第五章 时序逻辑电路

21
2.具体电路:
&
G1 +5V
G2
&
启动 脉冲
S0 QA1QB1QC1QD1
S1 CP1
74LS194 (1)
R1 A1 B1 C1 D1
串行输出
S0 QA2QB2QC2QD2
S1 CP2
74LS194 (2)
R2 A2 B2 C2 D2
CP
移位 脉冲
+5V D0 D1 D2
D3 D4 D5 D6
分析思路:
从电路图出发写出三个方程列出一表两 图分析逻辑功能.
34
同步计数器的分析
分析的个体步骤:
根据已知的电路图,首先写出每个触发器的激 励方程,电路的输出方程.
把激励方程代入到每个触发器的特征方程中, 求得状态转移方程.
根据激励方程或者状态方程及输出方程,列出 其状态转移表,画出状态转换图及时序波形图.
转移表, 或画出状态转移图 .画出工作波形态(时序图).
5
例如(见书6-1):分析如图所示的 同步时序逻辑电路
解:
驱动方程(激励函数): 状态方程:
得到各级触发器的状态转移方程:
输出方程为: 状态转移表: 状态转移图: 画工作波形(时序图)
6
§5.2 寄存器 寄存器是计算机的主要部件之一，它用
2.用一表两图来描述
状态转换表 状态转换图 时序波形图
4
时序逻辑电路的分析步骤
1.根据给定的时序逻辑电路,写出存储电路的驱 动方程,也就是存储电路的输入信号的逻辑函数 表达式;
2.写出状态方程.如果存储电路是由触发器构成, 则可以根据状态方程和驱动方程,写出各个触发 器的状态转移方程
3. 写出输出函数表达式 4.由状态转移方程和输出函数表达式,列出状态
1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 右移 ( S1S0=01)
1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 右移 ( S1S0=01)
1 1 1 1 0 D0 D1 D2 右移 ( S1S0=01) 1 1 1 1 1 0 D0 D1 右移 ( S1S0=01) 1 1 1 1 1 1 0 D0 并行输入 ( S1S0=11)
来暂时存放数据或指令。
数码寄存器是能够存放二进制数码的电 路。由于触发器具有记忆的功能,因而可以 作为数码寄存器电路.
Q
D
D1
Q
存数指令
一位数寄存器单元 7
5.2.1 数码寄存器
CLR
Q3
&
Q2
&
Q1
&
QQ D
QQ D
QQ D
A3
A2
A1
四位数码寄存器
Q0
&
QQ D
A0
取数 脉冲
接收 脉冲 ( CP )
Q1Q0 Q1Q0 Q0 Q0
1 000 0 0 0 0 1 1
2 001 0 0 1 1 1 1
3 010 0 0 0 0 1 1
4 011 1 1 1 1 1 1
5 100 0 0 0 0 1 1
6 101 0 0 1 1 1 1
7 110 0 0 0 0 1 1
8 111 1 1 1 1 1 1
Q
CP 移位 脉冲
数据由Q0 串行输出
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双向移位寄存器
构成原理：既能左移又能右移。
给移位寄存器设置一个控制端如S，令M＝0 时 左移；M＝1时右移即可。
D0 ＝ L
D1 ＝ Q0 D2 ＝ Q1 D3 ＝ Q2
左移
D3 ＝ R D2 ＝ Q3 D1 ＝ Q2 D0 ＝ Q1
右移
D0 = ML ＋ MQ1 D1 = MQ0 ＋MQ2 D2 = MQ1 ＋ MQ3 D3 = MQ2 ＋ MR
0
D1
Vi
Q
CP
移位 脉冲
12
数据预置
A3
A2
A1
A0
存数 脉冲
LOAD
&
&
&
&
串行 输出
SD
Q 3
D
Q2 D
Q
清零
Q
脉冲 RD
CLR
Q1 D Q
SD 0
Q0 D
1
Q
CP
移位 脉冲
设A3A2A1A0 ＝ 1011，在存数脉冲作用
下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 ＝ 1011 。
四位并入 串出的左移 寄存器
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§6.3 计数器的分析
用来计算输入脉冲数目的时序电路 1. 计数器的功能
记忆输入脉冲的个数。用于定时、分 频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。
24
计数器的分析
2. 计数器的分类
按输入脉冲引入方式:同步计数器和异步 计数器。 按计数的增减分:加法计数器、减法计数器和可逆计数 器。
有时也用计数器的计数循环规律(或称模数) 来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、 十进制计数器、二－十进制计数器等等。
能
直接清零
1
00
保持
1
0 1 右移(从QA向右移动)
1
1 0 左移(从QD向左移动)
1
11
并入
20
5.2.3 寄存器应用举例 例：数据传送方式变换电路
D6
并 D5
行 D4
输 入
D3 D2 D1
D0
数 据变 传换 送电 方路 式
