数字电路与逻辑设计--第六章(A)课件

1、电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院第六章中规模时序集成电路及应用第六章中规模时序集成电路及应用6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器6.2 中规模同步计数器中规模同步计数器6.3 中规模计数器的应用中规模计数器的应用6.4 中规模移位寄存器中规模移位寄存器6.5 中规模移位寄存器的应用中规模移位寄存器的应用电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院中规模集成计数器中规模集成计数器把组成计数器的触发器和逻辑门集成在一块半导把组成计数器的触发器和逻辑门集成在一块半导体芯片上体芯片上，就是中规模集成计数器。，就是中规模集成计数器。中规模集成计数器有中规模集成计数

2、器有同步计数同步计数和和异步计数异步计数的区别。的区别。要求要求：会看中规模集成计数器的：会看中规模集成计数器的逻辑符号逻辑符号、功能表功能表和和引脚图引脚图，会用中规模集成计数器，会用中规模集成计数器构成功能电路构成功能电路。中规模集成计数器具有中规模集成计数器具有多功能性多功能性：可逆计数可逆计数（加加/减减计数计数）、）、置零置零、预置预置功能，因此中规模集成计数器功能，因此中规模集成计数器就有了就有了可编程特性可编程特性，能够组成任意进制计数器能够组成任意进制计数器。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院6.1 中规模异步计数器中规模异步计数器为了达到多功能的目的，中

3、规模异步计数为了达到多功能的目的，中规模异步计数器一般为器一般为组合结构组合结构，也就是由两个独立的，也就是由两个独立的计数器构成。计数器构成。74LS90 由模由模2和模和模5计数器组成计数器组成74LS93 由模由模2和模和模8计数器组成计数器组成74LS92 由模由模2和模和模6计数器组成计数器组成电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS900 01 10 06 65 54 43 32 21 17 7M=2的计数器的计数器M=5的计数器的计数器低位低位高位高位电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院 074LS901 1000001 110010R

4、01=R02=1， R91、R92中有一个为中有一个为0，QDQCQBQA=0000，计数器置计数器置0。R91=R92=1， R01、R02中有一个为中有一个为0，QDQCQBQA=1001，计数器置计数器置9。CKA=CP， CKB=0，QA为为M=2的计数器。的计数器。CKB=CP， CKA=0，QDQCQB为为M=5的计数器。的计数器。CP0 CP01 0100001111电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS90输出位序为：输出位序为：QDQCQBQACPQA00000000000100010010001000110011010001000101010101

5、100110011101111000100010011001Q QA A最低位最低位最高位最高位00CKA=CP， CKB=QA， 则每则每2个个CP 使使CKB=QA出现一个下降沿，因此出现一个下降沿，因此QDQCQB要计满要计满5就需要就需要10个外部时钟个外部时钟CP，此时，此时QDQCQBQA构成构成8421码码十进制计数器。十进制计数器。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS90输出位序为输出位序为QAQDQCQBCPQD0000000000010001001000100011001101000100Q QD D10001000100110011010101

6、01011101111001100Q QD D00最高位最高位最低位最低位CKB=CP， CKA=QD时，时，则每则每5个个CP 使使CKA=QD出现一个下降沿，因此出现一个下降沿，因此QA逢逢5进进1，此时，此时QAQDQCQB构成构成5421码码十进制计数器。十进制计数器。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS9074LS90逻辑符号逻辑符号74LS90简化逻辑符号简化逻辑符号清清0置置9单独单独使用使用74LS90功能表功能表小圈表示小圈表示在时钟下在时钟下降沿动作降沿动作电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院6.2 中规模同步计数器中规模同步

7、计数器由于同步计数器具有由于同步计数器具有工作速度快工作速度快，译码后输出波形好译码后输出波形好等优等优点，因此，应用十分广泛。点，因此，应用十分广泛。中规模同步计数器也具有多功能的特点：中规模同步计数器也具有多功能的特点：1、计数方式（、计数方式（加加/减计数减计数）加减控制方式加减控制方式：用一个控制信号：用一个控制信号U/D来控制计数方式，来控制计数方式，U/D=1 加计数，加计数，U/D=0 减计数。减计数。双时钟方式双时钟方式：计数器有两个外部时钟输入端：计数器有两个外部时钟输入端CP+和和CP-，当，当外部时钟从外部时钟从CP+输入输入时，作时，作加法计数加法计数，当，当外部时钟从

