第2章计算机逻辑基础2.11时序逻辑电路

1、2.11 时序逻辑电路 结构模型 时序逻辑电路一个逻辑电路，它在任一时刻的输出状态不但与当时的输入状态有关，而且还与电路之前的状态有关。Input XOutput Z驱动信号W状态信号Q存储电路组合电路 目 录 锁存器和寄存器及其实验 串入并出移位寄存器 8位数据输入与显示实验 锁存器：输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，只有在有锁存信号时输入的状态才被保存到输出，直到下一个锁存信号。锁存：把信号暂存以维持某种电平状态。 锁存器描述74HC373：带三态输出的并入并出八D电平触发锁存器D7:0输入数据线Q7:0输出数据线LE锁存输入信号OE允许输出信号 八D锁存器74HC373 74HC

2、373电路原理图 八D锁存器74HC373 三态门D锁存器OE = 1时，8位输出Q0Q7呈高阻状态；OE = 0时，锁存器L1L8的输出出现在输出Q0Q7上。 八D锁存器74HC373 0/1LE = 1时，锁存器打开，锁存器的输出随输入变化；LE = 0时，输入信号被锁存，之后锁存器的输出不随输入变化。 八D锁存器74HC373 八D锁存器74HC373 特性表输入内部锁存输出Qn功能描述LEDn 1 高阻 总线隔离0 0 0 锁存00 1 1 锁存1 0 0 0 透明传输1 1 1 1 透明传输QLEDOE_高阻透明传输锁存透明传输锁存 八D锁存器74HC373 关键知识点从存储数据的角

3、度来看，74HC373是电平触发电路，如果输入数据的刷新可能出现在控制（使能）信号开始有效之后，则只能使用锁存器，它不能保证输出同时更新状态。在实际的应用中，由于数据与CPU是独立变化的，当外部的数据进入CPU时，势必不能稳定地读入，唯一的办法就是通过“读”信号将数据以锁存状态读入，因此D锁存器常用于向CPU输入数据。寄存器寄存器：数字系统中用来存储二进制数据的逻辑部件；寄存器基本组成单元为“触发器”1个触发器可存储1位二进制数据暂时寄存包裹；每个储物柜只能寄存一个包裹。寄存器74HC374集成电路74HC374为8通道上升沿触发锁存器带三态输出的并入并出八D触发器(8位寄存器)。寄存器74H

4、C374D7:0输入数据线Q7:0输出数据线CP时钟脉冲信号OE允许输出信号置1置0置1置1寄存器74HC374回顾维持阻塞D触发器的时序图：CPDQQ_74HC374的基本组成是维持阻塞D触发器。寄存器74HC374三态门与74HC373相同CPDQCP为高或低时，不管输入如何，触发器输出保持原状态不变；CP上升沿到来时，触发器输出变为与输入D该时刻同样的状态。寄存器74HC374特性表输入内部寄存输出Qn功能描述CPDn 1 高阻 总线隔离 0 0 寄存0 1 1 寄存 0 0 0 触发 1 1 1 触发 关键知识点当数据来自于CPU内部时，在“写”信号的作用下，将数据读入寄存器，在输出端

5、口输出数据。与此同时，CPU的输出数据与写信号同步地连续不断地刷新寄存器，在输出端输出数据。因此，使用D触发器的寄存器常用于CPU的数据输出。各位数据在时钟脉冲的作用下同时读入、输出的方式，如：74HC373、74HC374 并行输入、输出方式 优 点 运行速度快、吞吐量大，常用于计算机的局部总线上，俗称并行总线，以实现数据的运算、存储和短距离通信 缺 点 线路复杂、成本高、不利于实现计算机之间的远距离通信 小结小结 从存储数据的角度来看，74HC373八D锁存器与74HC374八位寄存器具有类似的逻辑功能74HC373与 74HC374 区 别 74HC373是电平触发，74HC374是脉冲

6、边沿触发 应用场合 两者有不同的应用场合，主要取决于控制信号与输入数据信号之间的时序关系，以及控制存储 数据的方式 小结 应用场合 如果输入数据的刷新可能出现在控制信号开始有效之后，则只能使用锁存器，它不能保证输出同时更新状态。 如果能确保输入数据的刷新在控制信号触发边沿出现之前稳定，或要求输出同时更新状态，则可选择寄存器。 锁存器实验124连接顺序： 此电路中无：用并行排线将B3实验区“与74HC373输入端D0D7相连的JP18单号插针”连接到B1实验区“与LED（D17D24）相连的JP4双号插针”。3 目 录 锁存器和寄存器及其实验 串入并出移位寄存器 8位数据输入与显示实验 并行总线

