数字电子电路基础教程第六章常用集成时序逻辑器件下

第六章下常用集成时序逻辑器件及运用序列码的产生与序列码的检测

典型移位型计数器以MSI为中心的同步时序电路的分析与设计集成计数器的级联、恣意模值计数器集成计数器集成存放器本章主要内容计数器的功能及用途计数器的主要功能是累计输入脉冲的数目。它可以用来计数，分频，此外还可以对系统定时，顺序控制等操作。6.5.1集成计数器计数器的分类按时钟控制方式分类：异步，同步计数器。按计数功能分类：加法计数，减法计数和可逆计数三大类。6.5.1集成计数器按数制分类SYN名称模值形状编码方式/无多余形状,能自启动二进制计数器十进制计数器恣意进制计数器环形计数器扭环形计数器M=2nM=10M＜2nM=nM=2n二进制码BCD码多种方式/自启动情况6个多余形状2n-M个多余形状2n-n个多余形状2n-2n个多余形状检查多余形状留意:n表示触发器的个数一、同步二进制计数器7416174161逻辑符号QAQBQCQDPCPABCD74161TCrLDOC(MSB)74161是同步加1计数器，具有同步置数和异步清零的功能。计数范围从0000到1111循环.74161电路图⑤计数脉冲输入端CP:上升沿有效控制端QAQBQCQDPCPABCD74161TCrLDOC(MSB)②同步预置端LD:低电平有效③计数允许控制端P、T:高电平有效④置数输入端A、B、C、D:CP上升沿置数有效①异步清0端Cr:低电平有效与CP无关计数器输出端QD为最高位进位输出端Oc74161功能表OC=QDQCQBQAT二、同步十进制计数器7416074160是同步十进制加1计数器，具有同步置数和异步清零的功能,控制信号与74161一样.计数范围从0000到1001循环.74160aQaQbQcQdCPOcCrLDTPbcd74160逻辑符号Oc=QdQcQbQaT1、同步级联QAQBQCQDQ0Q1Q2Q3Oc1P1T174161(1)QAQBQCQDQ4Q5Q6Q7Oc2P2T211CP74161(2)CPCP三.集成计数器的级联任务过程:CpQ3Q2Q1Q0T2=Oc1Q7Q6Q5Q40000000000001000001↑……000001110000001111100000000000012↑15↑16↑OC=QDQCQBQAT2、异步级联任务过程:0000100000001100001↑……10000111010000111100000000012↑15↑16↑CpQ3Q2Q1Q0CP2=Oc1Q7Q6Q5Q40001OC=QDQCQBQAT四.恣意模值计数器00011001输入输出CPCrLDPTDCBAQDQCQBQA×0×××××××0000××10××dcbadcba1111110111×0××××××××××××加１计数坚持坚持Oc=074161功能表00000010001101000101011001111000101010111100110111101111异步清零同步置数

也可以运用中间恣意M个形状作有效形状同步置0法〔前M个形状作为有效形状〕异步清0法Oc置数法〔后M个形状作为有效形状〕四.恣意模值计数器例：用74161实现模M=7计数器。1.异步清0法00001000010011000010101001101110QaQbQcQdCr=0过渡形状1Cr=M中的“1〞与非异步清零的时序波形：Cp123456789QaQbQc2.同步置0或置数法QdQcQbQa0000000100100011010001010110LD=0例：用74161实现模M=7计数器。QdQcQbQa0001000100100011010001010111LD=0计数形状表1计数形状表2M=计数终值-计数初值+1计数器模值(M)确实定QdQcQbQa0000000100100011010001010110计数形状表1计数终值110LD=计数终值中的“1〞与非计数初值000M=24-DQdQcQbQa1001101010111100110111101111例：用74161实现模M=7计数器。LD=0计数终值=24-1计数初值DM=计数终值-计数初值+1Oc=QdQcQbQaTM=2n-D3.Oc置数法例：分析以下计数器的计数模值M=?M=计数终值-计数初值+1M=(1000-0010+1)2=710M=(1111-1001+1)2=710M=2n-D=24-9=7大模计数器实现方法①大模分解法②整体置数法③Oc整体置数法例：用74161实现模60计数器①大模分解法QAQBQCQDOCABCDPTCrCP1LD74161011011QAQBQCQDOCPT1741611CPABCDCrLD01101CP=10x6=M1xM2M1=2n-D=24-10=6M2=2n-D=24-6=1060=6x10②整体置数法M(60)=计数终值(59)-计数初值(0)+159=(111011)2LD=QB’QA’QDQBQA③Oc整体置数法M=计数终值-计数初值+1M=2n-D60=28-DD=28-60=196=(11000100)2LD=Oc实现恣意模M计数器的方法总结①异步清0法计数范围:0--M－1,Cr=M中的“1〞与非②同步置数法计数范围:D--D+M－1,LD=计数终值中的“1〞与非③Oc同步置数法计数范围:2n-M--2n-1,LD=Oc模M计数器=M倍分频器计数器与分频器的关系0时钟频率fcp输出频率fo=fcp/7【例】图6.5.11为可编程分频器，试分别求出M=100和M=200时的预置值；假设I7~I0=01101000，试求M值。

