最新-第六章-时序逻辑电路(1)-PPT课件

1、第六章 时序逻辑电路 6.3 若干常用的时序逻辑电路 6.1 概 述6.2 时序逻辑电路的分析方法 7/19/20221复习触发器按触发方式分类？各自特点？触发器按逻辑功能分类？各自功能表？7/19/20222 定义：时序逻辑电路在任何时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还取决于电路的原来状态。 电路构成： 存储电路（主要是触发器，必不可少） 组合逻辑电路（可选）。 时序逻辑电路的状态是由存储电路来记忆和表示的。时序逻辑电路时序逻辑电路的结构框图 7/19/20223图6.1.1 串行加法器电路串行加法：是指在将两个多位数相加时，采用从低位到高位逐位相加的方式完成相加运算。7/19/2022

2、4图6.1.2 时序逻辑电路的结构框图向量函数形式：输出方程: Y=FX，Q驱动方程: Z=GX，Q状态方程: Q n+1=HZ，Q n7/19/20225按各触发器接受时钟信号的不同分类：同步时序电路：各触发器状态的变化都在同一时钟信号作用下同时发生。 异步时序电路：各触发器状态的变化不是同步发生的，可能有一部分电路有公共的时钟信号，也可能完全没有公共的时钟信号。 本章内容提要：时序逻辑电路基本概念、时序逻辑电路的一般分析方法；异步计数器、同步计数器、寄存器与移位寄存器的基本工作原理； 重点介绍几种中规模集成器件及其应用、介绍基于功能块分析中规模时序逻辑电路的方法。 7/19/202266.

3、 时序逻辑电路的分析方法一般按如下步骤进行：）从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程。）把得到的驱动方程代入相应触发器的特性方程，得状态方程。）根据逻辑图写出电路的输出方程。6. 同步时序逻辑电路分析方法 分析一个时序逻辑电路，就是要找出给定时序逻辑电路的逻辑功能。7/19/20227【例6. 】 试分析6.2.1时序逻辑电路的逻辑功能，写出它的驱动方程，状态方程和输出方程。FF1 、FF2 和FF3 是三个主从结构的TTL触发器，下降沿动作，输入端悬空时和逻辑1状态等效。6.图7/19/20228驱动方程状态方程输出方程J1 =（Q2Q3） K1=1J2=Q1 K2=(Q1Q3)J3=Q1

4、Q2 K3=Q2Q1 N+1=(Q2Q3)Q1Q2 N+1=Q1Q2+Q1Q3Q2Q3 N+1=Q1Q2Q3+Q2Q3Y=Q2Q37/19/202296.时序逻辑电路的状态转换表，状态转换图和时序图一、状态转换表 若将任何一组输入变量及电路初态的取值代入状态方程，即可算处电路的次态和现态下的输出值；以得到的次态做为新的初态，和这时的输入变量取值一起再代入状态方程和输出方程进行计算，又得到一组新的次态和输出值如此继续下去，把全部的计算结果列成真值表的形式，就得到状态转换表7/19/202210例6.2.2 试列出图6.2.1电路的状态转换表。Y=Q2Q3Q3 Q2 Q1 Q3 n+1 Q2 n+

5、1 Q1 n+1 Y0 0 0 0 0 1 00 0 1 0 1 0 00 1 0 0 1 1 00 1 1 1 0 0 01 0 0 1 0 1 01 0 1 1 1 0 01 1 0 0 0 0 11 1 1 0 0 0 1Q1 N+1=(Q2Q3)Q1Q2 N+1=Q1Q2+Q1Q3Q2Q3 N+1=Q1Q2Q3+Q2Q37/19/202211二、状态转换图图6.图6.电路的状态转换图由此可见，上电路是一个七进制计数器。7/19/202212三、时序图图6.2.3 图6.2.1电路的时序图7/19/202213例.分析图.时序逻辑电路图的逻辑功能，写出电路的驱动方程，状态方程和输出方程，

