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课件主编：徐课件主编：徐 梁梁习题解习题解数数字字电电子子技技术术基基础础第6章 时序逻辑电路习题n时序电路分析n时序电路设计n计数器分析设计n序列信号发生器nVHDL设计A A组组 B B组组第1题第2题第3题第4题第5题第6题第7题第8题第9题第10题第11题第12题第13题第14题第15题第16题第17题第18题题题6.1分析图分析图P 6.1时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图。出电路的状态转换图和时序图。解：从给定的电路写出它的驱动方程为解：从给定的电路写出它的驱动方程为J1=Q2 K1=1J2=Q1 K2=1将上述驱动方程代入将上述驱动方程代入JK触发器的特性方程触发器的特性方程Q*=JQ+KQ，得到电路的状态方程，得到电路的状态方程Q1*=Q1Q2Q2*=Q1Q2输出方程为输出方程为Y=Q2根据状态方程和输出方程画得的状态转换图和时序图如图根据状态方程和输出方程画得的状态转换图和时序图如图A 6.1所示。所示。图图A 6.1题题6.2分析图分析图P6.2时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，并说明该电路能否自启动。出电路的状态转换图，并说明该电路能否自启动。解：由给定的电路图写出驱动方程为解：由给定的电路图写出驱动方程为D1=Q3D2=Q1D3=Q1Q2将驱动方程代入将驱动方程代入D触发器的特性方程触发器的特性方程Q*=D，得到电路的状态方程，得到电路的状态方程Q1*=Q3Q2*=Q1Q3*=Q1Q2电路的输出方程为电路的输出方程为Y=(Q1Q3)=Q1+Q3电路的状态转换图如图电路的状态转换图如图A 6.2所示，电路能够自启动。所示，电路能够自启动。图图A 6.2题题6.3分析图分析图P 6.3时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。解：从给定的电路图写出驱动方程为解：从给定的电路图写出驱动方程为J1=K1=Q3J2=K2=Q1J3=Q1Q2;K3=Q3将上面的驱动方程代入将上面的驱动方程代入JK天触发器的特性方程后得到状态方程为天触发器的特性方程后得到状态方程为Q1*=Q3Q1+Q3Q1=Q3Q1Q2*=Q1Q2+Q1Q2=Q2 Q1Q3*=Q1Q2Q3由电路图上可知，输出方程为由电路图上可知，输出方程为Y=Q3根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.3所示。电路能够自启动。所示。电路能够自启动。图图A6.3题题6.4试分析图试分析图P 6.4所示时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方所示时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。程，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动。解：从电路图写出驱动方程为解：从电路图写出驱动方程为D0=(Q0+Q1)(Q1 Q2)=Q0Q2+Q0Q1Q2+Q1Q2D1=Q0D2=Q1将上述驱动方程代入将上述驱动方程代入D触发器的特性方程，得到状态方程触发器的特性方程，得到状态方程Q0*=Q0Q2+Q0Q1Q2+Q1Q2Q1*=Q0Q2*=Q1输出方程为输出方程为Y=Q0Q1Q2根据得到的状态方程和输出方程，即可画出电路的状态转换图，如图根据得到的状态方程和输出方程，即可画出电路的状态转换图，如图A 6.4所示。所示。当电路进入无效状态当电路进入无效状态(Q0Q1Q2=111)后，在时钟信号作用下能自行进入有效循环，后，在时钟信号作用下能自行进入有效循环，所以电路能自启动。所以电路能自启动。图图A 6.4题题6.5试分析图试分析图P 6.5时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。画出电路的状态转换图。A为输入逻辑变量。为输入逻辑变量。解：首先从电路图写出它的驱动方程解：首先从电路图写出它的驱动方程D1=AQ2D2=A(Q1Q2)=A(Q1+Q2)将上式代入将上式代入D触发器的特性方程后得到电路的状态方程触发器的特性方程后得到电路的状态方程Q1*=AQ2Q2*=A(Q1+Q2)电路的输出方程为电路的输出方程为Y=AQ1Q2根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.5所示。