数字电子技术基础第6章学习教案.pptx

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1、会计学1数字电子数字电子(dinz)技术基础第技术基础第6章章第一页，共107页。6.1 概述(i sh)一、组合(zh)电路与时序电路的区别1.组合(zh)电路：电路的输出只与电路的输入有关，与电路的前一时刻的状态无关。2.时序电路：电路在某一给定时刻的输出取决于该时刻电路的输入还取决于前一时刻电路的状态由触发器保存时序电路：组合电路+触发器电路的状态与时间顺序有关第2页/共107页第二页，共107页。时序电路在任何时刻(shk)的稳定输出，不仅与该时刻(shk)的输入信号有关，而且还与电路原来的状态有关。构成时序(sh x)逻辑电路的基本单元是触发器。第3页/共107页第三页，共107页。

2、二、时序(sh x)逻辑电路的分类：按动作特点(tdin)可分为同步时序(sh x)逻辑电路异步时序逻辑电路所有触发器状态的变化都是在同一时钟信号操作下同时发生。触发器状态的变化不是同时发生。第4页/共107页第四页，共107页。按输出(shch)特点可分为米利型时序(sh x)逻辑电路穆尔(m r)型时序逻辑电路输出不仅取决于存储电路的状态，而且还决定于电路当前的输入。输出仅决定于存储电路的状态，与电路当前的输入无关。第5页/共107页第五页，共107页。三、时序逻辑电路的功能描述(mio sh)方法逻辑方程组状态表卡诺图状态图时序图逻辑图 第6页/共107页第六页，共107页。特性方程：描

3、述(mio sh)触发器逻辑功能的逻辑表达式。驱动方程：（激励方程）触发器输入信号的逻辑 表达式。时钟方程：控制时钟CLK的逻辑表达式。状态方程：（次态方程）次态输出的逻辑表达式。驱动方程代入特性方程得状态方程。输出方程：输出变量的逻辑表达式。1.逻辑(lu j)方程组第7页/共107页第七页，共107页。2.状态表反映(fnyng)输出Z、次态Q*与输入X、现态Q之间关系的表格。第8页/共107页第八页，共107页。3.状态图反映(fnyng)时序电路状态转换规律，及相应输入、输出取值关系的图形。箭尾：现态箭头(jintu)：次态标注：输入(shr)输出第9页/共107页第九页，共107页。

4、4.时序(sh x)图 时序图又叫工作波形图，它用波形的形式形象地表达了输入信号、输出信号、电路的状态(zhungti)等的取值在时间上的对应关系。这四种方法(fngf)从不同侧面突出了时序电路逻辑功能的特点，它们在本质上是相同的，可以互相转换。第10页/共107页第十页，共107页。电路图时钟方程、驱动(q dn)方程和输出方程状态方程状态图、状态表时序(sh x)图15时序电路的分析(fnx)步骤：46.2 时序逻辑电路的分析方法2将驱动方程代入特性方程判断电路逻辑功能,检查自启动3计算第11页/共107页第十一页，共107页。几个(j)概念有效状态：在时序电路中，凡是(fnsh)被利用了

5、的状态。有效循环：有效状态构成的循环。无效状态：在时序电路中，凡是(fnsh)没有被利用的状态。无效循环：无效状态若形成循环，则称为无效循环。自启动：在CLK作用下，无效状态能自动地进入到有效循环中，则称电路能自启动，否则称不能自启动。第12页/共107页第十二页，共107页。例6.2.1解:写方程组驱动(q dn)方程第13页/共107页第十三页，共107页。同步时序电路，时钟(shzhng)方程省去。输出(shch)方程求状态方程将驱动方程代入JK触发器的特性方程 中得电路的状态方程:第14页/共107页第十四页，共107页。计算、列状态(zhungti)转换表第15页/共107页第十五页

