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1、第六章 时序逻辑电路,6.2 时序逻辑电路的一般分析方法,6.3 计数器,6.4 数码寄存器与移位寄存器,6.5 时序逻辑电路的设计方法,6.1 时序逻辑电路的基本概念,6.1 时序逻辑电路的基本概念,一、 时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。时序电路的特点：（1）含有记忆元件（最常用的是触发器）。（2）具有反馈通道。,一、分析时序逻辑电路的一般步骤1由逻辑图写出下列各逻辑方程式：（1）各触发器的时钟方程。（2）时序电路的输出方程。（3）各触发器的驱动方程。 2将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路的状态方程。
2、3根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或时序图。4根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。,6.2 时序逻辑电路的一般分析方法,二、同步时序逻辑电路的分析举例,例6.2.1：试分析如图所示的时序逻辑电路。,解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。 （1）写出输出方程：,（2）写出驱动方程：,（3）写出JK触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：,（4）作状态转换表及状态图当X=0时：触发器的次态方程简化为：,作出X=0的状态表：,输出方程简化为：,0 0,0 1,0 1,1 0,0,1 0,0 0,0,1,
3、当X=1时：触发器的次态方程简化为：,作出X=1的状态表：,将X=0与X=1的状态图合并起来得完整的状态图。,输出方程简化为：,各触发器的次态方程：,0 0,1 0,1 0,0 1,1,0 1,0 0,0,0,根据状态表或状态图， 可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。,（5）画时序波形图。,（6）逻辑功能分析：,当X=1时，按照减1规律 从10010010循环变化， 并每当转换为00状态（最小数）时， 输出Z=1。,该电路一共有3个状态00、01、10。,当X=0时，按照加1规律从00011000循环变化， 并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。,所以该电路是一个可控的 3进制计数器。
4、,CP1=Q0 （当FF0的Q0由01时，Q1才可能改变状态。）,三、异步时序逻辑电路的分析举例,例6.2.2：试分析如图所示的时序逻辑电路,该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：,（1）写出各逻辑方程式。,时钟方程：,CP0=CP （时钟脉冲源的上升沿触发。）,输出方程：,各触发器的驱动方程：,（3）作状态转换表。,（2）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：,（CP由01时此式有效）,（Q0由01时此式有效）,0 0,1,0,0,0,1,1,1 1,0,1,0,1 0,1,0,0 1,0,0,0,（4）作状态转换图、时序图。,（5）逻辑功能分析该电路一共有4个状态00
5、、01、10、11，在CP作用下，按照减1规律循环变化，所以是一个4进制减法计数器，Z是借位信号。,计数器用以统计输入脉冲CP个数的电路。,6.3 计数器,计数器的分类：,（2）按数字的增减趋势可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。,（1）按计数进制可分为二进制计数器和非二进制计数器。 非二进制计数器中最典型的是十进制计数器。,（3）按计数器中触发器翻转是否与计数脉冲同步分为同步计数器和异步计数器。,一、二进制计数器,1二进制异步计数器（1）二进制异步加法计数器（4位）,工作原理： 4个JK触发器都接成T触发器。,每当Q2由1变0，FF3向相反的状态翻转一次。,每来一个CP的下降沿时，FF
6、0向相反的状态翻转一次；,每当Q0由1变0，FF1向相反的状态翻转一次；,每当Q1由1变0，FF2向相反的状态翻转一次；,用“观察法”作出该电路的时序波形图和状态图。,由时序图可以看出，Q0、Ql、Q2、Q3的周期分别是计数脉冲(CP)周期的2倍、4倍、8倍、16倍，因而计数器也可作为分频器。,（2）二进制异步减法计数器,用4个上升沿触发的D触发器组成的4位异步二进制减法计数器。,工作原理：D触发器也都接成T触发器。由于是上升沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。它也同样具有分频作用。,二进制异步减法计数器的时序波形图和状态图。,在异步计数器中
7、，高位触发器的状态翻转必须在相邻触发器产生进位信号（加计数）或借位信号（减计数）之后才能实现，所以工作速度较低。为了提高计数速度，可采用同步计数器。,2二进制同步计数器,（1）二进制同步加法计数器,由于该计数器的翻转规律性较强，只需用“观察法”就可设计出电路：,因为是“同步”方式， 所以将所有触发器的 CP端连在一起，接计 数脉冲。然后分析状态图， 选择适当的JK信号。,分析状态图可见： FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选：J0=K0=1,FF1：当Q0=1时，来一个CP，向相反的状态翻转一次。 所以选：J1=K1= Q0,FF2：当Q0Q1=1时， 来一个CP，向相反的状态翻
