數字電子技術基礎閻石主編（第五版）信息科學與工程學院基礎部06.3若干常用的時序邏輯電路6.3.1寄存器和移位寄存器【】內容回顧二、移位寄存器（代碼在寄存器中左/右移動）具有存儲+移位功能一、數碼寄存器1Q0Q1Q2Q3DIRD0D1D2D3DIL74LS194AS1S0CLKRD雙向移位寄存器74LS194A的邏輯符號及功能表（a）邏輯圖形符號工作狀態0××直接清零100001111111保持右移左移并行輸入（b）功能表R￠DS1S0R￠D結論：清零功能最優先（異步方式）。移位、并行輸入都需CLK的↑到來（同步方式）2t1t2t3t4P276例6.3.1Y=M*8+N*2低位輸出

高位輸出

3DC1QQ￠DC1QDC1QDC1QCLKQ1Q2Q0Q3移位寄存器型計數器電路的一般結構反饋邏輯電路D0Q￠Q￠Q￠其反饋電路的表達式為移位寄存器型計數器的結構可表示為圖所示的框圖形式。6.3.2計數器環形計數器是反饋函數中最簡單的一種，其D0=Q3五、移位寄存器型計數器41.環形計數器（P305）電路如圖所示，將移位寄存器首尾相接，則在時鐘脈沖信號作用下，數據將循環右移。6.3.2計數器5設初態為Q0Q1Q2Q3=1000,則其狀態轉換圖為6.3.2計數器注：此電路有幾種無效循環，而且一旦脫離有效循環，則不會自動進入到有效循環中，故此環形計數器不能自啟動，必須將電路置到有效循環的某個狀態中。6DC1QQ￠DC1QDC1QDC1QCLKQ1Q2Q0Q3能自啟動的環形計數器電路反饋邏輯電路Q￠Q￠Q￠6.3.2計數器加了反饋邏輯電路的能自啟動的環形計數器的電路其狀態方程為7則可畫出它的狀態轉換圖為6.3.2計數器有效循環1.環形計數器結構簡單，不需另加譯碼電路；2.環形計數器的缺點是沒有充分利用電路的狀態。n位移位寄存器組成的環形計數器只用了n個狀態，而電路共有2n個狀態。8環扭形計數器（也叫約翰遜計數器），其D0=Q

36.3.2計數器其狀態轉換圖為此電路不能自啟動！！！2.扭環形計數器9為了實現自啟動，則將電路修改成如圖所示電路。6.3.2計數器DC1QQ￠DC1QDC1QDC1QCLKQ1Q2Q0Q3可以自啟動的扭環形計數器電路Q￠Q￠Q￠10其狀態轉換表為6.3.2計數器DC1QQ￠DC1QDC1QDC1QCLKQ1Q2Q0Q3可以自啟動的扭環形計數器電路Q￠Q￠Q￠116.3.2計數器a.n位移位寄存器構成的扭環型計數器的有效循環狀態為2n個，比環形計數器提高了一倍;b.在有效循環狀態中，每次轉換狀態只有一個觸發器改變狀態，這樣在將電路狀態譯碼時不會出現競爭－冒險現象;c.雖然扭環型計數器的電路狀態的利用率有所提高，但仍有(2n－2n)個狀態沒有利用。

扭環型計數器的特點12六、計數器的應用1.用計數器實現順序脈沖發生器（P311）順序脈沖發生器(節拍發生器)是把輸入的脈沖序列變換成一組在時間上有一定先后順序出現的脈沖信號的電路.可由計數器和譯碼器組合而成.在一些數字系統中，有時需要系統按照事先規定的順序進行一系列的操作，這就要求系統的控制部分能給出一組在時間上有一定先后順序的脈沖信號，能產生這種信號的電路就是順序脈沖發生器。13CLK2134567891014在數字信號的傳輸和數字系統的測試中，有時會用到一組特定的串行數字信號，如00010111（時間順序為由左而右）等，這種串行數字信號叫做序列信號。序列信號發生器是能夠循環產生一組或多組序列信號的時序電路，它可以用計數器和數據選擇器實現，也可采用帶反饋邏輯電路的移位寄存器構成。六、計數器的應用2.序列信號發生器

