1,重点内容,时序逻辑电路的分析方法 若干常用时序逻辑电路集成计数器及其应用 时序逻辑电路的设计方法,第六章 时序逻辑电路,2,6.1 概述,一、特点：任一时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且还与电路原来的状态有关电路结构上的特点：1. 时序电路包含组合电路和存储电路两个组成部分，而存储电路必不可少2. 存储电路的输出状态必须反馈到输入端，与输入信号一起共同决定组合电路的输出3,X(x1，…，xi) — 输入信号,二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法,Z (z1，…，zk) — 存储电路的输入信号(驱动),Y(y1，…，yj) — 输出信号,Q(q1，…，qL) — 存储电路的输出信号,4,,,根据方程列出状态表,根据状态表画出状态图、时序图,总结电路的功能,时序电路分析：,根据给出的电路写出方程,5,三、分类,按照存储电路中触发器的动作特点不同，时序电路可以分成同步时序电路和异步时序电路两大类在同步时序电路中，所有触发器的状态变化都是在同一时钟信号作用下同时发生的而在异步时序电路中，各触发器状态的变化不是同时发生，而是有先有后根据输出信号的特点将时序电路分为：米利（Mealy）型和穆尔（Moore）型两大类。
Mealy: Y=F（X，Q）输出信号不仅取决于存储电路的状态，还取决于输入变量Moore: Y=F（ Q ）输出信号仅仅取决于存储电路的状态穆尔型电路只不过是米利型电路的特例而已6,如：P262 图6.2.1 同步Moore型时序电路P266 图6.2.3 同步Mealy型时序电路P270 图6.2.10 异步Moore型时序电路,时序电路在工作时是在电路的有限个状态间按一定的规律转换的，又将时序电路称为状态机时序电路的典型电路有：寄存器，移位寄存器，计数器等，其分析方法比组合电路更复杂些，要引进一些新方法7,6.2 时序逻辑电路的分析方法,6.2.1 同步时序逻辑电路的分析 分析: 给定电路→电路的逻辑功能即 找出电路的状态Q*和输出的状态Y在输入变量和时钟信号作用下的变化规律.,电 路,驱动方程,特性方程,输出方程,时钟方程,,,状态方程,,列 状 态 表,,画 状 态 图 、 时 序 图,总 结 逻 辑 功 能,,步骤：,8,例1. P262 6.2.1 同步Moore型时序电路 分析下图逻辑功能,输入端悬空时和逻辑1等效,特性方程:,,驱动:,输出方程: Y=Q2Q3,(2)求状态方程:,,解:(1)写方程:时钟: clk1=clk2=clk3=clk,,9,(3)由状态方程和输出方程求状态表,0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 10 0 1 0 11 0 1 1 1,111,000 0 0,1 11,00 00 0,1 1 1,0 0 00 0,1 1,0 0 0 0 0 0,状态表的另一画法：,,,,,,,10,(4)由状态表画出状态转换图：,,,,,,,,,,/0,,/0,,/0,,/0,,/0,,/0,,/1,,/1,功能：能自启动的Moore型七进制加法计数器。
有效状态，有效循环,无效循环,自启动,不能自启动,无效状态,,,,,,,“→”代表转换方向，输入变量写在斜线之上，输出写在斜线之下状态转换图可以更形象的表示时序电路的逻辑功能11,(5)时序图：在时钟脉冲序列作用下电路状态、输出状态 随时间变化的波形图叫做时序图．,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,12,例2 (P266) 分析下图时序逻辑电路的功能,写出电路的驱动方程,状态方程和输出方程,画出状态转换图,(1)写方程: 时钟：clk1=clk2=clk,特性：,输出：,驱动：,,（2）求状态方程,13,（3）由状态方程和输出方程求状态转换表,(4)状态图,0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 10 0 1 0 11 0 1 1 1,1 0 1 0 1 0 1 0,0 1 1 0 1 0 0 1,0 0 0 1 1 0 0 0,,14,另一种画法:,(5)功能：是一个同步四进制加减可控（逆）计数器A=0时，四进制加法计数A=1时，四进制减法计数 (6)时序图：（两个周期都要画出）,Q2Q1,A,15,因为异步时序电路中各个触发器状态变化的时刻不相同，时钟触发沿到来时触发器按照状态方程改变状态，而时钟触发沿没有到来的触发器则保持原来状态不变。
