第六章 时序逻辑电路qian

第六章时序逻辑电路6.1概述6.2时序逻辑电路的分析方法6.3常用的时序逻辑电路6.4时序逻辑电路的设计方法6.1概述时序电路在任何时刻的输出信号，不仅与该时刻的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。输出方程驱动方程状态方程即：按时钟可分为同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路

时序逻辑电路的分类：各触发器状态的变化都在同一时钟信号作用下同时发生。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。按输出可分为米利型时序逻辑电路穆尔型时序逻辑电路输出不仅与现态有关，而且还决定于电路当前的输入。输出仅决定于电路的现态，与电路当前的输入无关。6.2时序逻辑电路的分析方法时序电路的分析步骤：电路图时钟方程、驱动方程和输出方程状态方程状态图、状态表或时序图判断电路逻辑功能1235计算4同步时序逻辑电路的分析方法从给定的逻辑图中写出每个触发器的驱动方程（亦即存储电路中输入信号的逻辑函数式）。求各个触发器的状态方程。3.根据逻辑图写出电路的输出方程。

分析同步时序逻辑电路的一般步骤：1）由图写出输出方程：2)写出驱动方程：例1：解：跳转3）求状态方程JK触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：时序逻辑电路的状态转换表、状态转换图和时序图一、状态转换表将电路输入信号和触发器现态的所有取值组合代入相应的状态方程，求得相应触发器的次态，列表得出。二、状态转换图反映时序电路状态转换规律及相应输入、输出信号取值情况的几何图形。三、时序图反映输入、输出信号及各触发器状态的取值在时间上对应关系的波形图。如：前面例1电路，其状态转换表为:00000101001110010111011100101001110010111000000000000011跳转例1电路状态转换表的另一种形式时钟顺序经过7个时钟信号电路的状态循环一次，所以是一个7进制计数器。进位信号

例1电路的状态转换图输入变量输出变量排列顺序能自启动例1电路的时序图例2：（驱动方程）1解：

写出电路的驱动方程为：2求状态方程T触发器的特性方程：将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：根据逻辑图写出输出方程为：34计算、列状态表列状态转换表为:401/111/11010/100/11100/010/10111/001/10010Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1YX画状态图和时序图5Q1Q0X/Y6电路功能由状态图可以看出，当输入X

＝0时，在时钟脉冲CP的作用下，电路状态按递增规律循环变化，即：00→01→10→11→00→…当X＝1时，在时钟脉冲CP的作用下，电路状态按递减规律循环变化，即：00→11→10→01→00→…可见，该电路既具有递增计数功能，又具有递减计数功能，是一个2位二进制同步可逆计数器。6.3常用的时序逻辑电路6.3.1寄存器寄存器在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。74LS75的逻辑图74LS175的逻辑图由同步RS触发器组成，在CP＝1期间Q状态随D变化。由维持阻塞触发器组成，Q状态取决于CP上升沿到达时D的状态。以上两种寄存器接收数据时，所有各位代码是同时输入的，而且触发器中的数据是并行地出现在输出端的，因此，称这种输入、输出方式为并行输入、并行输出方式。1、单向移位寄存器寄存数码101110111011从高位向低位依次输入00000001移位脉冲12340010010110116.3.2移位寄存器根据右表可画出时序图

CP输入数据D右移移位寄存器输出Q0Q1Q2Q3000000111000200100311010411101移位情况表

2.4位双向移位寄存器74LS194A的逻辑图00选中11选中01选中10选中置074LS194A功能表

用两片74LS194A接成8位双向移位寄存器图5.3.9例5.3.1的电路

例5.3.1电路的波形图Y=M×8+N×2存入存入右移右移6.3.3计数器在数字电路中，能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器加法计数器同步计数器异步计数器减法计数器可逆计数器加法计数器减法计数器可逆计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器······一、同步计数器1、同步二进制计数器1）构成原则：对一个多位二进制数来讲，当在其末尾上加1，若要使第i位改变（由0变1，或由1变0），则第i位以下皆应为1。如：1

011011

1+1

011100

状态改变状态未变a).

同步二进制加法计数器：所以若用T触发器构成计数器时，应使：T0=1T1=Q0T2=Q0Q1T3=Q0Q1Q2

Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0Q1+Q0Q1Q2n+1=Q0Q1Q2+Q0Q1Q2Q3n+1=Q0Q1Q2Q3+Q0Q1Q2Q3代入T特性方程得到状态方程即：2)状态转换表3)状态转换图电路的时序图由时序图上可以看出，若计数输入脉冲的频率为f0，则Q0、Q1、Q2、和Q3端输出脉冲的频率将依次为f0/2、

f0/4、f0/8、和f0/16。针对计数器的这种分频功能，也把它叫做分频器。这也是十六进制计数器4位集成二进制同步加法计数器74LS161/16374LS163的引脚排列和74LS161相同，不同之处是74LS163采用同步清零方式。4位同步二进制计数器74161的逻辑图①RD=0时异步清零。②RD=1、LD=0时同步置数。③