所示。图图A 6.5题题6.6分析图分析图P 6.6给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明给出的时序电路，画出电路的状态转换图，检查电路能否自启动，说明电路实现的功能。电路实现的功能。A为输入变量。为输入变量。解：由电路图写出驱动方程为解：由电路图写出驱动方程为J1=K1=1J2=K2=A Q1将上述驱动方程代入将上述驱动方程代入JK触发器的特性方程，得到状态方程触发器的特性方程，得到状态方程Q1*=Q1Q2*=A Q1 Q2输出方程为输出方程为Y=AQ1Q2+AQ1Q2根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.6所示。因为不存在无效状所示。因为不存在无效状态，所以电路不存在自启动与否的问题。态，所以电路不存在自启动与否的问题。当当A=0时电路对时电路对CLK脉冲作二进制加法计数，脉冲作二进制加法计数，A=1时作二进制减法计数。时作二进制减法计数。图图A 6.6题题6.7分析图分析图P 6.7的时序逻辑电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电的时序逻辑电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图，说明电路能否自启动。路的状态转换图，说明电路能否自启动。解：由电路图写出驱动方程为解：由电路图写出驱动方程为J0=K0=1J1=Q0(Q2Q3);K1=Q0J2=Q0Q3;K2=Q0Q1J3=Q0Q1Q2;K3=Q0将上述驱动方程代入将上述驱动方程代入JK触发器的特性方程，得到状态方程为触发器的特性方程，得到状态方程为Q0*=Q0Q1*=Q0Q1(Q2+Q3)+Q0Q1Q2*=Q0Q2Q3+(Q0+Q1)Q2Q3*=Q0Q1Q2Q3+Q0Q3输出方程为输出方程为Y=Q0Q1Q2Q3根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.7所示。电路能自启动。所示。电路能自启动。图图A 6.7题题6.8分析图分析图P 6.8电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转电路，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图。图中的换图。图中的X、Y分别表示输入逻辑变量和输出逻辑变量。分别表示输入逻辑变量和输出逻辑变量。解：首先从给定电路图写出它的驱动方程解：首先从给定电路图写出它的驱动方程J0=(XEQ1);K0=(XQ1)J1=XEQ0;K1=(XQ0)将上面的驱动方程代入将上面的驱动方程代入JK触发器的特性方程，得到电路的状态方程触发器的特性方程，得到电路的状态方程Q0*=(XOQ1)Q0+(XQ1)Q0=XQ1Q0+XQ1Q1*=(XEQ0)Q1+(XQ0)Q1=XQ1Q0+XQ0输出方程为输出方程为Y=XQ1+XQ0根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图根据状态方程和输出方程画出的状态转换图如图A 6.8所示。所示。图图A 6.8题题6.9试画出用试画出用4片片74LS194A组成组成16位双向移位寄存器的逻辑图。位双向移位寄存器的逻辑图。74LS194A的功能表见的功能表见表表6.3.2。解：见图解：见图A 6.9。图图A 6.9题题6.10在图在图P6.10电路中，若两个移位寄存器中的原始数据分别为电路中，若两个移位寄存器中的原始数据分别为A3A2A1A0=1001，B3B2B1B0=0011，CI的初始值为的初始值为0，试问经过，试问经过4个个CLK信号作用以后两个寄存器中的数据信号作用以后两个寄存器中的数据如何如何?这个电路完成什么功能这个电路完成什么功能?解：经过解：经过4个时钟信号作用以后，两个寄存器里的数据分别为个时钟信号作用以后，两个寄存器里的数据分别为A3A2A1A0=1100，B3B2B1B0=0000。这是一个。这是一个4位串行加法器电路。位串行加法器电路。题题6.11分析图分析图P 6.11的计数器电路，说明这是多少进制的计数器。