第五模塊 時序邏輯電路

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1、第五模塊：時序邏輯電路 一、本模塊學習目的 1、掌握時序邏輯電路的特點； 2、純熟掌握時序邏輯電路的分析與設計措施； 3、掌握同步和異步的二—十進制計數器的構成措施和工作原理； 4、純熟掌握中規(guī)模集成芯片，運用“反饋歸零法”、“反饋置數法”、“反饋置最小數法”和“級聯(lián)法”等四種措施構成“N進制計數器”。 二、本模塊重難點內容 1、時序邏輯電路在邏輯功能和電路構造上的特點，以及時序邏輯電路邏輯功能的描述措施。 2、同步時序邏輯電路的分析措施和設計措施。 3、幾種常用中規(guī)模集成時序邏輯電路的邏輯功能和使用措施（會讀功能表，掌握擴展接法及任意進制計數器的構成措施等）。 三、本模塊

2、問題釋疑 1、時序邏輯電路由哪幾部分構成？它和組合電路的區(qū)別是什么？ 答：時序邏輯電路由組合電路和存儲電路兩部分構成。組合邏輯電路在任一時刻的輸出信號僅與當時的輸入信號有關；而時序邏輯電路還與電路本來的狀態(tài)有關。時序電路可分為同步時序電路和異步時序電路兩大類。 2、描述時序電路邏輯功能的措施有哪幾種？ 答：描述時序電路邏輯功能的措施有：狀態(tài)方程、驅動方程、輸出方程、狀態(tài)表、狀態(tài)圖和時序圖。 3、什么是狀態(tài)表、狀態(tài)圖、時序圖？ 答：反映時序邏輯電路的輸出Z、次態(tài)Qn+1和電路的輸入X，現態(tài)Qn間相應取值關系的表格稱為狀態(tài)表。 反映時序邏輯電路狀態(tài)轉換規(guī)律及相應輸入、輸出取值關系

3、的圖形稱為狀態(tài)圖。 時序圖即時序電路的工作波形圖。 4、 狀態(tài)圖如何構成？ 答：在狀態(tài)圖中，圓圈及圈內的字母或數字表達電路的各個狀態(tài)，連線箭頭表達狀態(tài)轉換的方向（由現態(tài)到次態(tài)）。標在連線一側的數字表達狀態(tài)轉換前輸入信號的取值和輸出值。 例如已知狀態(tài)表，請作出狀態(tài)轉換圖。 答：其相應的狀態(tài)轉換圖如下： 5、存儲電路的作用？ 答：由于時序邏輯電路在任一時刻的輸出信號不僅與當時的輸入信號有關，并且還與電路本來的狀態(tài)有關，因此，時序邏輯電路中必須存儲電路，由它將某一時刻之前的電路狀態(tài)保存下來。 6、 時序邏輯電路的特點？ 解：時序邏輯電路的特點如下： a) 時序邏輯電路由組

4、合電路和存儲電路構成。 b) 時序邏輯電路中存在反饋，因而電路的工作狀態(tài)與時間因素有關，即時序電路的輸出由電路的輸入和電路本來的狀態(tài)共同決定。 7、 分析比較同步時序電路和異步時序電路？ 答：同步時序電路：電路中的觸發(fā)器均用一種時鐘脈沖，在它的統(tǒng)一控制下，各觸發(fā)器同步翻轉，工作的速度較快。異步時序電路：電路中存在多種時鐘信號，分別控制不同的觸發(fā)器，因此，各觸發(fā)器不是在同一時刻翻轉，時間上有先有后，工作速度較慢。 8、 時序電路按輸出與輸入的關系如何分類？ 答：可分為米里型和莫爾型兩類。米里型電路的輸出是輸入變量和電路現狀的函數；莫爾型電路的輸出僅與電路的現態(tài)有關。 9、 什么是時序

5、邏輯電路的分析？ 答：根據給定的時序邏輯電路圖，通過度析，求出它的輸出Z的變化規(guī)律，以及電路狀態(tài)Q的轉換規(guī)律，進而闡明該時序電路的邏輯功能和工作特性。 10、 列寫狀態(tài)表的措施？ 答：先填入電路現態(tài)Qn的所有組合狀態(tài)以及輸入信號X的所有組合狀態(tài)，然后根據輸出方程及狀態(tài)方程，逐行填入目前輸出Z的相應值，以及次態(tài)Qn+1的相應值。如下例所示： 11、 什么是原始狀態(tài)圖？做圖措施？ 答：直接由規(guī)定實現的邏輯功能求得的狀態(tài)轉換圖叫做原始狀態(tài)圖。具體做法： a) 分析給定的邏輯功能，擬定輸入變量、輸出變量及該電路應涉及的狀態(tài)，并用字母SO、S1、……表達這些狀態(tài)。 b) 分別以上述狀態(tài)