8、转一次。 所以选：J2=K2= Q0Q1,FF3： 当Q0Q1Q2=1时， 来一个CP，向相反的状态翻转一次。 所以选：J3=K3= Q0Q1Q2,（2）二进制同步减法计数器,分析4位二进制同步减法计数器的状态表，很容易看出，只要将各触发器的驱动方程改为：,将加法计数器和减法计数器合并起来，并引入一加/减控制信号X便构成4位二进制同步可逆计数器，各触发器的驱动方程为：,就构成了4位二进制同步减法计数器。,（3）二进制同步可逆计数器,当控制信号X=1时，FF1FF3中的各J、K端分别与低位各触发器的Q端相连，作加法计数。,作出二进制同步可逆计数器的逻辑图：,实现了可逆计数器的功能。,当控制信号X
9、=0时，FF1FF3中的各J、K端分别与低位各触发器的端相连，作减法计数。,3集成二进制计数器举例,（1）4位二进制同步加法计数器74161, 异步清零。,74161具有以下功能：, 计数。, 同步并行预置数。,RCO为进位输出端。, 保持。,（2）4位二进制同步可逆计数器74191,二、非二进制计数器,N进制计数器又称模N计数器。,当N=2n时，就是前面讨论的n位二进制计数器；,当N2n时，为非二进制计数器。非二进制计数器中最常用的是十进制计数器。,1 8421BCD码同步十进制加法计数器,用前面介绍的同步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析。,（1）写出驱动方程：,然后将各驱动方程代入JK
10、触发器的特性方程，得各触发器的次态方程:,（2）转换成次态方程：先写出JK触发器的特性方程,（3）作状态转换表。,设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表。,0 0 0 0,1,0,0,0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,（4）作状态图和时序图。,（5）检查电路能否自启动,用同样的分析方法分别求出6种无效状态下的次态，得到完整的状态转换图。,由于电路中有4个触发器，它们的状态组合共有16种。而在8421BC
11、D码计数器中只用了10种，称为有效状态。其余6种状态称为无效状态。,当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有自启动能力。,可见，该计数器能够自启动。,28421BCD码异步十进制加法计数器,CP2=Q1 （当FF1的Q1由10时，Q2才可能改变状态。）,用前面介绍的异步时序逻辑电路分析方法对该电路进行分析：,（1）写出各逻辑方程式。,时钟方程：CP0=CP （时钟脉冲源的下降沿触发。）,CP1=Q0 （当FF0的Q0由10时，Q1才可能改变状态。),CP3=Q0 （当FF0的Q0由10时，Q3才可能改变状态),各触发器的驱动方程：,（
12、2）将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：,（CP由10时此式有效）,（Q0由10时此式有效）,（Q1由10时此式有效）,（Q0由10时此式有效）,（3）作状态转换表。,设初态为Q3Q2Q1Q0=0000，代入次态方程进行计算，得状态转换表。,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,1,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,3集成十进制计数器举例,（1）8421BCD码同步加法计数器74160,（2）
13、二五十进制异步加法计数器74290,二进制计数器的时钟输入端为CP1，输出端为Q0； 五进制计数器的时钟输入端为CP2，输出端为Q1、Q2、Q3。,74290包含一个独立的1位二进制计数器和一个独立的五进制计数器。,如果将Q0与CP2相连，CP1作时钟输入端，Q0Q3作输出端，则为8421BCD码十进制计数器。如果将Q3与CP0相连，CP2作时钟输入端，从高位到低位的输出为Q0 Q3 Q2 Q1 时，则构成5421BCD码十进制计数器。,74290的功能：, 异步清零。, 计数。, 异步置数（置9）。,三、集成计数器的应用,（1）同步级联。 例：用两片4位二进制加法计数器74161采用同步级联
14、方式构成的8位二进制同步加法计数器，模为1616=256。,1计数器的级联,（2）异步级联例：用两片74191采用异步级联方式构成8位二进制异步可逆计数器。,（3）用计数器的输出端作进位/借位端,有的集成计数器没有进位/借位输出端，这时可根据具体情况， 用计数器的输出信号Q3、Q2、Q1、Q0产生一个进位/借位。,例：用两片74290采用异步级联方式组成的二位8421BCD码十进制加法计数器。模为1010=100,2组成任意进制计数器,（1）异步清零法适用于具有异步清零端的集成计数器。,例：用集成计数器74160和与非门组成的6进制计数器。,EWB演示160组成6进制,（2）同步清零法,同步清零法适用于具有同步清零端的集成计数器。 例：用集成计数器74163和与非门组成的6进制计数器。,
