从模电到数电的电子技术课件-dz_chap15

（5-1）电子技术第五章时序逻辑电路数字电路部分（5-2）第五章时序逻辑电路§5.1概述§5.2寄存器§5.3计数器的分析§5.4计数器的设计§5.5计数器的应用举例（5-3）时序电路的特点：具有记忆功能。在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关者，都叫做时序逻辑电路，简称时序电路。组合逻辑电路存储功能............XYZW§5.1概述时序电路的基本单元：触发器。（5-4）时序逻辑电路寄存器和移位寄存器计数器顺序脉冲发生器分析设计教学要求：1.会使用移位寄存器组件；2.会分析和设计计数器电路。*（5-5）§5.2寄存器5.2.1数码寄存器Q3Q2Q1Q0&&&&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取数脉冲接收脉冲(CP)寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。四位数码寄存器（5-6）12345671098141312111516171819201Q1D2D2Q3Q3D4D4QGND输出控制时钟VCC5D6D7D8D5Q6Q7Q8Q74LS374低电平有效正边沿触发八D寄存器：三态输出共输出控制共时钟（5-7）5.2.2移位寄存器所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成三种：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器双向移位(c)（5-8）根据移位数据的输入－输出方式，又可将它分为四种：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出•串行输入－串行输出•串行输入－并行输出•并行输入－串行输出•并行输入－并行输出：（5-9）SDQQDQQDQQDQQD&&&&A0A1A2A3RDCLRLOAD移位脉冲CP0串行输出数据预置3210存数脉冲清零脉冲四位并入-串出的左移寄存器初始状态：设A3A2A1A0＝1011在存数脉冲作用下，Q3Q2Q1Q0＝1011。D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2下面将重点讨论蓝颜色电路—移位寄存器的工作原理。QQDQQDQQDQQD移位脉冲CP0串行输出3210（5-10）D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2QQDQQDQQDQQD移位脉冲CP0串行输出3210101101100110110011001000100000000000000000000000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0设初态Q3Q2Q1Q0＝1011用波形图表示如下：Q3Q2Q1Q0CP110100110011000000000001（5-11）四位串入-串出的左移寄存器：D0＝LD1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2四位串入-串出的右移寄存器：D1＝Q2D2＝Q3D3＝RD0＝Q1QQDQQDQQDQQDCP串行输出3210串行输入QDQQ3DQDQDCP串行输出Q1Q2Q0串行输入双向移位寄存器的构成：只要设置一个控制端S，当S＝0时左移；而当S＝1时右移即可。集成组件电路74LS194就是这样的多功能移位寄存器。（5-12）R—右移串行输入L—左移串行输入A、B、C、D—并行输入VCCQAQBQCQDS1S0CPQAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194151614131211109123456780111100011011直接清零保持右移(从QA向QD移动)左移(从QD向QA移动)并行输入CLRCPS1S0功能（5-13）5.2.3寄存器应用举例例：数据传送方式变换电路D6D5D4D3D2D1D0并行输入串行输出数据传送方式变换电路1.实现方法(1).因为有7位并行输入，故需使用两片74LS194；(2).用最高位QD2作为它的串行输出端。（5-14）2.具体电路&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2D0D1D2D3D4D5D6+5V+5VCP启动脉冲移位脉冲&G2串行输出并行输入74LS194(1)74LS194(2)（5-15）寄存器各输出端状态QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2QD2寄存器工作方式0D0D1D2D3D4D5D610D0D1D2D3D4D5110D0D1D2D3D41110D0D1D2D311110D0D1D2111110D0D11111110D0CP并行输入(S1S0=11)并行输入(S1S0=11)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)右移(S1S0=01)3.工作效果在电路中，“右移输入”端接＋5V。（5-16）集成移位寄存器简介并行输入－并行输出(双向)74LS194、74LS198、74LS299，等。并行输入－串行输出74LS165、74LS166，等。串行输入－并行输出74LS164，等。串行输入－串行输出74LS91，等。（5-17）§5.3计数器的分析5.3.1计数器的功能和分类1.计数器的作用记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。2.计数器的分类按工作方式分：同步计数器和异步计数器。按功能分：加法计数器、减法计数器和可逆计数器。按计数器的计数容量(或称模数)来分：各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二－十进制计数器等等。（5-18）计数器的分析计数器的设计电路由触发器构成电路由集成组件构成用触发器实现用集成组件实现计数器的研究内容（5-19）5.3.2异步计数器的分析异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“异步计数器”。Q2D2Q1D1Q0D0Q2Q1Q0CP计数脉冲三位二进制异步加法计数器例：三位二进制异步加法计数器。