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1、第七章7常用时序逻辑功能器件一、本章的教学目的与要求掌握计数器的概念、分类，掌握计数器的设计思想、电路结构、工作原理、逻辑功能；掌握査手册使 用MSI计数器的方法,掌握74LS290、74LS161. 74LS160. 74LS190、74LS194等的逻辑功能、应用,掌 握N进制计数器的组合；掌握寄存器及移位寄存器的基本概念、工作原理、工作波形：了解双向移位寄存 器的逻辑功能，寄存器、移位寄存器的应用；掌握顺序脉冲发生器的工作原理、实现方法、注意问题：掌 握同步时序电路的设计方法（用SSI触发器，16进制以内）。二、本章的重点与难点1、基木概念：计数器、模、分频器、寄存器、移位寄存器。2、二
2、进制计数器：充分理解加法计术、减法计数、可逆计数概念，掌握同步和异步计数结构、计数分析方 法，波形图，计数和分频，了解常用中规模计数器的电路结构及应用。3、二一一十进制计数器：掌握常用二一一十进制计数器的分析及波形图，同步计数器的设计，常用中规模 计数器及应用，了解任意进制计数器、分频器的组合方法。4、顺序脉冲发生器：了解顺序脉冲发生器原理。理解寄存器的逻辑图及工作原理，单向、双向移位寄存器 逻辑图，移位原理及波形图。5、MSI 74LS290. 74LS161的逻辑功能、应用（级联法、反馈归零）三、基本教学内容：（一）、计数器能够记忆输入脉冲的个数，可用于脉冲信号的分频、定时和执行运算。计数
3、器按状态转换时刻可分为同步计数器和异步计数器。计数器按进位制不同可分为二进制计数器和非二进制计数器。若以n表示二进制代码 的位数，N表示有效状态数，则二进制计数器中N二2,非二进制计数器中N2n.。通常把N 称为计数长度。计数器按计数器中数值增减情况不同又分为加法、减法和可逆计数器。1. 二进制计数器二进制计数器是指计数长度为2/?的计数器，77是计数器电路中触发器的个数。异步二进制加法计数器的电路如下图所示。U异步3位二进制计数器分析步骤如下：（1）写相关方程式：时钟方程：CPo=CPl,CPi=Qol，CP2=Ql驱动方程：打=1,%=1J=1,K】=1J2=1,K2=1（2）求各个触发器
4、的状态方程。JK触发器特性方程为：JQ + KQn（CP I）将对应驱动方程式分别代入特性方程式，进行化简变换可得状态方程:QJoE+=（cp 丄）Q严二 J】+KQn = （Q 丄）（3畀=打疋+啟= F（Q丄）（3）求出对应状态值。列状态表如下表所示。画状态图和时序图如图（a）所示。状态表时钟现态次态CPQ?QinQ?Q异Q严（2异1000001200101030100114011100b1001016101110711011181110000 0 0 0 0 ItI I ItI 1 0 I 0 ICP-TWWWUWWWWVIIIIIIIII必 uruuiu-IIIIIIIIIunruud
5、ruj-I I I I I I I I I（a）状态图计数器状态图和时序图（b）时序图uoH ! ! ! I 1 1（4）归纳分析结果，确定该时序电路的逻辑功能。由时钟方程可知该电路是异步时序电路。从状态图可知随着疗脉冲的递增，触发器输出QQQ值是递增的，经过8个疗脉 冲完成一个循坏过程。综上所述，此电路是异步3位二进制（或1位八进制）加法计数器。2. 十进制计数器十进制计数器是指计数长度为10的计数器。从触发器翻转时序不同可分为异步十进制 计数器和同步十进制计数器。根据时序逻辑电路的分析步骤，对卞图所示同步十进制加法计数器的电路图分析如下:（1）各个触发器的疗都相同，所以是同步时序电路。CP