串行输出
1.实现方法: (1) 因为有7位并行输入， 故需使用两片74LS194； (2) 用最高位QD2作为它 的串行输出端。
并行输入 左移
串行
串行
输入
输入
19
VCC QA QB QC QD CP M1 M0
16 15 14 13 12 11 10 9
QA QB QC QD CP S1
CLR 74LS194 S0
R A BC DL
1 2 3 456 78
CLR R A B C D L GND
CLR CP M1 M0
0
功
法计数（或上叫上行计数）
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异步计数器的优缺点： 优点：电路简单、可靠 缺点：速度慢
思考题：
试画出三位二进制异步减法计数 器的电路图，并分析其工作过程。
33
5.3.3 同步计数器的分析
在同步计数器中，各个触发器都受 同一时钟脉冲 输入计数脉冲的控 制，因此，它们状态的更新几乎是同时 的，故被称为 “ 同步计数器 ”。
27
异步计数器的分析
与同步时序电路的不同点
必须写出每个触发器的时钟方程 触发器状态改变与否要看该触发器
的CP脉冲到来没有.
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例1. 三位二进制异步加法计数器。
CP 计数 脉冲
D0 Q0 Q0
D1 Q1 Q1
D2 Q2 Q2
时钟方程:CP0=CP
CP1=Q0
CP2=Q1
29
CP 计数 脉冲
下面将重 点讨论 黄颜 色的 那部分 电路的工作 原理。
13
串行 输出
Q3 D3 Q2 D2
Q1 D1
0
Q0 D0
Q3
左移过程
D0 ＝ 0 D1 ＝ Q0 D2 ＝ Q1 D3 ＝ Q2
Q2
Q1
Q0
CP
移位 脉冲
并入初态 Q3Q2Q1Q0 ＝ 1011
Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0
1011 0110
25
5.3.2 异步计数器的分析
在异步计数器中，有的触发器直接 受输入计数脉冲控制，有的触发器则是 把其它触发器的输出信号作为自己的时 钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时 间先后不一，故被称为“ 异步计数 器 ”。
26
异步计数器的分析
步骤:
时钟方程 激励方程 状态方程 输出方程 状态转移表 状态转移图 时序波形图
并行输入
22
3.工作效果:
提醒：在电路中，“右移输入”端接 ＋5V。
寄存器各输出端状态
CP
QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2
寄存器工作方式
0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 并行输入 ( S1S0=11)
1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 右移 ( S1S0=01)
D0 Q0 Q0
D1 Q1 Q1
D2 Q2 Q2
激励方程:D0=Q0
D1=Q1
D2=Q2
状态方程:Qn+1=D
Q0n+1 =Q0
Q1n+1 =Q1
Q2n+1 =Q2
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CP
D0 Q0
计数
Q0
脉冲
状态转移表:
Q2 Q1 Q0 CP2
D1 Q1 Q1
D2 Q2 Q2
CP1 CP0 Q’2 Q’1 Q’0
Q2
Q1
Q0
CP
移位 脉冲
“L”即需左
移的输入 数据.
D0 ＝ L D1 ＝ Q0 D2 ＝ Q1 D3 ＝ Q2
数据由Q3 串行输出
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四位串入 - 串出的右移寄存器：
串行 R
输入
D Q3
D Q2
D Q1
D Q0
串行 输出
Q
Q
Q
“R”即需
右移的输 入数据
D3 ＝ R
D2 ＝ Q3 D1 ＝ Q2 D0 ＝ Q1
Q0 J0 Q0 K0
2. 写出激励方程：
J2 = Q1 Q0 ， K2 ＝ 1
J1 = K1 ＝ 1 J0 = Q2 ， K0 ＝ 1
D3D2D1D0
0110 1100 1000 0000 0000 0000
CP
Q0 1 0 0 0 0 0 Q1 1 1 0 0 0 0 Q2 0 1 1 0 0 0 Q3 1 0 1 1 0 0
15
四位串入 - 串出的左移寄存器：
串行 输出
Q3 D3
Q2 D2
Q1 D1
Q0 D0
L
串行 输入
Q3
根据移位数据的 FF FF FF FF
输入－输出方式，
串入－并出
又可将它分为串行
输入－串行输出、
FF
FF
FF
FF
串行输入－并行输 出、并行输入－串
并入－串出
行输出和并行输入 FF FF FF FF
－并行输出四种电
路结构：
并入－并出
11
移位寄存器
串行输 出
QD
3
Q
QD
2
Q
QD 1
Q
左移移位寄存器
0
Q
根据一表两图,分析其逻辑功能.
