常用时序逻辑电路及其应用.ppt

第第10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 寄存器寄存器10.2 计数器计数器 在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器寄存器寄存器寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一个触发器可以存储1位二进制代码，存放位二进制代码，存放n位二进制代码的位二进制代码的寄存器，需用寄存器，需用n个触发器来构成。个触发器来构成。寄寄存存器器按按照照功功能能的的不不同同，可可分分为为数数码码寄寄存存器器和和移移位位寄寄存存器器两大类。两大类。具具有有接接收收数数码码、寄寄存存数数码码、输输出出数数码码和和清清除除数数码码功功能能的的寄寄存存器器称称为为数数码码寄寄存存器器。这这类类寄寄存存器器根根据据接接收收数数码码的的方方式式不不同同，可可分分双双拍拍接接收收和和单单拍拍接接收收两两种种类类型型。数数数数码码码码寄寄寄寄存存存存器器器器只只能能并并行送入数据，需要时也只能并行输出。行送入数据，需要时也只能并行输出。寄存器无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲C上上升沿到来，加在并行数据输入端的数据升沿到来，加在并行数据输入端的数据D0D3，就立即被送，就立即被送入寄存器中，即有：入寄存器中，即有：数码寄存器数码寄存器（1 1）单拍工作方式基本寄存器单拍工作方式基本寄存器（2）双拍工作方式基本寄存器）双拍工作方式基本寄存器清零。清零。时时，异步清零。即有：，异步清零。即有：送数。送数。时，时，C上升沿送数。即有：上升沿送数。即有：移位寄存器移位寄存器是一种不仅能存储数码，还能使寄存是一种不仅能存储数码，还能使寄存的数码移位的寄存器。的数码移位的寄存器。移位移位指的是寄存器中所存放的指的是寄存器中所存放的数码，可以在移位脉冲作用下逐次左移或右移。数码，可以在移位脉冲作用下逐次左移或右移。移位寄存器可分成移位寄存器可分成单向移位寄存器单向移位寄存器和和双向移位寄双向移位寄存器存器。数据既可以并行输入、并行输出，也可以串数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。行输入、并行输出，十分灵活，用途也很广。移位寄存器移位寄存器（1 1）单向移位寄存器）单向移位寄存器(1)时钟方程：时钟方程：(2)驱动方程：驱动方程：由逻辑图写出下列各逻辑方程式由逻辑图写出下列各逻辑方程式1011（3）状态方程：）状态方程：（4）状）状态表：态表：（2 2）4 4位左移移位寄存器位左移移位寄存器(1)时钟方程：时钟方程：(2)驱动方程：驱动方程：（3）状态方程：）状态方程：（4）状）状态表：态表：设输入设输入1111（3）集成双向移位寄存器）集成双向移位寄存器74LS194（1）启动信号为）启动信号为0时时M1=1，从而，从而M1M0=11,寄存器并行输入寄存器并行输入Q0Q1Q2Q3=0111（2）启动信号由）启动信号由0变为变为1时时因因Q0=0，G1输出为输出为1，从而，从而M1M0=01，开始右移，开始右移在移位过程中，在移位过程中，G1总有一个为总有一个为0，因此输出为，因此输出为1，G2输出输出总为总为0，维持，维持M1M0=01，移位循环下去，移位循环下去波形图波形图波形图波形图 计数器计数器能够记忆输入脉冲个数的电路称为能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器计数器计数器计数器。可用。可用作分频、定时和运算。作分频、定时和运算。分类：分类：l按各触发器翻转情况的不同，分同步和异步计数器；按各触发器翻转情况的不同，分同步和异步计数器；l按数制按数制 的不同，分二进制、十进制和任意进制计的不同，分二进制、十进制和任意进制计数器；数器；l按计数过程中数字的增减分加法计数器、减法计数按计数过程中数字的增减分加法计数器、减法计数器和可逆计数器；器和可逆计数器；一般来说，几个状态构成一个计数循环，就称为几一般来说，几个状态构成一个计数循环，就称为几进制计数器。