1、時(shí)序電路的特點(diǎn)和邏輯電路數(shù)字部分概 述一、時(shí)序電路的特點(diǎn)1. 定義 任何時(shí)刻電路的輸出，不僅和該時(shí)刻的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)。2. 電路特點(diǎn)(1) 與時(shí)間因素 (CP) (2) 含有記憶性的元件(觸發(fā)器)。組合邏輯電 路存儲(chǔ)電路x1xiy1yjw1wkq1ql輸入輸出二、時(shí)序電路邏輯功能表示方法1. 邏輯表達(dá)式(1) 輸出方程(3) 狀態(tài)方程(2) 驅(qū)動(dòng)方程2. 狀態(tài)表、卡諾圖、狀態(tài)圖和時(shí)序圖組合邏輯電 路存儲(chǔ)電路x1xiy1yjw1wkq1qlx1y1y2JKQ1Q2x21J1KC1CP三、時(shí)序邏輯電路分類1. 按邏輯功能劃分：計(jì)數(shù)器、寄存器、讀/寫存儲(chǔ)器、順序脈沖發(fā)生器等

2、。2. 按時(shí)鐘控制方式劃分：同步時(shí)序電路觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘 CP，要更新狀態(tài)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。異步時(shí)序電路電路中所有觸發(fā)器沒有共用一個(gè) CP。3. 按輸出信號(hào)的特性劃分：Moore型Mealy型存儲(chǔ)電路Y(tn)輸出WQX(tn)輸入組合電路CPY(tn)輸出CPX(tn)輸入存儲(chǔ)電路組合電路組合電路5.1 時(shí)序電路的基本分析和設(shè)計(jì)方法5.1.1 時(shí)序電路的基本分析方法1. 分析步驟時(shí)序電路時(shí)鐘方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)表狀態(tài)圖時(shí)序圖CP觸發(fā)沿特性方程輸出方程狀態(tài)方程計(jì)算2. 分析舉例寫方程式時(shí)鐘方程輸出方程(同步)驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程特性方程(Moore 型)例 解1J1KC11J1KC11J1KC1&F

3、F1FF0FF2CPY計(jì)算，列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQ2 Q1 Q0 Y0123450120 0 010 0 110 1 111 1 111 1 0101 0 00 1 011 0 110 1 01畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖000001/1011/1111/1110/1100/1/0有效狀態(tài)和有效循環(huán)010101/1/1無效狀態(tài)和無效循環(huán)能否自啟動(dòng)?能自啟動(dòng)：存在無效狀態(tài)，但沒有形成循環(huán)。不能自啟動(dòng)：無效狀態(tài)形成循環(huán)。方法2 利用卡諾圖求狀態(tài)圖11001100Q2n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1001100110Q1n+1Q2nQ1nQ0n0100 01 11 1000001111Q0n+1Q2nQ

4、1nQ0n0100 01 11 10Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001011111101000010110100000001011111110100010101畫時(shí)序圖000001/1011/1111/1110/1100/1/01 2 3 4 5 6CPCP下降沿觸發(fā)Q2Q1Q0000001011111110100000YMealy型例 時(shí)鐘方程輸出方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程解寫方程式10110100Q2n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11 10010010010001 11 1010101010Q1n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11

5、10101010000001 11 1010011001Q0n+1SQ2nQ1nQ0n00 01 11 10100110010001 11 10S = 0Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 10001010100011101110000111S = 1Q1nQ0nQ2n0100 01 11 1000101010001110100000011111111111狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出SQ2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y1Y200000000111111110 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0

6、 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 10 0 01 1 10 0 00 00 00 00 00 00 00 00 10 00 00 00 00 01 00 01 1狀態(tài)圖000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/101101111/00能自啟動(dòng)S/Y1Y21/11000001/00010/00011/00100/00101/001100/001110/000/011/

