,第六章,時序邏輯電路,教學內容,6.1概述6.2時序邏輯電路的分析方法6.3若干常用的時序邏輯電路6.4時序邏輯電路的設計方法,教學要求,一.重點掌握的內容：,（1）時序邏輯電路的概念及電路結構特點；（2）同步時序電路的一般分析方法；（3）同步計數器的一般分析方法；（4）會用置零法和置數法構成任意進制計數器。,二.一般掌握的內容：,（1）同步、異步的概念，電路現態、次態、有效狀態、無效狀態、有效循環、無效循環、自啟動的概念，寄存的概念；（2）同步時序邏輯電路設計方法。,6.1概述,一、組合電路與時序電路的區別,1.組合電路：,電路的輸出只與電路的輸入有關，,與電路的前一時刻的狀態無關。,2.時序電路：,電路在某一給定時刻的輸出,取決于該時刻電路的輸入,還取決于前一時刻電路的狀態,由觸發器保存,時序電路：,組合電路,+,觸發器,電路的狀態與時間順序有關,時序電路在任何時刻的穩定輸出，不僅與該時刻的輸入信號有關，而且還與電路原來的狀態有關。,構成時序邏輯電路的基本單元是觸發器。,二、時序邏輯電路的分類：,按動作特點可分為,同步時序邏輯電路,異步時序邏輯電路,所有觸發器狀態的變化都是在同一時鐘信號操作下同時發生。,觸發器狀態的變化不是同時發生。,按輸出特點可分為,米利型時序邏輯電路,穆爾型時序邏輯電路,輸出不僅取決于存儲電路的狀態，而且還決定于電路當前的輸入。,輸出僅決定于存儲電路的狀態，與電路當前的輸入無關。,三、時序邏輯電路的功能描述方法,特性方程：描述觸發器邏輯功能的邏輯表達式。驅動方程：（激勵方程）觸發器輸入信號的邏輯表達式。時鐘方程：控制時鐘CLK的邏輯表達式。狀態方程：（次態方程）次態輸出的邏輯表達式。驅動方程代入特性方程得狀態方程。輸出方程：輸出變量的邏輯表達式。,1.邏輯方程組,2.狀態表,反映輸出Z、次態Q*與輸入X、現態Q之間關系的表格。,3.狀態圖,反映時序電路狀態轉換規律，及相應輸入、輸出取值關系的圖形。,箭尾：現態,箭頭：次態,標注：輸入輸出,4.時序圖,時序圖又叫工作波形圖，它用波形的形式形象地表達了輸入信號、輸出信號、電路的狀態等的取值在時間上的對應關系。,這四種方法從不同側面突出了時序電路邏輯功能的特點，它們在本質上是相同的，可以互相轉換。,電路圖,時鐘方程、驅動方程和輸出方程,狀態方程,狀態圖、狀態表,時序圖,1,5,時序電路的分析步驟：,4,6.2時序邏輯電路的分析方法,判斷電路邏輯功能,檢查自啟動,幾個概念,有效狀態：在時序電路中，凡是被利用了的狀態。有效循環：有效狀態構成的循環。,無效狀態：在時序電路中，凡是沒有被利用的狀態。無效循環：無效狀態若形成循環，則稱為無效循環。,自啟動：在CLK作用下，無效狀態能自動地進入到有效循環中，則稱電路能自啟動，否則稱不能自啟動。,例6.2.1,解:,寫方程組,驅動方程,同步時序電路，時鐘方程省去。,輸出方程,求狀態方程,將驅動方程代入JK觸發器的特性方程中得電路的狀態方程:,計算、列狀態轉換表,畫狀態轉換圖,作時序圖,說明電路功能,這是一個同步七進制加法計數器，能自啟動。,例6.2.3,解:,寫方程式,驅動方程,代入D觸發器的特性方程，得到電路的狀態方程,輸出方程,求狀態方程,計算、列狀態轉換表,畫狀態轉換圖,電路狀態,轉換方向,00,01,10,11,轉換條件,作時序圖,說明電路功能,A=0時是二位二進制加法計數器；A=1時是二位二進制減法計數器。,6.3若干常用的時序邏輯電路,寄存器和移位寄存器,一、寄存器,在數字電路中，用來存放二進制數據或代碼的電路稱為寄存器。,寄存器是由具有存儲功能的觸發器組合起來構成的。