第六時序邏輯電第六時序邏輯電主要要求熟練掌握時序邏輯電路的描述方法掌握時序邏輯電路的分析方法、設計方法掌握移存器、計數器、序列信號發生器等典型時序邏電路的功能和應用概述一、時序邏概述一、時序邏輯電路的特 功能上：任一時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態有關例：串行加法器的第i位電路2.電路結構①包含存儲電路和組合電②存儲器狀態和輸入變量共同決定輸二、時序二、時序邏輯電路的分 1.同步時序電同步：電路中所有觸發器使用同一時鐘脈沖各觸發器狀態同時發生變化2.異步時序電異步：各觸發器的時鐘脈沖不統一,觸發器狀變化的時間也不一致三、時序三、時序邏輯電路的結構與功能描述方時序邏輯電路可以用三個方程組來描時序邏輯電路可以用三個方程組來描述Z=1、驅動方=2、狀態方Y=3、輸出方（驅動方程代入觸發器特性方程得到狀態方程（觸發器的輸入表達式時序電路的時序電路的分析方同步時序電路的分析方①驅動方程②狀態方程3.狀態轉換圖（檢查是否可以自啟動4.時序5.說明邏輯功能和特分析：找出給定時序電路的邏輯功即找出在輸入和CLK作用下，電路的次態和輸出例1：分析圖示電路的邏輯功能一、列方1.驅動方2.狀態方將驅動方程代JK例1：分析圖示電路的邏輯功能一、列方1.驅動方2.狀態方將驅動方程代JK觸發器的特性方=Q*JQ￠K，得狀態方程=KKQ212 Q1*=(Q2Q=Q= 32*=QQ￠+QQ2 Q*=QQQ￠+Q 3.輸出方Y= 二、寫狀態轉換Q1*=(Q2Q3Y=Q寫出狀態轉換由狀態方 2 Q2Q+Q狀態轉換分析邏輯功或簡邏輯功能七進制計數器Y是進位二、寫狀態轉換Q1*=(Q2Q3Y=Q寫出狀態轉換由狀態方 2 Q2Q+Q狀態轉換分析邏輯功或簡邏輯功能七進制計數器Y是進位信號無效狀 321Y0 00100 01000 01100 10001 10101 11001 00011 0001Y00000100102010030110410005101061101700000111110000狀態轉換狀態轉換能夠自啟動Y000001001020100301104100051010611017000狀態轉換狀態轉換能夠自啟動Y00000100102010030110410005101061101700000111110000三、畫狀態轉換時序狀態轉時序狀態轉換注：時序圖只畫出有效循環狀態四、作時序例2：試分析時序邏輯電路的邏輯功能1.列方 =例2：試分析時序邏輯電路的邏輯功能1.列方 =D1⑴驅動方=AˉQ1ˉQ2=AQQ+ +AQ +AQ 21 Q*=AˉQˉ 122AQ1Q2)]=2￠⑶輸出方⑵狀態方2.列狀態轉換 Q1*=Q⑵狀態方2.列狀態轉換 Q1*=QQ*Q* Q2*=AˉQ1ˉ1A2⑶輸出方01Y=2+3.狀態轉換 邏輯功能可控4進制計數異步時序邏輯電路的分析方1.列方 異步時序邏輯電路的分析方1.列方 J0===K2K=Q*=Q'⑴驅動方程===222Q*=Q'Q'⑵狀態方J1 1=Q 3C=⑶輸出方各觸發器的時鐘不同時發生⑵狀態方Q3*=Q3clkclk=⑵狀態方Q3*=Q3clkclk==Q*=Q'其中22122Q1*=Q'Q'=310=Q狀態從1變到0的時候clk時鐘觸clk為1或0表示此時刻是否有時鐘觸⑶輸出方C=2.列狀態轉換態時鐘信 clk3clk2clk1Q* Q* Q* Q* 0000 1000100011001000101001100111010001001010101012.