时序逻辑电路的设计

1、时序逻辑电路设计时序逻辑电路设计锁存器锁存器触发器触发器时序逻辑电路概述时序逻辑电路概述同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的设计同步时序逻辑电路的设计常用时序逻辑电路模块常用时序逻辑电路模块基本基本SR锁存器锁存器钟控钟控D锁存器锁存器钟控钟控SR锁存器锁存器介绍介绍3 3种不同结构的触发器种不同结构的触发器本节主要内容本节主要内容锁存器锁存器3一、双稳态电路（一、双稳态电路（Bistate Elements） 问题：由于电路没有输入，无法控制或改变它的状态。问题：由于电路没有输入，无法控制或改变它的状态。 电路有两个稳定工作状态：电路有两个稳定工作状态：10QQ01

2、QQ基本基本RSRS锁存器锁存器4二、由或非门构成的基本二、由或非门构成的基本SR锁存器锁存器 电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 S 、 R称为触发脉冲输入端，称为触发脉冲输入端， S为置位（为置位（Set）端，）端，R为复位为复位（Reset）端。）端。 逻逻辑辑符符号号电电路路图图5 输入和输出的关系输入和输出的关系 不不 变变0 11 00 0 0 00 11 01 1 S R QQ00输输出出不不变变0110100111006 输入和输出的关系表输入和输出的关系表 对于由或非门构成的基本对于由或非门构成的基本SR锁存器采用正脉冲触发。锁存器采用正脉冲触发。 已知输入已知输入R、S波

3、形图，试画出波形图，试画出 、 波形图，设波形图，设SR锁存器的初态锁存器的初态为为0。 Q QQQ不不 变变0 11 00 0 0 00 11 01 1 S R QQ001000010010007三、由与非门构成的基本三、由与非门构成的基本SR锁存器锁存器 电路结构和符号电路结构和符号 输入输出关系输入输出关系 1 11 00 1 不不 变变 0 00 11 0 1 1 RQQS8四、锁存器的状态四、锁存器的状态 0态、态、1态、非正常态态、非正常态 现态和次态现态和次态 现态（现态（Present State）：锁存器在接收信号之前所处的）：锁存器在接收信号之前所处的状态，用状态，用Qn表

4、示；表示； 次态（次态（Next State）：锁存器在接收信号之后建立的新的）：锁存器在接收信号之后建立的新的稳定状态，用稳定状态，用Qn+1表示。表示。 称为称为0态，态， 10QQ称为称为1态，态， 01QQ或或00QQ11QQ称为非正常态。称为非正常态。 9 基本基本SR锁存器的状态真值表：锁存器的状态真值表： S R Qn Qn+1 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 010011 nnQRSQ10SR（约束条件）（约束条件）110001101000110SQn+1RQn110QQ例：已知输入例：已知输入S、R波形图，试画出波形图，试画出

5、Q、Q波形图，设波形图，设SR锁存器的锁存器的初态为初态为0。 当当SR锁存器输入端锁存器输入端同时同时加加1时，时，Q和和Q 都变成了都变成了0。当。当S、R同时同时由由10时，触发器的输出将会出现由时，触发器的输出将会出现由010反复切换反复切换。 11五、基本五、基本SR锁存器的应用锁存器的应用 作为存储单元，可存储作为存储单元，可存储1位二进制信息。位二进制信息。 其它功能触发器的基本组成部分。其它功能触发器的基本组成部分。 构成单脉冲发生器构成单脉冲发生器 vO窄脉冲窄脉冲12单脉冲发生电路：单脉冲发生电路： 每按动开关每按动开关AN一次，只输出一个负脉冲。一次，只输出一个负脉冲。

6、基本基本SR锁存器锁存器13CP=0：基本：基本SR锁存器输入端均为锁存器输入端均为1，状态保持不变，状态保持不变 电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 基本基本SR锁存器锁存器时钟脉冲时钟脉冲CP=1： S 、 R通过非门作用于基本通过非门作用于基本SR锁存器锁存器钟控钟控RSRS锁存器锁存器14逻辑功能逻辑功能S R Qn Qn+1 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 010011 nnQRSQ10SR（约束条件）（约束条件）15 基本基本SR锁存器与钟控锁存器与钟控SR锁存器的区别锁存器的区别 （a）基本）基本SR锁存器输出波形锁存器输出波形