6、，共107页。画状态(zhungti)转换图000001010011100101110111/0/0/0/0/0/0/1/1Q3Q2Q1/Y第16页/共107页第十六页，共107页。作时序(sh x)图 说明电路(dinl)功能这是一个同步(tngb)七进制加法计数器，能自启动。000001001011001011011000第17页/共107页第十七页，共107页。例6.2.3解:写方程式驱动(q dn)方程第18页/共107页第十八页，共107页。代入D触发器的特性方程，得到(d do)电路的状态方程输出(shch)方程求状态方程第19页/共107页第十九页，共107页。输入 现 态 次

7、态输出AY0 001 010 110 00001 01 1110 11 11 0011 11 000 0111 000 100 010 0计算(j sun)、列状态转换表第20页/共107页第二十页，共107页。输入 现 态 次 态输出AY0 001 010 110 00001 01 1111 10 11 0011 11 000 0111 000 110 000 0画状态(zhungti)转换图电路状态转换方向00011011转换(zhunhun)条件0/0A/YQ2Q10/10/00/01/01/01/11/0第21页/共107页第二十一页，共107页。作时序(sh x)图 说明电路(din

8、l)功能A=0时是二位(r wi)二进制加法计数器；A=1时是二位(r wi)二进制减法计数器。011110011001第22页/共107页第二十二页，共107页。6.3 若干常用(chn yn)的时序逻辑电路寄存器和移位(y wi)寄存器 一、寄存器 在数字电路中，用来存放二进制数据或代码(di m)的电路称为寄存器。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储1位二进制代码，存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。第23页/共107页第二十三页，共107页。同步(tngb)触发器构成4位寄存器边沿触发器构成（1）清零。，异步清零。即有：（2）送数。时，CLK上

9、升沿送数。即有：（3）保持。在 、CLK上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。第24页/共107页第二十四页，共107页。二、移位(y wi)寄存器单向(dn xin)移位寄存器001 0010011 110110101 经过4个CLK信号以后，串行输入(shr)的4位代码全部移入寄存器中，同时在4个触发器输出端得到并行输出代码。首先将4位数据并行置入移位寄存器的4个触发器中，经过4个CP,4位代码将从串行输出端依次输出，实现数据的并行串行转换。第25页/共107页第二十五页，共107页。第26页/共107页第二十六页，共107页。单向移位寄存器具有以下主要特点：（1）单向移位寄存器中的数码，

10、在CLK脉冲操 作下，可以依次右移或左移。（2）n位单向移位寄存器可以寄存n位二进制 代码。n个CLK脉冲即可完成串行输入工作，此后可从Q0Qn-1端获得并行的n位二进制数码，再用n个CLK脉冲又可实现串行输出(shch)操作。（3）若串行输入端状态为0，则n个CLK脉冲后，寄存器便被清零。第27页/共107页第二十七页，共107页。双向移位(y wi)寄存器第28页/共107页第二十八页，共107页。2片74LS194A接成8位双向移位(y wi)寄存器第29页/共107页第二十九页，共107页。Q0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RDS1S0CLK74LS194

11、用双向移位寄存器74LS194组成(z chn)节日彩灯控制电路+5V+5VS1=0,S0=1右移(yu y)控制+5V CLK1秒Q=0时LED亮清0按键(n jin)1k二极管发光LEDQ0 Q1 Q2 Q3 DIR D0 D1 D2 D3 DIL RDS1S0CLK74LS194第30页/共107页第三十页，共107页。本节小结(xioji)：寄存器是用来存放二进制数据或代码的电路，是一种基本时序电路。任何现代数字系统都必须把需要处理的数据和代码先寄存起来，以便随时取用。第31页/共107页第三十一页，共107页。本节小结(xioji)：寄存器分为基本寄存器和移位寄存器两大类。基本寄存器