但二进制计数器例外，进制计数器。但二进制计数器例外，n位的二进制位的二进制计数器共有计数器共有2n个状态，如个状态，如23=8个状态，故也称为个状态，故也称为八八进制计数器进制计数器。在计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的在计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为称为“同步计数器同步计数器”。10.2.1 二进制计数器二进制计数器10.2.1.1 同步二进制计数器同步二进制计数器（2）驱动方程：）驱动方程：（1）时钟方程）时钟方程:（3）状态方程：）状态方程：（4）状态表）状态表波形图波形图10.2.1.2 异步二进制计数器异步二进制计数器F0每输入一个时钟脉冲翻转一次，每输入一个时钟脉冲翻转一次，F1在在Q0由由1变变0时翻转，时翻转，F2在在Q1由由1变变0时翻转。时翻转。状态方程：状态方程：驱动方程：驱动方程：时钟方程时钟方程:C上升沿到来时翻转上升沿到来时翻转Q0由由0变变1时翻转时翻转Q1由由0变变1时翻转时翻转CP1 0 0 01 1 12 1 1 11 1 03 1 1 01 0 14 1 0 11 0 05 1 0 00 1 16 0 1 10 1 07 0 1 00 0 18 0 0 1 0 0 0（4）状态表）状态表波形图波形图计计数数器器的的时时钟钟脉脉冲冲只只加加至至最最低低位位触触发发器器，其其他他各各位位触触发发器器则则由由相相邻邻低低位位触触发发器器的的输输出出Q来来触触发发翻翻转转，称为称为异步计数器异步计数器。从从状状态态000开开始始，每每来来一一个个计计数数脉脉冲冲，计计数数器器中中的的数数值便加值便加1，称为，称为加法计数器；加法计数器；输输入入8个个计计数数脉脉冲冲时时，构构成成一一个个计计数数循循环环，计计满满归归零零，所所以以该该电电路路也也可可称称为为八八进进制计数器制计数器。10.1.1.3 集成二进制计数器集成二进制计数器-4位二进制同步加计数器位二进制同步加计数器74LS161管脚功能管脚功能 清零端清零端 置数端置数端T、P工作状态控制端；工作状态控制端；D0D3并并行数据输入端行数据输入端CO进位信号输出端；进位信号输出端；Q0Q3状态输出端状态输出端-4位二进制同步加计数器位二进制同步加计数器74LS161 T P CQ0 Q1 Q2 Q3CO0 0 0 0 0 01 0 D3 D2 D1 D01 1 1 1 计数计数1 1 0 保持保持1 1 0 保持保持 0CR=0时异步清零。CR=1、LD=0时同步置数。CR=LD=1且T=P=1时，按4位自然二进制码同步计数。CR=LD=1且TP=0时，计数器状态保持不变。电路从电路从0000状态开始，连续输入状态开始，连续输入15个计数脉冲后，电路将从个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到状态返回到0000状态。状态。10.2.2 同步同步十进制计数器十进制计数器10.2.2.1 同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器（2）驱动方程：）驱动方程：（1）时钟方程）时钟方程:（3）状态方程：）状态方程：（4）状态表）状态表波形图波形图异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器（2）驱动方程：）驱动方程：（1）时钟方程）时钟方程:（3）状态方程：）状态方程：C下降沿到来时翻转下降沿到来时翻转Q0由由1变变0时时Q1由由1变变0时时Q0由由1变变0时时（4）状态表）状态表CP10 0 0 0 0 0 0 120 0 0 1 0 0 1 030 0 1 0 0 0 1 140 0 1 1 0 1 0 050 1 0 0 0 1 0 160 1 0 1 0 1 1 070 1 1 0 0 1 1 180 1 1 1 1 0 0 091 0 0 0 1 0 0 1101 0 0 1 0 0 0 0Q0下降沿下降沿Q1下降沿下降沿Q0下降沿下降沿CP下降沿下降沿波形图波形图10.2.2.2 集成十进制计数器集成十进制计数器74LS160其管脚图、逻辑功能与其管脚图、逻辑功能与74LS161相似，只是计数相似，只是计数状态是按照状态是按照十进制十进制加法来计数的。