Unit12——DesignSequentialCircuitswithMSIblocks張彥航SchoolofComputerScienceZhangyanhang@Unit12利用中規(guī)模芯片設(shè)計時序邏輯電路計數(shù)器芯片寄存器芯片同步十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS160（異步清零）,74LS162（同步清零）同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS161（異步清零）,74LS163（同步清零）異步二-五-十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS90（異步清零）,74LS290

（異步清零）同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS192（雙時鐘）,

74LS190（單時鐘）同步4位二進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS193（雙時鐘）,74LS191（單時鐘）計數(shù)器芯片芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步清零只需要1個條件：清零端給有效信號立即回零。清零需要2個條件同時具備：清零端給有效信號+時鐘邊沿到來

時鐘邊沿到來時，且置數(shù)使能信號有效，向計數(shù)器裝入用戶指定的初始值置數(shù)功能利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路輸入輸出CPCLRNLDNENTENPQDQCQBQAX0XXX0000↑10XXDCBAX110X保持X11X0保持↑1111計數(shù),計滿時RCO=1例1:利用74LS161設(shè)計模10計數(shù)器①清零法——利用清零端74LS161/160功能表芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步異步清零只需要1個條件：清零端給有效信號立即回零設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需要M+1個狀態(tài)CP“1”00000001001000110100101010000111011001011001用74LS161實(shí)現(xiàn)1010只在極短的瞬態(tài)出現(xiàn)，不包括在穩(wěn)定的循環(huán)中異步清零：用1001回零，則1001狀態(tài)無法保持一個時鐘周期，只是一個瞬間狀態(tài)！電路產(chǎn)生毛刺。輸入輸出CPCLRNLDNENTENPQDQCQBQA↑0XXX0000↑10XXDCBAX110X保持X11X0保持↑1111計數(shù),計滿時RCO=1

74LS163/162功能表同步清零需要2個條件同時具備:清零端給有效信號+時鐘邊沿到來

設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需要M個狀態(tài)0000000100100011010010000111011001011001用74LS163實(shí)現(xiàn)例2:利用74LS163

設(shè)計模10計數(shù)器①清零法——利用清零端芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步注意：同步清零和異步清零在設(shè)計中的不同!輸入輸出CPCLRNLDNENTENPQDQCQBQAX0XXX0000↑10XXDCBAX110X保持X11X0保持↑1111計數(shù),計滿時RCO=1例3:分別利用74LS161(或74163)設(shè)計模10計數(shù)器②

置數(shù)法——利用置數(shù)端0000000100100011010010000111011001011001用74LS163/161實(shí)現(xiàn)CP“1”“0”“0”“0”“0”設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需要M個狀態(tài)置數(shù)法CP“1”清零法74LS161/160功能表芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步同步清零法和置數(shù)歸零法：不需要多讓出一個狀態(tài)！電路沒有毛刺。設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器總結(jié)②置數(shù)法①清零法設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需M+1個狀態(tài)設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需M個狀態(tài)設(shè)計M進(jìn)制計數(shù)器:需M個狀態(tài)沒有毛刺異步清零同步清零沒有毛刺有毛刺利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

計數(shù)器的級聯(lián)——利用進(jìn)位信號CPCP（2）異步串行進(jìn)位連接方式

計數(shù)器的級聯(lián)——利用進(jìn)位信號例1：利用74LS161設(shè)計模256加法計數(shù)器（1）同步并行進(jìn)位連接方式芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步用前一級的進(jìn)位控制后一級的計數(shù)使能用前一級的進(jìn)位作后一級的時鐘信號（1）同步級聯(lián)（2）異步級聯(lián)

計數(shù)器的級聯(lián)——利用進(jìn)位信號芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步例2：利用74LS160設(shè)計模29計數(shù)器①級聯(lián)為M進(jìn)制：M為素數(shù)利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路清零法：計到29時異步清零例2：利用74LS160設(shè)計模29計數(shù)器

計數(shù)器的級聯(lián)——利用進(jìn)位信號①級聯(lián)為M進(jìn)制：M為素數(shù)置數(shù)法：計到28時整體同步置數(shù)例2：利用74LS160設(shè)計模29計數(shù)器利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步

計數(shù)器的級聯(lián)——利用進(jìn)位信號②級聯(lián)為M進(jìn)制：M=N1*N2例3：利用74LS160設(shè)計模60計數(shù)器“0”“0”“0”“0”“0”“0”“0”“0”74LS16074LS160“1”“CP”“1”低位高位芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步芯片型號計數(shù)進(jìn)制輸出特點(diǎn)置數(shù)方式清零方式74LS160十進(jìn)制8421BCD碼同步異步74LS161十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步異步74LS162十進(jìn)制8421BCD碼同步同步74LS163十六進(jìn)制4位二進(jìn)制碼同步同步波形分析：一個循環(huán)周期之內(nèi)的波形與二進(jìn)制譯碼器的輸出相同能把波形循環(huán)實(shí)現(xiàn)：計數(shù)器3:8譯碼器模8計數(shù)器74ls138G2AG1ABCG2B“0”“1”“0”74LS163“1”“CP”.....