7、101101111/00畫時(shí)序圖當(dāng) S = 0 時(shí)，每 8 個(gè) CP 一個(gè)循環(huán)；當(dāng) S =1 時(shí)，每 6 個(gè) CP 一個(gè)循環(huán)。例 異步時(shí)序電路1DC11DC11DC1&FF1FF0FF2CP&解時(shí)鐘方程驅(qū)動(dòng)方程狀態(tài)方程(CP 有效)(Q0 有效)(CP 有效)寫方程式求狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPCP10CP1CP0CP0CPCP000CPQ00Q01Q01Q00Q00Q01Q01Q00CPCP00CP0CP1CP0CPCP001CP000001010 011 100101 110 111能自啟動(dòng)畫時(shí)序圖000001010 011 100不畫無效狀態(tài)1 2 3 4 5CPQ0Q0Q1Q25.1.2 時(shí)序電路

8、的基本設(shè)計(jì)方法1. 設(shè)計(jì)的一般步驟時(shí)序邏輯問題邏輯抽象狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）狀態(tài)化簡(jiǎn)最簡(jiǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（表）電路方程式（狀態(tài)方程）求出驅(qū)動(dòng)方程選定觸發(fā)器的類型邏輯電路圖檢查能否自啟動(dòng)1/1例 1設(shè)計(jì) 一個(gè)串行數(shù)據(jù)檢測(cè)電路，要求輸入3 或 3 個(gè)以上數(shù)據(jù)1時(shí)輸出為 1，否則為 0。解邏輯抽象，建立原始狀態(tài)圖S0 原始狀態(tài)(0)S1 輸入1個(gè)1S2 連續(xù)輸入 2 個(gè) 1S3 連續(xù)輸入 3 或 3 個(gè)以上 1S0S1S2S3X 輸入數(shù)據(jù)Y 輸出入數(shù)據(jù)0/01/00/01/00/00/01/1狀態(tài)化簡(jiǎn)S0S1S20/01/00/01/00/01/10/00/02. 設(shè)計(jì)舉例狀態(tài)分配、狀態(tài)編碼、狀態(tài)圖S0S1S2

9、0/01/00/01/00/01/1M = 3，取 n = 2S0 = 00S1 = 01S2 = 110001110/01/00/01/00/01/1選觸發(fā)器、寫方程式選 JK ( ) 觸發(fā)器,同步方式輸出方程Q1nQ0nX0100 01 11 10Y000001Q11Q01狀態(tài)方程驅(qū)動(dòng)方程約束項(xiàng)&邏輯圖CPX1Y1J1KC1FF0Q0(Mealy 型)無效狀態(tài) 10000010000/01111111/1能自啟動(dòng)Q11KC1FF1&1J例2 設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)售飲料機(jī)的邏輯電路。它的投幣口每次只能投入一枚五角或一元的硬幣。投入一元五角錢硬幣后機(jī)器自動(dòng)給出一杯飲料；投入兩元（兩枚一元）硬幣后，在給

10、出飲料的同時(shí)找回一枚五角的硬幣。解：1、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表輸入變量：取投幣信號(hào)，用A和B表示輸出變量：給出飲料和找錢，用Y和Z表示投入一枚一元硬幣時(shí)A=1；未投入時(shí)A=0投入一枚五角硬幣時(shí)B=1；未投入時(shí)B=0給出飲料時(shí)Y=1，不給時(shí)Y=0找回一枚五角硬幣時(shí)Z=1，不找時(shí)Z=0狀態(tài)轉(zhuǎn)換表ABYZSn+1S0S0S1S2000110S0/00S1/00S2/00S1/00S2/00S0/10S2/00S0/10S0/11/ / / 11未投幣前電路的初始狀態(tài)投入五角硬幣后電路的狀態(tài)投入一元硬幣后電路的狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表ABYZSn+1S0S0S1S2000110S0/00S1