6、為現態(tài)，考察在每一種也許的輸入組合伙用下應轉入哪個狀態(tài)及相應的輸出，便可求得符合題意的狀態(tài)圖。 12、 作出原始狀態(tài)圖？設計一種串行數據檢測電路，當持續(xù)輸入3個或3個以上1時，電路的輸出為1，其他狀況下輸出為0。 例如： 輸入X 110 輸入Y 110 答：所作出的原始狀態(tài)圖如下： 13、 什么是狀態(tài)等價？如何進行狀態(tài)化簡？ 答：所謂狀態(tài)等價，是指在原始狀態(tài)圖中，如果有兩個或兩個以上的狀態(tài)，在輸入相似的條件下，不僅有相似的輸出，并且向同一種次態(tài)轉換，則稱這些狀態(tài)是等價的。但凡等價狀態(tài)都可以合并。例如S1與S2等價，可取消S2并且將S2出發(fā)的所有連線去

7、掉，將指向S2的連線改而指向S1。 14、 指出下列原始狀態(tài)轉換圖中有否等價的狀態(tài)？ 答：所得原始狀態(tài)圖中，狀態(tài)S2和S3等價。由于它們在輸入為1時輸出都為1，且都轉換到次態(tài)S3；在輸入為0時輸出都為0，且都轉換到次態(tài)S0。因此它們可以合并為一種狀態(tài)，合并后的狀態(tài)用S2表達。 15、 選擇觸發(fā)器個數的規(guī)定？ 答：在進行時序邏輯電路設計時，設電路涉及M個狀態(tài)，則選擇觸發(fā)器的個數為n，應滿足2n-1

8、，或者相反。得到新的驅動方程和邏輯圖，再檢查其自啟動能力，直到可以自啟動為止。 17、 列舉描述時序電路邏輯功能的多種措施的特點？ 答：邏輯方程組是和具體時序電路直接相應的，狀態(tài)表和狀態(tài)圖能給出時序電路的所有工作過程，時序圖能更直觀地顯示電路的工作過程。 18、 什么是有效序列、無效序列？ 答：狀態(tài)圖中有些狀態(tài)，形成閉合回路，在電路正常工作時，電路狀態(tài)總是按照回路中的箭頭方向循環(huán)變化，構成有效序列即有效狀態(tài)。其他不在閉合回路中的狀態(tài)為無效狀態(tài)。 19、 什么是自啟動能力？ 答：在狀態(tài)圖中，若電路由于某種因素進入無效狀態(tài)時，在CP脈沖作用后，電路能自動回到有效序列，這種能力稱為電路具

9、有自啟動能力。 20、 異步時序邏輯電路分析的注意事項？ 答：在異步時序邏輯電路中，由于沒有統(tǒng)一的時鐘脈沖，分析時必須注意，觸發(fā)器只有在再到其CP端上的信號有效時，才有也許變化狀態(tài)。否則，觸發(fā)器將保持原有狀態(tài)不變。根據各觸發(fā)器的時鐘信號CP的邏輯體現式及觸發(fā)方式，擬定各CP端與否有觸發(fā)信號作用。 21、 計數器如何分類？ 答：準時鐘脈沖輸入方式可分為同步計數器和異步計數器；按進位體制可分為二進制計數器和非二進制計數器；按計數過程中數字增減趨勢分為加計數器、減計數器和可逆計數器。 22、 什么是異步計數器，什么是同步計數器？兩者區(qū)別何在？ 答：構成計數器的各觸發(fā)器的CP脈沖不是同

10、一種脈沖，因此各觸發(fā)器狀態(tài)翻轉不在同一時刻，稱為異步計數器。構成計數器的各觸發(fā)器均由同一種CP脈沖控制，狀態(tài)翻轉也在同一時刻進行，稱為同步計數器。同步計數器運算速度快，可靠性高。而異步計數器不僅運算速度慢，并且也許產生誤碼，如由狀態(tài)“0111”變到狀態(tài)“1000”的過程事實上是0111→0110→0100→0000→1000。同步計數器則在同一時刻由0111→1000。 23、 什么是模2計數器？ 答：進位模數為2n的計數器統(tǒng)稱為模2計數器，其中n為觸發(fā)器的級數。 24、 列舉計數器和寄存器的功能？ 答：計數器用于記錄輸入時鐘脈沖的個數、分頻、定期、產生節(jié)拍脈沖等。寄存器的功能是存儲代

