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1、5.1 时序逻辑电路的基本概念,5.2 时序逻辑电路的分析方法,5.5 时序逻辑电路的设计方法,5.3 计数器,5.4 寄存器,5.时序逻辑电路,2、熟练掌握时序逻辑电路的分析方法,1、熟练掌握时序逻辑电路的描述方式及相互转换。,3、熟练掌握常用时序逻辑器件的功能及应用,本章基本要求,逻辑电路可分为 两大类：,1、组合电路：,2、时序电路：,由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。,电路的输出仅仅与当时的输入有关。,存储电路，因而具有记忆能力。,电路的输出不仅与当时的输入有关，而且还与电路原来的状态有关。,时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。,概 述,时序逻辑电路的结构,输入信号,输出信号,
2、存储电路的输入,输出状态,逻辑电路中存在反馈，时序电路的输出由电路的输入和电路原来的状态共同决定。,5.1 时序逻辑电路的基本概念,X(X1，Xi),Q(Q1，Qr),Y(Y1，Yr),Z(Z1，Zj),ZF1(X，Qn)输出方程,YF2(X，Qn)驱动方程,Qn+1F3(Y，Qn)状态方程,各信号之间的逻辑关系方程组：,逻辑关系方程：,从控制时序状态的脉冲源来分：,时序电路,同步：,异步：,存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源,没有统一的时钟脉冲,5.1.2 时序逻辑电路的分类,ZF1(X，Qn)输出方程,YF2(X，Qn)驱动方程,Qn+1F3(Y，Qn)状态方程,1.逻辑方程式,时序电
3、路功能的四种描述方法：逻辑方程式、状态转换表、状态图和时序图。,时序电路的四种描述方法,2.状态转换表,现 态,次 态输 出,3.状态图,4.时序图,0,0,0,1,0,0,0,1,0,1,1,1,0 0 0 0,1 1 1 1,0,0,0,1,1,1,0,1,0,1,0,0,能直观地描述电路输入信号、输出信号及电路状态在时间上的对应关系。,四种描述方式是可以相互转换的。,分析时序逻辑电路的一般步骤:,1.写出触发器时钟信号CP的表达式,6.综合分析，用文字描述电路的逻辑功能;,2.写出各触发器的驱动方程,3.将每个触发器的驱动方程代入其特性方程中，得 出其状态方程;,4.写出时序电路的输出方
4、程;,5.列出状态转换表或画出状态图和波形图。,5.2 时序逻辑电路的分析方法,同步时序逻辑电路的分析举例,例5-1 试分析下图所示时序电路的逻辑功能。,Z与输入X无关，电路是莫尔型同步时序电路。,解：,1.了解电路组成。,输入信号,输出信号,J2=K2=X Q1,J1=K1=1,3.求出电路状态方程。,Z=Q2Q1,2.写出各触发器的驱动方程和输出方程。,4.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图。,Z=Q2Q1,状态转换表,电路状态图,画出波形图,波形可以根据状态转换表、状态转换图或方程画出。,5.确定逻辑功能,X=0时，电路进行加1计数。,可逆计数器,X=1时，电路进行减1计数。,Z可
5、理解为进位或借位端。,分析下图所示同步时序逻辑电路，试画出在CP时钟脉冲信号作用下，电路L1L4的波形图，并确定电路逻辑功能。（设各触发器初态均为0）,解：,1.了解电路组成。,输入信号,输出信号,2.写出各触发器的驱动方程。,输出与输入无关,*例2,莫尔型同步时序电路。,同步时序逻辑电路的分析举例（续）,3.求出电路状态方程,4.求输出方程,5.列出其状态转换表，画出状态转换图和波形图,状态转换表,画出状态图,波形图（略）,6.电路自启动能力的确定,本电路具有自启动能力。,1.异步时序逻辑电路的分析方法：,要特别注意各触发器的时钟脉冲输入端的时钟信号状态。,时钟方程 触发器的驱动方程；电路输
6、出方程。,(1)列出电路方程,(2)求电路状态方程,(3)列出状态转换表或画出状态图和波形图.,将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求出电路状态方程。,触发器时钟信号逻辑表达式；,分析步骤:,5.2.3 异步时序逻辑电路的分析举例,例6.2.3 分析图所示逻辑电路。,2.异步电路分析举例:,解(1)写出电路方程式,时钟方程,输出方程,驱动方程,CP0=CP,上升沿触发,CP1=Q0，仅当Q0由0 1时，Q1才可能改变状态。,(2)求电路状态方程,(CP由01时此式有效),(Q0由01时此式有效),如有时钟脉冲触发信号时，触发器状态变化；如无时钟脉冲触发信号时，触发器状态不变。,(3)列状态表、
7、画状态图和时序图,1 0/1,0,1,1,0 1/0,0,1,0 0/0,0,1,0,1 1/0,0,0,CP1,CP0,(4)逻辑功能分析,由状态图和时序图可知，此电路是一个异步四进制减法计数器，Z是借位信号。也可把该电路看作一个序列信号发生器。输出序列脉冲信号Z的重复周期为4TCP，脉宽为1TCP。,*例 2 分析如图所示异步时序逻辑电路，画出电路状态图和波形图。,解(1)写出电路方程式,时钟方程,驱动方程,D2=Q0 Q1,D2=Q0 Q1,(2)求电路状态方程,D2=Q0 Q1,(3)列电路状态转换真值表,D2=Q0 Q1,(3)列电路状态转换真值表,end,(4)画出状态图和波形图,