一個觸發器可以存儲1位二進制代碼，存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發器來構成。,同步觸發器構成,4位寄存器,邊沿觸發器構成,（1）清零。，異步清零。即有：,（2）送數。時，CLK上升沿送數。即有：,（3）保持。在、CLK上升沿以外時間，寄存器內容將保持不變。,二、移位寄存器,單向移位寄存器,0,0,1,0,1,1,經過4個CLK信號以后，串行輸入的4位代碼全部移入寄存器中，同時在4個觸發器輸出端得到并行輸出代碼。,首先將4位數據并行置入移位寄存器的4個觸發器中，經過4個CP,4位代碼將從串行輸出端依次輸出，實現數據的并行串行轉換。,單向移位寄存器具有以下主要特點：（1）單向移位寄存器中的數碼，在CLK脈沖操作下，可以依次右移或左移。（2）n位單向移位寄存器可以寄存n位二進制代碼。n個CLK脈沖即可完成串行輸入工作，此后可從Q0Qn-1端獲得并行的n位二進制數碼，再用n個CLK脈沖又可實現串行輸出操作。（3）若串行輸入端狀態為0，則n個CLK脈沖后，寄存器便被清零。,雙向移位寄存器,2片74LS194A接成8位雙向移位寄存器,用雙向移位寄存器74LS194組成節日彩燈控制電路,S1=0,S0=1右移控制,Q=0時LED亮,清0按鍵,本節小結：,本節小結：,本節小結：,計數器,在數字電路中，能夠記憶輸入脈沖個數的電路稱為計數器。,分類：,計數器,二進制計數器,十進制計數器,N進制計數器,加法計數器,同步計數器,異步計數器,減法計數器,可逆計數器,加法計數器,減法計數器,可逆計數器,二進制計數器,十進制計數器,N進制計數器,n位二進制同步加法計數器的電路連接規律：,驅動方程,輸出方程,一、同步計數器,279頁圖6.3.10,4位二進制同步加法計數器,若計數脈沖頻率為f0，則Q0、Q1、Q2、Q3端輸出脈沖的頻率依次為f0的1/2、1/4、1/8、1/16。因此又稱為分頻器。,4位集成二進制同步加法計數器74LS161/163,預置數控制端,數據輸入端,異步復位端,工作狀態控制端,進位輸出,(a)引腳排列圖,4位同步二進制計數器74161功能表,74161具有異步清零和同步置數功能.,4位同步二進制計數器74163功能表,74163具有同步清零和同步置數功能.,74LS163的引腳排列和74LS161相同，不同之處是74LS163采用同步清零方式。,驅動方程,輸出方程,n位二進制同步減法計數器的連接規律：,284頁圖6.3.15,4位集成二進制同步可逆計數器74LS191,預置數控制端,使能端,加減控制端,串行時鐘輸出,4位同步二進制可逆計數器74LS191功能表,74LS191具有異步置數功能.,0,雙時鐘加/減計數器74LS193,74LS193具有異步清零和異步置數功能.,2、同步十進制計數器,同步十進制加法計數器:在同步二進制加法計數器基礎上修改而來.,同步十進制加法計數器74LS160與74LS161邏輯圖和功能表均相同,所不同的是74LS160是十進制而74LS161是十六進制。,同步十進制可逆計數器也有單時鐘和雙時鐘兩種結構形式。屬于單時鐘的有74LS190等，屬于雙時鐘的有74LS192等。,74LS190與74LS191邏輯圖和功能表均相同；74LS192與74LS193邏輯圖和功能表均相同。,二、異步計數器,1、異步二進制計數器,3位異步二進制加法計數器,觸發器為下降沿觸發，Q0接CLK1,Q1接CLK2。若上升沿觸發，則應Q0接CLK1,Q1接CLK2。,3位異步二進制減法計數器,觸發器為下降沿觸發，接CLK1,接CLK2。