因此，与同步时序电路的分析相比，分析异步时序电路时必须找出每次状态转换时哪些触发器有时钟信号，哪些没有，没有时钟信号的触发器保持原来状态不变6.2.3 异步时序电路的分析方法,例：6.2.10 P270 Moore型异步时序电路的分析,,,16,分析：（1）写方程,（2）把驱动方程代入特性方程求出状态方程,输出方程： C=Q0Q3,特性方程：,,,,,(3)根据状态方程和输出方程求状态转换表,,C=Q0Q3,,,0 0 0 0 0 0 0 0 0000,11 1 1,1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0,0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0,0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0,0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0,18,(4)状态图 Q3Q2Q1Q0 /C,(5)总结功能 这是一个异步Moore型十进制加法计数器，能自启动19,或：,,,,,,,,,,,,,,C=Q0Q3,6.3.1寄存器和移位寄存器一、寄存器用于寄存一组二值代码的电路叫寄存器. 暂时存放因为一个触发器能存储 1位二值代码,所以用 N个触发器组成的寄存器能存储 N位二值代码。
用的最多的是D触发器，SR、JK 触发器也经常转换成D触发器，再组成寄存器6.3 若干常用的时序逻辑电路,例如：,clk=0 时，Q0、Q1保持不变 clk=1 期间，需要寄存的数据从D0D1送入Q0=D0，Q1=D1,21,图6.3.2-------74HC175 边沿D触发器组成的4位寄存器,P273 图6.3.1-------74LS75 同步D触发器组成的4位寄存器,22,二、移位寄存器 功能：⑴存储代码⑵移位：在移位脉冲作用下代码可依次左移或右移因此，移位寄存器不但可以用来寄存代码，还可以用来实现数据的串行-并行转换，数值的运算及数据处理等移位寄存器有单向移位寄存器和双向移位寄存器单向移位寄存器：,分析：CLK0=CLK1=CLK2=CLK3=CLK,D0=DI D1=Q0 D2=Q1 D3=Q2,Q*=D,23,,,CLK DI Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 1 0 1 0 4 1 1 0 1,送入数据1011,在CLK作用下，数据从左向右逐次移位。
1,0,1,1,24,4选1数据选择器：,,,,控制端,数据输入端,地址输入端,,,常用的集成4位双向移位寄存器是74LS194,双向移位寄存器,25,DIR:右移串行输入 DIL:左移串行输入 D0、D1、D2、D3:并行输入 S1S0:工作状态控制端 R'D:清零端 Q0Q1Q2Q3:并行输出端 CLK：移位脉冲，上升沿触发,74LS194,,,,,,26,集成双向移位寄存器74LS194功能表：,R'D S1 S0 工作状态0 × × 置零1 0 0 保持1 0 1 右移 1 1 0 左移1 1 1 并行输入,27,应用：1.用两片74LS194接成8位双向移位寄存器右移串行输入,左移串行输入,28,1. 按计数器中的触发器是否同时翻转分类，可把计数器分为同步和异步两类。
在同步计数器中，当时钟脉冲输入时触发器的翻转是同时发生的而在异步计数器中，触发器的翻转有先有后，不同时翻转3.按计数器中数字的编码方式分：二进制计数器、二－十进制计数器、循环码计数器等 4.按计数容量（即计数模）分类：有十进制计数器，十二进制计数器，六十进制计数器等等2. 按计数过程中计数器中的数字增减分类：,加法计数器：,减法计数器： 做依次递减计数,可逆计数器： 计数过程可增可减,,随计数脉冲的输入而做依次递增计数,6.3.2 计数器,用于对时钟脉冲计数，还可用于定时，分频，产生节拍脉冲，进行数字运算等29,电路的输出方程为：,触发器的驱动方程为：,代入Ｔ触发器的特性方程得电路的状态方程：,,,,一、 同步计数器 1. 同步二进制计数器,二进制 十进制,,30,可列出电路的 状态转换表：,31,画出电路的状态转换图,,功能： 同步4位二进制（16进制）加法计数器,32,电路的时序图,由时序图上可以看出，若计数输入脉冲的频率为f0，则Q0、 Q1、 Q2、 和Q3端输出脉冲的频率将依次为f0/2、 f0/4、 f0/8、和f0/16针对计数器的这种分频功能，也把它叫做分频器。
33,（１）同步4位二进制加法计数器74161,74161 为中规模集成的同步 4 位二进制加法计数器，具有二进制加法计数功能之外，还具有预置数、保持和异步置零等附加功能常用集成二进制计数器,,R'D：异步清零端 LD'：同步预置数端 EP,ET:工作状态控制端 CLK：计数脉冲 D0,D1,D2,D3:数据输入端 Q0,Q1,Q2,Q3：输出端 C：进位输出端,34,功能表：,R'D LD' EP ET CLK 工作状态 0 × × × × 异步清零0 × × 同步并行置数 1 1 1 1 加计数1 0 1 × 保持 1 1 × 0 × 保持（C=0),,,功能总结：74161 （74LS161）为异步清零、同步并行置数、同步16进制加法计数器；74LS163是同步清零、同步并行置数、同步16进制加法计数器。
同步,35,逻辑功能示意图,集成块外引线排列,74LS160:异步清零、同步并行置数、同步十进制加法计数器74LS162： 同步清零、同步并行置数、同步十进制加法计数器（计数工作原理和外引线排列与161相同）,74LS160,162,160，162,用T触发器接成的同步二进制减法计数器,同步二进制减法计数器的状态转换真值表,单时钟同步十六进制加/减计数器74LS191 有些应用场合要求计数器既能进行递增计数又能进行递减计数这就需要做成加/减计数器 74191还具有异步预置数功能 电路只有一个时钟信号输入端，电路的加减由U'/D的电平决定所以称这种电路结构为单时钟结构。