11、碼。移位寄存器還可以用來實現數據的串行——并行轉換、數據解決及數值的運算。 25、 列出二進制計數器極間連接的規(guī)律？ 答：其規(guī)律如下： 26、 2n進制同步加法計數器構成規(guī)律？ 答：同步計數器各觸發(fā)器的時鐘端均接至同一種時鐘源CP，同步翻轉。最低位每來一種時鐘必翻轉一次，其他各位在其所有低位均為“1”時，即低位向高位進位時，在時鐘CP作用下才翻轉。用JK觸發(fā)器實現，則： 27、 畫出3位二進制計數器的輸出波形？ 答：其輸出波形如下： 28、 用邊沿JK觸發(fā)器構成異步4位二進制加運算計數器。 答：連接電路如下圖所示： 29、 2n進制同步減法計數器構成規(guī)律？

12、答：最低位觸發(fā)器每來一種時鐘就翻轉一次，而高位觸發(fā)器只有在低位所有為0，低位需向高位借位時，在時鐘的作用下才產生翻轉。用JK觸發(fā)器實現，則： 30、 分析異步計數器的延遲時間？ 答：對于一種n位的二進制異步計數器來說，從一種計數脈沖到來。到n個觸發(fā)器翻轉穩(wěn)定，需要經歷的最長時間是ntpd，為保證計數器的狀態(tài)能對的反映計數脈沖的個數，下一種計數脈沖必須在ntpd后到來，因此，計數脈沖的最小周期Tmin=ntpd。 31、 二進制異步計數器的特點？ 答：（1）n位二進制異步計數器由n個處在計數工作狀態(tài)的觸發(fā)器構成。（2）串行計數，工作速度較低。 32、 同步計數器工作特點？ 答：計

13、數脈沖同步接于觸發(fā)器的時鐘脈搏沖輸入端，當計數脈沖到來時，應當翻轉的觸發(fā)器是同步翻轉的，沒有各級延遲時間的積累問題，并行計數。 33、 什么是可逆計數器？ 答：同步兼有加和減兩種計數功能的計數器稱為可逆計數器。 34、 檢查自啟動的措施？ 答：畫出涉及無效狀態(tài)在內的完整的狀態(tài)圖，看能否從無效狀態(tài)進入有效狀態(tài)。 35、 同步計數器和異步計數器的性能進行比較？ 答：性能進行比較如下： 1） 與異步計數器相比，同步計數器的電路構造要復雜得多； 2） 同步計數器的各觸發(fā)器受到同一時鐘脈沖控制，決定各觸發(fā)器狀態(tài)的條件（J、K狀態(tài)）也是并行產生的，因此該計數器的最端輸入脈沖的周期為一級觸發(fā)

14、器延遲時間，與異步計數器比較，其速度提高了諸多； 3） 由于各個觸發(fā)器的狀態(tài)幾乎是同步變化的，在譯碼顯示時，不易產生差錯； 4） 在同步計數器中，由于所有觸發(fā)器都由同一種脈沖源來驅動，規(guī)定脈沖源具有較大的功率。 36、 列舉某些常用的集成計數器芯片。 答：常用的集成計數器芯片如下： 74LS160：4位同步十進制加法計數器，異步清除； 74LS161：4位同步二進制加法計數器，異步清除； 74LS162：4位同步十進制加法計數器，同步清除； 74LS163：4位同步二進制加法計數器，同步清除； 74LS190：4位同步十進制加/減法計數器； 74LS191：4位同步二進制加

15、/減法計數器； 74LS192：4位同步十進制加/減法計數器，帶清除； 74LS193：4位同步二進制加/減法計數器，帶清除 37、74161的功能？ 答：74161是4位二進制同步加計數器，功能有：①異步清零；②同步并行預置數；③保持功能；④計數功能。其功能表如下： 38、什么是異步清零？ 答：當RD=0時，不管其她輸入端的狀態(tài)如何（涉及時鐘信號CP），計數器輸出將被直接置零，稱為異步清零。 39、 什么是同步并行預置？ 答：在RD=1時，當LD=0，且有時鐘脈沖CP的上升沿作用時，A、B、C、D輸入端的數據將分別被QA~QD所接受。 40、 74161分別處在保持和計

