常用时序逻辑电路及实际有效应用

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1、第第1010章章 常用时序逻辑电路及其应用常用时序逻辑电路及其应用 10.1 10.1 寄存器寄存器 10.2 10.2 计数器计数器 2 2 集成计数器和移位寄存器的应用。集成计数器和移位寄存器的应用。 教学基本要求: 1 计数器、寄存器的功能及类型； 10.1 10.1 寄存器寄存器 寄存器寄存器 数码寄存器数码寄存器 移位寄存器移位寄存器 10.1.1 10.1.1 数码寄存器数码寄存器 图图10-1 10-1 四位数码寄存器四位数码寄存器 10.1.2 10.1.2 移位寄存器移位寄存器 单向移位寄存器单向移位寄存器 双向移位寄存器双向移位寄存器 移位寄存器移位寄存器 10.1.2.1

2、10.1.2.1单向移位寄存器单向移位寄存器 图图10-2 10-2 由由D D触发器组成的四位右移寄存器触发器组成的四位右移寄存器 图图10-3 10-3 四位左移寄存器四位左移寄存器 10.1.2.210.1.2.2集成双向移位寄存器集成双向移位寄存器74LS19474LS194 图图10-4 10-4 集成双向移位寄存器集成双向移位寄存器74LS19474LS194 同步 按数值增 减趋势 加计数器 Up Counter 减计数器 Down Counter 可逆计数器 Up/Down Counter 按FF状态 更新时刻异步 -所有FF的状态同时更新，共用一个CP -所有FF的状态不同时

3、更新，不共用一个CP 按状态变量使 用的编码 二进制计数器 Binary 二-十进制计数器 BCD N进制计数器 Another 计数器的分类 10.2 10.2 计数器计数器 10.2.1 10.2.1 二进制计数器二进制计数器 10.2.1.1 10.2.1.1 同步二进制计数器同步二进制计数器 1 1电路组成电路组成 图图10-5 10-5 三个三个JKJK触发器组成的同步二进制加法计数器触发器组成的同步二进制加法计数器 2 2工作原理工作原理 各位各位JKJK触发器的触发器的J J、K K端的逻辑表达式为端的逻辑表达式为 图图10-6 10-6 时序图时序图 图图 10-7 310-7

4、 3位二进制加法计数器的状态转换图位二进制加法计数器的状态转换图 10.2.1.2 10.2.1.2 异步二进制计数器异步二进制计数器 10-8 10-8 三位异步二进制加法计数器三位异步二进制加法计数器 各位各位JKJK触发器的触发器的J J、K K端的输入为：端的输入为： J0=K0=1 J1=K1=1 J2=K2=1J0=K0=1 J1=K1=1 J2=K2=1 图图10-9 10-9 工作波形图工作波形图 10-10 10-10 三位异步二进制减法计数器三位异步二进制减法计数器 10.2.1.3 10.2.1.3 集成二进制计数器集成二进制计数器 图图10-1110-11 a) 161

5、a) 161的逻辑电路图的逻辑电路图 图图10-11 7416110-11 74161的引脚图和符号的引脚图和符号 b) b) 引脚图引脚图 c)c)符号符号 10.2.2 10.2.2 同步十进制计数器同步十进制计数器 10.2.2.1 10.2.2.1 同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器 图图10-12 8421BCD10-12 8421BCD同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器 图图10-1310-13十进制加法计数器的有效状态图和工作波形十进制加法计数器的有效状态图和工作波形 10.2.2.2 10.2.2.2 集成十进制计数器集成十进制计数器 图图10-14 10-14 集

6、成同步十进制计数器集成同步十进制计数器74LS16074LS160 10.2.3 10.2.3 利用集成计数器构成利用集成计数器构成N N进制计数器进制计数器 在实际应用中，如果要设计各种进制的计数器，在实际应用中，如果要设计各种进制的计数器， 可以直接选用集成计数器，外加适当的电路连可以直接选用集成计数器，外加适当的电路连 接而成。接而成。 10.2.3.1 10.2.3.1 集成计数器容量的扩展集成计数器容量的扩展 N M 的情况 ： 采用多片采用多片MM进制计数器构成。进制计数器构成。 图图10-15 10-15 集成计数器的级连集成计数器的级连 图图10-1510-15所示是把两片所示

7、是把两片7416174161级联起来构成的级联起来构成的256256 进制同步加法计数器。进制同步加法计数器。 10.2.3.210.2.3.2用反馈清零法获得任意进制计数器用反馈清零法获得任意进制计数器 图图10-1610-16所示的九进制计数器所示的九进制计数器, ,就是借助就是借助7416174161的异步清的异步清 零功能实现的。零功能实现的。 图图10-1710-17所示电路是该九进制计数器的主循环状态图。所示电路是该九进制计数器的主循环状态图。 教学基本要求: 1 1触发器的结构类型和功能分类及触发器的结构类型和功能分类及 触发器功能间的相互转换；触发器功能间的相互转换； 2 2

8、时序逻辑电路的特点及功能表示时序逻辑电路的特点及功能表示 方法；方法； 3 3时序逻辑电路的分析方法和设计时序逻辑电路的分析方法和设计 方法方法. . 9.1 9.1 触发器触发器 特点：特点： 1. 1. 有有两个稳定状态两个稳定状态“0”态态和“1”态； 2. 能根据输入信号将触发器置成能根据输入信号将触发器置成“ “0”0”或或“ “1”1”态态； 3. 3. 输入信号消失后，被置成的输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能保存态能保存 下来，即具有记忆功能。下来，即具有记忆功能。 触发器触发器是一种具有记忆功能是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能的逻辑单元电路，它能 储存一位二进制

