數(shù)字電路與邏輯設(shè)計.ppt

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第七章 常用中規(guī)模時序邏輯電路,7．1 計數(shù)器 7．2 寄存器和移位寄存器 7．3 脈沖序列信號發(fā)生器,,計數(shù)器 7．1．1 計數(shù)器的概述 7．1．1．1 計數(shù)器概念－模的概念 7．1．1．2 計數(shù)器分類 7．1．2 異步計數(shù)器 7．1．3 同步計數(shù)器,,,7．1．1 計數(shù)器的概述 計數(shù)器是一種對輸入脈沖進行計數(shù)的時序邏輯電路，被計數(shù)的脈沖信號稱為計數(shù)脈沖。 7．1．1．1 計數(shù)器概念－模的概念 計數(shù)器中的“數(shù)”是用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來表示，它在運行時，所經(jīng)歷的狀態(tài)是周期性，即總是在有限個狀態(tài)中循環(huán)，通常一次循環(huán)所包含的狀態(tài)總數(shù)稱為計數(shù)器的“?！?。 7．1．1．2 計數(shù)器分類 1.按計數(shù)的功能來分：加法、減法和可逆計數(shù)器 2.按進位基數(shù)來分：二進制計數(shù)器和非二進制計數(shù)器 3.按計數(shù)的進位方式（脈沖輸入方式）：同步（并行）和異步（串行）,,7．1．2 異步計數(shù)器,7．1．2．1 異步二進制計數(shù)器 1．異步二進制加計數(shù)器 2．異步二進制減計數(shù)器 *3．異步二進制可逆計數(shù)器 7．1．2．2 中規(guī)模異步計數(shù)器 1．電路符號和引腳含義 2．邏輯功能 3．應用,,,7．1．2．1 異步二進制計數(shù)器 1．異步二進制加計數(shù)器,2．異步二進制減計數(shù)器,*3．異步二進制可逆計數(shù)器,,7．1．2．2 中規(guī)模異步計數(shù)器,二－五－十進制異步計數(shù)器（7490） 1．電路符號與引腳符號,14個引腳的集成芯片 6個輸入端，4個輸出端 QAQBQCQD為數(shù)據(jù)輸出端 S91和S92 為直接置位端 R01和R02為直接復位端 CPA和CPB分別為脈沖輸入端 電源VCC（5腳） 地GND（10腳）,,,邏輯功能,直接復位 置9 計數(shù),,,,2．應用 1）構(gòu)成二進制和五進制計數(shù)器 i)一位二進制計數(shù)器,ii)一位五進制計數(shù)器,,2）構(gòu)成十進制計數(shù)器 8421碼,5421碼,,3）構(gòu)成九進制計數(shù)器（采用反饋復位法）,4）構(gòu)成二十四進制計數(shù)器 *5）構(gòu)成1000分頻器,,1 0 0 1,1,0 0 0 0,7．1．3同步計數(shù)器,7．1．3．1 同步計數(shù)器 1．同步二進制加計數(shù)器 2．同步二進制減計數(shù)器 *3．同步二進制可逆計數(shù)器 7．1．3．2 中規(guī)模同步計數(shù)器 1．電路符號和引腳含義 2．邏輯功能 3．應用,,,分別用J-K 觸發(fā)器和D觸發(fā)器設(shè)計一個三位二進制加計數(shù)器。,推廣到n位二進制計數(shù)器,,,,,,,,,,,,,,,,7．1．3．1 同步計數(shù)器 1．同步二進制加計數(shù)器 用JK觸發(fā)器實現(xiàn)n位二進制同步加計數(shù)器，驅(qū)動方程為： J0＝K0＝1 J1＝K1＝Q0 J2＝K2＝Q1Q0 J3＝K3＝Q2Q1Q0 ?? Jn－1＝Kn－1＝Qn-2Qn-3…Q1Q0,用D觸發(fā)器實現(xiàn)n位二進制同步加計數(shù)器，驅(qū)動方程為： D0＝Q0 D1＝Q1?Q0 D2＝Q2?(Q1Q0) D3＝Q3?(Q2Q1Q0) ?? Dn－1＝Qn-1?（Qn-2Qn-3…Q1Q0）,,,2．同步二進制減計數(shù)器 *3．同步二進制可逆計數(shù)器 用JK觸發(fā)器實現(xiàn)n位二進制同步減計數(shù)器，驅(qū)動方程為： J0＝K0＝1 J1＝K1＝Q0 J2＝K2＝Q1Q0 J3＝K3＝Q2Q1Q0 ?? Jn－1＝Kn－1＝Qn-2Qn-3…Q1Q0,用D觸發(fā)器實現(xiàn)n位二進制同步減計數(shù)器，驅(qū)動方程為： D0＝Q0 D1＝Q1?Q0 D2＝Q2?