第4章(N2) 时序电路基础

第4章时序电路基础§4-1集成触发器§4-2同步时序电路§4-3集成计数器其及应用§4-4集成移位寄存器其及应用§4-5随机访问存储器§4-6应用实例

计数器可利用触发器和门电路构成。但在实际应用中，主要是利用集成计数器来构成。

时序逻辑电路由组合电路和存储电路两部分构成。按触发脉冲输入方式的不同，时序电路可分为同步时序电路和异步时序电路。同步时序电路是指各触发器状态的变化受同一个时钟脉冲控制；而在异步时序电路中，各触发器状态的变化不受同一个时钟脉冲控制。复习由触发器构成同步计数器同步、莫尔型、模八计数器Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Z00000100010100010011001110001001011101110111011111110001§4-3集成计数器其及应用§4-3-1集成计数器§4-3-2任意模计数器§4-3-3计数器的扩展§4-3-4集成计数器的应用举例在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。

计数器是一种非常典型、应用很广的时序电路，除用于计数、分频外，还广泛用于数字测量、运算和控制，从小型数字仪表，到大型数字电子计算机，几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。对各种集成计数器，应重点掌握它们的逻辑功能，并在熟悉其功能的基础上加以充分利用。

计数器的类型很多，按计数器时钟脉冲引入方式和触发器翻转时序的异同，可分为同步计数器和异步计数器；按计数体制的异同，可分为二进制计数器、BCD码计数器；按计数器中数字的变化规律的异同，可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。按复位方式的异同，可分为异步复位和同步复位；按预置方式的异同，可分为异步预置和同步预置。§4-3-1集成计数器741631.常用集成计数器2.74163的逻辑符号、逻辑功能及工作波形74163的标准逻辑符号74163的传统逻辑符号

逻辑符号含义74163功能表功能：响应时钟脉冲上升沿、同步复位、同步预置、模16同步加法计数器74163工作波形3.74163构成16以内任意模计数器例1：用复位端构成模6计数器（反馈清零法）用同步清零时，用N-1状态返回清零。N=最大状态＋1例2：用预置端构成模6计数器（反馈置数法）用同步置数端时，用最大的状态返回置数，预置数输入端为最小状态值。

N=最大状态−预置数＋1例3：用预置端和进位端构成模6计数器用同步置数端时，N＝16－预置数§4-3-2计数器74163的扩展计数器的级联是将多个集成计数器（如M1进制、M2进制）串接起来，以获得计数容量更大的N（=M1×M2）进制计数器。异步级联实现的方法：低位的进位信号→高位的CP端,多个集成计数器不响应同一个时钟信号。同步级联实现的方法：低位的进位信号→高位的计数控制端，多个集成计数器响应同一个时钟信号。

采用级联法

例1：用两片74163级联成16×16进制同步加法计数器在计到1111以前，CO＝0，高位片保持原状态不变在计到1111时，CO＝1，高位片在下一个CP加1例2：用两片74163级联成16×16进制异步加法计数器

例3：用两片74163级联成五十进制计数器

十进制数49对应的二进制数为00110001实现从00000000到00110001的50进制计数器例4：用两片74163级联成8421BCD码模60异步加法计数器

问题：如何用两片74163级联成8421BCD码模60同步加法计数器

药片分装自动控制系统§4-3-3集成计数器的应用举例1.构成可编程分频器

分频器可用来降低信号的频率，是数字系统中常用的电路。

分频器的输入信号频率fI与输出信号频率fO之比称为分频比N。N进制计数器可实现N分频器。

可编程分频器是指分频比N随输入置数的变化而改变的分频器。可编程分频器在通信、雷达和自动控制系统中被广泛应用。具有并行置数功能的计数器都可以构成可编程分频器。

例1：可编程分频器分频比：16-N2.构成序列信号发生器构成：计数器＋组合逻辑电路

序列信号是在时钟脉冲作用下的一串周期性输出的二进制信号。序列信号的位数称为序列长度P例2：用计数器和数据选择器构成序列信号发生器

设计长度为P的序列信号发生器，可以先设计一个模P的计数器，再加一个数据选择器，计数器的输出接在MUX的地址端，序列数据接在MUX的数据端。例2：01100011序列信号发生器例3：设计一个011001序列信号发生器在数字电路中，能按一定时间、一定顺序轮流输出脉冲波形的电路称为脉冲分配器。脉冲分配器也称顺序脉冲发生器或节拍脉冲发生器，一般由计数器和译码器组成。作为时间基准的计数脉冲由计数器的输入端送入，译码器即将计数器状态译成输出端上的顺序脉冲，使输出端上的状态按一定时间、一定顺序轮流为1，或者轮流为0。3.构成脉冲分配器用集成计数器74LS163和集成3线-8线译码器74LS138构成的8输出脉冲分配器。16输出脉冲分配器§4-3-474192双时钟模10加/减计数器74192的标准逻辑符号74192的传统逻辑符号逻辑符号含义74192的特性异步复位、异步预置的双时钟模10加/减计数器74192的功能表74192工作波形例4：74192构成的模6计数器的设计（用复位端）

