十进制计数。 三、三、 异步十进

45、制计数器异步十进制计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路4位位二二进进制制加加法法计计数数器器状状态态表表 0 00 00 00 0161 11 11 11 1150 01 11 11 1141 10 01 11 1130 00 01 11 1121 11 10 01 1110 01 10 01 1101 10 00 01 19 90 00 00 01 181 11 11 10 070 01 11 10 061 10 01 10 050 00 01 10 041 11 10 00 030 01 10 00 021 10 00 00 010 00 00 00 00Q0Q1Q2Q3计计 数数

46、器器 状状 态态计数计数顺序顺序十十进进制制计计数数器器状状态态表表 0 00 00 00 0101 10 00 01 19 90 00 00 01 181 11 11 10 070 01 11 10 061 10 01 10 050 00 01 10 041 11 10 00 030 01 10 00 021 10 00 00 010 00 00 00 00Q0Q1Q2Q3计计 数数 器器 状状 态态计数计数顺序顺序十进制计数器与十进制计数器与4 位二进制计数器比位二进制计数器比 较较 只利用了只利用了 4 位二进制位二进制加法计数器的前十个状态加法计数器的前十个状态 00000000 10

47、011001。 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 JK 触发器构成的触发器构成的 8421BCD 码码异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器1J1KRQ0Q1Q2Q31J1KR1J1KRFF0FF1FF2FF31J1KR1 1RDCP&C1C1C1C12. 异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路0001000100100010CPQ3Q0Q1Q20 00 00 00 01001100100000000当输入第当输入第10个脉冲时，计数器由个脉冲时，计数器由10011001状态返回到状态返回到00000000状态，跳过了状态，跳过了 1010 1010

48、11111111六种状态，同时六种状态，同时 Q3 输出一个负输出一个负跃变的进位信号给高位计数器跃变的进位信号给高位计数器 ，从而实现了十进制加法计，从而实现了十进制加法计数。数。 工作波形工作波形 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路0 00 00 00 0101 10 00 01 190 00 00 01 181 11 11 10 070 01 11 10 061 10 01 10 050 00 01 10 041 11 10 00 030 01 10 00 021 10 00 00 010 00 00 00 00Q0Q1Q2Q3计计 数数 器器 状状 态态计数顺序计数顺序 十十进制加法计

49、数器状态表进制加法计数器状态表 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 同步与异步计数器的根本区别是时钟控制方式不同，同步与异步计数器的根本区别是时钟控制方式不同，导致电路构成也不同。导致电路构成也不同。同步计数器与异步计数器有何不同？同步计数器与异步计数器有何不同？1. 1. 同步与异步二进制加法计数器比较同步与异步二进制加法计数器比较 一、一、 同步二进制计数器同步二进制计数器 态序表和工作波形一样态序表和工作波形一样电路结构不同：电路结构不同：异步异步：将触发器将触发器接成计数触发器接成计数触发器；最低位触发器用计数脉；最低位触发器用计数脉冲冲 CP 触发，触发，其他触发器其他触发器用邻低位

50、输出的下降沿触发。用邻低位输出的下降沿触发。同步：同步：将触发器将触发器接成接成 T 触发器触发器；各触发器都用计数；各触发器都用计数脉冲脉冲 CP 触发，触发，最低位触发器最低位触发器 的的T 输入为输入为 1，其他触发器其他触发器的的 T 输入为其低位各触发器输出信号相与。输入为其低位各触发器输出信号相与。5.4.25.4.2 同步计数器同步计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 二二 进进 制制 数数 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 12 0 1 0 3 0 1 14 1 0 0 5 1 0 16 1 1 0 7 1 1 18 0 0

51、 0 脉冲数脉冲数(C) 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路三位同步二进制加法计数器三位同步二进制加法计数器 计数脉冲同时加到各位触发器上，计数脉冲同时加到各位触发器上，当每个到当每个到 来后触发器状态是否改变要看来后触发器状态是否改变要看J、K的状态。的状态。RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路C12345678Q0Q1Q2F0每输入一每输入一Cp翻一次翻一次F1F2F3J0 =K0 =1Q0 =1J1 =K1 = Q0Q0 = Q1 = 1J2 =K2 = Q1 Q0Q0 = Q1 = Q2 = 1J3 =K3= Q2

52、Q1 Q0J0 =K0 =1J1 =K1 = Q0J2 =K2 = Q1 Q0J3 =K3 = Q2 Q1 Q0 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRDCO二、二、同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器 RDRRRR计数开始前先清零计数开始前先清零CPC1C1C1C1 各触发器都用各触发器都用 CP 触发触发 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CO = Q3n Q0nJ2 = K2 = Q1n Q0nJ0 = K0 = 1 1J1 = Q3n Q0n ，K1 = Q0n1. 写方程式写方