7、 & 串行总线并行总线运行速度快，数据吞吐量大线路复杂，成本高串行总线运行速度慢，数据吞吐量小线路简单，成本低在计算机系统中为了高效的实现计算机系统之间的远距离通信，且要使通信电路简单、可靠，则采用串行输入、并行输出的方式。移位寄存器的作用就是实现并行输入、串行输出或串行输入、并行输出。8位串入并出移位寄存器74HC164串入并出移位寄存器74HC164是一种常用的八位串入并出移位寄存器横队纵队74HC164就是一个把8位“纵队”数据变为8位“横队”数据的寄存器A/B数据串行输入端Q7:0数据并行输出端CP时钟脉冲信号MR复位清0端74HC164逻辑符号CPMRDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q

8、774HC164把8位“串入”的数据变为8位“并出”的数据输出。CP输入脉冲数0123456780110000174HC164工作原理 74HC164特性表输入移位顺序CP D*输出功能描述 Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 0 0 0清零 0 1234567移位移位移位移位移位移位移位移位8特性表11111111D7D7D7D6D6D5D5D6D7D1D3D0D4D2D4D4D4D4D4D3D3D2D3D2D1D3D2D1D0D7D7D7D6D6D5D5D6D6D5D7D7D5D5D674HC164时序图 时序图CP串行输入：DQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q

9、7101010234567811110100111101011110101110101101110111状态不定1最先输入的经过8次移位到达Q7串入并出 关键知识点当MR=0时，移位寄存器异步清0；当MR=1时，CP上升沿将加在D=A B端的二进制数据 依次送入移位寄存器中；当MR=1时，CP下降沿将保持移位寄存器的状态不变。带锁存的移位寄存器74HC595CPMRDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q701100001STR 八D锁存器CPMRDQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7 移位寄存器带锁存的移位寄存器74HC595移位寄存器74HC164将D触发器直接输出，移位过程的中间结果直接作用在目标上

10、，就有可能产生非正常效果，例如数码管的动态扫描。74HC595图形符号 管脚功能串行数据输入并行数据输出时钟脉冲输入复位输出使能锁存使能74HC595特性表特性表锁存器输入输出Qn功能描述STRCP移位寄存器器输入MRD1高阻输出禁止0QLn输出使能将移位寄存器的输出Qn 锁存到QLn0将移位寄存器的输出Qn 清零1DQ0 ， Q0 Q6 Q1 Q7 1DQ0 ， Q0 Q6 Q1 Q7 移位寄存器移位前输出Qn锁存到QLnCPDSTRMROEQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q774HC595时序图 STR上升沿将移位寄存器输出Qn锁存到QLn不确定值STR上升沿将Qn=0锁存到QLn=0MR

11、=1，CP上升沿将D中数据送入Q0，移位寄存器右移一位MR=0，Qn清0OE=1，Qn输出高阻 目 录 锁存器和寄存器及其实验 串入并出移位寄存器 8位数据输入与显示实验 如何产生“上升沿”信号“上升沿”：数字电平“由0跳变为1”的那一瞬间所产生的信号。 S5 脉冲产生电路图Vcc CP R51 3.3K“0”“1”理想效果“0”在实际应用中，必须在电路中增加“按键消抖动电路”，才能产生稳定的输入信号。Vcc0V实际效果输入输出V1V2EY0B关系曲线 当B由0V2时， 输出Y变为低 当B由V2V1时， 输出Y变为高 回差电压：V2-V1特点： 抗干扰能力很强，常用于波形整形、变换 施密特反相

12、器工作原理 输入电路符号输出Y最终输出刚释放时出现抖动刚按下时出现抖动+EKR110K 阻容消抖 单触点按键的无消抖电路 阻容消抖电路 Y C 0.1FR2 100施密特反相器+E0VA:AB整形前阻容消抖输出整形后阻容消抖输出输出抖动波形B:V2V1B:Y:按键断开： 电容充满电，A、B输出“1”，Y输出“0”按键按下： A点为0V，C通过R2对地放电，B点电位缓慢下降，若出现抖动时，B点也不会立刻上升为+E，而是缓慢上升。此时放电时间充电时间按键释放： A、B点电位上升，C又开始充电且充电时间放电时间。若出现抖动时，B点也不会立刻下降到0V，而是缓慢上升到+E8位数据输入与显示电路原理 8位数据输入与显示实验电路 脉冲产生电路 数据产生电路 延迟作用 8位数据输入与显示电路原理1 无键按下时 1 1 0 0 0 0 数据输入端AB与时钟脉冲信号输入端CP都为0。8位数据输入与显示电路原理1 无键按下 2 S5（0键）按下 0 1 0 111111110 8位数据输入与显示电路原理1 无键按下 2 S5（0键）按下 0 1 0 0 0 0 11111111CP端得到一个高电平脉冲信号，AB端数据0传送到输出端，Q7Q0全部左移一位。产生数据