用异步清零端时，用N状态返回清零。例5：74192构成的模6计数器的设计（用预置端）用异步置数端时，用最大的状态＋1返回置数，数据输入端为最小状态值。4.74192双时钟模10加/减计数器74192的标准逻辑符号74192的传统逻辑符号74192功能表模10减1计数↑110模10加1计数1↑10D0D1D2D3××000000×××1Q0Q1Q2Q3CPDCPULDCR保持0×10保持×010异步复位、异步预置的双时钟模10加/减计数器74192工作波形例4：74192构成的模6计数器的设计（用复位端）

用异步清零端时，用N状态返回清零。例5：74192构成的模6计数器的设计（用预置端）用异步置数端时，用最大的状态＋1返回置数，数据输入端为最小状态值。例6：用74192构成模100加/减计数器设计1、用同步清零端时，用N-1状态返回清零。用异步清零端时，用N状态返回清零。2、用同步置数端时，用最大的状态返回置数，数据输入端为最小状态值。 用异步置数端时，用最大的状态+1返回置数，数据输入端为最小状态值。3、如果返回状态为1111时，可用进位端。4、返回的状态只要把取值为1的Q端接入与非门（或与门）的输入端。模N计数器设计小结§4-4集成移位寄存器其及应用§4-4-1集成移位寄存器§4-4-2移位型计数器§4-4-3串-并、并-串变换器§4-4-4线性移位寄存器寄存器通常分为两大类：

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。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。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。

(3)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、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。§4-4-1集成移位寄存器741941.常用集成移位寄存器2.74194的逻辑符号、逻辑功能74194功能：具有左移、右移、串（并行）输入、串（并行）输出、保持、清除等功能的4位双向移位寄存器。74194的标准逻辑符号74194传统逻辑符号74194功能表四位双向移位寄存器74LS194构成八位双向移动寄存器§4-4-2移位型计数器1.环形计数器无自启动性！移位型计数器由移位寄存器加反馈网络组成实现环形计数器时，必须设置适当的初态,

N位环形计数器由N位寄存器构成。环形计数器电路图环形计数器工作波形2.扭环形计数器N位环形计数器由N位寄存器构成，N位移位寄存器可以构成模2N计数器无自启动性！扭环形计数器电路图扭环形计数器工作波形有自启动的环形计数器§4-4-3串－并变换器及并－串并换器串－并变换器－－把若干位串行二进制数码变为并行二进制数码的过程。1.串－并变换器数字系统中，信息的传输常常是串行的，处理和加工通常是并行的，因此有必要进行输入、输出的串－并，并－串转换。例1：带有标志位的8位串－并并换器例2：具有控制功能的8位并－串并换器CPQQ1AQ1BQ1CQ1DQ2AQ2BQ2CQ2D1d0011111112d1d001111113d2d1d00111114d3d2d1d0011115d4d3d2d1d001116d5d4d3d2d1d00117d6d5d4d3d2d1d0018d7d6d5d4d3d2d1d00带有标志位的8位串－并并换器电路图带有标志位的8位串－并并换器的状态转换例1：例2:

具有控制功能的

8位并－串并换器d7011111118d6d701111117d5d6d70111116d4d5d6d7011115d3d4d5d6d701114d2d3d4d5d6d70113d1d2d3d4d5d6d7012d0d1d2d3d4d5d6d701Q2DQ2CQ2BQ2AQ1DQ1C

Q1B

Q1AQCP

§4-4-4线性移位寄存器移位寄存器可构成序列信号发生器，在通信及数字电路故障检测中应用广泛。若反馈函数为：S=C0⊕(C1Q1)⊕…⊕(CnQn)称为线性反馈移位移位寄存器（LFSR)。例1：4位移位寄存器中，反馈函数为Q1⊕Q4，的电路产生的M序列为：100011110101100

序列中1和0出现的概率接近相等，称为伪随机序列，N位移位寄存器所能产生的伪随机序列长度P≦2n-1,长度P=2n-1的伪随机序列又称为M序列。→1000→0001→0011→0111→1111→1110→1101→1010→0101→1011→0110→1100→1001→0010→0100Q4Q3Q2Q1→M序列的反馈函数能用于存储大量数据或信号的器件。

§4-6随机访问存储器与快闪存储器

半导体存储器：通过采用专门的电路结构，以满足大量数据存储要求的半导体器件。（触发器和寄存器虽然具有存储的功能，但触发器是小规模集成电路，寄存器为中规模集成电路，采用触发器或寄存器电路结构来存储大量数据是不可能的，也是得不偿失的。）存储器：（硬盘、软盘、光盘等。这些设备具有存储大量数据或信号的存储特点，但它的存储单元不属于电气部件，不可与电气设备直接联接，需要接口电路。）

磁表面存储器

—硬盘、软盘等利用电磁特性的存储器

光存储器—各种光盘，采用激光照射产生的高温使光盘的表面凹进去表示2进制的1，平滑的地方表示0。半导体存储器的分类从集成工艺的角度分：MOS存储器和双极型存储器。