十进制计数器的计数器电路，说明这是多少进制的计数器。十进制计数器74160的的功能表与表功能表与表6.3.4相同。相同。解：图解：图P 6.11是采用同步置数法接成的七进制计数器。当计数器计成是采用同步置数法接成的七进制计数器。当计数器计成1001(9)状态时，状态时，LD变成低电位。待下一个变成低电位。待下一个CLK脉冲到来时，将电路置成脉冲到来时，将电路置成Q3Q2Q1Q0=0011(3)，然后再从，然后再从3开始作加法计数。在开始作加法计数。在CLK连续作用下，电路将连续作用下，电路将在在00111001这七个状态间循环，故电路为七进制计数器。这七个状态间循环，故电路为七进制计数器。题题6.12分析图分析图P 6.12的计数器电路，画出电路的状态转换图，说明这是多少进制的计数的计数器电路，画出电路的状态转换图，说明这是多少进制的计数器。十六进制计数器器。十六进制计数器74LS161的功能表如表的功能表如表6.3.4所示。所示。解：图解：图P6.12电路是采用异步置零法用电路是采用异步置零法用74LS161接成的十进制计数器。当计数器接成的十进制计数器。当计数器进入进入Q3Q2Q1Q0=1010状态后，与非门输出低电平置零信号，立刻将计数器置成状态后，与非门输出低电平置零信号，立刻将计数器置成Q3Q2Q1Q0=0000状态。由于状态。由于Q3Q2Q1Q0=1010是一个过渡状态，不存在于稳定是一个过渡状态，不存在于稳定状态的循环中，所以电路按状态的循环中，所以电路按0000-1001这十个状态顺序循环，是十进制计数器。这十个状态顺序循环，是十进制计数器。电路的状态转换图如图电路的状态转换图如图A 6.12所示。所示。图图A 6.12题题6.13试分析图试分析图P 6.13的计数器在的计数器在M=1和和M=0时各为几进制。时各为几进制。解：图解：图P6.13电路是采用同步置数法用电路是采用同步置数法用74160接成的可变进制计数器。在接成的可变进制计数器。在M=1的的状态下，当电路进入状态下，当电路进入Q3Q2Q1Q0=1001(九九)以后，以后，LD=0。下一个。下一个CLK到达时将到达时将D3D2D1D0=0100(四四)置入电路中，使置入电路中，使Q3Q2Q1Q0=0100，再从，再从0100继续作加法继续作加法计数。因此，电路在计数。因此，电路在0100到到1001这六个状态间循环，构成六进制计数器。同理，这六个状态间循环，构成六进制计数器。同理，在在M=0的情况下，电路计到的情况下，电路计到1001后置入后置入0010(二二)，故形成八进制计数器。，故形成八进制计数器。题题6.14试用试用4位同步二进制计数器位同步二进制计数器74LS161接成十二进制计数器，标出输入、输出端。可接成十二进制计数器，标出输入、输出端。可以附加必要的门电路。以附加必要的门电路。74LS161的功能表见表的功能表见表6.3.4解：此题有多种可行的方案。例如可采用同步置数法，在电路计成解：此题有多种可行的方案。例如可采用同步置数法，在电路计成Q3Q2Q1Q0=1011(十一十一)后译出后译出LD=0信号，并在下一个信号，并在下一个CLK信号到达时置入信号到达时置入0000就得到了十二进制计数器。电路接法见图就得到了十二进制计数器。电路接法见图A 6.14。图图A 6.14题题6.15图图P6.15电路是可变进制计数器。试分析当控制变量电路是可变进制计数器。试分析当控制变量A为为1和和0时电路各为几进制计时电路各为几进制计数器。数器。74LSl61的功能表见表的功能表见表6.3.4。解：这是用同步置数法接成的可控进制计数器。在解：这是用同步置数法接成的可控进制计数器。在A=1的情况下，计数器计为的情况下，计数器计为Q3Q2Q1Q0=1011(十一十一)后给出后给出LD=0信号，下一个信号，下一个CLK脉冲到来时计数器被置脉冲到来时计数器被置成成Q3Q2Q1Q0=0000状态，所以是十二进制计数器。在状态，所以是十二进制计数器。在A=0的情况下，计数器计的情况下，计数器计为为1001时给出时给出LD=0信号，下一个信号，下一个CLK脉冲到来时计数器被置零，所以是十进制脉冲到来时计数器被置零，所以是十进制计数器。计数器。题题6.16设计一个可控进制的计数器，当输入控制变量设计一个可控进制的计数器，当输入控制变量M=0时工作在五进制，时工作在五进制，M=1时工作时工作在十五进制。请标出计数输入端和进位输出端。在十五进制。