16、數狀態(tài)的條件？ 答：在RD=LP=1的條件下，當ET·EP=0，即兩個計數使能端中有0時，不管有無CP脈沖作用，計數器都將保持原有狀態(tài)不變。當RD=LD=EP=ET=1時，74161處在計數狀態(tài)。 41、 用74161的異步清零的功能構成12進制的計數器，請畫出電路圖。 答：其電路圖如下： 42、 用74161的同步置數的功能構成12進制的計數器，請畫出電路圖。 答：其電路圖如下： 43、 74LS193的特點？ 答：74LS193是雙時鐘4二進制同步可逆計數器，有兩個時鐘脈沖輸入端CPU和CPD。在RD=0、LD=1的條件下，作加計數時，令CPD=1，計數脈沖從輸入；作

17、減計數時，令CPU=1，計數脈沖從CPD輸入。 44、 74LS290的特點？ 答：74LS290是異步十進制計數器，它由1個1位二進制計數器和1個異步五進制計數器構成。如果計數脈沖由CPA端輸入，輸出由QA端引出，即是二進制計數器；如果計數脈沖由CPB端輸入，輸出由QB ~QD引出，即是五進制計數器；如果將QA與CPB相連，計數脈沖由CPA輸入，輸出由QA~QD引出，即是8421碼十進制計數器。 45、 用集成計數器構成任意進制計數器的原則？ 答：用既有的M進制集成計數器構成N進制計數器時，如果M>N，則需一片M進制計數器；如果M

18、？ 答：反饋清零法合用于有清零輸入端的集成計數器。74161具有異步清零功能，在其計數過程中，使RD=0，74161的輸出會立即回到0000狀態(tài)，清零信號消失后，74161又從0000狀態(tài)開始重新計數。 47、 分析反饋置數法？ 答：合用于具有預置數功能的集成計數器。在其計數過程中，將它輸出的任何一種狀態(tài)通過譯碼，產生一種預置數控制信號反饋至預置數控制端，在下一種CP脈沖作用后，計數器從被置入的狀態(tài)開始重新計數。 48、 列出74290的清零和置位功能端的電平？ 答：74290的清零和置位功能端的電平如下： 49、 列出7490：二——五——十進制計數器的輸入脈沖和輸出狀態(tài)？

19、 答：二——五——十進制計數器的輸入脈沖和輸出狀態(tài)如下： 50、 用7290構成8進制計數器，畫出電路圖。 答：其電路圖如下： 51、 用兩片7490構成100進制計數器。 答：電路圖如下： 52、 什么是寄有器？ 答：寄存器是用以暫存二進制代碼的邏輯部件，能實現對數據的清除、接受、保存和輸出等功能。移位寄存器尚有移位功能。 53、 寄存器與鎖存器的區(qū)別？ 答：兩者功能一致，區(qū)別僅在于寄存器中用邊沿觸發(fā)器，而鎖存器中用電平觸發(fā)器。用哪一種電路寄存信息，取決于觸發(fā)器信號和數據之間的時間關系。 54、 數碼寄存器和移位寄存器有什么區(qū)別？ 答：數碼寄存器只能寄存數

20、據，且只能并行輸入和輸出數據。移位寄存器不僅能寄存數據，并且能實現數據的左、右移位，其輸入和輸出數據不僅可并行操作，也可串行操作。 55、 什么是并行輸入、串行輸入、并行輸出和串行輸出？ 答：并和輸入是將整個數碼由各位寄存器輸入端同步一次輸入到寄存器中，并行輸出則是由寄存器各位觸發(fā)器輸出端同步輸出二進制數的各位值，串行輸入是由寄存器的第一位觸發(fā)器輸入端將二進制數碼逐位輸入到寄存器中，每輸入一位則數碼在寄存器中向左或向右移一位，直到所有各位輸入完畢為止。串行輸出則由寄存器末位輸出端將數碼通過移位的措施逐位移出寄存器。 56、 分析移位寄有器？ 答：移位寄存器具有數碼的寄存和移位兩個功能。

21、若在移位脈沖作用下，寄有器中的數碼依次向左移動一位，則稱左移。依次向右移動一位，稱為右移。既可左移又可右移的稱雙向移位寄存器。 57、 移位寄存器的應用？ 答：移位寄存器的應用如下： b) 可進行串行數據和并行數據的互相轉換。 c) 可構成移位型計數器。涉及環(huán)形計數器和扭環(huán)形計數器。 58、 寄存器有幾種工作方式？ 答：寄存器有兩種工作方式：單拍工作方式和雙拍工作方式。如下圖示。 59、 雙拍工作方式的過程是如何的？ 答：工作過程如下： 60、 請畫出一種單項移位寄存器的電路圖？ 答：電路圖如下： 61、 單項移位寄存器有哪些特點？ 答：單項移位寄存器的