35
5.3.3 同步计数器的分析 例2. 三位二进制同步加法计数器
Q2 J2
&
Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
Q0 J0 Q0 K0
CP 计数脉冲
36
Q2 J2
&
Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
Q0 J0 Q0 K0
CP 计数脉冲
三位二进制同步加法计数器
分析步骤: 1. 激励方程(驱动方程)： J2 = K2 = Q1 Q0 J1 = K1 = Q0 J0 = K0 = 1
电子技术 数字电路部分
第五章 时序逻辑电路
1
第五章 时序逻辑电路 §5.1 概述 §5.2 寄存器 §5.3 计数器的分析 §5.4 计数器的设计 §5.5 计数器的应用举例
2
3
时序电路逻辑功能的表示方法
1.用三个方程序(一组)来描述:
输出方程:Z(t)=F[X(t)Y(t)] 激励方程:W(t)=G[X(t)Y(t)]驱动方程 状态方程:Y(t)=H[X(t)Y(t)]
8
CLR
Q3
&
QQ D
A3
Q2
&
QQ D
A2
Q1
&
QQ D
A1
Q0
&
QQ D
A0
取数 脉冲
接收 脉冲 ( CP )
A0--A3：待存数据
Q0--Q3：输出数据
工作过程：接收脉冲到达后，将待存数据送 至各D触发器 ， 取数脉冲加入后将所存数据 送出。
9
10
移位寄存器分类 FF
FF
FF
FF
串入－串出
下,状态, ,
Q2 Q1 Q0
001 010 011 100 101 110 111 000
39来自百度文库
3. 用波形图显示状态转换关系
CP Q0 Q1 Q2
注意：各触发器均在CP的下降沿翻转。
40
Q2 J2
&
Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
Q0 J0 Q0 K0
CP 计数脉冲
三位二进制同步加法计数器
思考题：
根据以上分析思路，试设计一个四 位二进制同步加法计数器电路，并检验 其正确性。
41
5.3.4 任意进制计数器的分析
Q2 J2
Q1 J1
Q0 J0
Q2 K2
Q1 K1
Q0 K0
计数 脉冲
1. 写出时钟的逻辑表达式：CP
CP0=CP
CP1=Q0
CP2=CP
42
Q2 J2 Q2 K2
Q1 J1 Q1 K1
000 001
0 01 0 11
0 01 0 10
010
0 01
0 11
011 100 101 110 111
1 11 0 01 0 11 0 01 111
1 00 1 01 1 10 1 11 0 00
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CP 计数 脉冲
D0 Q0 Q0
D1 Q1 Q1
D2 Q2 Q2
结论： 1. 各触发器间时钟不一致，所以称异步计数 器； 2. Q2Q1Q0各位间为二进制关系； 3. 计数从000开始到111结束，然后循环，所以称加
双向移
集成组件74LS194就是这样的多功能移位寄存器。
18
工作方式 控制
VCC QA QB QC QD CP
16 15 14 13 12 11
M1 M0
10 9
QA QB QC QD CP S1
CLR 74LS194
S0
R A BC DL
1
2
3
456
78
CLR R A B C D L GND
右移
0110 1100
1100 1000
1000 0000
0000 0000 0000 0000
14
串行 输出
Q3 D3 Q2 D2
Q1 D1
0
Q0 D0
Q3
Q2
并入初态Q3Q2Q1Q0 ＝ 1011
Q1
Q0
CP
移位 脉冲
用波形图表示如下：
Q3Q2Q1Q0
1011 0110 1100 1000 0000 0000
Q0： 来一个CP，翻转一次； Q1：当Q0＝1时，可随CP翻转；
Q2：只有当Q1Q0＝11时，才能随CP翻转。 37
同步计数器的分析
2,由JK触发器的状态方程: Qn+1=JQn+KQn 得出状态转移方程.(板书)
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2. 列写状态转换表，分析其状态转换过程。
原状态
控
制
端
CP Q2 Q1 Q0 J2＝ K2＝ J1＝ K1＝ J0＝1 K0＝1