1500010111（時間順序為由左而右）16序列信號輸出為0011011117六、計數器的應用3.用計數器實現數字頻率計18六、計數器的應用3.用計數器實現數字頻率計196.4.1同步時序邏輯電路的設計方法步驟：一、邏輯抽象，得出電路的狀態轉換圖或狀態轉換表1.分析給定的邏輯問題，確定輸入變量、輸出變量以及電路的狀態數。通常取原因（或條件）作為輸入邏輯變量，取結果作輸出邏輯變量；2.定義輸入、輸出變量的邏輯狀態和每個電路狀態的含義，并將電路狀態順序編號；3.按照題意列出電路的狀態轉換表或畫出電路的狀態轉換圖。6.4時序邏輯電路的設計方法20二、狀態化簡

若兩個電路狀態在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉換到同樣的一個狀態去，則稱這兩個狀態為等價狀態。等價狀態可以合并，這樣設計的電路狀態數少，電路越簡單。6.4.1同步時序邏輯電路的設計方法三、狀態分配(狀態分配也叫狀態編碼)a.確定觸發器的數目n；b.確定電路的狀態數M

，應滿足2n－1<M≤2n;c.進行狀態編碼，即將電路的狀態和觸發器狀態組合對應起來。21a.選定觸發器的類型；b.由狀態轉換圖（或狀態轉換表）和選定的狀態編碼、觸發器的類型，寫出電路的狀態方程、驅動方程和輸出方程。五、根據得到的方程式畫出邏輯圖六、檢查設計的電路能否自啟動若電路不能自啟動，則應采取下面措施：a.通過預置數將電路狀態置成有效循環狀態中；b.通過修改邏輯設計加以解決。四、選定觸發器的類型，求出電路的狀態方程、驅動方程和輸出方程6.4.1同步時序邏輯電路的設計方法22同步時序邏輯電路設計過程框圖如圖6.4.1所示。6.4.1同步時序邏輯電路的設計方法組合邏輯電路設計過程框圖23【例1】

用JK觸發器設計一個六進制同步計數器。

(1)原始狀態轉換圖（邏輯抽象）S0S1S2S5S4S3000001(2)狀態分配取二進制自然碼順序得到狀態轉換圖。000001010101100011000001根據設計要求，設定狀態，畫出狀態轉換圖。該狀態圖不需化簡。24000001010101100011000001(3)求方程Q2Q1Q00001111001