8、外部时钟从CP-输输入入时，作时，作减法计数减法计数。没有接外部时钟的时钟端没有接外部时钟的时钟端，应该根据，应该根据器件的要求器件的要求接接0或者或者接接1，使得这个输入端不起作用。使得这个输入端不起作用。 电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院加减控制方式加减控制方式1/DUJ0=K0=1ninnninniiQQQDUQQQDUKJ110110/0/DUninniiQQQKJ110ninniiQQQKJ110加计数加计数减计数减计数连接连接关系关系电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院2、预置功能预置功能预置有预置有异步预置异步预置和和同步预置同步预置两

9、种方式。两种方式。具有预置功能的同步计数器有一个具有预置功能的同步计数器有一个预置控制端预置控制端LOAD，低，低电平有效。当电平有效。当LOAD=0时时，计数器将预置信号送到每个触，计数器将预置信号送到每个触发器的输出端，使计数器的状态等于预先设定的状态，即发器的输出端，使计数器的状态等于预先设定的状态，即QDQCQBQA=DCBA。其中。其中DCBA为预置输入信号为预置输入信号。异步预置与时钟无关异步预置与时钟无关，只要，只要预置信号有效预置信号有效，立即实现预置立即实现预置，使每个触发器的输出等于它的预置值。使每个触发器的输出等于它的预置值。 同步预置的实现是与时钟同步的同步预置的实现是

10、与时钟同步的，在预置信号有效之后，在预置信号有效之后，并不立即实行预置，而要到并不立即实行预置，而要到下一个时钟有效边沿到来时才下一个时钟有效边沿到来时才完成预置功能完成预置功能。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院3、复位功能、复位功能复位复位也称为也称为“清零清零”，就是将计数器的状态复，就是将计数器的状态复位到位到0状态。状态。复位是由复位是由复位控制端复位控制端来控制的。来控制的。 复位分为复位分为同步复位同步复位和和异步复位异步复位两种方式。两种方式。异步复位与时钟无关异步复位与时钟无关，只要复位信号到达，只要复位信号到达就立即复位。就立即复位。 同步复位同步复位

11、除除需要复位信号有效需要复位信号有效外，还外，还必须必须有时钟的有效边沿到来才能实现复位有时钟的有效边沿到来才能实现复位。 电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院4、进位、借位功能、进位、借位功能当当加法计数器加法计数器进入进入最大状态最大状态（例如输出全（例如输出全1），会），会产生一个产生一个进位进位输出信号；输出信号； 当当减法计数器减法计数器进入进入最小状态最小状态（例如输出全（例如输出全0），会），会产生一个产生一个借位借位输出信号。输出信号。 进位借位进位借位输出输出一般都是宽度等于一个时钟周期一般都是宽度等于一个时钟周期的脉冲的脉冲，但是，但是，脉冲的极性脉冲的

12、极性(正脉冲或负脉冲正脉冲或负脉冲)则则要取决于具体的芯片要取决于具体的芯片，可从，可从手册手册中的描述或中的描述或功能功能表表中获得。中获得。 电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院5、计数控制、计数控制中规模计数器一般都有两个计数控制输入端中规模计数器一般都有两个计数控制输入端ENP和和ENT (或或 、 )，可以通过这两个输入来控制可以通过这两个输入来控制计数是否进行。计数是否进行。 ENPENTENT或或 还可以用来控制是否产生进位，只有当其还可以用来控制是否产生进位，只有当其有效时，计数器才能在一定状态下产生进位信号。有效时，计数器才能在一定状态下产生进位信号。 E

13、NT电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院1、74LS1614位同步二进制计数器位同步二进制计数器异步清零异步清零(复位复位)端端计数时钟计数时钟输入端输入端预置控制端预置控制端D0D3预置预置数据输入端数据输入端计数控制端计数控制端进位输进位输出端出端计计数数输输出出端端)(0123ENTQQQQCnnnn电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院器件内部逻辑关系的分析器件内部逻辑关系的分析就使用中规模集成电路而言，不一定需要知道其内部就使用中规模集成电路而言，不一定需要知道其内部的详细逻辑关系，但对器件内部逻辑图的分析可以更的详细逻辑关系，但对器件内部逻辑图