6、0 = CP = CP2 = CP3 = CP I（2）写岀各触发器的驱动方程：J2 = K2= QfQ； J3 = Q；QfQ：,K3 = Qo（3）写岀触发器特征方程：JK触发器的特征方程是：QnT = JQ + KQn（CP I）将驱动方程代入，得到：Q畀=（CPl）Qr1=w=Ro=）=l时，不论其他输入端状态如 何，计数器输出Qs Q： Q： a二0000,故又称为异步清零功能或复位功能。计数功能：当S9和S9不全为1,并且R。和R。不全为1时，输入计数脉冲6F, 计数器开始计数。计数脉冲由更输入，从Q输出时，则构成二进制计数器：计数脉冲由CP： 输入，输出为时，则构成五进制计数器；
7、若将仏和 相连，计数脉冲由0输入， 输出为QQQQ时，则构成十进制（8421码）计数器：若将Q和 収相连，计数脉冲由CP、 输入，输出为时，则构成十进制（5421码）计数器。因此，74LS290又称为“二一 五一十进制型集成计数器”。（2）常用同步集成计数器74LS16174LS161是一种同步4位二进制加法集成计数器。其符号图和管脚的排列如下图（a）、（b）所示，逻辑功能如下表所示。(a)CRLDCT.MLS16CA 的符号CP 割和管,川图Q Q Q0XXX00 0 010XX2 A 2110XXQi Qi Q)110Q Q Q1111加法计数由表所示可知,74LS161 以下功能:当复位
8、端CR= 0时，输出QQQQ全为零，实现异步清除功能（又称复位功能）。当复位端CR=1,预置控制端15 = 0,并且CP =?时，二实现同步预 置功能。当瓦=正=1,且CTpHCTf = 0时，输出QQQQ保持不变。当耳二l5 = CIp=CTr=b并且CP= T时，计数器进行加法计数，实现计数功能。三.应用（1）构成A进制计数器（或称为用分频器）用直接清零法构成进制计数器【例】用74LS161构成十进制计数器。解：直接清零法是利用计数器的清零端，使M进制计数器在顺序计数过程中跳越个状 态 OAO提前清零，使计数器构成艸进制计数器。令LD二(2=(2片=1,因为仁10,而且清零不需要疗配合，所
9、以十进制计数器状 态图如下图(b)所示，其中1010为暂时状态，不需CP到来，直接进入0000状态。由图(b) 所示可知，当74LS161顺序计数到1010时，计数器应回到0000状态。所以将74LS161输出 端和Q通过与非门蟀其复位端CR,就可以提前清零，构成十进制计数器。电路连接如 下图(a)所示。 10 104 IIIq q q aCR 74LS161 CRj-_LD CTy CT?ir0 0 0 00 1 0 010 0 110 0 00 111(a)(a)构成电路(b)状态图直接清零法构成十进制计数器用同步预置法构成V进制计数器【例】用74LS161构成七进制计数器。解：预置数法与
10、直接清零法基本相同，二者的主要区别在于：直接清零法利用的是芯片的复 位端CR,而预置数法利用的是芯片的预置控制端LD和预置输入端皿换令耳二(2耳=(2耳=1,预置输入端AZ也况二0000 (即预置数0),以0000为初态进行计数，从0到6共有七种状态，6对应的二进制代码为0110,将输出端QQ通过与非门接至74LS161的预置控制端LD,电路连接如下图4)所示。当LD = 0,且疗脉冲上升沿(CP=T)到来时，计数器输出状态进行同步预置，使二加血加0000,计数器随输入的少脉冲进行计数，其状态图如下图(b)所示。Q彥 Q?QiQoLD674LS161 CTp CRCP-35 D1 do-1 何(a)构成电路(四)数据寄存器Q3Q2Q0 0 0 0-(Q)(b)状态图预呂数法构成七进制计数器(1) 电路组成。4位二进制数据寄存器的电路组成如下图所示。(2) 工作原理。当接收脉冲6F有效时，输入数据DDDD直接存入触发器。66DQ4位二进制数据寄存器(五).移位寄存器移位寄存除了接受、存储、输出数据外，同时还能将其中寄存器的数据按一定方向进行 移动。移位寄存器有单向和双向移位寄存器之分。(1)单向移位寄存器单向移位寄存器只能将寄存的数据在相邻位之间单方向移