加法来计数的。利用集成计数器构成利用集成计数器构成N进制计数器进制计数器N进制计数器进制计数器是指除二进制计数器和十进制计数器外的是指除二进制计数器和十进制计数器外的其他进制计数器，即每来其他进制计数器，即每来N个计数脉冲，计数器状态个计数脉冲，计数器状态重复一次。重复一次。1、反馈清零法构成任意进制计数器、反馈清零法构成任意进制计数器当满足一定的条件时，利用计数器的复位端强迫计数当满足一定的条件时，利用计数器的复位端强迫计数当满足一定的条件时，利用计数器的复位端强迫计数当满足一定的条件时，利用计数器的复位端强迫计数器清零器清零器清零器清零,重新开始新一轮计数。重新开始新一轮计数。重新开始新一轮计数。重新开始新一轮计数。异步是异步是指通过时钟触发器指通过时钟触发器异步异步输入端（实现输入端（实现清零清零或置或置数），而与数），而与CP计数脉冲无关。计数脉冲无关。同步工作方式同步工作方式是是指当指当CP计数脉冲到来时，才能完成计数脉冲到来时，才能完成清清零零或者置数的任务。或者置数的任务。如：如：74161构成九进制计数器构成九进制计数器74161在计数过程中有在计数过程中有16个状态，个状态，正常循环是从正常循环是从0000到到1111，具有，具有异步清零功能。异步清零功能。74161从从0000开始计数，到第开始计数，到第9个个CP上升沿时，输出状态为上升沿时，输出状态为1001，此时此时CR=0，立即使输出状态返回，立即使输出状态返回0000状态。此电路一进入状态。此电路一进入1001状状态，立即被置数态，立即被置数0000状态，即状态，即1001状态仅在极短的瞬间出现。状态仅在极短的瞬间出现。2、集成计数器计数长度的扩展、集成计数器计数长度的扩展如用现有的如用现有的M进制集成计数器构成进制集成计数器构成N进制计数器时，如果进制计数器时，如果MN，只需一片，只需一片M进制计数器；如果进制计数器；如果MN，则需多片，则需多片M进进制计数器；集成计数器一般都设置有级联的输入输出端，制计数器；集成计数器一般都设置有级联的输入输出端，只要把它们连接起来，便可得到容量更大的计数器。只要把它们连接起来，便可得到容量更大的计数器。256256进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器5050进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器84218421码码码码6060进制计数器进制计数器进制计数器进制计数器要求要求1 1、掌握、掌握、掌握、掌握 R RS S、J JKK、D D 触发器的逻辑功能；触发器的逻辑功能；触发器的逻辑功能；触发器的逻辑功能；2 2、会分析一般时序逻辑电路、会分析一般时序逻辑电路、会分析一般时序逻辑电路、会分析一般时序逻辑电路;3 3、掌握二进制计数器、掌握二进制计数器、掌握二进制计数器、掌握二进制计数器、十进制计数器的逻辑功十进制计数器的逻辑功十进制计数器的逻辑功十进制计数器的逻辑功能；能；能；能；学会使用本章所介绍的各种集成电路学会使用本章所介绍的各种集成电路学会使用本章所介绍的各种集成电路学会使用本章所介绍的各种集成电路;本章考点：本章考点：（1）触发器的逻辑功能应用及分析。）触发器的逻辑功能应用及分析。（2）时序逻辑电路的分析。）时序逻辑电路的分析。（3）时序逻辑电路与组合逻辑电路综合应用。）时序逻辑电路与组合逻辑电路综合应用。