《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）教學(xué)課件

清華大學(xué)

閻石王紅聯(lián)絡(luò)地址：清華大學(xué)自動化系郵政編碼：100084電子信箱：wang_hong@聯(lián)絡(luò)電話：(010)627929731/65第六章時序邏輯電路2/656.1概述一、時序邏輯電路特點功效上：任一時刻輸出不但取決于該時刻輸入，還與電路原來狀態(tài)相關(guān)。例：串行加法器，兩個多位數(shù)從低位到高位逐位相加

2.電路結(jié)構(gòu)上

①包含存放電路和組合電路 ②存放器狀態(tài)和輸入變量共同決定輸出3/65二、時序電路普通結(jié)構(gòu)形式與功效描述方法4/65能夠用三個方程組來描述：5/65三、時序電路分類1.同時時序電路與異步時序電路同時：存放電路中全部觸發(fā)器時鐘使用統(tǒng)一clk,狀態(tài)改變發(fā)生在同一時刻異步：沒有統(tǒng)一clk,觸發(fā)器狀態(tài)改變有先有后2.Mealy型和Moore型Mealy型：Moore型：6/656.2時序電路分析方法6.2.1同時時序電路分析方法分析：找出給定時序電路邏輯功效 即找出在輸入和CLK作用下，電路次態(tài)和輸出。普通步驟：①從給定電路寫出存放電路中每個觸發(fā)器驅(qū)動方程（輸入邏輯式），得到整個電路驅(qū)動方程。②將驅(qū)動方程代入觸發(fā)器特征方程，得到狀態(tài)方程。③從給定電路寫出輸出方程。7/65例：TTL電路8/656.2.2時序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、狀態(tài)機(jī)流程圖和時序圖一、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表00000100010100010011001110001001010101110011000011110001000001001020100301104100051010611017000001111100009/65二、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖10/65三、狀態(tài)機(jī)流程圖（StateMachineChart）11/65四、時序圖12/65例：13/65（4）列狀態(tài)轉(zhuǎn)換表：（5）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖00011011001/010/011/000/1111/100/001/010/014/65*6.2.3異步時序邏輯電路分析方法各觸發(fā)器時鐘不一樣時發(fā)生例：TTL電路15/656.3若干慣用時序邏輯電路6.3.1存放器和移位存放器一、存放器①用于存放一組二值代碼，N位存放器由N個觸發(fā)器組成，可存放一組N位二值代碼。②只要求其中每個觸發(fā)器可置1，置0。例1：16/65例：用維-阻觸發(fā)器結(jié)構(gòu)74HC17517/65二、移位存放器（代碼在存放器中左/右移動）含有存放+移位功效18/6519/65器件實例：74LS194A，左/右移，并行輸入，保持，異步置零等功效20/65R’DS1S0工作狀態(tài)0XX置零100保持101右移110左移111并行輸入

21/65擴(kuò)展應(yīng)用（4位8位）22/656.3.2計數(shù)器用于計數(shù)、分頻、定時、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等分類：按時鐘分，同時、異步 按計數(shù)過程中數(shù)字增減分，加、減和可逆 按計數(shù)器中數(shù)字編碼分，二進(jìn)制、二-十進(jìn)制和 循環(huán)碼… 按計數(shù)容量分，十進(jìn)制，六十進(jìn)制…23/65一、同時計數(shù)器同時二進(jìn)制計數(shù)器①同時二進(jìn)制加法計數(shù)器原理：依據(jù)二進(jìn)制加法運算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位加1，若第i位以下皆為1時，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器組成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti邏輯式應(yīng)為：24/6525/65器件實例：74161工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同時）X1101保持（包含C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)26/65②同時二進(jìn)制減法計數(shù)器原理：依據(jù)二進(jìn)制減法運算規(guī)則可知：在多位二進(jìn)制數(shù)末位減1，若第i位以下皆為0時，則第i位應(yīng)翻轉(zhuǎn)。由此得出規(guī)律，若用T觸發(fā)器組成計數(shù)器，則第i位觸發(fā)器輸入端Ti邏輯式應(yīng)為：27/65③同時加減計數(shù)器加/減計數(shù)器加/減計數(shù)結(jié)果加/減計數(shù)器計數(shù)結(jié)果兩種處理方案28/65a.單時鐘方式加/減脈沖用同一輸入端，由加/減控制線高低電平?jīng)Q定加/減器件實例：74LS191（用T觸發(fā)器）工作狀態(tài)X11X保持XX0X預(yù)置數(shù)(異步)010加計數(shù)011減計數(shù)29/65b.雙時鐘方式器件實例：74LS193（采取T’觸發(fā)器，即T=1）30/652.同時十進(jìn)制計數(shù)器①加法計數(shù)器