图6.5.11可编程分频器解：该电路为同步置数加法计数器，最大计数值N=256。根据预置值=N-M，可求得：①当M=(100)10时，预置值D′C′B′A′DCBA=256-100=156=10011100B；当M=(200)10时，预置值D′C′B′A′DCBA=256-200=56=00111000B。②当I7~I0=01101000时，M=11111111-01101000+1=(10011000)2=152。103存放器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。6.5.2集成存放器和移位存放器1.二拍接纳四位数据存放器Q3Q2Q1Q0&&&&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取数脉冲接纳脉冲(CP)1042.移位存放器所谓“移位〞，就是将存放器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右挪动一位。

105移位存放器的分类：根据移位方向，常分成左移存放器、右移存放器和双向移位存放器三种：存放器左移(a)存放器右移(b)存放器双向移位(c)106Q3CPQ2FF2DFF3DFF1DQ1R0单向移位存放器举例FF0DQ0RiQ0Q1Q2Q3RD清01.单向右移。2.串入并出或串入串出107根据移位数据的输入－输出方式，又可将它分为如下四种电路：串行输入－串行输出串行输入－并行输出并行输入－串行输出并行输入－并行输出移位存放器的分类：108FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出109QQDQQDQQDQQD&&&&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位脉冲CP0串行输出数据预置3210存数脉冲清零脉冲SD四位并入串出的左移存放器110单向移位存放器举例设A3A2A1A0＝1011，在存数脉冲作用下，并行输入数据，使Q3Q2Q1Q0＝1011。D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2101101100110110011001000100000000000000000000000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态Q3Q2Q1Q0＝1011Q3Q2D1Q0D0移位脉冲CP0串行输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1左移过程111构成原理：既能左移又能右移。给移位存放器设置一个控制端如S，令S＝0时左移；S＝1时右移即可。集成组件74LS194就是这样的多功能移位存放器。双向移位存放器11274194电路构造四位双向移位存放器7419474194逻辑符号D0～D3：并行数码输入端。Cr：异步清0端，低电平有效。SR、SL：右移、左移串行数码输入端。S1、S0：任务方式控制端。74194Q0Q1Q2Q3CrSLS0CPD0S1D1D2D3SR0111100011011直接清零保持右移(从Q0向右挪动)左移(从Q3向左挪动)并行同步置数CLRCPS1S0Q的功能74LS194简化功能表11474194详细功能表CrS1S0CPSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000000001111101111aabcdbcd×××××××××××××××××××××××××SR××××SL×××××××SRQ2Q0Q1Q1Q2Q3SL坚持坚持VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移串行输入左移串行输入并行输入任务方式控制1132.74LS194的运用例:7位串入/并出转换电路。SrSr〔1〕实现串并、并串转换〔不讲〕例:7位并入/串出转换电路。环形计数器10100100000010010有效循环形状转移图m为移位存放器的位数这样的电路存在什么问题呢?〔２〕移位存放器构成移位型计数器10010010010000001有效循环形状图011110111101111000111001110001100101101000001111电路不能自启动!无效循环形状图具有自启动的环形计数器1100000001001101111010001010000100011010101111111011011001010111000001.形状组合中只需一个1或0，无需再译码；2.最大的模值Mmax=m3.触发器很浪费环形计数器的特点：扭环计数器00001000110011100111001100011111010010101101011001010010100110111010000100011001110000100110111111101001010110101101001001001011011有效形状1001101111011111扭环计数器的自启动问题1.最大的模值Mmax=2m2.相邻形状仅一位代码不同，属于格雷码3.触发器有些浪费扭环计数器的特点：用74LS194构成的7分频电路M=2n-1组合电路移位存放器Q0Q1Q2…Qm-1SRf普通移位型计数器的实现框图m为移位存放器的位数6.5.3序列信号的产生序列信号发生器:可以循环产生一组或多组序列信号的时序电路。周期序列信号:110101110101…110101110101序列信号的长度M=6③画出逻辑电路图。1.计数型序列码发生器组合输出电路模M计数器Q1Q2QnCP…Z1Z2Zm实现逻辑框图:实现步骤:①根据序列信号长度M，设计模M计数器，形状自定;②按计数器的形状转移关系和序列码的要求设计组合输出电路;例：设计一个能同时产生两组序列码的双序列码发生器，要求两组序列码分别为：Z1－110101，Z2－010110。解：⑴根据序列确定计数器的模值M=6(2)确定计数器的M个计数形状001010011100101110选74161计数器(3)列出组合输出电路的真值表