22、特點如下： d) 單向移位寄存器中的數碼，在CP脈沖操作下，可以依次右移或左移。 e) n位單向移位寄存器可以寄存n位二進制代碼。n個CP脈沖即可完畢串行輸入工作，此后可從Q0～Qn-1端獲得并行的n位二進制數碼，再用n個CP脈沖又可實現串行輸出操作。 f) 若串行輸入端狀態(tài)為0，則n個CP脈沖后，寄存器便被清零。 62、 (A)試分析下圖所示電路，闡明它是多少進制的計數器。 答：由上圖所示電路可知，該計數器是用“反饋清零法”構成的。當輸出端狀態(tài)為10101110時，由與非門輸出一種清零信號，使兩片74161同步被清零，計數器又從00000000狀態(tài)開始重新計數。由于（10101

23、110）B=（174）D，因此該計數器的模M=174。 (B)試分析下圖所示電路，闡明它是多少進制的計數器。 答：兩片74161級連后，輸出端共有16×16=256個不同的狀態(tài)，而在用“反饋置數法”構成的上圖所示電路中，預置數輸入端所加的數據為01010010，它所相應的十進制數是82，闡明該電路從01010010狀態(tài)開始計數，跳過了82個狀態(tài)，因此該計數器的模M=256-82=174。 63、 畫出循環(huán)移位寄存器的電路圖，有何特點？ 答：其電路圖如下：最后位的輸出成為第一位的輸入。 四、本模塊例題詳解 例5.1 分析圖5.3所示電路的邏輯功能，檢查電路能否自啟動。

24、 解：（1）方程式 時鐘方程： 驅動方程： （5.1） 狀態(tài)方程： （5.2） 狀態(tài)轉換表（見表5.3）　 表5.3　例5.1的狀態(tài)轉換真值表 CP Q2n Q1n Q0n Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1 1 0 0 0 1 0 0 2 1 0 0 0 1 0 3 0 1 0 0 0 1 4 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 2 1 1 0 1 0 1 3 1 0 1 1 0 0 4 0 1 1 0 1 0

25、 (3)畫出狀態(tài)轉換圖（見圖5.4） Q2Q1Q0 　　　　　　000　　　100　　　101　　　110　　　111 　　　　　　001　　　010　　　011　　　　　　　　 　　　圖5.4　邏輯電路的狀態(tài)轉換圖 （4）檢查自啟動。經查，電路有111、110、101、011四個無效狀態(tài)如圖5.2所示，電路可以啟動。 （5）時序圖（見圖5.5） CP Q1 Q2 Q3 圖5.5　例5.1邏輯電路的時序圖 （6）功能闡明

26、：圖5.1邏輯電路是一種同步四進制計數器。 例5.2試分析圖5.6所示電路，并闡明其邏輯功能。 解：（1）驅動方程： (5.3) (2)狀態(tài)方程： （5.4） （3）狀態(tài)表（見表5.4） 表5.4 例5.2的狀態(tài)表 （4）狀態(tài)圖（見圖5.7） 　　 （5）時序圖（見圖5.8） （6）功能闡明：圖5.6電路是同步六進制加法計數器。 例5.3試分析圖5.9所示電路的功能，闡明電路是幾進制計數器，能否自啟動，畫出其狀態(tài)轉換圖。 解：電路由三個FF構成，其計數長度N≤8，即電路不會超過8進制，電路下降沿觸發(fā)的J

27、－K　FF構成，觸發(fā)時刻為CP的 （1）驅動方程： 　 （5.5） (2)輸出方程： （5.6） （3）狀態(tài)方程： （5.7） (4)列狀態(tài)轉換表（見表5.5） 表5.6　狀態(tài)轉換表 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖5.10　狀態(tài)轉換圖 從圖中可清晰地看出，電路是可以自啟動的，并且電路每來6個時鐘，其狀態(tài)變化循環(huán)一遍，故稱電路有6個有

28、效狀態(tài)，亦稱電路為6進制計數器。將圖5.9與圖5.6相比較可以看出：6進制加法計數器能由不同的邏輯電路構造實現。 此外由電路的輸出方程可知，電路在浮現101狀態(tài)時，輸出Y＝1。可將此信號看作一種進位脈沖信號，每來6個時鐘CP，Y輸出一種正脈沖，其正脈沖的寬度與時鐘CP的周期相似。 （6）結論：圖5.9所示電路為一種同步的能自啟動的六進制加法計數器。 例5.4　分析圖5.11邏輯電路的功能，闡明電路是幾進制計數器，能否自啟動，并畫出電路的狀態(tài)轉換圖。 （1）時鐘方程 CP1＝CP2＝CP3＝CP 驅動方程： 圖5.11　例5.4的邏輯電路圖 　　　?。?.8） （2）列狀態(tài)

