1、第五章 时序逻辑电路,5-1 概述,5-2 时序逻辑电路的分析方法,5-3 若干常用的时序逻辑电路,5-4 时序逻辑电路的设计方法,5-1 概述,1、功能特点,包含组合逻辑电路和存储电路；包含反馈电路。,任一时刻的输出信号不但取决于当时的输入信号，而且还取决于电路原来所处的状态。,2、电路组成,同步时序电路：构成电路的每块触发器的时钟脉冲来自同一个脉冲源，同时作用在每块触发器上 。,异步时序电路：构成电路的每块触发器的时钟脉冲来自不同的脉冲源。,3、分类,典型电路有：寄存器，移位寄存器，计数器等。,5-2 时序逻辑电路的分析方法,重点讲同步时序逻辑电路的分析方法。,同步时序电路：构成电路的每块
2、触发器的时钟脉冲来自同 一个脉冲源，同时作用在每块触发器上 。,一、同步时序逻辑电路的分析步骤,1、写驱动方程,2、写状态方程,3、写输出方程,4、填状态转换表,5、画状态转换图,6、画时序波形图,7、分析其功能,8、检查自启动,二、举例,试分析下图时序电路的逻辑功能。,解：,1）输出方程,Y = Q3Q2,2）驱动方程,J3 = Q2Q1 ；,3) 状态方程,K1 = 1,J2 = Q1 ；,K3 = Q2,Q3,Q2,Q1,Y,CP,4）状态转换表,CP的顺序,Q3 Q2 Q1,Y,设： 0 0 0 0,设：0 1 1 1,则：1 0 0 0,则：,1,0,0,1,2,0,1,0,3,0,
3、1,1,4,1,0,0,5,1,0,1,6,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,7,0,0,0,0,已知：,5）状态转换图,/0,/1,/0,/0,/0,/0,/0,/1,6） 时序图,7) 分析电路的功能,8) 检查自启动,由状态转换表知，此电路能自启动。,1 2 3 4 5 6 7,随CP的输入，电路循 环输出七个稳定状态，,所以是七进制计数器。,Y端的输出是此七进制 计数器的进位脉冲。,1,1,0,0,0,0,5-3 若干常用的时序逻辑电路,5-3-1 寄存器和移位寄存器,5-3-2 计数器,5-3-3 顺序脉冲发生器,5.3.1 寄存器和移位寄存器,一、寄存器,（用四块D触发器构成
4、）,若输入：1 0 0 1,0 0 0 0,1、电路结构,存入： 1 0 0 1,2、工作原理,存数指令,CP,Q0,Q1,Q2,Q3,D0,D1,D2,D3,具有寄存数码的功能，移位功能。,二、 移位寄存器,1、左移位电路组成,（从Q3 向Q0移),Q0 端是串行输出端；,DIL 是左移数据输入端；,CP,DIL,Q0Q1Q2Q3 端是并行输出端。,2、工作过程,例如：要移入D0D1D2D3=1111=1000,左移状态表,Q0 Q1 Q2 Q3 DIL CP顺序,X X X 1,X X 1 0,X 1 0 1,1 0 1 1,1,1,0,2,1,3,1,4,1,1 1,1 1 1,1 1
5、1 1,1,1 0,1 0 0,1 0 0 0,1,0,4、集成移位寄存器74LS194,功能表：,0 x x 清零,1 0 0 保持,1 0 1 右移(向QD移),1 1 1 并行输入,1 1 0 左移(向QA移),1,0 1,1,1,1 1,1 1 1,1 1 1 1,问题： 4个CP后，为什么向右移入了4个1 ?,向右移举例：,1,要想只将一个1右移，操作过程见上：,1,0 1,0 0 1,0 0 0 1,0,VCD,用两片74LS194A接成8位双向移位寄存器:,0 x x 清零,1 0 0 保持,1 0 1 右移(向Q3移),1 1 1 并行输入,1 1 0 左移(向Q0移),VCD
6、,集成移位寄存器-74194,4个并行输入端,2个控制端,5-3-2 计数器,计数器,同步,异步,二进制,十进制,任意进制,二进制,十进制,任意进制,加法，减法，可逆,加法，减法，可逆,加法计数器：随cp的输入，电路递增计数,减法计数器：随cp的输入，电路递减计数,可逆计数器：随cp的输入，电路可增可减计数,一、同步计数器,(一) 同步二进制计数器,1、同步二进制加法计数器,CP,T0=1,Q0,T1,Q1,T2,Q2,C,Q3,T3,T0=1；,T1=Q0；,T2=Q1Q0；,T3=Q2Q1Q0,C=Q3Q2Q1Q0,(2) 驱动方程,(1) 输出方程,（四块T触发器组成）,一、同步计数器,
7、(一) 同步二进制计数器,1、同步二进制加法计数器,CP,T0=1,Q0,T1,Q1,T2,Q2,C,Q3,T3,T0=1；,T1=Q0；,T2=Q1Q0；,T3=Q2Q1Q0,C=Q3Q2Q1Q0,(2) 驱动方程,(1) 输出方程,（四块T触发器组成）,已知：,C=Q3Q2Q1Q0,(3)时序波形图,(4) 状态转换情况,（在波形图上读）,0,0,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,(5) 分析功能,这是十六进制计数器(也是四位二进制加法计数器)计数容量为24-1=15,2、集成四位二进制加法计数器74