14、的分析可以更加清楚器件的特性和原理。加清楚器件的特性和原理。分析器件内部逻辑图的步骤：分析器件内部逻辑图的步骤：1、写出各触发器的状态方程和电路的输出方程，一、写出各触发器的状态方程和电路的输出方程，一般是进般是进/借位的输出表达式。借位的输出表达式。2、根据功能表，把不同工作方式下的控制信号值代入、根据功能表，把不同工作方式下的控制信号值代入状态方程和输出方程表达式，然后对各种不同的工作状态方程和输出方程表达式，然后对各种不同的工作方式进行分析。方式进行分析。请同学们课后自己分析一下计数器的内部电路。请同学们课后自己分析一下计数器的内部电路。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工

15、程学院74LS161的功能表的功能表异步清零，异步清零，低电平有效低电平有效同步预置，同步预置，低电平有效低电平有效加计数加计数M=16计数到计数到Q3Q2Q1Q0=1111且且ENT=1时，时，C=1，电路从，电路从1111状态返回状态返回0000状态，状态，C端从高电平跳变至低电平。端从高电平跳变至低电平。)(0123ENTQQQQCnnnn电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院十进制计数器十进制计数器74LS160CP ENP ENT 工作状态工作状态 01111 0111 0 1 0 1 1复位复位预置数预置数保持保持保持保持(C=0)计数计数DRLOAD异步复位异步

16、复位同步预置同步预置加计数加计数M=10计数到计数到Q3Q2Q1Q0=1001且且ENT=1时，时，C=1。)(03ENTQQCnn电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院2、74LS192可预置十进制可逆计数器可预置十进制可逆计数器清零（复位）输入清零（复位）输入加计数时钟输入加计数时钟输入减计数时钟输入减计数时钟输入预置控制输入预置控制输入预置数预置数据输入据输入计数计数输出输出进位输出，进位输出，1001后有后有负负脉冲脉冲输出。输出。借位输出，借位输出，0000后有后有负负脉冲脉冲输出。输出。异步复位，高异步复位，高电平有效。电平有效。异步预置，低异步预置，低电平有效。

17、电平有效。双时钟方式十进制可逆计数器，双时钟方式十进制可逆计数器，上升沿触发，采用上升沿触发，采用8421码。码。分开的进位输出分开的进位输出和借位输出端。和借位输出端。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS192的功能表的功能表异步复位，高异步复位，高电平有效。电平有效。十进制十进制8421码计数器码计数器异步预置，低异步预置，低电平有效。电平有效。 不用的时钟不用的时钟端应接端应接“1”进位输出在计数到进位输出在计数到1001且时且时钟为低电平时有钟为低电平时有负脉冲负脉冲输出。输出。借位输出在计数到借位输出在计数到0000且时钟为低电平时有且时钟为低电平时有负脉

18、冲负脉冲输出。输出。nAnDQQCKUPCOnAnBnCnDQQQQCKDWBO电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院3、74LS169 可预置可预置4位二进制可逆计数器位二进制可逆计数器预置控制输入预置控制输入加减控制输入加减控制输入计数控制端计数控制端时钟输入时钟输入进进/借位输出借位输出（负脉冲负脉冲）计数计数输出输出同步预置，低电平有效。同步预置，低电平有效。没有复位输入，复位没有复位输入，复位只能靠预置来实现。只能靠预置来实现。加减控制型四位二进制可逆加减控制型四位二进制可逆计数器，上升沿触发。计数器，上升沿触发。禁止端有一个为禁止端有一个为1，计数器就不工作。计数

19、器就不工作。预置数据输入预置数据输入加计数1/DU减计数0/DU电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS169的功能表的功能表同步预置，低同步预置，低电平有效。电平有效。M=16的加的加/减计数器减计数器电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS169ENTQQQQDUQQQQDURCOnDnCnBnAnDnCnBnA)/(为了更加清楚地说明器件功能，特别是各点波形之间的为了更加清楚地说明器件功能，特别是各点波形之间的时间关系，手册上经常给出和器件有关的波形图。时间关系，手册上经常给出和器件有关的波形图。加计数加计数且且ENT=0的条件下，当进入的