6、画出电路的状态转换图图6.2.4 例6.2.3的时序逻辑电路7/19/202214 解：首先从给的电路图写出驱动方程 D1=Q1 D2=A Q1 Q2 将式（6.2.5）带入D触发器的特性方程，得到电路的状态方程 Q1 n+1=D1=Q1 Q2 n+1=D2=A Q1 Q2从图6.2.4的电路图写出输出方程为 Y=AQ1Q2+AQ1Q27/19/202215图6.2.5 图6.2.4电路的状态转换图7/19/2022166.3 若干常用的时序逻辑电路6.3.1 寄存器和移位寄存器一、寄存器寄存器用于寄存一组二值代码，一个触发器能存储一位二值代码，所以用n个触发器组成的寄存器能储存一组n位二值代

7、码。图6-3-1所示是由边沿D触发器组成的4位寄存器74LS175的逻辑电路图，其输出状态仅取决于CP上升沿到达时刻的输入状态。7/19/202217图6.3.1 74LS75的逻辑图图6. 3. 74LS75的逻辑图7/19/202218图6. 3.3 CC4076的逻辑图7/19/202219二、移位寄存器移位寄存器不但具有寄存器的功能可以暂存数码，还可以在移位脉冲的作用下数码依次左移或右移。无论左移还是右移都是相对于电路结构而言的。图6-3-4所示为由4个边沿D触发器组成的移位寄存器。7/19/202220图6-3-4 D触发器组成的移位寄存器7/19/202221图6. 3. 5 图6

8、.3.4电路的电压波形7/19/202222图6. 3. 6 用JK触发器构成的移位寄存器7/19/202223图6.3.7 4位双向移位寄存器74LS194A的逻辑图返回7/19/202224图6. 3.8 用两片74LS194A接成8位双向移位寄存器7/19/202225 例6.3.1分析图6.3.9电路的逻辑功能，并指出图6.3.10所示的时钟信号及S1、S2状态作用下，t4时刻输出Y与两组并行输入的二进制书M、N在数值上的关系。假定M、N的状态始终未变。 图6.3.10 例6.3.1电路波形图见下页：7/19/202226图6. 3.9 例6.3.1的电路 7/19/202227图6.

9、3.10 例6.3.1电路的波形图7/19/2022281. 寄存器通常分为两大类： 小节：寄存器 数码寄存器：存储二进制数码、运算结果或指令等信息的电路。移位寄存器：不但可存放数码，而且在移位脉冲作用下，寄存器中的数码可根据需要向左或向右移位。 2.组成：触发器和门电路。一个触发器能存放一位二进制数码；N个触发器可以存放N位二进制数码。7/19/2022293.寄存器应用举例： (1) 运算中存贮数码、运算结果。(2) 计算机的CPU由运算器、控制器、译码器、寄存器组成，其中就有数据寄存器、指令寄存器、一般寄存器。 4. 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

10、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） 7/19/202230 数码寄存器具有接收、存放、输出和清除数码的功能。 在接收指令（在计算机中称为写指令）控制下，将数据送入寄存器存放；需要时可在输出指令（读出指令）控制下，将数据由寄存器输出。 6.1.1 数码寄存器 图5-1 单拍工作方式的数码寄存器1由D触发器构成的数码寄存器（1）电路组成 CP：接收脉冲（控制信号输入端) 输出端 数码输入端 7/19/202231（2）工作原理当CP时，触发器更新状态， Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0，即接收输入数

11、码并保存。单拍工作方式：不需清除原有数据，只要CP一到达，新的数据就会存入。常用4D型触发器74LS175、6D型触发器74LS174、8D型触发器74LS374或MSI器件等实现。7/19/2022322由D型锁存器构成的数码寄存器（1）锁存器的工作原理 图5-2 锁存器 送数脉冲CP为锁存控制信号输入端，即使能信号（电平信号）。 工作过程： 当CP=0时，Q =D，电路接收输入数据； 即当使能信号到来（不锁存数据）时，输出端的信号随输入信号变化； 当CP=1时，D数据输入不影响电路的状态，电路锁定原来的数据。即当使能信号结束后（锁存），数据被锁住，输出状态保持不变。7/19/202233（