7、 （b）钟控）钟控SR锁存器输出波形锁存器输出波形 结论：钟控结论：钟控SR触发器只在触发器只在CP高电平期间接收输入信号，基本高电平期间接收输入信号，基本SR锁存器任何时候均能接收输入信号。锁存器任何时候均能接收输入信号。 161、采用逻辑门构成的钟控采用逻辑门构成的钟控D锁存器锁存器 DQn1 特性表特性表 D Qn Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1 0011 电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 特性方程特性方程 将将S=D，R=D（保证了（保证了SR=0）代）代入入RS触发器的特性方程得触发器的特性方程得172.采用传输门构成的采用传输门构成的D锁存器锁存器 电路结构和逻辑符号

8、电路结构和逻辑符号 当当CP=1时，时，C=0、C=1，TG1导通，导通，TG2断开，断开，的改变而改变。的改变而改变。 输出随输出随D当当CP=0时，时，CG2形成正反馈，构成双稳态电路。形成正反馈，构成双稳态电路。 =1，C=0，TG1断开，断开，TG2导通，导通，2个非门个非门G1、183.钟控钟控D锁存器的动态参数锁存器的动态参数 建立时间（建立时间（ Setup Time）tSU数据信号数据信号D在时钟信号在时钟信号CP下降沿到来之前应稳定的最小时间下降沿到来之前应稳定的最小时间 保持时间（保持时间（Hold Time）tH数据信号数据信号D在时钟信号在时钟信号CP下降沿过去以后应稳

9、定的最小时间下降沿过去以后应稳定的最小时间 时钟信号和触发器输出之间的延迟时间时钟信号和触发器输出之间的延迟时间tpHL(CQ) 和和tpLH (CQ) 相对于相对于CP信号由低电平变为高电平的时刻，信号由低电平变为高电平的时刻，Q的变化将会有的变化将会有一定的延时一定的延时 输入数据信号和触发器输出之间的延迟时间输入数据信号和触发器输出之间的延迟时间tpHL(DQ) 和和tpLH (DQ) 相对于相对于D的变化，的变化，Q的变化将会有一定的延时的变化将会有一定的延时 194.集成三态输出集成三态输出8D锁存器锁存器74HC573 当当LE=1时，输出时，输出Q跟随输入跟随输入D变化，变化，当

10、当LE=0时，输出时，输出Q保持不变保持不变当当OE=0时，输出高阻态。时，输出高阻态。介绍介绍3种不同结构的触发器种不同结构的触发器维持阻塞触发器维持阻塞触发器主从触发器主从触发器利用传输延迟触发器利用传输延迟触发器本节主要内容本节主要内容介绍介绍5种不同功能的触发器种不同功能的触发器D触发器触发器SR触发器触发器JK触发器触发器T触发器触发器T触发器触发器各类型触发器各类型触发器211.钟控锁存器存在钟控锁存器存在 的空翻现象的空翻现象 在一个在一个CP脉冲周期内，锁存器状态变化多于一次的现象称脉冲周期内，锁存器状态变化多于一次的现象称为为空翻空翻。 空翻带来两个问题：一是锁存器的抗干扰能

11、力下降；空翻带来两个问题：一是锁存器的抗干扰能力下降；二是限制了锁存器的使用范围。二是限制了锁存器的使用范围。 触发器触发器222.为什么钟控锁存器会存在为什么钟控锁存器会存在 空翻现象？空翻现象？主要原因是锁存器对输入信号的敏感时间太长主要原因是锁存器对输入信号的敏感时间太长 。 触发器采用了不同的电路结构，只有在触发器采用了不同的电路结构，只有在CP脉冲的上升沿或脉冲的上升沿或下降沿时刻接收输入信号下降沿时刻接收输入信号 23主从主从D触发器原理框图及逻辑符号触发器原理框图及逻辑符号原理：当原理：当CP=0时，时，QM跟随跟随D变化，从锁存器保持不变变化，从锁存器保持不变 主锁存器主锁存器

12、从锁存器从锁存器当当CP=1时，主锁存器保持不变，输出送从锁存器时，主锁存器保持不变，输出送从锁存器 主从触发器的状态只有在主从触发器的状态只有在CP上升沿时刻才会改变上升沿时刻才会改变24例：主从例：主从D触发器输触发器输入入CP和和D的波形如图的波形如图所示，试画出输出波所示，试画出输出波形。形。25集成主从集成主从D触发器两种基本结构触发器两种基本结构异步置1端（或称直接置端（或称直接置1端）端）DS 异步置0端（或称直接置端（或称直接置0端）端）DR 01001026 电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 G3、G4、G5、G6构成了构成了D信号的输入通道。信号的输入通道。维持阻塞维持