8、LS161,Q 1、Q 2、Q 3 端分别为四分频、八分频和十六分频端。,Q0端为二分频端。,Q0端输出脉冲的频率为1/2f,若CP的频率为f,计数器的另一个作用是分频：,同理：,逻辑符号,CP：时钟输入端,EP、ET：功能转换端,C：进位输出端,D3D2D1D0：预置数的输入端,功能表：,1,0 0 0 0,0,0,X,X,X X,置零,0,1,X X,预置数,X,1,1,0 1,保持,X,1,1,X 0,保持（但C=0）,1,1,1 1,计数,X X X X,0,1,X X X X,X X X X,0,例如：,0 0 1 1,0 0 1 1,4位同步二进制计数器74161的逻辑图,74LS
9、160的状态转换图,（Q3Q2Q1Q0 ）,0000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1110,1111,1100,1101,C=Q3Q0=1,3、同步二进制减法计数器,工作特点：随CP的不断输入,电路递减计数。,4、四位二进制可逆计数器74LS191,逻辑符号,功能表,1,X,1,X,保持,0,X,X,预置数,0,1,0,加法计数,0,1,1,减法计数,X,进位输出函数C=Q3Q0,同步十进制可逆计数器有74LS190。 电路框图、功能表和74LS191相同。,74LS160的状态转换图,（Q3Q2Q1Q0 ）,0
10、000,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,1010,1011,1110,1111,1100,1101,C=Q3Q0=1,（二） 同步十进制计数器,集成同步十进制加法计数器有74LS160。电路框图、功能表 和74LS161相同，但输出只有00001001十个稳定状态。,同步十进制可逆计数器有74LS190。 电路框图、功能表和74LS191相同。,单时钟：74190,168 双时钟：74192,tpd,tpd,二、异步计数器,1、异步二进制计数器,构成（以三位为例）,时序图,计数状态 （在时序图上读）,1,FF0,FF1,FF2,CP0,
11、CP1,CP2,Q0,Q1,Q2,(CP1),(CP2),tpd,2异步十进制计数器,驱动方程：,状态方程与时钟条件：,CP的顺序,Q3 Q2 Q1 Q0,0 0 0 0,8,9,1,0,0,0,2,0,0,1,3,0,0,1,4,0,1,0,5,0,1,0,6,0,1,1,0,1,0,1,0,1,0,7,0,1,1,1,cp3 cp2 cp1 cp0,1,0,0,0,1,0,0,1,10,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,0,1,1,异步十进制加法
12、计数器的时序图,优点： 异步计数器具有结构简单的。 缺点： 1 工作频率比较低，因为异步计数器的各级触发器是以串行进位方式连接的； 2 在电路状态译码时存在竞争冒险现象。,功能说明（表1）,3、异步二五十进制计数74LS290,CP输入端,进制,输出状态,分频端,CP0,Q0,二,0、1,Q0为二分频端,CP1,Q3Q2Q1,五,000100,Q3为五分频端,CP1,Q3Q2Q1Q0,十,00001001,Q3为十分频端,且Q0与CP1相连,输出端,CP1,CP0,Q0,Q1,Q2,Q3,功能说明,异步置0端,RO1 RO2,异步置9端,S91 S92,功能说明,1 1,X 0,1 1,0 1
13、,置 0,0 X,1 1,X 0,1 1,置 9,0 0,0 0,计 数,（表2）,逻辑符号,用作十进制时的连线,VCD,三、任意进制计数器的构成方法,用 N 进制计数器，构成 M 进制计数器,（一） MN 的情况,1、复位法（即清零法）,2、置位法：,三、任意进制计数器的构成方法,（一） MN 的情况,例1：试用74LS160构成六进制计数器，用清零法。,状态转换表,状态转换图,（Q3Q2Q1Q0 ）,0,0 0 0 0,1,0 0 0 1,2,0 0 1 0,3,0 0 1 1,4,0 1 0 0,5,0 1 0 1,6,0 1 1 0,0 0 0 0,0000,0001,0010,001
14、1,0100,0101,0110,例：利用同步十进制计数器74160接成同步六进制计数器,采用置零法将74160接成六进制计数器,置零信号持续时间极短, 动作慢的触发器还未来得及复位，置零信号已经消失,导致电路误动作.,用74LS160构成六进制计数器，置入0000。,状态转换表,状态转换图,（Q3Q2Q1Q0 / Y）,例2：,0,0 0 0 0,0,1,0 0 0 1,0,2,0 0 1 0,0,3,0 0 1 1,0,4,0 1 0 0,0,5,0 1 0 1,1,6,0 0 0 0,0000,0001,0010,0011,0100,0101,/0,/0,/0,/0,/0,/1,例1的时