若上升沿觸發，則應接CLK1,接CLK2。,2、異步十進制計數器,異步二五十進制計數器74LS290,置0端,置9端,若計數脈沖由CLK0端輸入，輸出由Q0端引出，即得到二進制計數器；若計數脈沖由CLK1端輸入，輸出由Q1Q3引出，即是五進制計數器；若將CLK1與Q0相連，同時以CLK0為輸入端，輸出由Q0Q3引出，則得到8421碼十進制計數器。,74LS290功能表,缺點：（1）工作頻率較低；（2）在電路狀態譯碼時存在競爭冒險現象。,異步計數器特點,優點：結構簡單,三、任意進制計數器的構成方法,利用現有的N進制計數器構成任意進制（M）計數器時，如果MN，則要多片N進制計數器。,實現方法,置零法（復位法）,置數法（置位法）,置零法,74LS160具有異步清零功能,當MN時，需用多片N進制計數器組合實現,串行進位方式、并行進位方式、整體置零方式、整體置數方式,若M可分解為M=N1N2(N1、N2均小于N），可采用連接方式有：,若M為大于N的素數，不可分解，則其連接方式只有：整體置零方式、整體置數方式,串行進位方式：以低位片的進位信號作為高位片的時鐘輸入信號。,并行進位方式：以低位片的進位信號作為高位片的工作狀態控制信號。,整體置零方式：首先將兩片N進制計數器按最簡單的方式接成一個大于M進制的計數器，然后在計數器記為M狀態時使RD=0，將兩片計數器同時置零。,整體置數方式：首先將兩片N進制計數器按最簡單的方式接成一個大于M進制的計數器，然后在某一狀態下使LD=0，將兩片計數器同時置數成適當的狀態，獲得M進制計數器。,例6.3.3用兩片同步十進制計數器接成百進制計數器.,解：,并行進位方式,串行進位方式,例6.3.4用兩片74LS160接成二十九進制計數器.,解：,整體置零方式,整體置數方式,四、移位寄存器型計數器,環形計數器,結構特點:D0=Q3,CLK,狀態轉換圖:,構成四進制計數器,不能自啟動.,能自啟動的環形計數器:,狀態轉換圖：,n位移位寄存器構成的環形計數器只有n個有效狀態，有2n-n個無效狀態。,扭環形計數器,結構特點:,狀態轉換圖：,能自啟動的扭環形計數器:,狀態轉換圖：,n位移位寄存器構成的扭環形計數器有2n個有效狀態，有2n-2n個無效狀態。,6.4時序邏輯電路的設計方法,根據設計要求,畫原始狀態圖,最簡狀態圖,畫電路圖,檢查電路能否自啟動,1,2,4,6,選觸發器，求時鐘、輸出、狀態、驅動方程,5,狀態分配,3,化簡,設計步驟:,確定輸入、輸出變量及狀態數,2n-1M2n,例6.4.1設計一個帶有進位輸出端的十三進制計數器.,解：,該電路不需輸入端,有進位輸出用C表示，規定有進位輸出時C=1，無進位輸出時C=0。,十三進制計數器應該有十三個有效狀態，分別用S0、S1、S12表示。畫出其狀態轉換圖：,1,建立原始狀態圖,狀態轉換圖不需化簡。,因為231324，因此取觸發器位數n=4。對狀態進行編碼，得到狀態轉化表如下：,狀態化簡,2,狀態分配,3,4,選觸發器，求時鐘、輸出、狀態、驅動方程,電路次態/輸出（）的卡諾圖,狀態方程：,若選用4個JK觸發器，需將狀態方程變換成JK觸發器特性方程的標準形式，即Q*=JQ+KQ,找出驅動方程。,比較得到觸發器的驅動方程：,畫電路圖,5,將0000作為初始狀態代入狀態方程計算次態，畫出狀態轉換圖，與狀態轉換表對照是否相同。最后檢查是否自啟動。,由狀態轉換圖可知該電路能夠自啟動.,檢查電路能否自啟動,6,例6.4.2,解：,輸入數據作為輸入變量，用X表示；檢測結果為輸出變量，用Y表示。例如:,設電路沒有輸入1以前的狀態為S0,輸入一個1狀態為S1，