11、/00S2/00S1/00S2/00S0/10S2/00S0/10S0/11/ / / 11電路的狀態(tài)M=3根據(jù)取觸發(fā)器的位數(shù)n=2令觸發(fā)器狀態(tài)Q1Q0的00、01、10分別代表S0、S1、S2可得到表示電路次態(tài)/輸出的卡諾圖AB00/0001/00 / 10/0000011110( )0001111010/0000/10 / 00/11 / 01/0010/00 / 00/10 / / / 2、狀態(tài)分配3、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。 選擇JK觸發(fā)器組成這個(gè)邏輯電路。將之前所得的卡諾圖分解為分別表示 、 、Y、Z的4個(gè)卡諾圖。AB00/0001/00/10/00

12、000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10/狀態(tài)方程輸出方程AB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10/01010000 01 11 100010001 11 10Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10/00101000 01 11 100000001 11 10Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001

13、111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10/10000000 01 11 101100001 11 10Q1nQ0nABAB00/0001/00/10/00000111100001111010/0000/10/00/11/01/0010/00/00/10/00000000 01 11 101000001 11 10Q1nQ0nABJK 觸發(fā)器的特性方程：狀態(tài)方程故得到驅(qū)動(dòng)方程：4、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯圖。CP1KC1FF1&1JQ11KC1FF0&1JQ0B&1A1 1 1&1YZ5、檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)無效狀態(tài) 11狀態(tài)方程1111100AB=00時(shí)，

14、110011011AB=01時(shí)，不能自啟動(dòng)；返回到S0狀態(tài)，100110100輸出方程1111100010但收費(fèi)結(jié)果錯(cuò)誤；AB=10時(shí)，返回到S2狀態(tài)，011001010011111但收費(fèi)結(jié)果錯(cuò)誤。改進(jìn)措施：可在電路中加上異步清零端RD，開始工作時(shí)在RD端加上低電平信號(hào)將電路清零。按如下狀態(tài)圖設(shè)計(jì)時(shí)序電路。000/0/0/0/0/0001010011100101/1解已給出最簡(jiǎn)狀態(tài)圖，若用同步方式：輸出方程00 01 11 1001 Y000001為方便，略去右上角 標(biāo)n。狀態(tài)方程00 01 11 1001 1010100100011例 3選用 JK 觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程約束項(xiàng)邏輯圖CP1KC1FF

15、1&1JY1J1KC1FF01KC1FF2&1J1&檢查能否自啟動(dòng)：110111000能自啟動(dòng)/0/1(Moore型)例4 設(shè)計(jì)一個(gè)帶進(jìn)位輸出的七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。解：1、邏輯抽象，得出電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。/1/0/0/0/0/0/0000010001101011100110電路的狀態(tài)M=7，取觸發(fā)器的個(gè)數(shù)n=32、狀態(tài)分配Q2Q1Q0/C3、選定觸發(fā)器的類型，求出電路的狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。根據(jù) 選擇JK觸發(fā)器組成這個(gè)邏輯電路，且所需觸發(fā)器的個(gè)數(shù)為3。由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可得到表示電路次態(tài)/輸出的卡諾圖如下所示。( )/1/0/0/0/0/0/00000100011010111001

16、100100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/1計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)位信號(hào)由電路的110狀態(tài)譯出0100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/101000111100100011狀態(tài)方程0100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/1010001111011100000100011110100/0/001/0101/0010/0110/0011/0000/101000111100010101輸出方程JK 觸發(fā)器的特性方程：狀態(tài)方程驅(qū)動(dòng)方程4、根據(jù)得到的方程式畫出邏輯