計數(shù)器應(yīng)用——節(jié)拍發(fā)生器例：利用74LS163設(shè)計實(shí)現(xiàn)一個8節(jié)拍發(fā)生器Set0（異步）:R0(1)R0(2)=1；S9(1)S9(2)=0Set9（異步）:S9(1)S9(2)=1計數(shù)：R0(1)R0(2)=0;S9(1)S9(2)=0CPA↓

，Q0:模2計數(shù)器CPB↓，Q3Q2Q1:模

5計數(shù)器同步十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS160（異步清零）,74LS162（同步清零）同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS161（異步清零）,74LS163（同步清零）異步二-五-十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS90（異步清零）,74LS290

（異步清零）同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS192（雙時鐘）,

74LS190（單時鐘）同步4位二進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS193（雙時鐘）,74LS191（單時鐘）計數(shù)器芯片00000101010001101輸入輸出CPR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)

QDQCQBQAX110X0000X11X00000XXX111001↓X0X0計數(shù)↓0X0X計數(shù)↓0XX0計數(shù)↓X00X計數(shù)功能表模2計數(shù)模5計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QAQBQCQD

異步二-五-十進(jìn)制計數(shù)器:74LS90/290利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用①——8421-BCD

碼模10計數(shù)器CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)模2計數(shù)CP輸入輸出CPR0(1)R0(2)S9(1)S9(2)

QDQCQBQAX110X0000X11X00000XXX111001↓X0X0計數(shù)↓0X0X計數(shù)↓0XX0計數(shù)↓X00X計數(shù)74LS90/290功能表0000000100100011010010000111011001011001QDQCQBQA利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用②——8421-BCD

碼模6計數(shù)器CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQC

QD

模5計數(shù)模2計數(shù)CP000001010100011101QCQBQA利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用②——8421-BCD

碼模6計數(shù)器CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)模2計數(shù)CPD0A1A0D3D1D20

0

014-to-1Mux利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用②——8421-BCD

碼模6計數(shù)器CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)模2計數(shù)CPY0A1A0Y3Y1Y22-4Decoder利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用③——模-45計數(shù)器Solution1：模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)CP模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QAQBQCQD

模5計數(shù)模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QAQBQCQD

模5計數(shù)CPSolution2：3輸入與門2輸入與門異步清零,多讓出一個狀態(tài)

應(yīng)用④——5421-BCD

碼模10計數(shù)器0000000100100011010010111010100110001100QAQDQCQBCPBQBQC12345678910QD0001QA001000110100100010011010101111000000模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)CP利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路CP

T1T2T3T4T5T6T71234567

應(yīng)用⑤——利用邏輯門和計數(shù)器設(shè)計節(jié)拍發(fā)生器利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用⑤——設(shè)計節(jié)拍發(fā)生器1）設(shè)計模7計數(shù)器2）對計數(shù)器的輸出譯碼輸入譯碼輸出QCQBQAY1Y2Y3Y4Y5Y6Y70001000000001010000001000100000110001000100000010010100000101100000001CP

T1T2T3T4T5T6T71

23

4567模2計數(shù)CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)QA

QBQCQD

模5計數(shù)CPY1Y2Y7……異步清零,多讓出一個狀態(tài)⑥模1000計數(shù)器Q0Q1Q2Q3CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CPQ0Q1Q2Q3CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)Q0Q1Q2Q3CPACPBS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)124810204080100200400800000000000000利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路同步十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS160（異步清零）,74LS162（同步清零）同步4位二進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS161（異步清零）,74LS163（同步清零）異步二-五-十進(jìn)制加法計數(shù)器：74LS90（異步清零）,74LS290

（異步清零）同步十進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS192（雙時鐘）,

74LS190（單時鐘）同步4位二進(jìn)制加/減計數(shù)器：74LS193（雙時鐘）,74LS191（單時鐘）計數(shù)器芯片輸入輸出CLRNLDCP+CP-

QDQCQBQA1XXX000000XXDCBA01↑1加計數(shù)011↑減計數(shù)0111保持74LS193LDABCDCP+CP-CLRNQAQCQD

QBCO

BO

74LS192/193功能表輸入輸出LDCTD/UCPQDQCQBQA0XXXDCBA100↑加計數(shù)101↑減計數(shù)11XX保持74LS190/191功能表74LS190LDABCDCTCPU/DQAQCQD

QBCO

BO

同步可逆計數(shù)器:74LS193/190異步清零方式例：利用一片4位數(shù)碼比較器74LS85及一片模16計數(shù)器芯片74LS193設(shè)計模10計數(shù)器