12、的数据只能并行输入、并行输出。移位寄存器中的数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据可以并行输入、并行输出，串行输入、串行输出，并行输入、串行输出，串行输入、并行输出。第32页/共107页第三十二页，共107页。寄存器的应用很广，特别是移位寄存器，不仅可将串行数码转换成并行数码，或将并行数码转换成串行数码，还可以很方便地构成移位寄存器型计数器和顺序脉冲发生器等电路。本节小结(xioji)：第33页/共107页第三十三页，共107页。计数器 在数字电路中，能够(nnggu)记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。分类(fn li)：按计数器中触发器是否同时翻转同步计数器异步计数器按计数器中的数

13、字增减加法计数器减法计数器可逆计数器按计数器容量二进制计数器N进制计数器十进制计数器第34页/共107页第三十四页，共107页。计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器加法(jif)计数器同步(tngb)计数器异步计数器减法(jinf)计数器可逆计数器加法计数器减法计数器可逆计数器二进制计数器十进制计数器N进制计数器第35页/共107页第三十五页，共107页。n位二进制同步加法计数器的电路连接(linji)规律：驱动(q dn)方程输出(shch)方程一、同步计数器279页图6.3.10第36页/共107页第三十六页，共107页。4位二进制同步(tngb)加法计数器 若计数脉冲频率(pnl)

14、为f0，则Q0、Q1、Q2、Q3端输出脉冲的频率(pnl)依次为f0的1/2、1/4、1/8、1/16。因此又称为分频器。第37页/共107页第三十七页，共107页。4位集成(j chn)二进制同步加法计数器74LS161/163预置(y zh)数控制端数据(shj)输入端异步复位端工作状态控制端进位输出(a)引脚排列图第38页/共107页第三十八页，共107页。4位同步(tngb)二进制计数器74161功能表74161具有(jyu)异步清零和同步置数功能.第39页/共107页第三十九页，共107页。4位同步(tngb)二进制计数器74163功能表74163具有同步清零(qn ln)和同步置数

15、功能.74LS16374LS163的引脚排列和的引脚排列和74LS16174LS161相同相同(xin tn)(xin tn)，不同之处是，不同之处是74LS16374LS163采用同步清零方式。采用同步清零方式。第40页/共107页第四十页，共107页。驱动(q dn)方程输出(shch)方程n位二进制同步减法(jinf)计数器的连接规律：284页图6.3.15第41页/共107页第四十一页，共107页。4位集成(j chn)二进制同步可逆计数器74LS191预置(y zh)数控制端使能端加减控制(kngzh)端串行时钟输出第42页/共107页第四十二页，共107页。4位同步(tngb)二进

16、制可逆计数器74LS191功能表74LS191具有(jyu)异步置数功能.第43页/共107页第四十三页，共107页。111011101110001000100第44页/共107页第四十四页，共107页。双时钟(shzhng)加/减计数器74LS19374LS193具有(jyu)异步清零和异步置数功能.第45页/共107页第四十五页，共107页。2、同步(tngb)十进制计数器同步十进制加法(jif)计数器:在同步二进制加法(jif)计数器基础上修改而来.同步十进制加法计数器74LS160与74LS161逻辑图和功能表均相同(xin tn),所不同的是74LS160是十进制而74LS161是十

17、六进制。第46页/共107页第四十六页，共107页。同步(tngb)十进制可逆计数器也有单时钟和双时钟两种结构形式。属于单时钟的有74LS190等，属于双时钟的有74LS192等。74LS190与74LS191逻辑图和功能表均相同(xin tn)；74LS192与74LS193逻辑图和功能表均相同(xin tn)。第47页/共107页第四十七页，共107页。二、异步计数器1、异步二进制计数器3位异步二进制加法(jif)计数器第48页/共107页第四十八页，共107页。触发器为下降(xijing)沿触发，Q0接CLK1,Q1接CLK2。若上升沿触发，则应 Q0接CLK1,Q1接CLK2。第49页