17、圖1KC1FF11JQ11KC1FF01JQ0CP111&C1KC1FF2&1JQ2&5、檢查設(shè)計(jì)的電路能否自啟動(dòng)無效狀態(tài) 111狀態(tài)方程001輸出方程0/1/0/0/0/0/0/0000010001101011100110111/0 能自啟動(dòng)1111111111111111CPC6、實(shí)際應(yīng)用1KC1FF11JQ11KC1FF01JQ0111&1KC1FF2&1JQ2&Ya+VCC顯示譯碼器YbYcYdYeYfYgA3A2A1A0000100102010301141005101611070001800105.2 計(jì)數(shù)器 (Counter)一、計(jì)數(shù)器的功能及應(yīng)用1. 功能：對(duì)時(shí)鐘脈沖 CP 計(jì)數(shù)

18、。2. 應(yīng)用：分頻、定時(shí)、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖和脈沖序列、進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等。二、計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)1. 輸入信號(hào)：計(jì)數(shù)脈沖 CPMoore 型2. 主要組成單元：時(shí)鐘觸發(fā)器三、 計(jì)數(shù)器的分類按數(shù)制分：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器N 進(jìn)制(任意進(jìn)制)計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)方式分：加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù) (Up-Down Counter)按時(shí)鐘控制分：同步計(jì)數(shù)器 (Synchronous )異步計(jì)數(shù)器 (Asynchronous )按開關(guān)元件分：TTL 計(jì)數(shù)器CMOS 計(jì)數(shù)器74161的狀態(tài)表 輸 入 輸 出 注CR LD CTP CTT CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1CO 0

19、 1 0 d3 d2 d1d0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 計(jì) 數(shù) 保 持 保 持 0清零置數(shù)CR = 1, LD = 1, CP，CTP = CTT = 1二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)CTPCTT = 0CR = 1，LD = 1，保持若 CTT = 0CO = 0若 CTT = 174163四、 集成二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器1. 集成 4 位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974161(3)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地引腳排列

20、圖邏輯功能示意圖74161Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPCR D0 D1 D2 D30 0 0 00 0 1 1 0 0 1 1CR = 0Q3 Q0 = 0000同步并行置數(shù)CR=1，LD=0，CP異步清零Q3 Q0 = D3 D0 1) 74LS161 和 74LS1632) CC4520VDD 2CR 2Q32Q22Q12Q02EN2CP1CP1EN1Q0 1Q1 1Q1Q31CR VSS1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9CC4520CC4520Q0 Q1 Q2 Q3EN CP CR使能端也可作計(jì)數(shù)脈沖輸入計(jì)數(shù)脈沖輸入也可作使能端異

21、步清零 輸 入 輸 出CR EN CPQ3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0加 計(jì) 數(shù)加 計(jì) 數(shù) 保 持 保 持 2. 集成 4 位二進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器1) 74191（單時(shí)鐘）74191Q0 Q1 Q2 Q3U/DLDCO/BOCPCTD0 D1 D2 D3RC加計(jì)數(shù)時(shí)CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0n并行異步置數(shù)減計(jì)數(shù)時(shí)CO/BO= Q3nQ2nQ1nQ0nCT = 1,CO/BO = 1時(shí)，1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974191D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC

22、 D0 CP RC CO/BO LD D2 D3LD CT U/D CP D3 D2 D1 D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 0 d3 d2 d1 d0 1 0 0 1 0 1 1 1 d3 d2 d1 d0加 法 計(jì) 數(shù) 減 法 計(jì) 數(shù) 保 持 1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974193D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO CO LD D2 D32) 74193(雙時(shí)鐘)CO74193Q0 Q1 Q2 Q3LDCPUCRD0 D1 D2 D3BOCPDCR LD CPU CPD D3 D2 D1

23、D0Q3n+1 Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1注 1 0 0 d3 d2 d1 d0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 d3 d2 d1 d0 加 法 計(jì) 數(shù) 減 法 計(jì) 數(shù) 保 持異步清零異步置數(shù)BO =CO=11 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874197CT/LD Q2 D2 D0 Q0 CP1 地VCC CR Q3 D3 D1 Q1 CP074197Q0 Q1 Q2 Q3CRCP1D0 D1 D2 D3CP0CT/LD五、 集成二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74197、74LS197計(jì)數(shù)/置數(shù)異步清零異步置數(shù)加法計(jì)數(shù)二 八 十六進(jìn)制計(jì)數(shù)二-八-十六