13、阻塞D D触发器触发器1DC1QQ基本基本SR锁存器锁存器 G1、G2构成了基本构成了基本SR锁存器。锁存器。27 工作原理分析工作原理分析1. 触发器触发器维持原状态不变。维持原状态不变。 011DD2. 输入信号输入信号D 经门经门G6取反后到达门取反后到达门G4的输入端，再经门的输入端，再经门G5取取反后到达门反后到达门G3的输入端，等待送入。的输入端，等待送入。 当当CP=0时时输输出出不不变变28 工作原理分析（工作原理分析（设设D=0，当，当CP由由01时时 ） 若若D =0， CP=1时，则时，则Qn+1=D=0，并立即封锁输入通路。，并立即封锁输入通路。01101封锁输封锁输入

14、通路入通路011100输输出出0态态29 工作原理分析（工作原理分析（设设D=1，当，当CP由由01时时 ） 若若D =1， CP=1时，则时，则Qn+1=D=1，并立即封锁输入通路。，并立即封锁输入通路。10011封锁输封锁输入通路入通路001111输输出出1态态30 具有异步置位、复位端的维持阻塞具有异步置位、复位端的维持阻塞D触发器触发器不管不管CP=0还是还是1，触发器置，触发器置1态。态。10DDRS，不管不管CP=0还是还是1，触发器置，触发器置0态。态。01DDRS，31QQ 边沿触发器只有边沿触发器只有CP的上升沿或下降沿瞬间才能接受控制输入信的上升沿或下降沿瞬间才能接受控制输

15、入信号，改变状态，因此在一个时钟脉冲下，触发器最多只能翻转一号，改变状态，因此在一个时钟脉冲下，触发器最多只能翻转一次，从根本上杜绝了空翻的现象。次，从根本上杜绝了空翻的现象。 例例2：一上升沿触发的一上升沿触发的D触发器，设初态为触发器，设初态为1，试在给定，试在给定CP、D下下，画出，画出Q和和Q波形。波形。 32电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 利用传输延迟的触发器利用传输延迟的触发器G3、G4的传输延迟时间大于的传输延迟时间大于SR锁存器的翻转时间锁存器的翻转时间 两个与或非门的输入输出端交叉连接，构成基本两个与或非门的输入输出端交叉连接，构成基本SR锁存器锁存器 33工作原理分析

16、工作原理分析 （1）当）当CP=0时，触发器维持原状态不变时，触发器维持原状态不变 CP=0时，门时，门G3、G4、G12、G22全部被封锁。全部被封锁。 不管不管J、K如何变化，触发器维持原状态不变。如何变化，触发器维持原状态不变。0110034工作原理分析工作原理分析 （2）CP=1时，触发器维持与时，触发器维持与CP=0时相同的状态时相同的状态nnnQQSQCPQnnnQQRQCPQ35工作原理分析工作原理分析 （3）CP由由1变变0时，触发器接收时，触发器接收J、K信号翻转信号翻转nnnnnnnnQQKQJQKQQJQRSQ)(1nnnnnnQKQJQQQKQJ36例例1：一个下降沿触

17、发的一个下降沿触发的JK触发器，给定触发器，给定CP、J、K的波形如下，的波形如下，试画出相应的输出试画出相应的输出 Q 和和 Q 波形波形。设初始状态为设初始状态为0。QQ37T T触发器和触发器和T T触发器触发器 如果将如果将JK触发器的触发器的J、K端连接在一起，并将输入端命名为端连接在一起，并将输入端命名为T，就得到就得到T触发器。触发器。 nnnQTQTQ1 当当T触发器的输入端固定地接高电平时，就得到触发器的输入端固定地接高电平时，就得到T触发器触发器 nnQQ138 如果维持阻塞如果维持阻塞D触发器的输入信号刚好在触发器的输入信号刚好在CP脉冲的上升脉冲的上升沿发生改变是否允许

18、？如不允许，对输入信号有什么要求沿发生改变是否允许？如不允许，对输入信号有什么要求？ 思考题思考题触发器的动态参数触发器的动态参数39建立时间（建立时间（Setup Time）tSU 数据信号数据信号D在时钟信号在时钟信号CP上升沿到来之前应稳定的最小时间。上升沿到来之前应稳定的最小时间。保持时间（保持时间（Hold Time）tH数据信号数据信号D在时钟信号在时钟信号CP上升沿过去以后应稳定的最小时间。上升沿过去以后应稳定的最小时间。时钟信号和触发器输出之间的延迟时间时钟信号和触发器输出之间的延迟时间tpHL 和和tpLH 时钟信号的上升沿至输出端建立新的稳定状态所产生的延迟时钟信号的上升沿