18、/共107页第四十九页，共107页。第50页/共107页第五十页，共107页。3位异步二进制减法(jinf)计数器触发器为下降沿触发，接CLK1,接CLK2。若上升沿触发，则应 接CLK1,接CLK2。第51页/共107页第五十一页，共107页。第52页/共107页第五十二页，共107页。2、异步十进制计数器异步二五十进制计数器74LS290置0端置9端第53页/共107页第五十三页，共107页。若计数脉冲由CLK0端输入，输出(shch)由Q0端引出，即得到二进制计数器；若计数脉冲由CLK1端输入，输出(shch)由Q1Q3引出，即是五进制计数器；若将CLK1与Q0相连，同时以CLK0为输入

19、端，输出(shch)由Q0Q3引出，则得到8421码十进制计数器。第54页/共107页第五十四页，共107页。74LS290功能表第55页/共107页第五十五页，共107页。缺点：（1）工作频率较低；（2）在电路状态译码时存在竞争冒险(mo xin)现象。异步计数器特点(tdin)优点：结构(jigu)简单第56页/共107页第五十六页，共107页。三、任意进制计数器的构成(guchng)方法 利用现有的N进制计数器构成(guchng)任意进制（M）计数器时，如果MN，则要多片N进制计数器。实现(shxin)方法置零法（复位法）置数法（置位法）第57页/共107页第五十七页，共107页。置零法

20、：适用于有清零输入端的集成计数器。原理是不管输出处于哪一状态，只要在清零输入端加一有效电平电压，输出会立即从那个状态回到0000状态，清零信号消失后，计数器又可以从0000开始重新计数。第58页/共107页第五十八页，共107页。置数法：适用于具有预置功能的集成计数器。对于具有预置数功能的计数器而言，在其计数过程中，可以将它输出的任意一个状态通过译码，产生一个预置数控制信号反馈至预置数控制端，在下一个CLK脉冲作用后，计数器会把预置数输入端D0D1D2D3的状态置入输出端。预置数控制信号消失后，计数器就从被置入的状态开始重新计数。第59页/共107页第五十九页，共107页。例6.3.2解：置零

21、法 74LS160具有异步清零(qn ln)功能Q3Q2Q1Q00000000100100011010001010110当MN时，需用多片N进制计数器组合(zh)实现串行进位方式、并行(bngxng)进位方式、整体置零方式、整体置数方式 若M可分解为M=N1N2(N1、N2均小于N），可采用连接(linji)方式有：若M为大于N的素数，不可分解，则其连接方式只有：整体置零方式、整体置数方式第78页/共107页第七十八页，共107页。串行进位(jnwi)方式：以低位片的进位(jnwi)信号作为高位片的时钟输入信号。并行进位方式：以低位片的进位信号作为高位片的工作(gngzu)状态控制信号。整体置

22、零方式：首先将两片N进制计数器按最简单(jindn)的方式接成一个大于M进制的计数器，然后在计数器记为M状态时使RD=0，将两片计数器同时置零。整体置数方式：首先将两片N进制计数器按最简单的方式接成一个大于M进制的计数器，然后在某一状态下使LD=0，将两片计数器同时置数成适当的状态，获得M进制计数器。第79页/共107页第七十九页，共107页。例6.3.3 用两片同步(tngb)十进制计数器接成百进制计数器.解：并行(bngxng)进位方式第80页/共107页第八十页，共107页。串行进位(jnwi)方式第81页/共107页第八十一页，共107页。例6.3.4 用两片74LS160接成二十九进

23、制计数器.解：整体(zhngt)置零方式第82页/共107页第八十二页，共107页。整体(zhngt)置数方式第83页/共107页第八十三页，共107页。四、移位(y wi)寄存器型计数器环形(hun xn)计数器结构(jigu)特点:D0=Q3CLK第84页/共107页第八十四页，共107页。状态(zhungti)转换图:构成(guchng)四进制计数器,不能自启动.第85页/共107页第八十五页，共107页。能自启动的环形(hun xn)计数器:第86页/共107页第八十六页，共107页。状态(zhungti)转换图：n位移位寄存器构成的环形计数器只有n个有效状态(zhungti)，有2n