请标出计数输入端和进位输出端。解：此题可有多种答案。图解：此题可有多种答案。图A 6.16是采用同步置数法接成的可控进制计数器。是采用同步置数法接成的可控进制计数器。因为每次置数时置入的是因为每次置数时置入的是D3D2D1D0=0000，所以，所以M=1时应从时应从Q3Q2Q1Q0=1110(十四十四)状态译出状态译出LD=0信号；而在信号；而在M=0时应从时应从Q3Q2Q1Q0=0100(四四)状态译出状态译出LD=0信号。信号。图图A 6.16题题6.17分析图分析图P 6.17给出的计数器电路，画出电路的状态转换图，说明这是几进制计数给出的计数器电路，画出电路的状态转换图，说明这是几进制计数器。器。74LS290的电路见图的电路见图6.3.31。解：图解：图P 6.17电路是采用异步置数法接成的七进制计数器。每当计数器计成电路是采用异步置数法接成的七进制计数器。每当计数器计成Q3Q2Q1Q0=0110(六六)时，立即产生时，立即产生“置置9”信号，使信号，使S91=S92=1，将电路置成，将电路置成Q3Q2Q1Q0=1001，于是电路便在，于是电路便在90159这七个状态间循环，形成七进制计这七个状态间循环，形成七进制计数器。数器。0110是过渡状态，不包括在稳定状态循环之内。此外，是过渡状态，不包括在稳定状态循环之内。此外，Q3Q2Q1Q0的的0110、0111、1110和和1111这这4个状态是过渡状态。状态转换图如图个状态是过渡状态。状态转换图如图A 6.17。图图A 6.17题题6.18试分析图试分析图P 6.18计数器电路的分频比计数器电路的分频比(即即Y与与CLK的频率之比的频率之比)。74LSl61的功能表的功能表见表见表6.3.4。解：第解：第(1)片片74LSl61是采用置数法接成的七进制计数器。每当计数器状态进入是采用置数法接成的七进制计数器。每当计数器状态进入Q3Q2Q1Q0=1111(十五十五)时译出时译出LD=0信号，置入信号，置入D3D2D1D0=1001(九九)，所以，所以是七进制计数器。是七进制计数器。第第(2)片片74LSl61是采用置数法接成的九进制计数器。当计数器状态进入是采用置数法接成的九进制计数器。当计数器状态进入Q3Q2Q1Q0=1111(十五十五)时译出时译出LD=0信号，置入信号，置入D3D2D1D0=0111(七七)，所以，所以是九进制计数器。是九进制计数器。两片两片74LSl61之间采用了串行连接方式，构成之间采用了串行连接方式，构成7 x9二二63进制计数器，故进制计数器，故Y与与CLK的频率之比为的频率之比为1：63。题题6.19图图P 6.19电路是由两片同步十进制计数器电路是由两片同步十进制计数器74160组成的计数器，试分析这是多少进组成的计数器，试分析这是多少进制的计数器，两片之间是几进制。制的计数器，两片之间是几进制。74160的功能表与表的功能表与表6.3.4相同。相同。解：第解：第(1)片片74160工作在十进制计数状态。第工作在十进制计数状态。第(2)片片74160采用置数法接成三进采用置数法接成三进制计数器。两片之间是十进制。制计数器。两片之间是十进制。若起始状态第若起始状态第(1)片和第片和第(2)片片74160的的Q3Q2Q1Q0分别为分别为0001和和0111，则输入，则输入19个个CLK信号以后第信号以后第(1)片变为片变为0000状态，第状态，第(2)片接收了两个进位信号以后变片接收了两个进位信号以后变为为1001状态，并使第状态，并使第(2)片的片的LD=0。第。第20个个CLK信号到达以后，第信号到达以后，第(1)片计成片计成0001，第，第(2)片被置为片被置为0111，于是返回到了起始状态，所以这是二十进制计数，于是返回到了起始状态，所以这是二十进制计数器。器。题题6.20分析图分析图P 6.20给出的电路，说明这是多少进制的计数器，两片之间是多少进制。给出的电路，说明这是多少进制的计数器，两片之间是多少进制。74LSl61的功能表见表的功能表见表6.3.4。解：这是采用整体置数法接成的计数器。解：这是采用整体置数法接成的计数器。在出现在出现LD=0信号以前，两片信号以前，两片74LSl61均按十六进制计数。即第均按十六进制计数。即第(1)片到第片到第(2)片片为十六进制。当第为十六进制。当第(1)片计为片计为2，第，第(2)片计为片计为5时产生时产生LD=0信号，待下一个信号，待下一个CLK信号到达后两片信号到达后两片74LSl61同时被置零，总的进制为同时被置零，总的进制为5 X 16+2+1=83故为八十三进制计数器。