計數(shù)器的綜合應(yīng)用——

設(shè)計可變模值計數(shù)器74LS85A0A2A3

B0B1

B2B3(A>B)iA1(A=B)i(A<B)iYA>BYA=BYA<B74LS193LDABCDCP+CP-CLRNQAQCQD

QBCO

BO

“1”“0”“1”CP“1”“0”“0”“1”“1”“0”計數(shù)器模值N比較器：A3~A0

：輸入計數(shù)器模值N

B3~B0

：連接計數(shù)器當(dāng)前計數(shù)輸出值若計數(shù)器當(dāng)前輸出值QDQCQBQA

=模值N，比較器輸出端YA=B=1,該信號使計數(shù)器清零設(shè)計思路

輸入輸出CLRNLDCP+CP-

QDQCQBQA1XXX000000XXDCBA01↑1加計數(shù)011↑減計數(shù)0111保持74LS192/193功能表74LS85功能表輸入輸出(A>B)i(A<B)i(A=B)iYA>B

YA<B

YA=B10010

0010010001010

計數(shù)器的應(yīng)用——光電轉(zhuǎn)換整形放大計數(shù)器比較器初始化數(shù)據(jù)分裝控制信號產(chǎn)品分裝控制電路利用中規(guī)模計數(shù)器芯片設(shè)計時序邏輯電路Unit12利用中規(guī)模芯片設(shè)計時序邏輯電路計數(shù)器芯片寄存器芯片輸入輸出CPCRS1S0QAQBQCQDX0XX000001XX保持X100保持↑101DSRQAQBQC↑110QBQCQDDSL↑111ABCD74LS194功能表74LS194LDABCDS1S0

CRQAQCQD

QBDSL

DSR

CP

S1S0工作方式

00保持01右移10左移11并入

異步清零并行輸入端并行輸入使能異步清零端左移串行輸入端右移串行輸入端方式控制端注：寄存器只在移位方式下才從左/右移串行輸入DSL和DSR取數(shù)據(jù)利用中規(guī)模寄存器芯片設(shè)計時序邏輯電路74194——4-bit雙向移位寄存器74LS194LDABCDS1S0

CRQAQCQD

QBDSL

DSR

CP“0”“1”“0”“0”CP“1”“1”“0”10001100111011110000000100110111

QAQBQCQD1000

S1S0工作方式

00保持01右移10左移11并入

“0”“1”利用中規(guī)模寄存器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用①——4-bit扭環(huán)形計數(shù)器環(huán)形計數(shù)器該怎樣設(shè)計？

應(yīng)用②——寄存器級聯(lián)利用中規(guī)模寄存器芯片設(shè)計時序邏輯電路74LS194LDABCDS1S0

CRQAQCQD

QBDSL

DSR

CP74LS194LDABCDS1S0

CRQAQCQD

QBDSL

DSR

CPCPS1S0構(gòu)造

8-bit移位寄存器

設(shè)計要點(diǎn)兩塊芯片同步工作工作方式相同左移方式下，高位芯片的QA連接低位芯片的DSL右移方式下，低位芯片的QD連接低位芯片的DSR利用中規(guī)模寄存器芯片設(shè)計時序邏輯電路

應(yīng)用③——節(jié)日彩燈（8位扭環(huán)形計數(shù)器）工作原理：按下清0鍵，8個LED都亮；然后從L0開始，每來一個CP，各LED依次熄滅；當(dāng)L7熄滅后，從L0開始，每來一個CP，各LED又依次點(diǎn)亮；重復(fù)此規(guī)律。①L0L1L2L3②

L4L5L6L7000010001100

111011111111111111111111

01110011

00010000

0000

00000000000000000000

00000000100011001110

1111

1111

1111

1111

1111

011100110001QAQBQCQD

CRS1S0CP74194②“1”QAQBQCQD

DSRABCDLDCRS1S0CP74194①+5V清0鍵L0“0”“1”“0”DSRABCDLD1秒CPL1L2L3L4L5L6L7

S1S0工作方式

00保持01右移10左移11并入

S1S0工作方式

00保持01右移10左移11并入

CR=0，寄存器清零，

F7F6F5F4F3F2F1F0=00000000∵F7=0，∴S1S0=11，LD=0，是并行輸入方式CP↑，并行輸入，即F7F6F5F4F3F2F1F0=1111110D6

∵S1S0=10，LD=1，是左移工作方式

CP↑,左移，即F7F6F5F4F3F2F1F0=111110D6D5

CP↑,左移，即F7F6F5F4F3F2F1F0=111110D6D5D4

…….

CP↑,左移，即F7F6F5F4F3F2F1F0=0D6D5D4D3D2D1D04.返回步驟2反向后,S0=0,S1S0=10，下一刻左移反向后,S0=1,S1S0=11，下一刻并入工作分析①74LS194LDABCDS1S0

CRQAQCQD

QBDSL

DSR

CP②74LS194LDABCDS1S