29、轉換表。根據上述驅動方程組和J－K觸發(fā)器真值表可列狀態(tài)轉換表如表5.6 表5.6 例5.4的狀態(tài)轉換表 （3）功能描述。由表5.6可知電路的工作狀態(tài)轉換圖為： 　由于在這個工作狀態(tài)循環(huán)內涉及5個工作狀態(tài)，因此該電路是模5（或稱五進制）同步計數器。 （4）檢查能自啟動 有非工作狀態(tài)011，100，111。將它們分別代入驅動方程，可得列表5.6倒數三行的內容。由此可知011→100→101，111→010，即所有的非工作狀態(tài)都可以進入工作狀態(tài)（即有效狀態(tài)），因此，該計數器可以自啟動。 （5）完整的狀態(tài)轉換圖（見圖5-12） 圖5.12　例5.4的完整狀態(tài)

30、轉換圖 圖5.13　例5.5　邏輯電路圖 例5.5 　電路如圖5.13所示，設初態(tài) Q3Q2Q1＝100 ，試畫出其工作狀態(tài)轉換表和狀態(tài)轉換圖，描述電路的功能，并檢查能否自啟動。若不能自啟動，請對電路進行修改，使其具有自啟動功能。 解： （1） 時鐘方程：CP1=CP2=CP3=CP 驅動方程：　　　　　　　　　　狀態(tài)方程： (5.9) （5.10） （2） 列狀態(tài)轉換真值表（見表5.7） （3） 畫狀態(tài)轉換圖（見圖5.14） 表5.7　例5.5電路狀態(tài)轉換真值表 圖5.14　例

31、5.5電路的狀態(tài)轉換圖 d 圖5.15　J1的卡諾圖 （4）檢查能否自啟動。將無效狀態(tài) =000代入特性方程，得到次態(tài)=000，因此此電路不能自啟動。 （5） 自啟動電路設計 保持本來儲存電路構造，只需重新設計J1K1 就行了。要使=000進入 =001，就只需要=0能進入=1。根據J-K觸發(fā)器的鼓勵表知，必須滿足（d為任意值），此處若取=0，則仍然有=。因此，只需要重新求J1 的方程即可達到目的。根據以上分析，由表5.7最下一行取值可得J1的卡諾圖如圖5.15所示。 (5.11) 修改后，具有自啟

32、動功能的電路如圖5.16所示 （6）功能闡明：圖5.13是同步模7計數器 例5.6　設計一種七進制加法計數器。規(guī)定： （1）用至少的JK邊沿觸發(fā)器和少量與非門實現。 圖5.16　　圖5.13修改后可自啟動邏輯電路 （2）運用集成電路芯片74LS160和反饋清零法實現（異步清零） （3）運用集成電路芯片74LS160和反饋置數法實現（同步置數） 解：（1）用至少的JK邊沿觸發(fā)器和少量的與非門實現 ①　∴計數器的狀態(tài)圖用3位二進制編碼。 則電路狀態(tài)轉換圖如下圖5.17所示 圖5.17　例5.6狀態(tài)轉換圖　 ②畫出圖5.17所相應的卡諾圖，見圖5.18

33、圖5.18　例5.6的狀態(tài)轉換卡諾圖 從上圖中求得狀態(tài)方程如下： 　　（5.12） ∴JK觸發(fā)器的驅動方程 圖5.19　用JK觸發(fā)器構成的七進制計數器 （5.13） ③ 畫邏輯電路圖，如圖5.19所示，經檢查電路可以自啟動。 圖5.19　例5.6的邏輯電路圖 （2）用集成電路芯片74LS160的反潰歸零法實現，電路如圖5.20所示 　圖5.21用同步置數法實現七進制加法計數器 圖5.20　用異步清零法實現七進制加法計數器 　　　 （3）用74LS160和同步置數法實現（見圖5.21所示） 例5.7 設計一種同步11進制減

34、法計數器。規(guī)定用JK邊觸法器和少量的門電路實現。 解：（1）擬定狀態(tài)數、狀態(tài)編碼，畫狀態(tài)轉換圖　　　　　　　　 ∵N＝11　　 ∴取n=4即4位輸出的JK邊沿觸發(fā)器，于是狀態(tài)轉換圖為：　　　　　　　　 　圖5.22　例5.7的狀態(tài)轉換圖 （2）求狀態(tài)方程和驅動方程 將上述狀態(tài)轉換圖用卡諾圖表達，然后分別對的卡諾圖進行化簡（見圖5.23所示） 　圖5.23　11進制減法計數卡諾圖 圖5.23化簡后得到狀態(tài)方程為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?.14） 由上述狀態(tài)方程得驅動方程 　　