故为八十三进制计数器。题题6.21画出用两片同步十进制计数器画出用两片同步十进制计数器74160接成同步三十一进制计数器的接线图。可以附接成同步三十一进制计数器的接线图。可以附加必要的门电路。加必要的门电路。74160的逻辑图和功能表见图的逻辑图和功能表见图6.3.21和表和表6.3.4。解：由于解：由于31是一个不能分解的素数，所以必须采用整体置数或整体置零的连接方是一个不能分解的素数，所以必须采用整体置数或整体置零的连接方式。若采用整体置数法，则应先将两片按同步连接方式接成式。若采用整体置数法，则应先将两片按同步连接方式接成10 X10=100进制计进制计数器，然后用电路计为数器，然后用电路计为30的状态译出的状态译出LD=0信号，如图信号，如图A 6.21所示。这样在电所示。这样在电路从全零状态开始计数，计入路从全零状态开始计数，计入31个脉冲后将返回全零状态，形成三十一进制计数个脉冲后将返回全零状态，形成三十一进制计数器。器。图图A 6.21题题6.22用同步十进制计数器芯片用同步十进制计数器芯片74160设计一个三百六十五进制的计数器。要求各位间为设计一个三百六十五进制的计数器。要求各位间为十进制关系。允许附加必要的门电路。十进制关系。允许附加必要的门电路。74160的功能表与表的功能表与表6.3.4相同。相同。解：因为要求各位之间是十进制关系，所以需令每一位的解：因为要求各位之间是十进制关系，所以需令每一位的74160接成十进制计数接成十进制计数状态，并以低位的进位输出作高位的状态，并以低位的进位输出作高位的EP和和ET的控制信号的控制信号(或进位脉冲或进位脉冲)，接成三，接成三位十进制计数器。然后用整体置数位十进制计数器。然后用整体置数(或置零或置零)法再改接成三百六十五进制计数器。法再改接成三百六十五进制计数器。图图A6.X是采用同步置数法的接线图。当计数器计成是采用同步置数法的接线图。当计数器计成364状态时译出状态时译出LD=0信号，信号，下一个下一个CLK脉冲到来时将计数器置为全零状态，从而得到三百六十五进制计数器。脉冲到来时将计数器置为全零状态，从而得到三百六十五进制计数器。图图A 6.22题题6.23设计一个数字钟电路，要求能用七段数码管显示从设计一个数字钟电路，要求能用七段数码管显示从0时时0分分0秒到秒到23时时59分分59秒之秒之间的任一时刻。间的任一时刻。解：电路接法可如图解：电路接法可如图A 6.23所示。计数器由六片所示。计数器由六片74160组成。第组成。第(1)、(2)两片两片接成六十进制的接成六十进制的“秒计数器秒计数器”，第，第(1)片为十进制，第片为十进制，第(2)片为六进制。第片为六进制。第(3)、(4)片接成六十进制的片接成六十进制的“分计数器分计数器”，接法与，接法与“秒计数器秒计数器”相同。第相同。第(5)、(6)片片用整体复位法接成二十四进制计数器，作为用整体复位法接成二十四进制计数器，作为“时计数器时计数器”。显示译码器由六片显示译码器由六片7448组成，每片组成，每片7448用于驱动一只共阴极的数码管用于驱动一只共阴极的数码管BS201A。图图A 6.23题题6.24图图P 6.24所示电路是用二所示电路是用二十进制优先编码器十进制优先编码器74LSl47和同步十进制计数器和同步十进制计数器74160组成的可控分频器，试说明当输入控制信号组成的可控分频器，试说明当输入控制信号A、B、C、D、E、F、G、H、I分别为低分别为低电平时由电平时由Y端输出的脉冲频率各为多少。已知端输出的脉冲频率各为多少。已知CLK端输入脉冲的频率为端输入脉冲的频率为10 kHz。74LSl47的功能表如表的功能表如表4.3.3所示，所示，74160的功能表见表的功能表见表6.3.4。解：由图可见，计数器解：由图可见，计数器74160工作在同步预置数状态，每当计数器的进位输出工作在同步预置数状态，每当计数器的进位输出C=1时时(即即Q3Q2Q1Q0=1001时时)，在下一个，在下一个CLK上升沿到达时置入编码器上升沿到达时置入编码器74LSl47的输出状态的输出状态Y3Y2Y1Y0。再从图再从图A 6.24给出的给出的74160的状态转换图可知，当的状态转换图可知，当A=0时时74LSl47的输出为的输出为Y3Y2Y1Y0=1110，74160的数据输入端的数据输入端D3D2D1D0=0001，则状态转换顺，则状态转换顺序将如图中所示，即成为九进制计数器。