53、程式( (1) ) 输出方程输出方程( (2) ) 驱动方程驱动方程FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRDCOFF01J1K1 1FF11J1KQ0nQ3n&Q3nQ0nFF31J1KQ1nQ2n&Q0nFF21J1KQ0nQ1n&J3 = Q2n Q1n Q0n，K3 = Q0n 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路1. 写方程式写方程式Q0n+1 = J0 Q0n + K0 Q0n = 1 1 Q0n + 1 1 Q0n = Q0n Q1n+1 = J1 Q1n + K1 Q1n Q2n+1 = J2 Q2n + K2

54、Q2n J0K0J1K1J2K2( (3) ) 状态方程状态方程= Q3n Q0n Q1n + Q0n Q1nFF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11 1CPRDCOQ3n+1 = J3 Q3n + K3 Q3n = Q2n Q1n Q0n Q3n + Q0n Q3n J3K3= Q1n Q0n Q2n + Q1n Q0n Q2n 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路2. 列状态转换真值表列状态转换真值表设电路初始状态为设电路初始状态为Q3 Q2Q1 Q0 = 00000000，则，则电路在输入第十个计数脉冲后返回到初始的电路在输入第十个

55、计数脉冲后返回到初始的00000000状状态，同时态，同时 CO 向高位输出一个下降沿的进位信号。因此，向高位输出一个下降沿的进位信号。因此，该电路为同步十进制加法计数器。该电路为同步十进制加法计数器。0 001 11 10 01 10 00 01 10 01 10 00 00 00 00 00 01 10 01 11 10 01 11 10 00 00 01 1COQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1Q0nQ1n输出输出次次 态态现现 态态0 00 00 01 10 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 00 01 10 00 01 10 00 0

56、1 10 00 00 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 10 00 01 11 10 01 10 00 00 00 00 0Q2nQ3n0 00 00 01 10 01 11 10 01 10 00 00 05432计数脉计数脉冲序号冲序号019876RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲 C0= C K0 =1 J0 =Q2K1 =1 J1 =1C1= Q0J2=Q0Q1K2 =1C2= C RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲 C0= C=0 K0 =1 J0 =Q2=1 K1 =1 J1 =1 C

57、1= Q0=0J2=Q0Q1=0 K2 =1C2= C=0 RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲计数脉冲011111 011111011111111111011101011111000010012010301141005000C1= Q0 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路C12345Q0Q1Q2 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器CO = Q3n Q2n Q1n Q0n进位输出信号进位输出信号FF01J1KRC1Q0Q1Q2Q3FF11J1KRC1FF21J1KRC1FF31J1KRC11

58、1CPRDCOFF01J1K1 1FF11J1KQ0nFF21J1KQ0nQ1n&FF31J1KQ0nQ2n&Q1nQ0Q1Q2Q3CO&RDRRRR计数开始前先清零计数开始前先清零CPC1C1C1C1 各触发器都用各触发器都用 CP 触发触发2 2、同步二进制加法计数器电路与工作原理、同步二进制加法计数器电路与工作原理 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路CO = Q3n Q2n Q1n Q0n，因此，因此，CO在计数至在计数至“15”时时 跃变为高电平，在计至跃变为高电平，在计至“16”时输出进位信号的下降沿。时输出进位信号的下降沿。0100000000000000000000COQ0Q1Q

59、2Q3 输输 出出计计 数数 器器 状状 态态计计 数数顺顺 序序160151140131120111100918071605140203111011001100110011001111000011110000111111110000000动画演示动画演示四位二进制加法计数器态序表四位二进制加法计数器态序表 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路00001610001501001411001300101210101101101011109000181001701016110150011410113011121111100000Q0Q1Q2Q3计计 数数 器器 状状 态态计数顺序计数顺序将触发器接成

60、将触发器接成 T 触发器，并使触发器，并使 T0 = 1，Ti = Qi-1n Qi-2n Q0n，则可构成同步二进制则可构成同步二进制减法计数器。减法计数器。同步二进制减法计数器同步二进制减法计数器3 3、 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路4、同步二进制可逆计数器、同步二进制可逆计数器加减控制端S=1时，下面三个与非门被封锁，进行加计数S=0时，上面三个与非门被封锁，进行减计数加减可控计数器加减可控计数器 时时 序序 逻逻 辑辑 电电 路路5、可预置同步二进制计数器、可预置同步二进制计数器置数信号置数信号时钟输入时钟输入输出信号输出信号进位输出进位输出使能信号使能信号清零信号清零信号数据输