9、码储存一位二进制码, ,是构成时序电路的基本逻辑单元。是构成时序电路的基本逻辑单元。 9.1.1 RS9.1.1 RS触发器触发器 9.1.1.1 9.1.1.1 基本基本RSRS触发器触发器 图9-1 基本RS触发器 a) 逻辑图 b） 逻辑符号 表表9-1 9-1 基本基本RSRS触发器的状态表触发器的状态表 SDRDQ 100 011 11不变变 00不允许许 从上述可知：基本从上述可知：基本RSRS触发器有两个稳定状态触发器有两个稳定状态置位状态和置位状态和 复位状态，并具有接收输入信号以及存储或记忆的功能，其复位状态，并具有接收输入信号以及存储或记忆的功能，其 状态表见表状态表见表9

10、-19-1。 9.1.1.2 9.1.1.2 可控可控RSRS触发器触发器 图9-2 可控RS触发器 a） 逻辑图 b） 图形符号 触发器的输出状态与触发器的输出状态与R R、S S端输入状态的关系列在表端输入状态的关系列在表9-29-2中。中。 表表9-2 9-2 可控可控RSRS触发器的状态表触发器的状态表 S RS RQQn+1 n+1 0 00 0QQ n n 0 10 1 0 0 1 01 0 1 1 1 11 1不允不允许许许许 9.1.2 JK9.1.2 JK触发器和触发器和D D触发器触发器 9.1.2.1 JK9.1.2.1 JK触发器触发器 图9-3 主从型JK触发 a）

11、逻辑图 b） 逻辑符号 反映反映JKJK触触发发发发器的器的 和和 、J、K之间间的逻辑逻辑 关系的 状态表，如表9-3所示。 表表9-3 JK9-3 JK触发器的状态表触发器的状态表 J K QnQn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 JKJK触发器的特性方程为触发器的特性方程为 Qn+1 = J + CP下降沿到来后有效 9.1.2.2 D9.1.2.2 D触发器触发器 图图9-4 D9-4 D触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号 表表9-4 D9-4 D触发器的状态表触发器的状态表 D D QQ

12、n+1 n+1 0 0 1 1 0 0 1 1 D D触发器的特性方程为触发器的特性方程为 = CP CP上升沿到来后有效上升沿到来后有效 9.1.3 9.1.3 触发器功能间的相互转换触发器功能间的相互转换 图图9-5 9-5 转换示意图转换示意图 转换的方法有多种，常用的一种方法为公式法转换的方法有多种，常用的一种方法为公式法 9.1.3.1 9.1.3.1 将将JKJK触发器转换为触发器转换为D D触发器触发器 JKJK触发器的特性方程为触发器的特性方程为 图图9-6 JK9-6 JK触发器转换成触发器转换成D D触发器的逻辑图触发器的逻辑图 = J= J + + 与与JKJK触发器的特

13、性方程联立求解，得触发器的特性方程联立求解，得 待求的待求的D D触发器的特性方程为触发器的特性方程为 = D 9.1.3.2 D9.1.3.2 D触发器转换为触发器转换为JKJK触发器触发器 D D触发器的特性方程触发器的特性方程 待求的待求的JKJK触发器的特性方程触发器的特性方程 比较两特性方程得转换的逻辑图如图比较两特性方程得转换的逻辑图如图9-79-7所示所示 。 图图9-7 D9-7 D触发器转换为触发器转换为JKJK触发器的逻辑图触发器的逻辑图 9.1.3.3 JK9.1.3.3 JK触发器转换为触发器转换为T T触发器触发器 图图9-8 JK9-8 JK触发器转换为触发器转换为

14、T T触发器的逻辑图触发器的逻辑图 9.2 9.2 时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法 9.2.1 9.2.1 时序逻辑电路的特点及其分类时序逻辑电路的特点及其分类 (1)(1)从功能上看，它的输出不仅与当时的输入有关，还与从功能上看，它的输出不仅与当时的输入有关，还与 当时电路的状态（也就是过去的输入）有关；当时电路的状态（也就是过去的输入）有关； (2)(2)从组成结构上看，一定存有记忆元件，也就是含有触发器。从组成结构上看，一定存有记忆元件，也就是含有触发器。 时序电路 时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点 时序逻辑电路的分类时序逻辑电路的分类 同步： 存储电路里所有触发器有一

15、个统一的时钟源 异步： 没有统一的时钟脉冲 9.2.2 9.2.2 同步时序逻辑电路分析的基本步骤同步时序逻辑电路分析的基本步骤 (1)(1)写出有关方程写出有关方程 (2)(2)求电路的状态方程求电路的状态方程 （3 3）进行计算，列出状态转换表）进行计算，列出状态转换表 （4 4）根据状态表画出状态转换图或时序图）根据状态表画出状态转换图或时序图 （5 5）根据状态图分析电路的功能）根据状态图分析电路的功能 9.2.3 9.2.3 同步时序逻辑电路的分析示例同步时序逻辑电路的分析示例 例例9-19-1 试分析图试分析图9-99-9所示的时序逻辑电路。所示的时序逻辑电路。 进行计算，列状态表进行计算，列状态表 表表9-5 9-5 例例9-19-1的状的状态转换态转换态转换态转换 表表 Z Z 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 由状由状态态态态表画状