XXX/X

100/0101/0000/1011/0001/0010/0XXX/X

填次態卡諾圖Q2*Q1*Q0*/C的卡諾圖25Q2Q1Q00001111001

XXX/X

100/0101/0000/1011/0001/0010/0XXX/X

Q2Q1Q00001111001

X

110000X

Q2*的卡諾圖Q2*Q1*Q0*/C的卡諾圖26Q2Q1Q00001111001

XXX/X

100/0101/0000/1011/0001/0010/0XXX/X

Q2Q1Q00001111001

X

000101X

Q1*的卡諾圖Q2*Q1*Q0*/C的卡諾圖27Q2Q1Q00001111001

XXX/X

100/0101/0000/1011/0001/0010/0XXX/X

Q2Q1Q00001111001

X

010110X

Q0*的卡諾圖Q2*Q1*Q0*/C的卡諾圖28Q2Q1Q00001111001

XXX/X

100/0101/0000/1011/0001/0010/0XXX/X

Q2Q1Q00001111001

X

001000X

C的卡諾圖Q2*Q1*Q0*/C的卡諾圖29選用J、K觸發器30(4)畫邏輯圖1JC11KC11KFF1FF0Q0Q1CLKC11KFF2CQ21J1J31(5)檢查自啟動將無效狀態110和111分別代入狀態方程和輸出方程，得110→111→00000因為000是有效狀態，所以電路能自啟動。0000010101011000110000011101110032該電路的輸入變量為X，代表輸入串行序列，輸出變量為Z，表示檢測結果。【例2】試用JK觸發器完成“111”序列檢測器設計。若輸入三個連續的1輸出為1，否則輸出為0。(P319)建立原始狀態圖和原始狀態表S0：初始狀態，表示電路還沒有收到1或連續的1。S1：表示電路收到了一個1的狀態。S2：表示電路收到了連續兩個1的狀態。S3：表示電路收到了連續三個或三個以上1的狀態。33輸入X 101100111011110輸出Z000000001000110設電路開始處于初始狀態為S0。第一次輸入1時，由狀態S0轉入狀態S1，并輸出0；若繼續輸入1，由狀態S1轉入狀態S2，并輸出0；如果仍接著輸入1，由狀態S2轉入狀態S3，并輸出1；此后若繼續輸入1，電路仍停留在狀態S3，并輸出1。電路無論處在什么狀態，只要輸入0，都應回到初始狀態，并輸出0，以便重新計數。S0S1S2S31/0X/Z1/01/11/10/00/00/00/0畫原始狀態圖34S0S1S2S31/0X/Z1/01/11/10/00/00/00/0若兩個電路狀態在相同的輸入下有相同的輸出，并且轉換到同樣的一個狀態去，則稱這兩個狀態為等價狀態。S

2，S

3為等價態S0S1S21/0X/Z1/01/10/00/00/0狀態化簡35S00/0S10/0X/ZS21/01/10/01/0S0S1S21/0X/Z1/01/10/00/00/0狀態化簡36狀態分配該時序電路共有三個狀態，采用兩個JK觸發器，取S0=00,S1=10，S2=11。填次態卡諾圖000/0100/0X/Z111/01/10/01/0XQ1Q00001111001

11/1

00/010/0XX/X00/000/0XX/X

11/0

Q1*Q0*/C的卡諾圖37求狀態方程和輸出方程XQ1Q00001111001

11/1

00/010/0XX/X00/000/0XX/X

11/0

38檢查自啟動010/01/10010111/0X/ZQ1Q00/00/01/10/01/039畫出邏輯圖1JC11K1JC11KFF0ZFF1Q1Q0CLKX40*6.4.2時序邏輯電路的自啟動設計在前面的同步時序電路設計中，電路的自啟動檢查是在最后一步進行的，如果不能自啟動，還要返回來從新修改設計。如果在設計過程中能夠考慮自啟動的問題，就可以省略檢查自啟動這一步驟了。例6.4.4設計一七進制計數器，要求它能夠自啟動。已知該計數器的狀態轉換圖如圖所示。解：由所給的狀態圖得出電路狀態轉換表表6.4.1所示001100010101110111011/0/0/0/0/0/0/1321QQQ/C七進制計數器的狀態轉換圖41次態的卡諾圖為*6.4.2時序邏輯電路的自啟動設計Q1Q2Q33*Q2*Q1*Q001100100001101001100111111110111011101001C0000010狀態轉化表001100010101110111011/0/0/0/0/0/0/1321QQQ/C七進制計數器的狀態轉換圖Q1Q2Q30001111001

011/1

001/0010/0110/0101/0XXX/X100/0

111/0

42次態的卡諾圖為*6.4.2時序邏輯電路的自啟動設計Q1Q2Q30001111001

011/1

001/0010/0110/0101/0XXX/X100/0

111/0

43則輸出端的狀態方程為由于進位信號是在011狀態譯出，故輸出方程為*6.4.2時序邏輯電路的自啟動設計44前面所得的電路狀態方程都是沒包含×，也就是將它取成000,仍是無效狀態，電路則不會自啟動。即000態的次態仍為000注意：在上述合并1中，如果將×項圈入，則當作1處理；否則作0處理。這就是無形中給無效狀態（×）指定了次態。如果想電路自啟動，必須是無效