8、2.计数器的分类,按脉冲输入方式，分为同步和异步计数器,按进位体制，分为二进制、十进制和任意进制计数器,按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器,1.计数器的逻辑功能,计数器的基本功能是对输入时钟脉冲进行计数。它也可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列及进行数字运算等等。,5.3 计数器,1.异步二进制计数器-4位异步二进制加法计数器,工作原理,二进制计数器,结论:,计数器的功能：不仅可以计数也可作为分频器。,如考虑每个触发器都有1tpd的延时，电路会出现什么问题？,异步计数脉冲的最小周期 Tmin=n tpd。（n为位数）,Q0在每个CP都翻转一次,Q1仅在Q0=1后的下一个CP到来时翻转,
9、FF0可采用T=1的T触发器,FF1可采用T=Q0的T触发器,Q3仅在Q0=Q1=Q2=1后的下一个CP到来时翻转,FF2可采用T=Q0Q1的T触发器,Q2仅在Q0=Q1=1后的下一个CP到来时翻转,FF3可采用T=Q0Q1Q2的T触发器,4位二进制计数器状态表,0,0,0,0,0,16,1,1,1,1,1,15,0,0,1,1,1,14,0,1,0,1,1,13,0,0,0,1,1,12,0,1,1,0,1,11,0,0,1,0,1,10,0,1,0,0,1,9,0,0,0,0,1,8,0,1,1,1,0,7,0,0,1,1,0,6,0,1,0,1,0,5,0,0,0,1,0,4,0,1,1
10、,0,0,3,0,0,1,0,0,2,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,Q0,Q1,Q2,Q3,进位输出,电路状态,计数顺序,2.二进制同步加计数器,4位二进制同步加计数器逻辑图,图5-12 4位同步二进制加法计数器的逻辑图,几种常用的集成电路计数器。,3.集成二进制计数器,74161的功能,RCO=ETEPQAQBQCQD,74161逻辑功能表,异步清零,同步并行预置数据,保持原有状态不变,计数,QDQCQBQA0,QDQCQBQADCBA,QDQCQBQA QDQCQBQA,CP每来一个上升沿，计数器的值增1。,集成计数器74161（4位二进制同步加计数器）,74161的时序
11、图,5.3.2 非二进制计数器,一、8421BCD码同步加法计数器74160,RCO=,设法跳过169=7个状态,1,1,CP,1,例 用74161构成九进制加计数器。,(1)利用异步清零引脚,(1)反馈清零法,二、任意进制计数器,设法跳过169=7个状态,(2)利用同步置数引脚:采用前九种状态,(2)反馈置数法:,用74161构成九进制加计数器。,(2)反馈置数法:采用后九种状态,波形图：,N M的情况：,已有的集成计数器是M 进制，需组成的是N 进制计数器,具体实现的方法：,反馈清零法,反馈置数法,用集成计数器构成任意进制计数器小结,5.3.3 组成分频器,例5.3.1 某石英晶体振荡器输
12、出脉冲信号的频率为32768Hz，用74161组成分频器，将其分频为频率为1Hz的脉冲信号。,例5.3.1的逻辑电路图,5.3.4 组成序列信号发生器,例 试用计数器74161和数据选择器设计一个01100011序列发生器。解：由于序列长度P=8，故将74161构成模8计数器，并选用数据选择器74151产生所需序列。,计数器和数据选择器组成序列信号发生器,5.4 寄存器,1.寄存器,寄存器:是数字系统中用来存储代码或数据的 逻辑部件。,一个触发器能存储1位二进制代码，存储 n 位二进制代码的寄存器需要用 n 个触发器组成。,数码寄存器,74LS175的功能表,移位寄存器是既能寄存数码，又能在时
13、钟脉冲的作用下使数码向高位或向低位移动的逻辑功能部件。,按移动方式分,单向移位寄存器,双向移位寄存器,左移位寄存器,移位寄存器的逻辑功能分类,右移位寄存器,移位寄存器,基本移位寄存器,（a）电路,串行数据输入端,串行数据输出端,并行数据输出端,D3=Qn2,D1=Q0n,D0=DSI,Q0n+1=DSI,Q1n+1=D1=Q0n,Q2n+1=D2=Qn1,Q3n+1=D3=Qn2,1、写出激励方程：,2、写出状态方程：,(b)工作原理,D2=Qn1,D0 D2 D1 D3,1 0 1 1,0 1 1 0,1 1 0 0,0 0 0,1CP 后,2CP 后,3CP 后,4CP 后,1011,DSI=11010000,从高位开始输入,经过4个CP脉冲作用后，从DS 端串行输入的数码就可以从Q0 Q1 Q2 Q3并行输出。串入并出,经过7个CP脉冲作用后，从DSI 端串行输入的数码就可以从DO 端串行输出。串入串出,典型集成电路,（a）逻辑功能示意图（b）引脚图图5-34 集成移位寄存器74194,74194的功能表,