35、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?.15） （3）畫出電路圖（見圖5.24），經檢查，電路能自啟動。 　圖5.24　11進制減法計數器的邏輯電路圖 例5.8 設計一種串行數據檢測器，規(guī)定當串行數據x持續(xù)輸入三個0時，輸出為1，否則輸出為1。 解：（1）擬定狀態(tài)狀態(tài)數、狀態(tài)編碼，并畫狀態(tài)轉換圖。 設一種0也沒有輸入時電路的初始狀態(tài)編碼為 S0=00, 輸入一種0后變?yōu)闋顟B(tài)編碼為S1=01，輸入兩個0后狀態(tài)編碼為S2=10，輸入三個0后狀態(tài)編碼為S3=11 ，輸出Y為高電平1，在任何一種狀態(tài)下，若x輸入1。則電路轉換初始狀態(tài)S0=00,即

36、電路有四個狀態(tài)?！”?.8　 例5.8題的狀態(tài)轉換表 狀態(tài)轉換圖如圖5.25所示 現態(tài) 次態(tài)輸出Y X＝0 X＝1 00 01/0 00/0 01 10/0 00/0 10 11/1 00/0 11 11/1 00/0 　圖5.25例5.8的狀態(tài)轉換圖 （2）求狀態(tài)轉換表和狀態(tài)方程 根據圖5.25可得到狀態(tài)轉換表（見表5.8所示） 根據表5.8可用圖5.26所示卡諾圖表達 0 圖5.26 例5.8串行數據檢測器的卡諾圖 卡諾圖5.26經

37、化簡后得到狀態(tài)方程、輸出方程： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?.16） （3）求驅動方程 對照主從J-K觸發(fā)器的特性方程得驅動方程 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（5.17） （4）畫出邏輯電路圖（見圖5.27）所示），電路沒有多余狀態(tài)，不需要檢查自啟動。 圖5.27例5.8題串行數據檢測器電路圖 例5.9 CMOS同步四位二進制計數器應用 CMOS同步四位二進制加法計數器CC4520芯片的邏輯符號和功能如圖5.28和表5.9所示。 1. 根據芯片的功能表，闡明芯片在作十進制加法計數時有

38、關引腳的對的接法，并畫出相應的接線圖。 CR EN CP 功能 1 清零 0 0 保持 0 1 ↑ 加計數 0 ↓ 0 加計數 表5.9 CC4520功能表 圖5.28 CC4520引腳圖 2.若用兩片CC4520實現六十進制加法計數器，則電路應如何連接？畫出其接線圖。 解： CC4520為同步雙4位二進制加計數器，正常計數時共有S0、S1···S15，十六種狀態(tài)，運用異步復位端CR，可將芯片構成模數M<16內的任意進制計數器。 由芯片的功能表5.9知，CC4520在計數時，既可由脈沖上升沿觸發(fā)，也可有脈

39、沖的下降沿觸發(fā)。當CP=0時，觸發(fā)脈沖從使能端EN輸入時，電路在脈沖下降沿觸發(fā)，當EN=1時，觸發(fā)脈沖從CP端輸入時，電路在脈沖的上升沿觸發(fā)。因此，CC4520在加計數時可任意選擇脈沖的觸發(fā)邊沿。 (1) 用CC4520芯片實現十進制加計數，見圖5.29（a）所示，EN=1時脈沖↑觸發(fā)。當芯片輸出Q3Q2Q1Q0=1010時，與門G輸出高電平信號送CR端，使CR=1，使得Q3Q2Q1Q0=0000，即輸出1010狀態(tài)僅浮現一瞬間就消失。相稱于S9（1001）狀態(tài)加1后的為S0(0000)實現了電路的十進制計數。在圖（b）中，CP=0，EN輸入脈沖的觸發(fā)。 圖5.30 兩片CC4520芯片

40、實現六十進制加計數 圖5.29 用CC4520芯片實現十進制加計數 （2）用兩片CC4520實現六十進制計數 在圖5.30中，CC4520（I）為個位十進制計數。CC4520（II）為十位六進制計數。個位計數器的進位信號QCC是在CC4520(I)的 Q3Q2Q1Q0=1001時才浮現，并送CC4520（II）的EN端，此時因第9個脈沖CP9的↑已過，故此時CC4520（II）不動作。當CP10的↑達到時，CC4520（II）才計數。CC4520（Ⅰ）的Q3Q2Q1Q0=1010狀態(tài)經與門G1產生的復位信號使電路返回到S0（0000）狀態(tài)，而S10（1010）狀態(tài)只浮現

