第五章 常用时序逻辑电路

第五章常用时序集成电路模块及其应用

用常用时序中规模集成模块设计数字电路仍是目前组成数字系统的主要设计方法，熟悉和掌握时序中规模集成模块的基本工作原理及其应用也是数字电子技术课程的主要任务。本章要求学生认识时序模块的国标符号、逻辑符号和时序电路模块的功能表，进而掌握用时序模块和其他电路组成的应用电路。

第一节基本知识、重点与难点

一、基本知识

（一）常用时序模块

在实际中有许多MSI产品可供选用，掌握了这些产品的逻辑功能、性能指标和使用方法，就可以方便地利用它们构成具有各种功能的数字电路，而无需采用单元触发器和门电路进行设计。

（二）计数器及其应用

计数器是用来计算输入脉冲数目的时序逻辑电路，是数字系统中应用最广泛的基本单元之一。它是用电路的不同状态来表示输入脉冲的个数。计数器所能计算脉冲数目的最大值（即电路所能表示状态数目的最大值）称为计数器的模（M）。

按进位方式，计数器可分为同步和异步两类。同步计数器的所有触发器共用一个时钟脉冲，时钟脉冲就是计数的输入脉冲。异步计数器只有部分触发器的时钟信号是计数脉冲，而另一部分触发器的时钟信号是其他触发器或组合电路的输出信号，因而各级触发器的状态更新不是同时发生的。

按进位制方式，计数器可分为二进制和非二进制（包括十进制）。

按逻辑功能方式，计数器可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器等。加法计数器的状态变化和数的依次累加相对应。减法计数器的状态变化和数的依次递减相对应。可逆计数器由控制信号控制实现累加或递减，可实现加法或减法计数。

若计数脉冲为一周期性信号，则模为M的计数器输出信号的频率为计数脉冲频率的1/M，也就是说，计数器具有分频的功能，可作为数字分频器使用。

工程中经常用到的序列信号发生器，也可由计数器设计而成。

（三）寄存器及其应用

寄存器与移位寄存器均是数字系统中常见的逻辑模块。寄存器用来存放二进制数码，移位寄存器除具有寄存器的功能外，还可将数码移位。

1.寄存器

寄存器用来存放二进制数码。事实上每个触发器就是一位寄存器。74175是由四个具有公共清零度端的上升沿D型触发器构成的中规模集成电路。

2.移位寄存器

移位寄存器具有移位功能，即除了可以存放数据以外，还可将所存数据向左或向右移位。

移位寄存器有单向移位和双向移位之分，还常带有并行输入端。74195是带有并行存取功能的四位单向移位寄存器。74194是可并行存取的四位双向移位寄存器，是一种功能比较齐全的移位寄存器，它具有左移、右移、并行输入数据、保持以及清除等五种功能。

利用移位寄存器可以很方便地将串行数据变换为并行数据，也可以将并行数据变换为串行数据。计算机中外部设备与主机之间的信息交换常常需要这种变换。

移位寄存器还常用来做成环形计数器和扭环形计数器，在序列控制中要用到这些类型的电路。

同计数器一样，移位寄存器也可用于设计序列信号发生器。

二、重点与难点

重点：

1．识别各种时序模块的国标符号和逻辑符号；

2．掌握常用同步与异步计数器的功能与特性；

3．掌握常用寄存器和移位寄存器的功能与特性；

4．熟练掌握用各种计数器和移位寄存器的典型应用。

难点：

1．国标符号的理解；

2．各种计数器、移位寄存器和中规模组合电路的综合运用。

三、考核题型与考核重点

1．概念与简答

题型为填空、判断和选择。

建议分配的分数为3～6分。

2．综合与设计

题型1为设计大于M=16的任意模计数器；

题型2为各种计数器、移位寄存器和中规模组合电路综合运用的分析和设计。

建议分配的分数为10～20分。

第二节典型题解

例题5.1 由三片74290计数器组成的电路如例题5.1图所示。试分析其功能。

解：在3个74290计数器中，个位计数器输出74290（1）接成3的代码(0011)，十位计数器输出74290（2）接成6的代码(0110)，百位计数器输出74290（3）接成9的代码（1001），将这三个计数器的最大计数1状态代码通过六输入与非门连到RS触发器，当计数到最大值（963）时，计数器输出全部被置0，完成M=963计数的功能（M=9×100+6×10+3×1=963），所以此电路为M=963的计数器。

方式

例题5.1图

例题5.2 试用74195及16选1数据选择器产生序列信号Z ：10111000（电路初始状态为0000）。

解：电路图如例题5.2图所示。74195连接成扭环形计数器，其态序表如例题5.2表所示。由于数据选择器的地址输入端A 0A 1A 2A 3依次连接到74195的Q 0Q 1Q 2Q 3，因而数据选择器的输出取决于Q 0Q 1Q 2Q 3所选择的对应输入端之值。将要求产生的序列信号10111000依次与态序表的各行一一对应，可知应将D 0、D 3、D 7、D 15接到高电平，将D 1、D 8、D 12、D 14接到低电平，而其他输入端如何连接没有任何影响。

例题5.3 例题5.3图(a)为8421BCD 码编码逻辑电路图，8421BCD 编码输入由按键操作完成。试分析图中各部分电路的作用，并画出编码器工作波形。

解：例题5.3图(a)中74175的作用是实现暂存。为使输入的8421BCD 数码与时钟脉冲保持同步，并消除按键触点噪声的影响，数据输入寄存器这一操作由边沿触发器产生的单脉冲来完成。寄存器74175在CP 脉冲由0到1正跳变时刻接收输入端的数据，而CP 脉冲为1或0时各输入端的状态均不被接收。编码器的工作波形如例题5.3图(b)所示。

Z

例题5.2图

K K K K K K K K K (a)

触点噪声

0～K 9

CP

CP 1

(b)

例题5.3图