12、2）集成数码锁存器74LS373 图6-3 8D型锁存器74LS373(a) 外引脚图 (b) 逻辑符号7/19/202234表6-1 8D型锁存器74LS373功能表 7/19/2022356.1.2移位寄存器 移位寄存器除了具有存储数码的功能外，还具有移位功能。 移位功能：寄存器中所存数据，可以在移位脉冲作用下逐位左移或右移。 在数字电路系统中，由于运算（如二进制的乘除法）的需要，常常要求实现移位功能。7/19/202236 图6-4 4位右移位寄存器 1单向移位寄存器 单向移位寄存器，是指仅具有左移功能或右移功能的移位寄存器。 （1）右移位寄存器 电路组成串行输入同步时序逻辑电路 7/1

13、9/202237 工作过程。将数码1101右移串行输入给寄存器（串行输入是指逐位依次输入）。在接收数码前，从输入端输入一个负脉冲把各触发器置为0状态（称为清零）。 状态表 表5-2 4位右移位寄存器状态表 CP顺序输 入DSR输 出Q0 Q1 Q2 Q3010 0 0 0111 0 0 0201 1 0 0310 1 1 0401 0 1 1500 1 0 1600 0 1 0700 0 0 1800 0 0 07/19/202238 时序图 图6-5 4位右移位寄存器时序图 并行输出串行输出7/19/202239图6-6 4位左移位寄存器 （2）左移位寄存器 串行输入异步清零 7/19/20

14、2240 工作过程将数码1011左移串行输入给寄存器。在接收数码前清零。 状态表 表6-3 4位左移位寄存器状态表 CP顺序输 入DSR输 出Q0 Q1 Q2 Q3010 0 0 0100 0 0 1210 0 1 0310 1 0 1401 0 1 1500 1 1 0601 1 0 0701 0 0 0800 0 0 07/19/202241 时序图。 图6-74位左移位寄存器时序图 并行输出串行输出7/19/2022422集成双向移位寄存器在单向移位寄存器的基础上，增加由门电路组成的控制电路实现 。74LS194为四位双向移位寄存器。与74LS194的逻辑功能和外引脚排列都兼容的芯片有C

15、C40194、CC4022和74198等。 图6-8 双向移位寄存器74LS194（a）外引脚图 （b）逻辑符号7/19/202243表6-4 74LS194功能表 结论：清零功能最优先（异步方式）。计数、移位、并行输入都需CP的到来（同步方式）7/19/202244 工作方式控制端M1M0区分四种功能。 M1 M0功能0 0保持0 1右移1 0左移1 1并行置数7/19/2022456.1.3 寄存器的应用实例 数据显示锁存器；序列脉冲信号发生器；数码的串并与并串转换；构成计数器 图5-9 2位数据显示锁存器 1数据显示锁存器 在许多设备中常需要显示计数器的计数值，计数值通常以8421BCD码计数，并以七段数码显示器显示。问题：如果计数器的计数速度高，人眼则无法辨认显示的字符。措施：在计数器和译码器之间加入锁存器，就可控制数据显示的时间。 若锁存信号C1时，计数器的输出数据可通过锁存器到达译码显示电路； 若锁存信号C0时，数据被锁存，译码显示电路稳定显示锁存的数据。 7/19/2022462序列脉冲信号发生器 序列脉冲信号是在同步脉冲的作用下，按一定周期循环产生的一组二进制信号。如111011101110，每隔4位重复一次1110，称为4位序列脉冲信号。序列脉冲信号广泛用于数字设备测试、通信和遥控中的识别信号或基准信号