20、条件下，当进入1111状态状态时时输出进位输出进位负脉冲负脉冲。减计数减计数且且ENT=0的条件下，当进入的条件下，当进入0000状态状态时时输出借位输出借位负脉冲负脉冲。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院74LS169的波形图的波形图预置预置加计数加计数减计数减计数禁止禁止1011101101111111000010000100010010000000111101111011进位进位为负为负脉冲脉冲借位借位为负为负脉冲脉冲电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院6.3 中规模计数器的应用中规模计数器的应用利用利用已有的已有的模值为模值为N的中规模计数器构

21、成模值的中规模计数器构成模值为为M的任意进制的任意进制计数器计数器。MN。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院异步异步计数器计数器异步级联异步级联CP1=CP外外每一片构成一个每一片构成一个8421码十进制计数器。码十进制计数器。第一片第一片第二片第二片第二片在第一片第二片在第一片QD的下降沿处计一次数，逢的下降沿处计一次数，逢10 进进1。两片级联后，总的计数模两片级联后，总的计数模M=1010 =100。01928 CP2=QD1Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3CP2电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院异步异步计数器计数器异步级联仿真波形异步级联仿真

22、波形M=100电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院同步同步计数器计数器异步级联异步级联第第2片在第片在第1片片C的下降沿处计一次数，逢的下降沿处计一次数，逢10 进进1。两片级联后，总的计数模两片级联后，总的计数模M=1010 =100。CP1=CP外外12CCP 每片是一个十进制计每片是一个十进制计数器。数器。01928 Q4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院同步同步计数器计数器异步级联异步级联仿真波形仿真波形Q4 Q5 Q6 Q7Q0 Q1 Q2 Q3M=100CP2电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学

23、院电子工程学院异步级联异步级联 异步级联必须保证连接到后一级的时钟输入可异步级联必须保证连接到后一级的时钟输入可以使后级以使后级有效有效地工作。地工作。 异步级联的主要缺点是异步级联的主要缺点是延迟比较大延迟比较大。 对于对于异步中规模计数器异步中规模计数器和和没有计数控制端没有计数控制端 和和 （或（或ENP和和ENT）的中规模）的中规模同步计数器同步计数器，只能采用异步级联只能采用异步级联。ENPENT电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院同步级联同步级联CPi=CP外外第第1片在第片在第0片进位输出为片进位输出为0后的时钟上升沿处计一次后的时钟上升沿处计一次数，逢数，逢

24、16 进进1。三片级联后，总的计数模三片级联后，总的计数模M=161616=4096。每片是一个每片是一个16进进制计数器。制计数器。0115214 1iiiRCOENPENT000 ENPENTQ8Q9Q10Q11Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院仿仿 真真M=161616=4096Q8Q9Q10Q11Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院级联后计数器模值的改变方法级联后计数器模值的改变方法1、当所需计数器的模、当所需计数器的模M=N1 N2（N1N，N2N，N为为单片计数器的最大计数模值

25、单片计数器的最大计数模值）时，可以先将）时，可以先将单片计数单片计数器通过预置或复位改变模值为器通过预置或复位改变模值为N1和和N2后后，再再把它们把它们级联起来构成级联起来构成M进制计数器。进制计数器。2、当所需计数器的模、当所需计数器的模M不可以分解为小于不可以分解为小于N（N为单为单片计数器的最大计数模值片计数器的最大计数模值）的数的乘积的数的乘积时，可以通过时，可以通过计数器的级联先得到一个较大模值的计数器，然后将计数器的级联先得到一个较大模值的计数器，然后将级联以后的计数器看作一个整体，通过级联以后的计数器看作一个整体，通过整体预置或复整体预置或复位位实现模值实现模值M。电路中心电路

26、中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.5用两片用两片74LS169计数器，并使用预置法构成模值为计数器，并使用预置法构成模值为101的计数器。的计数器。 M=101不可分解，只能采用整体预置的方法。不可分解，只能采用整体预置的方法。 采用加计数采用加计数先将两片先将两片74LS169同步同步级联，构成模值等于级联，构成模值等于256的计数器。的计数器。 同步预置，预置值同步预置，预置值=N-M “1”“1”CPQ4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3“1”“1”预置后，片预置后，片2状态状态为为9时，片时，片1的状的状态是态是1115，共，共5个状态；对应片个状态；对应片2的状态的状