41、一瞬間就消失，使CC4520（I）實現了十進制計數。個位計數器每十個脈沖產生的一次進位信號QCC,可使十位計數器CC4520(II)芯片計一次數。 CC4520（II）芯片作十位計數器，由于門G3的作用使CC4520（II）狀態(tài)轉換依次為 0000 0001 0010 0011 0100 0101 從而實現六十進制計數。 例5.10　用集成計數器芯片74LS193分別構成模10加法計數器和模13減法計數器。74LS193邏輯符號如圖5．31所示。圖中是進位輸出端且，是借位輸出端。且。74LS193功能表如表5.10所示。

42、 表5.11 74LS193功能表 圖5 .31 74LS193邏輯符號 解：（1）構成模10加法計數器。 由于計數器模N=10,因此異步預置狀態(tài)M=15—N=5，故預置數據DCBA=0101，且加法進位輸出端與置數端連接。其他輸入端接上相應的信號。電路連接圖如圖5.32（a）所示 1　 0　 1 0 （b）　74LS193構成模13減法計數 （a）　74LS193構成模10加法計數 5.32　74LS193的應用 (2)構成模13減法計數

43、器 由于構成的減法計數器，因此預置狀態(tài)M=N=13，故預置數據DCBA=1101，且減法借位輸出端與 連接，其她輸入端接相應信號。連接圖見圖5.32（b）所示。 5.33　序列信號發(fā)生電路 例5.11　試用8選1數據選擇器74LS151/251芯片和74LS161芯片設計序列信號發(fā)生器。序列信號為11001101（左位在先） 解：由于序列信號的長度N=8，因此，一方面要將74LS161作為一種模8計數器使用。當74LS161芯片的輸入端CTP CTT 都接“1”時，芯片就是一種?！?6”計數器，QDQCQBQA 的狀態(tài)編號為0、1、2若放棄Q0不使用，則QCQBQA的狀

44、態(tài)編號為0.1.2 在這種狀況下，芯片就可以當作模8計數器使用。設8選1數據選擇器地址信號輸入從高到低為C、B、A，而74LS161芯片放棄最高位輸出端QD不用后。模8計數輸出端從高到低依次為QC，QB，QA 。于是只需將QA接到A，QB接到B，QC 接到C。數據選擇器的8個輸入端X0至X7分別接1、1、0、0、1、1、0、1就可以實現設計目的。電路如圖5.33所示。 CP EN 例5.12 CMOS雙BCD同步加計數器集成芯片CC4518的功能表和引腳圖與CC4520相似，見圖5.28和表5.9所示。其輸出波形圖見圖5.34所示。試用三片CC4518構成1106分頻器。用于晶

45、體振蕩電路產生的1MHZ信號分頻，以便得到精確的1HZ秒信號。 CC4518 解：由圖5.34知，當CC4518的EN=1，CR=0時 Q3的輸出波形周期T3為脈沖周期TCP的10倍，即 5.34　CC4518輸出端波形圖 圖5.33序列信號發(fā)生器電路 T3=10TCP,于是Q3輸出端波形頻率f3=.可作為脈沖信號確CP頻率的10分頻器.接線圖見圖5.35所示。 “ 圖5.35 “秒”信號發(fā)生電路(1106分頻器) 例5.12 4位移位寄存器集成芯

46、片74LS195/40195的邏輯符號如圖5.36所示，功能表如表5.11所示，當SF/=1時，右移功能表如表5.12所示。試用74LS195/40195構成模8扭環(huán)形計數器。 5.36(a)邏輯符號 5.36(b)國標符號 圖5.36　74LS195/40195的邏輯符號 表5.12　右移功能表 表5.11 74LS 195/40195

47、的功能表 解：模8扭環(huán)形計數器的有效工作循環(huán)見狀態(tài)轉換表如表5.13所示。 從表5.13知，模8扭環(huán)形計數器狀態(tài)方程為： ， ， ，， 從上述狀態(tài)方程可以看出，它們的變化規(guī)律正符合數碼右移的特點。因此，在使用40195/74LS195時，令其輸入端SF/ =1,在時鐘脈沖CP作用下實現右移功能。又從表5.12中知。當J==1，時；當J==0時，。因此，將74LS195/40195的輸入 端J和接在一起，并連接輸出端，就可以得到。用74LS195/CD40195構成的模8扭環(huán)形計數器的電路圖如圖5.37所示。狀態(tài)轉換表見表5.13 表5.13　模8扭環(huán)形計數器狀態(tài)轉換表 圖5.37　例5.12的電路圖