列狀態轉換態時鐘信 clk3clk2clk1Q* Q* Q* Q* 0000 100010001100100010100110011101000100101010101101100110101110111110001000110011001100001010 110111011101001100111011101101001110111111111100003.狀態轉3.狀態轉換 能夠自啟動邏輯功能：10制加法計數4.時序 4.時序 5.邏輯功能描并具有自啟動能力123456789作業6.3、作業6.3、6.5、若干常用時序邏輯若干常用時序邏輯電 6.3.2計數應用：用于計數、分頻、定時、產生節拍脈沖分類：按時鐘分，同步、異按計數過程中數字增減分，加、減和可按計數器中的數字編碼分，二進制、二-十進和循環碼按計數容量分，十進制，六十進制 1、同步二進制加法 1、同步二進制加法計數原理：根據二進制加法運算則可知：在多位二進制數由此得出規律，若用T觸發器成計數器，則第i位觸發輸入端Ti的邏輯式應為T0”一、同步計數狀態轉狀態轉換邏輯功能：4位同二進制加法計數時序波形123456789tt101001t0tttC100001時序波形123456789tt101001t0tttC1000010000110101時序分析功這是二進制時序分析功這是二進制加法計數器計數器的另一個作用是分頻若CLK的頻率則Q0端輸出脈沖頻率為1/2Q0端為二分頻同理Q1、Q23端分別為四分頻八分頻和十六分頻端 2、同步 2、同步二進制減法計數原理：根據二進制減法運算規則第i位應翻轉由此得出規律，若用T觸發器成計數器，則第i位觸發器入端Ti的邏輯式應為Ti=2T0”二進制計數①二進制計數①異步二進制加計數在末位+1時，原則：每1位從步計數②異步二②異步二進制減計數在末位+1時，從原則：每1位向高位發出借位，使高位翻轉2、異步十進制加法計數原理2、異步十進制加法計數原理912356784要跳1010－1111這六個狀態分析時要從JK和時鐘clk方面考慮器件器件實例：二－五－十進制異步計數器4位同步二進制計數RD 工作狀X0X 0（4位同步二進制計數RD 工作狀X0X 0（異步10 預置數（同步X11 保持（包括X11 保持11 計4位同步十進制計數集成同步十進制加法計數器74LS160。電路框圖、功能和74LS1614位同步十進制計數集成同步十進制加法計數器74LS160。電路框圖、功能和74LS161相同，但輸出只有0000－1001十個穩定狀態RD 工作狀X0X 0（異步10 預置數（同步X11 保持（包括X11 保持11 計將已有的N進制芯片，組成將已有的N進制芯片，組成M進制計數器，是常用的方法N>N<有兩種情況M進N進三、任意進制計數器的構成方1、N1、N> 原理：計數循環過程中設法跳過N-M個狀態具體方法：置零法和置數法兩種（1）置零（利用RD端例：將十進制的74160接成六進制計數RD 工作狀X0X例：將十進制的74160接成六進制計數RD 工作狀X0X 0（異步10 預置數（同步X11 保持（包括X11 保持11 計例：將十進制例：將十進制的74160接成六進制計數異步置零實際中包括0101這個狀態嗎這是個幾進制計數器異步置零清異步置零清零信號取狀缺點：置0缺點：置0信號作用時間改進電a）進位置補（（2）a）進位置補（（2）置數法（利端（b）任意置數例：將74161接成六進制計數（a）進位置補1010～1111（6）補例：將十六例：將十六進制的74161接成六進制計數（a）進位置補（6）補為什么要加非門例：將十六例：將十六進制的74161接成六進制計數（b）任意置數2.N<M先2.N<M先用前面的方法分別接成N1和N2兩個計數器1和2間的連接有兩種方式并行進位方式：用同一個CLK，低位片的進位輸作為高位片的計數控制信號（如74160的EP和ET）串行進位方式：低位片的進位輸出作為高位片CLK，兩片始終同時處于計數狀態例：用74160接成100進4位同步二進制計數器74160功能CEP、ET同為1時，計數例：用74160接成100進4位同步二進制計數器74160功能CEP、ET同為1時，計數RD 