27、态1015，片片1都是都是16个状态，个状态，共共96个状态；两个状态；两者之和是者之和是101个状个状态。态。=256-101=155。 10011011电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.5的仿真波形的仿真波形M=101电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.6用两片同步十进制计数器用两片同步十进制计数器74LS160，并使，并使用复位法构成二十九进制计数器。用复位法构成二十九进制计数器。 M=29不可分解，只能采用整体复位的方法。不可分解，只能采用整体复位的方法。 先将两片先将两片74LS160同步级联，构成模值等于同步级联，构

28、成模值等于100的计数器。的计数器。 异步复位异步复位“1”CPQ4 Q5 Q6 Q7 Q0 Q1 Q2 Q3“1”“1”01229 (0)300101001进位输出进位输出电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.6的仿真波形的仿真波形模模M=29整体预置和整体复位法也适用于整体预置和整体复位法也适用于M=N1 N2的情况。的情况。电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院6.3.3 计数器用于逻辑设计计数器用于逻辑设计1、计数器用于脉冲分配器计数器用于脉冲分配器例例6.3.7 用用74LS161计数器和译码器构成计数器和译码器构成8路输出的脉冲分配器

29、。路输出的脉冲分配器。先用先用74LS161构成构成M=8的计数器的计数器用用74LS138构成译码器构成译码器CP“1”Q0Q1Q2“1”电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.7的仿真波形的仿真波形SA=1CPSA电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.8例例6.3.8 实用实用ST-BUS时隙分配时序逻辑时隙分配时序逻辑ST-BUS是一种在通信设备中常用的串行通信总线。它是一种在通信设备中常用的串行通信总线。它可以将多路信息可以将多路信息(包括音频、视频、控制信息以及其它包括音频、视频、控制信息以及其它数据等数据等)进行复接或解复接

30、，以便统一进行信号转换，进行复接或解复接，以便统一进行信号转换，实现本地设备与电信实现本地设备与电信E1线路间的数据交换。线路间的数据交换。通常语音信号采用通常语音信号采用8kHz的采样速率，每个采样编码为的采样速率，每个采样编码为8bit。当时钟为。当时钟为2.048MHz时，可分配时，可分配32路信号在总线路信号在总线上串行传输，每路信号占用一个上串行传输，每路信号占用一个“时隙时隙”，一个时隙，一个时隙为为8bit。每。每125S为一帧，为一帧，1秒共传秒共传8K帧。帧。 电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.88位二进制计位二进制计数器数器M=256Q7Q

31、0=0-127时时CA=“0”， Q7Q0=128-255时时CA=“1”Q7Q0=0-7和和128-135时，时，P0=“0”两片两片74LS138构构成成4-16线译码器线译码器Q7Q0=8-15和和136-143时，时，P1=“0”Q7Q0=120-127和和248-255时，时，P15=“0”电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.8电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.8电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院例例6.3.8电路中心电路中心 张咏梅张咏梅 电子工程学院电子工程学院VCCCP2INPUTVCCCL

32、RINPUTCAOUTPUTP15.0OUTPUTQ7.0OUTPUTTS31.0OUTPUTCOUNTERA1CLR1A2CLR2Q2DQ2CQ2BQ1CQ1DQ2AQ1AQ1B74393inst3:8 DECODERABG1CG2ANG2BNY0NY1NY2NY3NY4NY5NY6NY7N74138inst13:8 DECODERABG1CG2ANG2BNY0NY1NY2NY3NY4NY5NY6NY7N74138inst2NOTinst3NOTinst4GNDVCCOR2inst8OR2inst9OR2inst10OR2inst11OR2inst12OR2inst13OR2inst14OR2inst15OR2inst16OR2inst17OR2inst18OR2inst19OR2inst20OR2inst21OR2inst22OR2inst23OR2inst24OR2inst25OR2inst26OR2inst27OR2inst28OR2inst29OR2inst30OR2inst31OR2inst32OR2inst33OR2inst34OR2in