24、進(jìn)制計(jì)數(shù)器的實(shí)現(xiàn)M = 2計(jì)數(shù)輸出：M = 8計(jì)數(shù)輸出：Q1Q1Q21J1KC1FF2Q21Q31J1KC1FF3Q3111J1KC1FF1CP1CP011J1KC1FF0Q0Q0M = 16計(jì)數(shù)輸出：其它：74177、74LS177、74293、74LS293 等。六 、集成十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74160、741621 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974160(2)VCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTT LDCR CP D0 D1 D2 D3 CTP 地(引腳排列與74161相同)異步清零功能：(74162 同步清零)同步置數(shù)功能：同步計(jì)數(shù)功能：保持

25、功能：進(jìn)位信號(hào)保持進(jìn)位輸出低電平1. 集成十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器2. 集成十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器(1) 74190 (單時(shí)鐘，引腳與74191相同)異步并行置數(shù)功能：同步可逆計(jì)數(shù)功能：加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)保持功能：1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974191D1 Q1 Q0 CT U/D Q2 Q3 地VCC D0 CP RC CO/BO LD D2 D3(2) 74192 (雙時(shí)鐘，引腳與74193相同)1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 974193D1 Q1 Q0 CPD CPU Q2 Q3 地VCC D0 CR BO

26、CO LD D2 D3異步清零功能：異步置數(shù)功能：同步可逆計(jì)數(shù)功能：加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)保持功能1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 874290S9A S9B Q2 Q1 地VCC R0B R0A CP1 CP0Q0 Q3七、 集成十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器異步清零功能S9A S9BQ0 Q1 Q2 Q3R0B R0AM1=2M1 = 5CP0CP11 1 0 0 0 0異步置“9”功能 1 11 0 0 1異步計(jì)數(shù)功能M = 2M = 5M = 10CPCPCPCP5.2.4 N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器方法用觸發(fā)器和門電路設(shè)計(jì)用集成計(jì)數(shù)器構(gòu)成清零端置數(shù)端(同步、異步)一、利用同步清零或置數(shù)端獲

27、得 N 進(jìn)制計(jì)數(shù)思 路：當(dāng) M 進(jìn)制計(jì)數(shù)到 SN 1 后使計(jì)數(shù)回到 S0 狀態(tài)2. 求歸零邏輯表達(dá)式；1. 寫出狀態(tài) SN 1 的二進(jìn)制代碼；3. 畫連線圖。步 驟：例 用4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74163 構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。解：1. = 10112. 歸零表達(dá)式：3. 連線圖74163Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCPCTPD0 D1 D2 D3CR1&同步清零同步置零二、利用異步清零或置數(shù)端獲得 N 進(jìn)制計(jì)數(shù) 當(dāng)計(jì)數(shù)到 SN 時(shí)，立即產(chǎn)生清零或置數(shù)信號(hào)， 使返回 S0 狀態(tài)。（瞬間即逝）思 路：步 驟：1. 寫出狀態(tài) SN 的二進(jìn)制代碼；2. 求歸零邏輯表達(dá)式；3. 畫連線圖。例 用二-八-十六進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器74197構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74197Q0 Q1 Q2 Q3CP0D0 D1 D2 D3CRCPCP1LDCT/&狀態(tài)S12的作用：產(chǎn)生歸零信號(hào)異步清零異步置零三 計(jì)數(shù)容量的擴(kuò)展1. 集成計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)74161(1) Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ4 Q5 Q6 Q774161(0)Q0 Q1 Q2 Q3CTTLDCOCP CTP D0 D1 D2 D3CRQ0 Q1 Q2 Q3CP11111CO016 16 = 25674290(個(gè)位) Q0 Q1 Q2 Q3S9A S9B R