输出脉冲序将如图中所示，即成为九进制计数器。输出脉冲Y的频率为的频率为CLK频率的频率的19。依此类推便可得到表依此类推便可得到表A 6.24。图图A 6.24表表A6.24题题6.25试用同步十进制可逆计数器试用同步十进制可逆计数器74LSl90和二和二十进制优先编码器十进制优先编码器74LSl47设计一个工设计一个工作在减法计数状态的可控分频器。要求在控制信号作在减法计数状态的可控分频器。要求在控制信号A、B、C、D、E、F、G、H分别为分别为1时时分频比对应为分频比对应为12、13、14、15、16、17、18、19。74LSl90的逻辑图的逻辑图见图见图6.3.24，它的功能表与表，它的功能表与表6.3.5相同。可以附加必要的门电路。相同。可以附加必要的门电路。解：可用解：可用CLK0作为作为LD信号。因为在信号。因为在CLK上升沿使上升沿使Q3Q2Q1Q0=0000以后，在这以后，在这个个CLK的低电平期间的低电平期间CLK0将给出一个负脉冲。将给出一个负脉冲。但由于但由于74LSl90的的LD=0信号是异步置数信号，所以信号是异步置数信号，所以0000状态在计数过程中是状态在计数过程中是作为暂态出现的。如果为提高置数的可靠性，并产生足够宽度的进位输出脉冲，作为暂态出现的。如果为提高置数的可靠性，并产生足够宽度的进位输出脉冲，可以增设由可以增设由G1、G2组成的锁存器，由组成的锁存器，由Q端给出与端给出与CLK脉冲的低电平等宽的脉冲的低电平等宽的LD=0信号，并可由信号，并可由Q端给出进位输出脉冲。端给出进位输出脉冲。由图由图A 6.25(a)中中74LSl90减法计数时的状态转换图可知，若减法计数时的状态转换图可知，若LD=0时置入时置入Q3Q2Q1Q0=0100，则得到四进制减法计数器，输出进位信号与，则得到四进制减法计数器，输出进位信号与CLK频率之比为频率之比为14。又由。又由74LSl47的功能表的功能表(表表4.3.3)可知，为使可知，为使74LSl47的输出反相后为的输出反相后为0100，I4需接入低电平信号，故需接入低电平信号，故I4应接输入信号应接输入信号C。依此类推即可得到下表：。依此类推即可得到下表：于是得到如图于是得到如图A 6.25(b)的电路图。的电路图。图图A 6.25题题6.26图图P 6.26是一个移位寄存器型计数器，试画出它的状态转换图，说明这是几进制是一个移位寄存器型计数器，试画出它的状态转换图，说明这是几进制计数器，能否自启动。计数器，能否自启动。解：从图解：从图P 6.26的电路图可写出它的状态方程和输出方程分别为的电路图可写出它的状态方程和输出方程分别为Q1*=D1=Q2Q3+Q2Q3+Q2Q3Q2*=D2=Q1Q3*=D3=Q2Y=Q2Q3状态转换图如图状态转换图如图A 6.26，电路能自启动。这是一个五进制计数器。，电路能自启动。这是一个五进制计数器。图图A 6.26题题6.27图图P 6.27是一个移位寄存器型计数器。试画出电路的状态转换图，并说明这是几是一个移位寄存器型计数器。试画出电路的状态转换图，并说明这是几进制计数器，能否自启动。进制计数器，能否自启动。解：从图解：从图P 6.27给出的电路可写出该电路的状态方程给出的电路可写出该电路的状态方程Q0*=D0=Q2 Q3Q1*=D1=Q0Q2*=D2=Q1Q3*=D3=Q2根据状态方程画出的状态转换图如图根据状态方程画出的状态转换图如图A 6.27。可见这是一个十五进制计数器。可见这是一个十五进制计数器。电路若进入电路若进入0000状态，则不能在状态，则不能在CLK信号作用下进入有效循环，所以电路不能自信号作用下进入有效循环，所以电路不能自启动。启动。图图A 6.27题题6.28试利用同步十六进制计数器试利用同步十六进制计数器74LSl61和和4线线16线译码器线译码器74LSl54设计节拍脉冲发生器，要求从设计节拍脉冲发生器，要求从12个输出端顺序、循环地输出等宽的负脉冲。个输出端顺序、循环地输出等宽的负脉冲。74LSl54的逻辑框图及说明见的逻辑框图及说明见题题4.11。74LSl61的功能表见表的功能表见表6.3.4。解：此题的设计方案不是唯一的。例如可以采用同步置数法将解：此题的设计方案不是唯一的。例如可以采用同步置数法将74LSl61接成十二接成十二进制计数器，并把它的进制计数器，并把它的Q3Q2Q1Q0接至接至74LSl54的的A3A2A1A0输入端，在连续输输入端，在连续输入入CLK脉冲后，在脉冲后，在74LSl54的的Y0-Y11输出端就得到了输出端就得到了12个等宽的顺序脉冲个等宽的顺序脉冲P0-P11。