时序逻辑电路【课件】

时序逻辑电路时序逻辑电路6.1 概述概述定义定义:电路的稳定输出电路的稳定输出(和状态和状态)不仅和该时刻输入有关不仅和该时刻输入有关,还取决还取决于电路原来的状态于电路原来的状态;或者说或者说,还与以前的输入有关。还与以前的输入有关。定义决定的电路结构上的特点定义决定的电路结构上的特点:1.1.必须包含存储器必须包含存储器,用来存储状态用来存储状态;通常还包含组合电路通常还包含组合电路;2.2.存储器的输出状态一般要反馈到组合电路的输入端。存储器的输出状态一般要反馈到组合电路的输入端。二二 、时序电路的框图、时序电路的框图电路状态电路状态信息信息三、描述其逻辑功能的方程组三、描述其逻辑功能的方程组输出方程输出方程状态方程状态方程驱动方程驱动方程四、时序电路的分类四、时序电路的分类同步时序逻辑电路同步时序逻辑电路异步时序逻辑电路异步时序逻辑电路五、本章重点五、本章重点 (同步同步)时序电路的分析方法时序电路的分析方法;(同步同步)时序电路的设计方法时序电路的设计方法;常用电路的功能及其使用方法。常用电路的功能及其使用方法。按电路中触发器的动作特点可分为按电路中触发器的动作特点可分为:6.2 时序电路的分析方法时序电路的分析方法步骤步骤:逻辑图逻辑图三组方程三组方程通过计算通过计算状态转换表状态转换表状态转换图状态转换图或时序图或时序图 (可能的话可能的话,用文字描述功能用文字描述功能)。例例6.2.1 分析七进制加法分析七进制加法(递增递增)计数器。计数器。6.2.1 同步时序电路的分析方法同步时序电路的分析方法第第1步步:三组方程三组方程输出方程输出方程驱动方程驱动方程状态方程状态方程第第2步步:计算求状态转换表计算求状态转换表第第3步步:求状态转换图求状态转换图111这个状态只能被光顾一次这个状态只能被光顾一次第第4步步:求时序图求时序图(波形图波形图)功能总结例例6.2.3说明异步时序逻辑电路说明异步时序逻辑电路,分析其逻辑功能分析其逻辑功能,画出状态图画出状态图和时序图。和时序图。异步电路的分析过程和同步电路相同异步电路的分析过程和同步电路相同;不同的是触发条件不不同的是触发条件不是同时满足是同时满足,所以计算状态方程的时候要格外注意！所以计算状态方程的时候要格外注意！6.3 若干常用时序逻辑电路若干常用时序逻辑电路6.3.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器一、寄存器一、寄存器(Register)功能功能:寄存二进制代码。寄存二进制代码。747574175二、移位寄存器二、移位寄存器(shift register)功能功能:存储的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。存储的代码能够在移位脉冲的作用下依次左移或右移。应用应用:数据的串行数据的串行并行转换、数值运算以及数据处理等。并行转换、数值运算以及数据处理等。分类分类:右移、左移、双向。右移、左移、双向。1.1.右移寄存器右移寄存器11011 2 3 42.集成移位寄存器集成移位寄存器74194右移输出右移输出左移输出左移输出3.扩展与应用扩展与应用例如例如:用两片用两片74LS194A连城连城8位双向移位寄存器。位双向移位寄存器。2.2.应用举例应用举例数值运算数值运算Y=M*8+N*26.3.2 计数器计数器(Counter)一、同步计数器一、同步计数器2.分类分类:同步同步、异步、异步;加法加法(递增递增)、减法、减法(递减递减)、可逆、可逆(加加/减减);二进制二进制(编码编码)、二、二十进制、循环码计数器等。十进制、循环码计数器等。模模(容容量量):一一个个计计数数循循环环包包含含的的状状态态数数N,或或者者一一个个计计数数周周期期包含的脉冲个数包含的脉冲个数N,也称也称N进制进制(计数器计数器)。1.四位二进制加法计数器四位二进制加法计数器1.功能功能:对输入的时钟脉冲进行计数对输入的时钟脉冲进行计数,以及对其它物理量的计量以及对其它物理量的计量第第1 1步步:驱动方程驱动方程,输出方程和状态方程输出方程和状态方程C=Q3Q2Q1Q0第第2步步:根据计算得到状态转换表根据计算得到状态转换表第第3步步:状态转换图状态转换图次态次态=现态现态+1第第4步步:时序图时序图应用应用:分频器分频器 Q0为为2分频分频;Q1为为4分频分频;Q2为为8分频分频;Q3和和C为为16分频。分频。电子表就是对电子表就是对32768Hz进进行行215分频得到分频得到1Hz信号信号,进进行计数实现计时的。行计数实现计时的。1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F1 2 3 4 5 6 7 8二进制二进制加法加法计数器电路结构计数器电路结构(驱动方程驱动方程)的规律的规律:T4=Q0Q1Q2Q3现态现态次态次态驱动方程驱动方程同步同步4位二进制加法计数器位二进制加法计数器74161工作状态工作状态X0XXX清零（异步）清零（异步）10XX置数（同步）置数（同步）X1101保持（包括保持（包括C）X11X0保持（保持（C=0）1111计数计数清零端和置数端可以改变清零端和置数端可以改变计数器状态变化规律！计数器状态变化规律！四位二进制四位二进制减法减法计数器状态图计数器状态图次态次态=现态现态-14位二进制位二进制减法减法计数器及其结构特点计数器及其结构特点1 0 1 1 1 0 0-1-1 0 1 1 0 1 1现态现态次态次态加加/减减计数器计数器加加/减减计数结果计数结果加加/减减计数器计数器计数结果计数结果二进制二进制加加/减减计数器计数器(可逆计数器可逆计数器)两种解决方案a.单时钟式单时钟式(加加/减控制端减控制端)74191工作状态工作状态X11X保持保持XX0X置数置数(异步异步)010加计数加计数011减计数减计数74191功能表功能表工作状态工作状态X11X保持保持XX0X置数置数(异步异步)010加计数加计数011减计数减计数74191时序图例子时序图例子74191功能表功能表b.双时钟式双时钟式741932.2.十进制计数器十进制计数器十进制加法计数器十进制加法计数器74160工作状态工作状态X0XXX清清0（异步）（异步）10XX置数（同步）置数（同步）X1101保持保持(包括包括C)X11X0保持（保持（C=0）1111计数计数74160功能表功能表CPQ0Q1Q2Q3C 十进制计数器十进制计数器74160分频特性分频特性T=10TCPTCPTQ2=10TCP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A4TCP6TCPQ0二分频二分频,Q1五分频五分频,Q2、Q3、C都是十分频。都是十分频。十进制减法计数器十进制减法计数器十进制可逆计数器十进制可逆计数器基本原理一致基本原理一致,电路只用到电路只用到0000-1001的十个状态的十个状态实例器件实例器件单时钟单时钟:74190,74168双时钟双时钟:74192二、异步计数器二、异步计数器1.1.二进制计数器二进制计数器Q2Q1Q00000010100111001011101111 2 3 4 5 6 7 8异步时序电路延迟时间具有积累特性异步时序电路延迟时间具有积累特性,限制了工作速度！限制了工作速度！74161(1)Datasheet数据表数据表74161(2)74161(3)