19、至输出端建立新的稳定状态所产生的延迟时间。时间。 40触发器的功能及转换触发器的功能及转换5种不同功能种不同功能触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号nnQRSQ10SRSR触发器的特性方程触发器的特性方程D 触发器的特性方程触发器的特性方程DQn1JK触发器的特性方程触发器的特性方程n1nQKQJQnT触发器的特性方程触发器的特性方程nnnQTQTQ1T触发器的特性方程触发器的特性方程nnQQ1（约束条件）（约束条件）41 状态图状态图01状态状态 0状态状态 1 特性表特性表 J K Qn Qn+1 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 0100111

20、0KJ，11KJ，0KJ，KJ，0例例：在同步工作条件下，在同步工作条件下，JK触发器的现态触发器的现态Qn=0，要求，要求Qn+1=0，则应使则应使 。 （1）J=K=0 （2）J=0，K=1（3）J=1，K=（4）J=K=142 目前生产的时钟控制触发器定型产品中只有目前生产的时钟控制触发器定型产品中只有JK触发器和触发器和D型触型触发器。其它功能的触发器可由这两种触发器转化而成。发器。其它功能的触发器可由这两种触发器转化而成。 JK、D 触发器转化为触发器转化为 T触发器触发器 43 将将 JK 转换成转换成 D DKDJ,44 将将 D 触发器转换为触发器转换为 T nnQTQTD45

21、触发器特点触发器特点触发器分类触发器分类重点重点触发器逻辑功能、触发方式。触发器逻辑功能、触发方式。时序逻辑电路的最基本单元；能够存储一位二进制信时序逻辑电路的最基本单元；能够存储一位二进制信息的基本单元。息的基本单元。1.有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑辑0和逻辑和逻辑1。2. 在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来的新状态保存下来按按触发方式触发方式分：电平触发方式、边沿触发方式及主从触发方式分：电平触发方式

22、、边沿触发方式及主从触发方式按按逻辑功能逻辑功能分：分：RS、D、JK、T和和T触发器触发器小小 结结46 组合电路组合电路：电路的输出只与当前的输入有关，而与电路的输出只与当前的输入有关，而与以前以前的输入无关。的输入无关。 时序电路：时序电路：电路在某一给定时刻的输出，不仅取决于该时电路在某一给定时刻的输出，不仅取决于该时刻电路的输入刻电路的输入,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。结构：组合电路结构：组合电路+触发器。触发器。一、一、 什么是时序逻辑电路？什么是时序逻辑电路？结构：由门电路构成。结构：由门电路构成。 举例：举例：电视遥控器。电视遥控器。47 输出方程：

23、输出方程： 状态方程：状态方程：Qn+1=F3 ( Z, Qn ) 驱动方程驱动方程:Z=F2 ( X, Qn )二、二、时序电路的模型时序电路的模型Y=F1 ( X, Qn )Z组合电路组合电路触发器触发器CPXYQ输入信号输入信号输出信号输出信号状态信号状态信号驱动信号驱动信号48三、典型的时序逻辑电路三、典型的时序逻辑电路串行加法器串行加法器101101011111000000111011一位全加器一位全加器D触发器触发器CPQCICO1DC1BSA49四、时序逻辑电路的分类四、时序逻辑电路的分类 按控制时序状态的脉冲源来分：按控制时序状态的脉冲源来分：同步时序电路：同步时序电路：异步时

24、序电路：异步时序电路：所有触发器所有触发器由由同一时钟同一时钟脉冲源控制脉冲源控制没有统一的时钟脉冲没有统一的时钟脉冲Q0FF0Q1CPFF2Q2FF11DC11DC11DC1“1”Q0FF0Q1CPFF2Q2FF11DC11DC11DC150四、时序逻辑电路的分类（续）四、时序逻辑电路的分类（续） 按输出按输出Y与现态与现态Qn及输入及输入X 的关系分：的关系分：穆尔型（穆尔型（Moore）：输出只和现态有关，与输入无关。输出只和现态有关，与输入无关。米里型（米里型（Mealy）：输出不仅和现态有关，还和输入有关。）：输出不仅和现态有关，还和输入有关。Y=F1 (Qn )Y=F1 ( X,