Z1－110101，Z2－010110(4)用3-8译码器和与非门实现组合电路QCQBQAZ1Z2001100101101100100111010111010Z1=∑(1,2,4,6)Z2=∑(2,4,5)(5)画逻辑电路图Z1=∑(1,2,4,6)Z2=∑(2,4,5)

QCQBQAZ1Z2001100101101100100111010111010⑴用74LS194设计一个能自启动的模6扭环计数器选74194实现计数器⑵列出组合输出电路的真值表Z1=∑(0,1,4,7)Z2=∑(3,4,7)Z1－110101，Z2－010110

⑶用3-8译码器和与非门实现组合电路

Z1=∑(0,1,4,7)Z2=∑(3,4,7)2.反响移位型序列信号发生器①根据序列信号长度M，确定移存器位数n。②确定移存器的M个独立形状。③根据M个形状列出移存器的态序表和反响函数表，求出反响函数SR(SL)。④检查自启动性能。⑤画逻辑图。1001、0011、0111、1111、1110、1100例：设计一个产生100111序列的反响移位型序列信号发生器。解：①确定移存器位数n，因M=6，故n≥3。②确定移存器的6个独立形状(左移)。100、001、011、111、111、110因111是两个一样的形状，n=4Q0Q1Q2Q3SL③列移存器的态序表和反响函数表100100110111111111101100100110110101011100110111111110××1××××1110×××0×0001111000011110Q0Q1Q2Q3SL1001、0011、0111、1111、1110、1100⑤检查自启动性能？④求出反响函数SL××1××××1110×××0×0001111000011110Q0Q1Q2Q3SL10100100100100110010010111001110主01111111000000011000101101101101101001001001001101101100主0001011100100000100011111110101111010101××1××××1110×××0×0001111000011110Q0Q1Q2Q3SL⑤检查自启动性能？反响网络采用SSI门⑥画逻辑电路74194Q0Q1Q2Q3S1S0SL10＆＆1CPSLZCP××1××××1110×××0×0001111000011110Q0Q1Q2Q3SLSL=Q2+Q0Q3反响网络采用MSI器件××1××××1110×××0×0001111000011110Q0Q1Q2Q3SL用4选1器件实现SL11111111110000000001111000011110Q0Q1Q2Q3SLQ0Q2--A1A0D0=D2=1D1=Q3D3=074LS194Q0Q1Q2Q3S1S0SL10CPD0D1D2D3A0A1ZY14选1MUX0Q0Q2--A1A0D0=D2=1D1=Q3D3=0⑥画逻辑电路序列码发生器两种方法比较计数器型:①根据序列信号长度M，设计模M计数器，形状自定;②按计数器的形状转移关系和序列码的要求设计组合输出电路;优点:设计过程简单,可同时产生多个序列。移位型:①根据序列信号长度M，确定移存器位数n。②确定移存器的M个独立形状。③根据M个形状列出移存器的态序表和反响函数表，求出反响函数SR(SL)。④检查自启动性能。缺陷:设计过程较复杂,只能产生一个序列。例1:给定元器件74161计数器一个，8选1数选器一个，SSI门电路假设干。利用给定元器件试设计一个能产生如下图输出波形的电路,并画出电路图。123456789101112131415UiU01U02设计分解123456789101112131415UiU01U02(1)U01输出波形是:每来7个Ui输入脉冲输