电路接法如图电路接法如图A 6.28所示。所示。图图A 6.28题题6.29设计一个序列信号发生器电路，使之在一系列设计一个序列信号发生器电路，使之在一系列CLK信号作用下能周期性地输出信号作用下能周期性地输出“0010110111”的序列信号。的序列信号。解：此题的一种设计方案是用十进制计数器和解：此题的一种设计方案是用十进制计数器和8选选1数据选择器组成这个序列信号数据选择器组成这个序列信号发生器电路。发生器电路。若十进制计数器选用若十进制计数器选用74160，则可列出在，则可列出在CLK连续作用下计数器状态连续作用下计数器状态Q3Q2Q1Q0与要求产生的输出与要求产生的输出Z之间关系的真值表，如表之间关系的真值表，如表A 6.29所示。所示。若取用若取用8选选1数据选择器数据选择器74HCl51(见图见图4.3.24)，则它的输出逻辑式可写为，则它的输出逻辑式可写为Y=D0(A2A1A0)+D1(A2A1A0)+D2(A2A1A0)+D3(A2A1A0)+D4(A2A1A0)+D5(A2A1A0)+D6(A2A1A0)+D7(A2A1A0)由真值表写出由真值表写出z的逻辑式，并化成与上式对应的形式则得到的逻辑式，并化成与上式对应的形式则得到Z=Q3(Q2Q1Q0)+Q3(Q2Q1Q0)+Q3(Q2Q1Q0)+0(Q2Q1Q0)+Q3(Q2Q1Q0)+Q3(Q2Q1Q0)+0(Q2Q1Q0)+Q3(Q2Q1Q0)令令A2=Q2，A1=Q1，A0=Q0，D0=D1=Q3，D2=D4=D5=D7=Q3，D3=D6=0，则，则数据选择器的输出数据选择器的输出Y即所求之即所求之Z。所得到的电路如图。所得到的电路如图A 6.29所示。所示。表表A6.29 题题6.29的真值表的真值表图图A 6.29题题6.30设计一个灯光控制逻辑电路。要求红、绿、黄三种颜色的灯在时钟信号作用下按设计一个灯光控制逻辑电路。要求红、绿、黄三种颜色的灯在时钟信号作用下按表表P 6.30规定的顺序转换状态。表中的规定的顺序转换状态。表中的1表示表示“亮亮”，0表示表示“灭灭”。要求电路能自启动，。要求电路能自启动，并尽可能采用中规模集成电路芯片。并尽可能采用中规模集成电路芯片。解：因为输出为八个状态循环，所以用解：因为输出为八个状态循环，所以用74LSl61的低三位作为八进制计数器。若的低三位作为八进制计数器。若以以R、Y、G分别表示红、黄、绿三个输出，则可得计数器输出状态分别表示红、黄、绿三个输出，则可得计数器输出状态QQ2Q1Q0与与R、Y、G关系的真值表，如表关系的真值表，如表A 6.30。选两片双选两片双4选选1数据选择器数据选择器74HCl53作通用函数发生器使用，产生作通用函数发生器使用，产生R、Y、G。表。表P6.30表表A6.30 题题6.30的真值表的真值表已知已知74HCl53在在S=0的条件下输出的逻辑式为的条件下输出的逻辑式为Y=D0(A1A0)+D1(A1A0)+D2(A1A0)+D3(A1A0)由真值表写出由真值表写出R、Y、G的逻辑式，并化成与数据选择器的输出逻辑式相对应的形的逻辑式，并化成与数据选择器的输出逻辑式相对应的形式式R=Q2(Q1Q0)+Q2(Q1Q0)+0(Q1Q0)+Q2(Q1Q0)Y=Q2(Q1Q0)+0(Q1Q0)+1(Q1Q0)+0(Q1Q0)G=Q2(Q1Q0)+Q2(Q1Q0)+0(Q1Q0)+Q2(Q1Q0)电路图如图电路图如图A 6.30所示。所示。图图A 6.30题题6.31试用试用JK触发器和门电路设计一个同步七进制计数器。触发器和门电路设计一个同步七进制计数器。解：因为七进制计数器必须有七个不同的电路状态，所以需要用三个触发器组成。解：因为七进制计数器必须有七个不同的电路状态，所以需要用三个触发器组成。如果对电路的状态编码没有提出要求，则取哪七个状态以及如何安排顺序可自行如果对电路的状态编码没有提出要求，则取哪七个状态以及如何安排顺序可自行确定。如果选用图确定。如果选用图A 6.31(a)状态转换图所示的状态编码和循环顺序，即可画状态转换图所示的状态编码和循环顺序，即可画出电路次状出电路次状(QQQ1，)的卡诺图，如图的卡诺图，如图A 6.31(b)所示。所示。