25、Qn )51写各触发器的写各触发器的驱动方程驱动方程写电路的写电路的输出方程输出方程写触发器的写触发器的状态方程状态方程作作状态真值表状态真值表及及状态转换图状态转换图作作时序波形图时序波形图得到电路的逻辑功能得到电路的逻辑功能同同步步时时序序电电路路的的分分析析方方法法输入端的表达式，输入端的表达式，如如T、J、K、D组合电路的输出组合电路的输出描述状态转换描述状态转换关系的表格关系的表格画出画出时钟脉冲时钟脉冲作用下作用下的输入、输出波形图的输入、输出波形图52例：请分析以下例：请分析以下同步时序电路同步时序电路： （1）写出驱动方程：）写出驱动方程： 10120KQQJnnnnnQQKQ

26、J20101nnnQKQQJ1210253(2) 写出状态方程写出状态方程 nnnnnnnnQQQQQQKQJQ12010111111nnnnnnnnQQQQQQKQJQ21210222212nnnnnnQQQQKQJQ012000010（3）写出输出方程：）写出输出方程： （1）写出驱动方程：）写出驱动方程： 10120KQQJnnnnnQQKQJ20101nnnQKQQJ12102nnQQY2154（4）根据状态方）根据状态方程列出状态。程列出状态。 nnnnQQQQ01210nnnnnnQQQQQQ1201011nnnnnnQQQQQQ2121012nnQQY21 1 1 1 1 1 0

27、 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 00000011 Q2n Q1n Q0nQ2n+1 Q1n+1 Q0n+1Y（5）作出状态图）作出状态图 111001000011110100101Q2Q1Q0010 000110七个状态构成循环七个状态构成循环，称为有效循环。，称为有效循环。 “111”位于有效循环之外，称位于有效循环之外，称为无效状态。为无效状态。 如果无效状态在若干个如果无效状态在若干个CP作用后，最终能进入有效循环称作用后，最终能进入有效循环称该电路具

28、有该电路具有自启动自启动能力。能力。上述时序电路能够自启动。上述时序电路能够自启动。 55（6）时序图（设）时序图（设Q2Q1Q0初态为初态为000） （7）结论：同步自然态序七进制计数器）结论：同步自然态序七进制计数器。 YQ2Q1Q0CP010010110010000110000011156时序逻辑电路设计的几种方法时序逻辑电路设计的几种方法 1 1采用小规模集成门电路和触发器设计；采用小规模集成门电路和触发器设计； 2 2采用标准的中规模集成电路设计；采用标准的中规模集成电路设计； 3 3采用可编程逻辑器件采用可编程逻辑器件PLDPLD设计。设计。 57设设计计步步骤骤 设定状态设定状态

29、画出状态转换图画出状态转换图列出状态真值表列出状态真值表求状态方程求状态方程求驱动方程求驱动方程画逻辑电路图画逻辑电路图检查检查自启动自启动如不符如不符合要求，重新设计合要求，重新设计58例：试用例：试用JK触发器设计一个同步七进制计数器。触发器设计一个同步七进制计数器。 需要三个触发器。需要三个触发器。 Q2Q1Q0001000010011110100101解：（解：（1）逻辑抽象，画出状态图。）逻辑抽象，画出状态图。 59（2）列出状态表）列出状态表 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1

30、0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 nQ2nQ1nQ012nQ11nQ10nQ60（3）求出状态方程（根据状态表画卡诺图）求出状态方程（根据状态表画卡诺图） 2120112QQQQQQn1021011QQQQQQn021020110QQQQQQQQn0001111010Q2Q1Q0Q2n+101101000001111010Q2Q1Q0Q1n+101010100001111010Q2Q1Q0Q0n+1101001061（3）求出电路的驱动方程）求出电路的驱动方程 将上述状态方程与将上述状态方程与JK触发器的特性方程相比较得：触发器的特性方程相比较得： 2120112QQQQQQn10210

31、11QQQQQQn02110QQQQn10120KQQJnnnnnQQKQJ20101nnnQKQQJ1210262（4）根据得到的驱动方程画出逻辑图。）根据得到的驱动方程画出逻辑图。 10120KQQJnnnnnQQKQJ20101nnnQKQQJ12102CPFF21J1KC1Q2Q2FF11J1KC1Q1Q1Q0Q0FF01J1KC163（5）检查电路能否自启动。）检查电路能否自启动。 Q2Q1Q0001000010011110100101 111为无效状态，根据卡诺图化简可知，为无效状态，根据卡诺图化简可知，111的下一个状的下一个状态为态为000，回到有效循环，故所设计的时序电路能自