工作狀X0X 0（異步10 預置數（同步X11 保持（包括X11 保持11 計例：用兩片160例：用兩片160接成100進制計數并行進位為什么要加非門串行進位如何接成35進制計數器M不可M不可分采用整體置零和整體置數法先用兩片接成M’>M的計數然后再采用置零或置數的方例：用74160接成例：用74160接成29進制計數整體置（異步整體置（同步討論討論分析圖示電路，說明它是幾進制計數器五進制計數討論分析討論分析圖示電路，說明它是幾進制計數器七進制計數十一進制計數討論分析討論分析圖示電路，說明它是幾進制計數器4096進制計數如果改為74160呢討論討論分析圖示電路，說明它是幾進制計數器174進制計數討論討論分析圖示電路，說明它是幾進制計數器92進制計數計數器應用舉例－－電子表電秒顯計數器應用舉例－－電子表電秒顯724進制計數60進制計數60進制計數CP為秒脈沖(周期為1秒 分顯小時顯00~23小作業6.11、6.12作業6.11、6.12、6.136.15、6.18、若干常用時序邏輯若干常用時序邏輯電寄存器和移位寄存①用于寄存N位二值代碼，N位寄存器由N個觸發組成②要求每個觸發器都可置1或置0一、寄存器4位寄存744位寄存74LS4位寄存74LS二、移位寄存 所二、移位寄存 所謂“移位”，就是將寄存器所存各位數據，存器雙向移位寄存器三種雙寄存左寄存右寄存用D觸發器構成的移用D觸發器構成的移位寄存11101用JK用JK觸發器構成的移位寄存器件實器件實集成移位寄存器74194A是4位通用移存器，具有左移、右移、并行置數、保持清除等多種功能集成移位寄存器工作狀態移集成移位寄存器工作狀態移位脈沖輸入端，上升沿觸右移、左移串行數碼輸入S1、異步清0端，低電平有工作方式控制 工作狀0 置1 保1 右1 左1 并行輸用兩片74LS194A用兩片74LS194A接成8位雙向移位寄存擴展應用（四 八位移位寄存器型計數回顧移位移位寄存器型計數回顧移位寄存移位寄存器的狀態變化規律是=01=i怎樣接成計數器移位寄存器型計數1.環形計數狀態方移位寄存器型計數1.環形計數狀態方=32=21==1003電路狀態利用率太低怎樣提高電路狀態利用率狀態方=32=21=狀態方=32=21=10=Q03此電路能自起動嗎2.扭環形計數移存型計數器移存型計數器自啟動的設D1=F(Q1,Q2...Qn-只能設計例：設計能自啟動的模3環形計數只能設計次態K例：設計能自啟動的模3環形計數只能設計次態K11000000Q2Q00D1=Q2'狀態方Q3*=Q2Q2*=0101001Q1Q*Q* Q*=Q'Q1 例：設計能自啟動的模6紐環計數只能設計D1=Q1*=Q3'+Q2'例：設計能自啟動的模6紐環計數只能設計D1=Q1*=Q3'+Q2'QQ2210111010QQ3狀態方3001=132=2*1Q*Q*=Q3'+Q2' 1討論用移討論用移位寄存器74194和邏輯門組成的電路如圖所示設74194的初始狀態Q3Q2Q1Q0=0010,試畫出各輸出Q3、Q2、Q1、Q0和L的波形作業6.10、作業6.10、序列信號發生序列信號發生在數字系統中經常需要一些串行周期性信號，0和1數碼按一定的規律順序排列每個循環周期中稱為序列信號序列信號在通信、雷達、遙控、遙測等領域有著泛的應用。產生序列信號的電路稱為序列信號發生器設計給定序列信號的電路，一般有兩種結構形式移存型序列信號發生器和計數型序列信號發生器 移存型序列信號發生例：設計一個序列信號發生器電路，使之在一系列CLK脈沖的作用下能周期性的輸出“01000的序列信號。