基本原理：在四位二進(jìn)制計數(shù)器基礎(chǔ)上修改，當(dāng)計到1001時，則下一個CLK電路狀態(tài)回到0000。31/65能自開啟32/65器件實例：74160工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同時）X1101保持（包含C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)33/65②減法計數(shù)器基本原理：對二進(jìn)制減法計數(shù)器進(jìn)行修改，在0000時減“1”后跳變?yōu)?001，然后按二進(jìn)制減法計數(shù)就行了。34/65能自開啟35/65③十進(jìn)制可逆計數(shù)器基本原理一致，電路只用到0000~1001十個狀態(tài)實例器件單時鐘：74190,168雙時鐘：7419236/65二.異步計數(shù)器1.二進(jìn)制計數(shù)器①異步二進(jìn)制加法計數(shù)器在末位+1時，從低位到高位逐位進(jìn)位方式工作。標(biāo)準(zhǔn)：每1位從“1”變“0”時，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)37/65②異步二進(jìn)制減法計數(shù)器在末位-1時，從低位到高位逐位借位方式工作。標(biāo)準(zhǔn)：每1位從“0”變“1”時，向高位發(fā)出進(jìn)位，使高位翻轉(zhuǎn)38/652、異步十進(jìn)制加法計數(shù)器原理：在4位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器上修改而成，要跳過1010~1111這六個狀態(tài)12345678910J=0J=1J=0J=K=1J=1J=039/65器件實例：二－五－十進(jìn)制異步計數(shù)器74LS29040/65三、任意進(jìn)制計數(shù)器組成方法

用已經(jīng)有N進(jìn)制芯片，組成M進(jìn)制計數(shù)器，是慣用方法。N進(jìn)制M進(jìn)制41/651.N>M原理：計數(shù)循環(huán)過程中設(shè)法跳過N－M個狀態(tài)。詳細(xì)方法：置零法置數(shù)法42/65例：將十進(jìn)制74160接成六進(jìn)制計數(shù)器異步置零法工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同時）X1101保持（包含C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)43/65例：將十進(jìn)制74160接成六進(jìn)制計數(shù)器異步置零法44/6545/65置數(shù)法

(a)置入0000

(b)置入100146/652.N<M①M=N1×N2先用前面方法分別接成N1和N2兩個計數(shù)器。N1和N2間連接有兩種方式：a.并行進(jìn)位方式：用同一個CLK，低位片進(jìn)位輸出作為高位片計數(shù)控制信號（如74160EP和ET）b.串行進(jìn)位方式：低位片進(jìn)位輸出作為高位片CLK，兩片一直同時處于計數(shù)狀態(tài)47/65例：用74160接成一百進(jìn)制

工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同時）X1101保持（包含C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)48/65例：用兩片74160接成一百進(jìn)制計數(shù)器并行進(jìn)位法串行進(jìn)位法49/65②M不可分解采取整體置零和整體置數(shù)法：先用兩片接成M’>M計數(shù)器然后再采取置零或置數(shù)方法50/65例：用74160接成二十九進(jìn)制

工作狀態(tài)X0XXX置0（異步）10XX預(yù)置數(shù)（同時）X1101保持（包含C）X11X0保持（C=0）1111計數(shù)51/65例：用74160接成二十九進(jìn)制整體置零（異步）整體置數(shù)（同時）52/65四、移位存放器型計數(shù)器1.環(huán)形計數(shù)器53/652.扭環(huán)形計數(shù)器54/65五、計數(shù)器應(yīng)用實例例1，計數(shù)器+譯碼器→次序節(jié)拍脈沖發(fā)生器55/65例2，計數(shù)器+數(shù)據(jù)選擇器→序列脈沖發(fā)生器發(fā)生序列：0001011156/656.4時序邏輯電路設(shè)計方法6.4.1同時時序邏輯電路設(shè)計方法設(shè)計普通步驟一、邏輯抽象，求出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1.確定輸入/輸出變量、電路狀態(tài)數(shù)。2.定義輸入/輸出邏輯狀態(tài)以及每個電路狀態(tài)含意，并對電路狀態(tài)進(jìn)行編號。3.按設(shè)計要求列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，或畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。二、狀態(tài)化簡若兩個狀態(tài)在相同輸入下有相同輸出，并轉(zhuǎn)換到同一個次態(tài)，則稱為等價狀態(tài)；等價狀態(tài)能夠合并。57/65三、狀態(tài)分配（編碼）1.確定觸發(fā)器數(shù)目。2.給每個狀態(tài)要求一個代碼。（通常編碼取法、排列次序都依照一定規(guī)律）四、選定觸發(fā)器類型求出狀態(tài)方程，驅(qū)動方程，輸出方程。五、畫出邏輯圖六、檢驗自開啟58/65例：設(shè)計一個串行數(shù)據(jù)檢測器，要求在連續(xù)輸入三個或三個以上“1”時輸出為1，其余情況下輸出為0。一、抽象、畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖二、狀態(tài)化簡用X（1位）表示輸入數(shù)據(jù)用Y（1位）表示輸出（檢測結(jié)果）