32、启动。，回到有效循环，故所设计的时序电路能自启动。11164例：例：设计一设计一“011”序列检测器，每当序列检测器，每当X输入输入011码时，对应最后码时，对应最后一个一个1，电路输出，电路输出Y为为1。解：解：2.画出状态转换图和状态转换表画出状态转换图和状态转换表输入端输入端X：串行随机信号串行随机信号输出端输出端Y：当当X出现出现011序列时，序列时，Y=1；否则；否则Y=0S0状态：已输入状态：已输入1个个0S1状态：已输入状态：已输入01 S2状态：已输入状态：已输入011S3状态：已输入状态：已输入3个个1S0/01/0/0/0/1/0/1/1/X/ S/YS1/0S2/1S3/

33、01. 状态定义状态定义65状态编码状态编码00011011S0S1S2S32. 列出状态真值表列出状态真值表S0/01/0/0/0/1/0/1/1/S1/0S2/1S3/001 100 010 101 010 000 100 000 000 100 001 010 01 11 1 101 01 1 1 1XQ1n Q0nQ1n+1Q0n+1Y0111100001XQ1nQ0n10110000Q1n+10111100001XQ1nQ0n11010000Q0n+10111100001XQ1nQ0n00010001Y3. 求触发器的状态方程和输出函数求触发器的状态方程和输出函数nnnnXQQXQQ

34、11011nnnnQXQQXQ01010nnQQY0166 触发器类型：触发器类型：选选JK触发器触发器4. 求触发器的驱动方程求触发器的驱动方程nnnnXQQXQQ11011nnnnQXQQXQ01010根据根据得得5. 画逻辑电路图画逻辑电路图XKXQJn101nXQKXJ10067常用时序逻辑电路模块常用时序逻辑电路模块寄存器寄存器序列信号发生器序列信号发生器计数器计数器68寄存器寄存器 寄存器寄存器用于寄存一组二值代码，广泛地用于数字系统和用于寄存一组二值代码，广泛地用于数字系统和数字计算机中。数字计算机中。寄存器一般用寄存器一般用D触发器构成。触发器构成。 寄存器主要分寄存器主要分并

35、行寄存器并行寄存器和和移位寄存器移位寄存器 两种。两种。一、什么是寄存器？一、什么是寄存器？二、二、 寄存器的构成寄存器的构成三、寄存器的分类三、寄存器的分类69并行寄存器并行寄存器一、具有清零功能的一、具有清零功能的4 4位并行输入并行输出寄存器：位并行输入并行输出寄存器： 01000010111011只有只有CP脉冲的上升沿到来后，数据才能存入寄存器。脉冲的上升沿到来后，数据才能存入寄存器。70寄存器与锁存器寄存器与锁存器74HC175D寄存器的逻辑符号与功能表寄存器的逻辑符号与功能表74HC573D锁存器的逻辑符号与功能表锁存器的逻辑符号与功能表71一、右移寄存器一、右移寄存器（1）用）

36、用D触发器（也可用触发器（也可用JK触发器）触发器） （2）驱动方程）驱动方程 D0=DIR D1=Q0 D2=Q1 D3=Q2 （3）逻辑电路图）逻辑电路图 1DC1FF01DC1FF11DC1FF21DC1FF3Q1Q2Q3Q0CPDIR移位寄存器移位寄存器串行数据串行数据输入端输入端72（4）动作特点）动作特点 设移位寄存器的初始状态设移位寄存器的初始状态Q0Q1Q2Q3=0101，DIR的输入为的输入为1。 移位寄存器移位寄存器0101Q1Q2DIRQ3Q0110101 溢出溢出在在CP脉冲作用下，数据右移一位。脉冲作用下，数据右移一位。 73（5）工作波形）工作波形 设移位寄存器的初

37、始状态设移位寄存器的初始状态Q0Q1Q2Q3=0000，DIR的输入代码为的输入代码为1011，请画出各触发器输出端在移位过程中的波形。，请画出各触发器输出端在移位过程中的波形。 移位寄存器移位寄存器tttQ0Q1Q2Q30000t00001010100001001011DIRCP0t0t1101748位移位寄存器位移位寄存器74HC164758位移位寄存器位移位寄存器74HC16476二、左移寄存器二、左移寄存器 （1）用）用D触发器；触发器； （2）驱动方程）驱动方程 D0=Q1 D1=Q2 D2=Q3 D3=DIL （3）逻辑图）逻辑图 移位寄存器移位寄存器DILQ0FF0Q1FF1Q2