24、-n个无效状态(zhungti)。第87页/共107页第八十七页，共107页。扭环形(hun xn)计数器结构特点:第88页/共107页第八十八页，共107页。状态(zhungti)转换图：第89页/共107页第八十九页，共107页。能自启动的扭环形(hun xn)计数器:第90页/共107页第九十页，共107页。状态(zhungti)转换图：n位移(wiy)位寄存器构成的扭环形计数器有2n个有效状态，有2n-2n个无效状态。第91页/共107页第九十一页，共107页。6.4 时序(sh x)逻辑电路的设计方法根据(gnj)设计要求画原始(yunsh)状态图最简状态图画电路图检查电路能否自启动

25、1246选触发器，求时钟、输出、状态、驱动方程5状态分配3化简设计步骤:确定输入、输出变量及状态数2n-1M2n第92页/共107页第九十二页，共107页。例6.4.1 设计(shj)一个带有进位输出端的十三进制计数器.解：该电路不需输入端,有进位(jnwi)输出用C表示，规定有进位(jnwi)输出时C=1，无进位(jnwi)输出时C=0。十三进制计数器应该有十三个有效状态，分别(fnbi)用S0、S1、S12表示。画出其状态转换图：1建立原始状态图第93页/共107页第九十三页，共107页。状态(zhungti)转换图不需化简。因为231324，因此取触发器位数n=4。对状态进行编码(bin

26、 m)，得到状态转化表如下：状态(zhungti)化简2状态分配3第94页/共107页第九十四页，共107页。4选触发器，求时钟、输出、状态、驱动(q dn)方程电路次态电路次态/输出（输出（）的卡诺图）的卡诺图第95页/共107页第九十五页，共107页。状态方程：第96页/共107页第九十六页，共107页。若选用4个JK触发器，需将状态方程(fngchng)变换成JK触发器特性方程(fngchng)的标准形式，即Q*=JQ+KQ,找出驱动方程(fngchng)。第97页/共107页第九十七页，共107页。比较得到触发器的驱动(q dn)方程：第98页/共107页第九十八页，共107页。画电路

27、图5第99页/共107页第九十九页，共107页。将0000作为(zuwi)初始状态代入状态方程计算次态，画出状态转换图，与状态转换表对照是否相同。最后检查是否自启动。由状态转换(zhunhun)图可知该电路能够自启动.检查电路(dinl)能否自启动6第100页/共107页第一百页，共107页。例6.4.2解：输入数据作为输入变量(binling)，用X表示；检测结果为输出变量(binling)，用Y表示。例如:设电路没有输入1以前的状态为S0,输入一个1状态为S1，连续输入两个(lin)1后的状态为S2，连续输入3个1以后的状态为S3。画状态(zhungti)转换图输入X 1011001110

28、11110 输入Y 0000000010001101建立原始状态图第101页/共107页第一百零一页，共107页。状态(zhungti)化简2状态(zhungti)分配3S0=00S1=01S2=10两个状态等价第102页/共107页第一百零二页，共107页。卡诺图4选触发器，求时钟、输出(shch)、状态、驱动方程M3，应取触发器n=2。选2个JK触发器。第103页/共107页第一百零三页，共107页。将卡诺图分解,求状态方程(fngchng)和输出方程(fngchng)，并得到驱动方程(fngchng)输出方程：第104页/共107页第一百零四页，共107页。画电路图5输出方程：第105页/共107页第一百零五页，共107页。由状态转换(zhunhun)图可知该电路能够自启动.检查(jinch)电路能否自启动6第106页/共107页第一百零六页，共107页。感谢您的观看(gunkn)！第107页/共107页第一百零七页，共107页。