从卡诺图写出电路的状态方程得到从卡诺图写出电路的状态方程得到Q3*=Q3Q2+Q2Q1=(Q2Q1)Q3+(Q2)Q3Q2*=Q2Q1+Q3Q2Q1=(Q1)Q2+(Q3Q1)Q2Q1*=Q2Q1+Q3Q1=(Q2Q3)Q1+(1)Q1将上式与将上式与JK触发器特性方程的标准形触发器特性方程的标准形Q*=JQ+KQ对照，即可得出驱动方程为对照，即可得出驱动方程为J3=Q2Q1;K3=Q2J2=Q1;K2=(Q3Q1)J1=(Q3Q2);K1=1根据驱动方程画出的电路图如图根据驱动方程画出的电路图如图A 6.31(c)所示。所示。将无效状态将无效状态111代入状态方程计算，得次态为代入状态方程计算，得次态为000，说明该电路能自启动。，说明该电路能自启动。图图A 6.31题题6.32用用JK触发器和门电路设计一个触发器和门电路设计一个4位格雷码计数器，它的状态转换表如表位格雷码计数器，它的状态转换表如表P 6.32所示。所示。解：按照表解：按照表P 6.32中给出的计数顺序，得到图中给出的计数顺序，得到图A 6.32(a)所示的所示的Q3*Q2*Q1*Q0*的卡诺图。从卡诺图写出状态方程，经化简后得到的卡诺图。从卡诺图写出状态方程，经化简后得到Q3*=Q3Q1+Q3Q0+Q2Q1Q0=Q3 Q1+Q3Q0+Q2Q1Q0(Q3+Q3)=Q2Q1Q0)Q3+(Q2Q1Q0)Q3Q2*=Q2Q1+Q2Q0+Q3Q1Q0Q2Q1+Q2Q0+Q3Q1Q0(Q2+Q2)=(Q3Q1Q0)Q2+(Q3Q1Q0)Q2Q1*=Q1Q0+Q3Q2Q0+Q3Q2Q0=Q1Q0+(Q3Q2Q0+Q3Q2Q0)(Q1+Q1)=(Q2 Q3)Q0)Q1+(Q0(Q3 Q2)Q1Q0*=Q3Q2Q1+Q3Q2Q1+Q3Q2Q1+Q3Q2Q1=(Q3 Q2 Q1)=(Q3 Q2 Q1)(Q0+Q0)=(Q3 Q2 Q1)Q0+(Q3 Q2 Q1)Q0从以上各式得到从以上各式得到J3=Q2Q1Q0;K3=Q2Q1Q0J2=Q3Q1Q0;K3=Q3Q1Q0J1=(Q3 Q2)Q0;K1=(Q3 Q2)Q0J0=(Q3 Q2 Q1);K0=Q3 Q2 Q1进位输出信号为进位输出信号为 C=Q3Q2Q1Q0得到的逻辑图如图得到的逻辑图如图A 6.32(b)所示。所示。图图A 6.32题题6.33用用D触发器和门电路设计一个十一进制计数器，并检查设计的电路能否自启动。触发器和门电路设计一个十一进制计数器，并检查设计的电路能否自启动。解：因为电路必须有解：因为电路必须有11个不同的状态，所以需要用四个触发器组成这个电路。如个不同的状态，所以需要用四个触发器组成这个电路。如果按表果按表A6.33取电路的取电路的11个状态和循环顺序，则可画出表示电路次态的卡诺图，个状态和循环顺序，则可画出表示电路次态的卡诺图，如图如图A 6.33(a)所示。所示。表表A6.33 题题6.33中计数器的状态循环表中计数器的状态循环表由卡诺图得到四个触发器的状态方程为由卡诺图得到四个触发器的状态方程为Q3*=Q3Q1+Q2Q1Q0Q2*=Q2Q1+Q2Q0+Q2Q1Q0Q1*=Q1Q0+Q3Q1Q0Q0*=Q3Q0+Q1Q0输出方程为输出方程为C=Q3Q1由于由于D触发器的触发器的Q*=D，于是得到图，于是得到图A 6.33(b)的电路图。从状态方程和输出方的电路图。从状态方程和输出方程画出电路的状态转换图如图程画出电路的状态转换图如图A 6.33(c)，可见电路能够自启动。，可见电路能够自启动。图图A 6.33题题6.34分析图分析图P 6.1时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，时序电路的逻辑功能，写出电路的驱动方程、状态方程和输出方程，画出电路的状态转换图和时序图。画出电路的状态转换图和时序图。解：取解：取Q1、Q2、Q3三个触发器的状态分别表示三个触发器的状态分别表示A、B、C的状态。由图的状态。由图P 6.34可可见，输出的状态与见，输出的状态与A、B、C的状态相同，故可直接得到的状态相同，故可直接得到ya=Q1、yb=Q2、yc=Q3根据图根据图P 6.34的状态转换图画出的状态转换图画出Q1*、Q2*、Q3*作为作为Q1、Q2、Q3和和M的逻辑函的逻辑函数的卡诺图，如图数的卡诺图，如图A 6.34(a)。由卡诺图写出状态方程为。由卡诺图写出状态方程为Q1*=MQ2+MQ3Q2*=MQ3+MQ1Q3*=MQ1+MQ2若采用若采用D触发器，则根据触发器，则根据Q*=D，即得到，即得到D1=MQ2+MQ3D2=MQ3+MQ1D3=MQ1+MQ2据此画出