38、FF2Q3C11DCPC11DC11DC11DFF3串行数据输串行数据输入端入端77三、多功能寄存器（并行置数、左移、右移、保持）三、多功能寄存器（并行置数、左移、右移、保持） （1）用）用D触发器触发器 ；（2）增加两根控制信号）增加两根控制信号S1、S0，用以控制寄存器的功能：，用以控制寄存器的功能： S1 S0 功能功能 0 0 保持保持 0 1 右移右移 1 0 左移左移 1 1 并行置数并行置数 （3）驱动方程）驱动方程 001101010010DSSQSSDSSQSSDIR1012010011011DSSQSSQSSQSSD2013011012012DSSQSSQSSQSSD301

39、012013013DSSDSSQSSQSSDIL以上以上4个方程可以用个方程可以用4个四选一的数据选择器来实现。个四选一的数据选择器来实现。 移位寄存器移位寄存器78移位寄存器移位寄存器（4）逻辑电路图（见教材）逻辑电路图（见教材P176） 79（5）74LS194逻辑符号和功能表逻辑符号和功能表 Cr S1 S0 DIR DIL CP Q0 Q1 Q2 Q3 01111 1 10 00 11 0 A B 0 0 0 0 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 A Q0 Q1 Q2Q1 Q2 Q3 B 移位寄存器移位寄存器80例：画出由例：画出由74LS194构成时序电路的状态转换图。

40、构成时序电路的状态转换图。32QQDIR移位寄存器的应用移位寄存器的应用思考：检验一下该计数器能否思考：检验一下该计数器能否自启动自启动？Q0Q1Q2Q300001000110011101111011100110001右移右移置置0扭环形计数器扭环形计数器81 按计数脉冲引入方式，分为按计数脉冲引入方式，分为同步同步和和异步异步计数器计数器 按进位制，分为按进位制，分为二进制二进制、十进制十进制和和N进制进制计数计数 器器 按逻辑功能，分为按逻辑功能，分为加法加法、减法减法和和可逆可逆计数器计数器 按集成度，分为按集成度，分为小规模小规模与与中规模集成中规模集成计数器计数器计计 数数 器器一、

41、计数器的分类一、计数器的分类82例：时序电路如图所示，已知例：时序电路如图所示，已知CP脉冲波形，画出脉冲波形，画出Q0Q3的波形的波形。 Q0FF0Q1CPFF2Q2FF11DC11DC11DC1CPQ1Q0Q2功能：功能：计数计数、分频分频、定时定时。 异步计数器异步计数器00010001011000110101111100083一、模一、模2n异步加法计数器的构成规律异步加法计数器的构成规律 （1）用）用T触发器构成；触发器构成； 异步计数器异步计数器（2）若触发器要求用上升沿触发，则应用前级）若触发器要求用上升沿触发，则应用前级Q作为下级的作为下级的CP，若触发器要求用下降沿触发，则应

42、用前级的，若触发器要求用下降沿触发，则应用前级的Q作为下级作为下级的的CP。Q0FF0Q1CPFF2Q2FF11TC11TC11TC111184二、模二、模2n异步减法计数器的构成规律异步减法计数器的构成规律 （1）用）用T触发器构成；触发器构成； 异步计数器异步计数器（2）若触发器要求用上升沿触发，则应用前级）若触发器要求用上升沿触发，则应用前级Q作为下级的作为下级的CP，若触发器要求用下降沿触发，则应用前级的，若触发器要求用下降沿触发，则应用前级的Q作为下级作为下级的的CP。思考思考：如何用：如何用D触发器（上升沿触发）构成模触发器（上升沿触发）构成模8减法计数器。减法计数器。85一、一、

43、 模模2n同步加法计数器同步加法计数器1. 以以8进制计数器为例，其状态转换进制计数器为例，其状态转换规律为：规律为：Q2 Q1 Q00 0 10 0 00 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Q0每来一个每来一个CP脉冲脉冲翻转翻转一次；一次； Q1只有当只有当Q0为为1时时翻转翻转，其余，其余保持保持； Q2只有当只有当Q1、Q0同时为同时为1时时翻转翻转，其，其余余保持保持。 同步计数器同步计数器nnnQTQTQ1T 触发器的状态方程触发器的状态方程 nnQQ1当当T=1时时 当当T=0时时 nnQQ1862. 模模2n同步加法计数器的构成规律同步加法计数器的构成规律