（5-20）Q0Q1Q2QQ21000101010101000101011011100000101思考题：试画出三位二进制异步减法计数器的电路图，并分析其工作过程。异步计数器优点：电路简单、可靠。异步计数器缺点：速度慢。Q2D2Q1D1Q0D0Q2Q1Q0CP计数脉冲三位二进制异步加法计数器（5-21）5.3.3同步计数器的分析同步计数器的特点：在同步计数器内部，各个触发器都受同一时钟脉冲——输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为“同步计数器”。例：三位二进制同步加法计数器。三位二进制同步加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲CP（5-22）分析步骤:1.先列写控制端的逻辑表达式：J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1Q0：来一个CP，它就翻转一次；Q1：当Q0＝1时，它可翻转一次；Q2：只有当Q1Q0＝11时，它才能翻转一次。三位二进制同步加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲CP（5-23）2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程。20010011110101000000011001301000001101140111111111005100000011101610100111111071100000111118111111111000CPQ2Q1Q0J2＝K2＝J1＝K1＝J0＝1K0＝1Q2Q1Q0Q1Q0Q1Q0Q0Q0原状态控制端下状态,,,（5-24）CPQ0Q1Q23.还可以用波形图显示状态转换表。思考题：试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。Q0的输出的波形的频率是CP的1/2。Q1的输出的波形的频率是CP的1/4。Q2的输出的波形的频率是CP的1/8。二分频四分频八分频（5-25）5.3.4任意进制计数器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数脉冲CP1.写出控制端的逻辑表达式。J2=Q1Q0，K2＝1J1=K1＝1J0=Q2，K0＝1例：分析步骤：（5-26）2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程：10000111110012001011111010301001111101140111111111005100011101000CPQ2Q1Q0J2=K2=J1=K1=J0=K0=Q2Q1Q0Q1Q0111原状态控制端下状态,,,1Q2Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数脉冲CP所分析的电路为异步五进制加法计数器。（5-27）另有三种状态111、110、101不在计数循环内，如果这些状态经若干个时钟脉冲能够进入计数循环，称为能够自行启动。4.检验其能否自动启动？CPQ2Q1Q0J2=K2=J1=K1=J0=K0=Q2Q1Q0Q1Q0111原状态控制端下状态,,,1Q2111111101000110011101010101011101010结论：经检验，可以自动启动。3.还可以用波形图显示状态转换表(略)（5-28）0001000110010101011101115.画状态转换图。Q2Q1Q0（5-29）用触发器构成的计数器电路的分析首先写出触发器的控制端的逻辑表达式再列写计数器的状态转换表获得计数器的模(即进制数)最后需检验计数器的可靠性（5-30）§5.4计数器的设计计数器的设计方法很多，大抵可分为两类：一是根据要求用触发器(Flop-Flip)构成，再就是利用具有特定功能的中规模集成组件适当连接而成。5.4.1利用触发器设计某计数电路举例说明其设计步骤。例：数字控制装置中常用的步进电动机有A、B、C三个绕组。电动机运行时要求三个绕组以AABBBCCCA再回到A的顺序循环通电，试设计一个电路实现之。（5-31）设计步骤(分7步)如下：(1)根据任务要求，确定计数器的模数和所需的触发器个数。本任务所需计数器的模数为6，所以触发器的个数为3。(2)确定触发器的类型。最常用的触发器有D触发器和JK触发器，本任务中选用JK触发器。001011010110100101(3)列写状态转换表或转换图。用三个触发器的输出端QA、QB、QC分别控制电动机的三个绕组A、B、C，并以“1”表示通电，“0”表示不通电。以QCQBQA为序排列：（5-32）(4)根据所选触发器的激励表，确定各个触发器在状态转换时对控制端的电平要求。JKQnQn+1JK触发器的功能表00000011010001101001101111011110QnQn+1JKJK触发器的驱动表000X011X10X111X0注意：“X”表示可“0”可“1”。（5-33）QCQBQAQCQBQAJCKCJBKBJAKA原状态下状态对各控制端的电平要求,,,0010110X1XX00110100XX0X10101101XX00X110100X0X10X100101X00X1X101001X10XX0步进电动机绕组通电激励表(5)写出各个控制端的逻辑表达式。JC=QAKC=QAJB=QCKB=QCJA=QBKA=QB（5-34）RDQCQCJCKCQBQBJBKBJAQAQAKARDSD预置数计数脉冲CP(6)画出计数器的逻辑电路图。(7)检验该计数电路能否自动启动。本计数电路有三个触发器，可有八个状态组合，可是只用去六个，尚有两个未利用，因此需要检验一下，若不能自行启动要进行修改。（5-35）5.4.2利用集成功能组件设计计数电路一、中规模计数器组件介绍及其应用1.二-五-十进制计数器74LS9074LS90内部含有两个独立的计数电路：一个是模2计数器(CPA为其时钟，QA为其输出端)，另一个是模5计数器(CPB为其时钟，QDQCQB为其输出端)。外部时钟CP是先送到CPA还是先送到CPB，在QDQCQBQA这四个输出端会形成不同的码制。(1)74LS90的结构和工作原理简介（5-36）QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR0(1)R0(2)R9(2)R9(1)QAQBQCQD74LS90原理电路图（5-37）CPACPBR0(1)R0(2)R9(2)R9(1)NCNCVC