15、序图：,0,1,0,1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,0,0,0,例2的时序图：,Y=Q2Q0,进位端的输出波形同左。,功能表：,1,0 0 0 0,0,0,X,X,X X,置零,0,1,X X,预置数,X,1,1,0 1,保持,X,1,1,X 0,保持（但C=0）,1,1,1 1,计数,X X X X,0,1,X X X X,X X X X,0,0 0 1 1,0 0 1 1,状态转换表,例3,状态转换图,用74LS160够成六进制，置入1001。,Q3 Q2 Q1 Q0,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0
16、 1 1 1,1 0 0 0,1 0 0 1,置入,1,1 0 0 1,0010,0011,0100,1001,0000,0001,/0,/0,/0,/0,/0,C=1,（Q3Q2Q1Q0 / Y）,跳过状态,（检查自启动情况略）,1,例1,试用两片74LS160构成百进制计数器。,2、连接方式与特点,1）同步CP方式。,2）用低位的进位信号控制高位的功能转换端，,高位仅在 EP=ET=1 的时间内计数。,3、进制 M,M = 1010 = 100,高位、低位各自能输出10个稳定状态：,（二）M N 的情况,（用多片N进制计数器组合构成）,1、连接线路,例2,试用两片74LS160构成百进制计
17、数器。,2、连接方式与特点,1）异步CP方式。低位的进位信号是高位的时钟。,2）两片的EP、ET恒为1，都处于计数状态。,3、进制 M,M = 1010 = 100,高位、低位各自能输出10个稳定状态：,1、连接线路,为何用非门？,例2 两片之间用非门连接的原理,74LS160是CP作用的计数器，若片间连接不用非门，则：,CP,Q0,Q1,Q2,Q3,低位,C1,Q0,高位,1,1,第9个CP过后，电路输出（1 ，1001），出错。,CP,Q0,Q1,Q2,Q3,Q0,1,低位,若用非门连接，则正常输出。,0,高位,例3.试用两片同步十六进制计数器74161接成 ? 进制计数器,串行进位的连接
18、方式,例4.试用两片同步十进制计数器74160接成二十九进制计数器,2、 计数状态表,（2）片 （1）片,CP顺序 Q3Q2Q1Q0 Q3Q2Q1Q0 状态数,1,9,0 0 0 0,0 0 0 0,10,0 0 0 0,0 0 0 1,19,1 0 0 1,0 0 0 1,20,0 0 0 0,0 0 1 0,1,2,10,11,20,21,0 0 1 0 1 0 0 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 1,1 1 1 1,暂态,3、进制 M,M = 20+8+1 = 29,29,0 0 0 0 0 0 0 0,30,例5.试用两片同步十六进制计数器74161接成 ? 进制计
19、数器,2、 计数状态表,（2）片 （1）片,CP顺序 Q3Q2Q1Q0 Q3Q2Q1Q0 状态数,1,15,0 0 0 0,0 0 0 0,16,0 0 0 0,0 0 0 1,31,1 1 1 1,0 0 0 1,32,0 0 0 0,0 0 1 0,1,2,16,17,32,33,0 0 1 0 1 0 0 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 1,1 1 1 1,暂态,此例能否用整体置数法？,问题：,3、进制 M,M = 32+8+1 = 41,41,0 0 0 0 0 0 0 0,42,74LS290的应用,例5 用74LS290组成六进制计数器。,计数状态: 0000
20、0101(0110),74LS290的应用,例5 用两片74LS290组成二十四进制计数器。,计数状态: 0000 0000 0010 0011(0010 0100),整体反馈清零方式,74LS290的应用,(二十四进制计数译码显示电路),图7.1.20,5-4 时序逻辑电路的设计方法,5-4-1 同步任意进制计数器的设计,要求 ：1）用小规模集成电路（触发器和门电路）设计。,2）计数器应能自启动,3）电路应力求简单,例 :设计一个 六进制计数器。,/0,/0,/0,/0,/0,/1,循环输出S0 、S1、S2、S3、S4、S5六个状态。,1、状态选定,3、次态/输出卡诺图,001/0,010
21、/0,100/0,011/0,101/1,000/0,X X X/ X,X X X /X,分解卡诺图,1 0 0 1,1 0 X X,0 1 0 1,0 0 X X,0 0 1 0,1 0 X X,2、状态转换表,0 0 0 0,0 1 X X,Q2Q1Q0/C,4、写状态方程和输出方程,5、确定触发器的类型，写驱动方程,若用JK触发器组成这个电路，就将状态方程化成JK触发器特性方程的标准形式：,J0 =1 ； K0 =1,J1 =Q2Q0 ；K2=Q0,J2 = Q1 Q0 ；K2 = Q0,驱动方程,6、根据驱动方程和输出方程画逻辑图,7、画状态转换图,/0,/0,/1,/0,/0,/0,