RD=LD=1且EP=0、ET=1时，计数器状态保持不变；但此时若ET=0，EP为任何状态，计数器状态也保持，而C=0。④RD=LD=1且EP=ET=1时，按照4位自然二进制码进行同步二进制计数。74161的功能表如下:b).同步二进制减法计数器：在n位二进制减法计数器中，只有当第i位以下各位触发器同时为0时，再减1才能使第i位触发器翻转。因此可得：用T触发器组成：用T´触发器组成：用T触发器接成的同步二进制减法计数器同步二进制减法计数器的状态转换真值表c).同步十六进制加/减计数器74LS191的功能表1)单时钟74LS1914位集成二进制同步可逆计数器74LS1912)双时钟74LS193有计数脉冲输入时，计数器做加法计数有计数脉冲输入时，计数器做减法计数。加法计数脉冲和减法计数脉冲来自两个不同的脉冲源。T0=1T1=Q0Q3T2=Q0Q1T3=Q0Q1Q2+Q0Q3Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0Q3Q1+Q0Q3Q1Q2n+1=Q0Q1Q2+Q0Q1Q2Q3n+1=(Q0Q1Q2+Q0Q3)+(Q0Q1Q2+Q0Q3)Q3代入T特性方程得到状态方程：写出驱动方程：由T触发器构成，在二进制加法计数器基础上改造得到．2.同步十进制计数器

a)．同步十进制加法计数器状态转换表：画出状态转换图为:可见，此电路能够自启动。功能表与74161的功能表相同同步十进制加法计数器74LS160从同步二进制减法计数器基础上演变而来．主要在于实现如何使0000状态减1后跳变为1001状态．b)．同步十进制减法计数器T0=1T1=Q0(Q1Q2Q3)T2=Q0Q1(Q1Q2Q3)T3=Q0Q1Q2Q0n+1=Q0Q1n+1=Q0(Q2+Q3)

Q1+Q0Q1Q2n+1=(Q0Q1Q3)Q2+(Q0+Q1)

Q2Q3n+1=(Q0Q1Q2)Q3+(Q0+Q1+Q2)Q3其驱动方程和状态方程如下：状态转换表：画出状态转换图可见，此电路也能够自启动。c).单时钟同步十进制可逆计数器74LS19074LS190/74LS191的功能表同步十进制加/减计数器也有双时钟结构，如74LS192、CC40192等。假定已有的是N进制计数器，而需要得到M进制计数器。两种方法：置零法（复位法）和置数法（置位法）。置零法适用于有置零输入端的计数器。三、任意进制计数器的构成方法：1．当M<N时应使计数过程中跳跃N－M个状态置0法置数法例：利用同步十进制计数器74160接成同步六进制计数器采用置零法将74160接成六进制计数器图5.3.35图5.3.34电路的状态转换图图5.3.37用置数法将74160接成六进制计数器（a）置入0000（b）置入1001图5.3.37电路的状态转换图必须用多片N进制计数器组合构成，连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式几种。并行进位的连接方式2．当M>N时：例1：试用两片同步十进制计数器接成百进制计数器。串行进位的连接方式例2.试用两片同步十进制计数器74160接成二十九进制计数器整体置零方式

整体置数方式设计要求原始状态图最简状态图画电路图检查电路能否自启动1246时序电路的设计步骤：选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程5状态分配3化简（同步时序逻辑电路的设计方法）6.4时序逻辑电路的设计方法例１.设计一个带进位输出端的十三进制计数器解：分析：计数器无输入逻辑信号，只有进位输出信号，属于摩尔型电路。C——进位信号，C＝1为有进位输出，C＝0为无进位输出十三进制计数器应有13个状态.(1)画出状态转换图为：取0000~1100

为S0~S12

的编码。(2)状态分配由于23<N≤24,所以取n=4,用4个触发器。1101，1110，1111为无效状态。画出表示次态逻辑函数和进位输出函数的卡诺图:可分解为5个卡诺图,经化简得:Q3n+1=Q2Q1Q0+Q3Q2Q2n+1=Q2Q1Q0+Q3Q2Q1+Q3Q2Q0Q1n+1=Q1Q0+Q1Q0Q0n+1=Q3Q0+Q3Q2Q0C=Q3Q2图5.4.3卡诺图的分解

若选用JK触发器,则将状态方程转换为Qn+1=JQ+KQ标准形式.Q3n+1=(Q2Q1Q0+Q2)Q3+(Q2Q1Q0)Q3Q2n+1=(Q3Q1+Q3Q0)Q2+Q2Q1Q0Q1n+1=Q1Q0+Q1Q0Q0n+1=(Q3+Q3Q2)Q0C=Q3Q2得:J3=Q2Q1Q0，K3=Q2J2=Q1Q0，K2=Q3Q1Q0J1=Q0，K1=Q0J0=Q3Q2，K0=1（3）选用触发器(4)(5)检查能否自启动经检查，电路能自启动。完整的状态转换图例2：设计一个串行数据检测器，要求：连续输入三个或三个以上的1时输出为1，其它输入情况下输出为0解：分析:电路应至少有4个不同状态,即S0——没输入1之前状态S1——输入1个1后的状态S2——输入2个1后的状态S3——输入3个1或3个以上1后的状态(1)列状态转换表，画状态转换图：S3/1S3/1S2/0S1/01XS0/0S0/0S0/0S0/00S3S2S