解：序列信號長度m=8，由此確定移位寄存器的位數為3,列出狀態轉換表0 移存型序列信號發生例：設計一個序列信號發生器電路，使之在一系列CLK脈沖的作用下能周期性的輸出“01000的序列信號。解：序列信號長度m=8，由此確定移位寄存器的位數為3,列出狀態轉換表0123456789001011101011101011100移位寄存器只需設計125376400001010101=QQ+'Q+'0 02120D0=Q2Q1'Q0+Q2'Q1+Q2'Q0狀態轉換D0=D0=Q2Q1'Q0+Q2'Q1+Q2'畫出電路圖（用D觸發器實輸出信號可以Q1或Q2端取嗎 2.計數 2.計數型序列信號發生 電路由兩部分構例：設計產生序列信號的發生器電路解：根據序列信號的長度可選用二進制計數解：根據序列信號的長解：根據序列信號的長度m=7，可用二進制計數器和一個8選1數據選擇器組成 01 1 1 0 0 1 1110011用二進制計數器74LS161和用二進制計數器74LS161和74LS138譯碼器組成OUT=m1+m2+m3+m6+=(2367 01 1 1 0 0 1 1110011用二進制計數器74LS161用二進制計數器74LS161和門電路組成 01 1 1 0 0 1 1110011時序邏輯電路的時序邏輯電路的設計方同步時序邏輯電路的設計方設計步驟進行狀態編的狀態數例：用JK觸發器設計一個模5計數器利用次態K圖（1例：用JK觸發器設計一個模5計數器利用次態K圖（1）建立狀態轉換編C（2）用K圖的形式描述狀010xC0x0x0100101C=Q*Q* （3）由狀態方程求出驅動方000x1x0x*Q3= 001 00001=JQ'（3）由狀態方程求出驅動方000x1x0x*Q3= 001 00001=JQ'+K'3 =3K3=Q*Q* 3100x0x1x001x0x1xQ3010112=Q'Q=QQ'+Q'1312 12=JQ'+K'=JQ'+K'1 1K1=12 22J2=K2=J1=(4)檢查自啟=QQQ3 (4)檢查自啟=QQQ3 =QQ'+Q'2 12=Q'Q131可以自啟 （5）畫邏輯=（5）畫邏輯=====由驅動方程畫出電路=C=例：設計一個串行數據檢測器，要求在例：設計一個串行數據檢測器，要求在連續輸入三個或三用X表示輸入數據，用Y表示輸出（檢測結果收到一個1后的狀態初始狀態，電路還未收到收到兩個1后的狀態收到三個1后的狀態狀二、狀態二、狀態化三、狀三、狀態編取n=2,令S0、S1、S2為00、01、次態卡諾Y次態卡諾Y01Y=Q1*=XQ1+Q0*=XQ1'四、選用JK觸發器，求驅動方程Q1*=XQ1+由*由 =四、選用JK觸發器，求驅動方程Q1*=XQ1+由*由 =XQ'Q010*Q*Q=+XQ0(Q+Q1'=XQ1'Q1=(1')Q0'+1'=( )Q1'+(X)'Q00得J=得J=XQ1001K1=K0 =Y=XQ輸出方五、檢查電路能否自啟將五、檢查電路能否自啟將狀態代入狀態方程和輸出方程，分求出X=0/1下的次態和現態下的輸出，得到X0時，Q*Q*00= X時，Q*Q*10= 能自啟六、畫邏輯J1=六、畫邏輯J1=J0 =Y=K=1K0=1時序邏輯時序邏輯電路的自啟動設例：設計一個七進制計數器，要求它能夠自啟動已知該計數器的狀態轉換圖及狀態編碼如圖示檢查自啟=ˉ123=檢查自啟=ˉ123=21不能自啟要修改設=32213=ˉ=ˉ123123=Q+Q=ˉ=ˉ123123=Q+Q'Q=212321==3232213根據狀態方=ˉ123=根據狀態方=ˉ123=+Q'Q2123=32畫出狀態可以自啟由狀態方得到驅動方=ˉJ