44、: （2）令）令T0=1，T1=Q0，T2=Q0Q1，T3=Q0Q1Q23位同步二进制加计数器逻辑图位同步二进制加计数器逻辑图同步计数器同步计数器（1）用）用T触发器构成，既可上升沿触发也可下降沿触发；触发器构成，既可上升沿触发也可下降沿触发； 87二、二、 模模2n同步减法计数器构成规律同步减法计数器构成规律（1）用）用T触发器；触发器； 同步计数器同步计数器（2）令）令 0123012010,1QQQTQQTQTT88三、模三、模2n同步加减计数器构成规律同步加减计数器构成规律 （1）用）用T触发器；触发器； 同步计数器同步计数器（2）令）令 010120010, 1QQXQXQTQXXQ

45、TT89 集成同步计数器种类很多，常用的有以下几种集成同步计数器种类很多，常用的有以下几种 四、四、 MSI集成同步计数器集成同步计数器 4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74161/74163； 同步十六进制加法计数器同步十六进制加法计数器CC4520； 单时钟同步十六进制加单时钟同步十六进制加减计数器减计数器74LS191； 双时钟同步十六进制加双时钟同步十六进制加减计数器减计数器74LS193； 同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器74LS160； 单时钟同步十进制可逆计数器单时钟同步十进制可逆计数器74LS190。 同步计数器同步计数器901.1.7416174161的主要功能

46、：的主要功能： 同步计数器同步计数器 异步清零功能异步清零功能 同步并行置数功能同步并行置数功能 同步二进制加计数器同步二进制加计数器 保持功能保持功能91同步计数器同步计数器 所有的触发器采用同一时钟信号。外所有的触发器采用同一时钟信号。外部部CP脉冲为上升沿触发。脉冲为上升沿触发。 （1）异步异步清零功能清零功能 异步清零功能。异步清零功能。当当 Rd=0时，时，Q3Q2Q1Q0=0000 。0092同步计数器同步计数器（2）同步并行同步并行置数功能置数功能 （Rd=1,LD=0时）时） 1011101101111111193同步计数器同步计数器（3）同步二进制加计数器）同步二进制加计数器

47、（Rd=1,LD=1时）时） 011111111194同步计数器同步计数器（4）保持功能（）保持功能（ Rd=1,LD=1时，时，EP ET=0时时）进位输出进位输出00000952. 741612. 74161的逻辑符号的逻辑符号3. 741613. 74161的功能表的功能表Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161 CPEPETCOLDRd同步计数器同步计数器L L L Ld0 d1 d2 d3计 数保 持 保 持 L H L d0 d1 d2 d3 H H H H H H L H H L Rd LD ET EP CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3964.

48、4. 应用应用 1CP同步计数器同步计数器（1） 实现同步二进制加计数实现同步二进制加计数 Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161 CPEPETCOLDRd111L L L LA B C D计 数保 持 保 持 L H L A B C D H H H H H H L H H L Rd LD ET EP CP D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3计数计数0000000101000011001010101001100001110110010111111110110111001011Q3Q2Q1Q097（2）由中规模集成计数器构成）由中规模集成计数器构成N 进制计数器进制计

49、数器 同步置数法同步置数法 反馈清零法反馈清零法N进制计数器进制计数器98例例1 采用采用“反馈清零法反馈清零法”实现同步实现同步10进制加计数进制加计数 0001010000110010100110000111011001010000N进制计数器进制计数器10010000Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161EPETCOLDRD11CPCP1&出现一瞬间出现一瞬间9910100001010000110010100110000111011001010000N进制计数器进制计数器&Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161EPETCOLDRD11CP1

50、CP0101000001100波形图：波形图： Q3Q2Q0Q1CPN进制计数器进制计数器100011000010101001101110000110010000100000000100101例例2 采用采用“同步置数法同步置数法”，用，用74161构成十进制加计数器构成十进制加计数器 N进制计数器进制计数器0000000101000011001010011000011101100101110111001011101011111110&Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161EPETCOLDRD11CP10000100100000思考：校验思考：校验一下能否自一下能否自启

51、动启动1021.确定计数器的状态转换图；确定计数器的状态转换图；N进制计数器进制计数器构成构成N N进制计数器步骤：进制计数器步骤：2.根据计数器的初态确定并行数据输入端的连接；根据计数器的初态确定并行数据输入端的连接；3.根据计数器的终态确定与非门输入端的连接。根据计数器的终态确定与非门输入端的连接。103另一种接法：另一种接法： 0111011011111110110110001001101010111100 Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161EPETCOLDRD11CP110 1 1 0CPN进制计数器进制计数器11110104例例3 试用两片试用两片74161构成构成100进制计数器进制计数器 方法一：方法一： N进制计数器进制计数器11110000&Q0 Q1 Q2 Q3D0 D1 D2 D374161EPETCO