(Q1Q0) D3＝Q3?(Q2Q1Q0) ?? Dn－1＝Qn-1?（Qn-2Qn-3…Q1Q0）,,,7．1．3．2 中規(guī)模同步計數(shù)器 可預置的四位二進制同步計數(shù)器（74161） 1．電路符號和引腳含義,16個引腳的集成芯片 9個輸入端，5個輸出端 QAQBQCQD為數(shù)據(jù)輸出端 CP為脈沖輸入端 T和P為使能輸入端 電源VCC（16腳） 地GND（8腳） OC為溢出進位輸出端 Cr 為異步清零端 LD為同步預置端,,,,,2．邏輯功能,異步清零 同步預置 保持 計數(shù) 當同步計數(shù)器加到“1111”時，OC=T?QA?QB?QC?QD=1,,74161工作原理波形圖,,,,,,Cr 清除,Ld 置入,D0 D1 D2 D3,Q0 Q1 Q2 Q3,CP 時鐘,數(shù) 據(jù) 輸 入,P 允許,T 允許,輸 出,串行進位 輸出 Occ,異步 同步 同步 13 14 15 0 1 清除 清除 預置 計數(shù) 禁止,,,,3．應用 1）構(gòu)成十六進制計數(shù)器,,2）構(gòu)成十進制計數(shù)器 i)采用反饋復位法,ii)采用反饋預置法（一),,iii)采用反饋預置法（二),1 1 1 1,1,0,,0 1 1 0,3）構(gòu)成二十四進制計數(shù)器（采用同步連接和異步連接）,,4）分析74161構(gòu)成的電路，問這是多少進制計數(shù)器；有無掛起現(xiàn)象,,7．2 寄存器和移位寄存器,寄存器和移位寄存器是常用的時序邏輯電路，能接受、發(fā)送和存放數(shù)據(jù)，具有記憶、清零、預置等功能，而且能對數(shù)據(jù)進行移位。 每個觸發(fā)器能存放一位二進制數(shù)，n個觸發(fā)器能存放n位數(shù)據(jù)。 寄存器的三個基本特征：數(shù)據(jù)存得進，記得住，取得出。 四位基本的寄存器：,寄存器和移位寄存器,7．2．1 鎖存器（暫存器） 7．2．2 寄存器 7．2．3 移位寄存器 7．2．3．1 右移移位寄存器 7．2．3．2 左移移位寄存器 7．2．3．3 雙向移位寄存器 7．2．3．4 中規(guī)模集成移位寄存器 1．電路符號和引腳含義 2．邏輯功能 3．應用,7．2．1 鎖存器（暫存器）,采用鐘控觸發(fā)方式的觸發(fā)器，由電位信號控制，存在空翻現(xiàn)象。 八位鎖存器（74373）－雙拍工作方式,,,“1”,“0”,,7．2．2 寄存器 采用邊沿或主從觸發(fā)方式的觸發(fā)器，由同步時鐘信號控制，克服空翻毛病。 八位寄存器（74374）－雙拍工作方式,“0”,,,,7．2．3 移位寄存器,移位寄存器不僅能寄存數(shù)據(jù)，而且對數(shù)據(jù)可進行移位； 4種不同的工作方式： 并行輸入/并行輸出； 并行輸入/串行輸出； 串行輸入/并行輸出； 串行輸入/串行輸出； 7．2．3．1 右移移位寄存器,,,7．2．3．2 左移移位寄存器,7．2．3．3 雙向移位寄存器 當M＝0時，右移 當M＝1時，左移,,7．2．3．4 中規(guī)模集成移位寄存器,通用的雙向移位寄存器（74194） 1．電路符號和引腳含義,16個引腳的集成芯片 10個輸入端，4個輸出端 QAQBQCQD為并行數(shù)據(jù)輸出端 QA 為左移串行數(shù)據(jù)輸出端 QD 為右移串行數(shù)據(jù)輸出端 A～D為并行數(shù)據(jù)輸入端 DR 為右移串行數(shù)據(jù)輸入端 DL 為左移串行數(shù)據(jù)輸入端 CP為移位時鐘脈沖輸入端 S1和S0為使能輸入端(控制端） 電源VCC（16腳） 地GND（8腳） Cr 為異步清零端,,,2．邏輯功能,異步清零 靜態(tài)保持 并行送數(shù),右移 左移 動態(tài)保持,,,3．應用 1）構(gòu)成環(huán)行計數(shù)器,,2）構(gòu)成扭環(huán)行計數(shù)器,,3）構(gòu)成奇數(shù)分頻器,七分頻,,4）并行?串行的轉(zhuǎn)換,,0,1,1,0,0,1,0 N1 N2 N3,N4 N5 N6 N7,1,1 0 N1 N2,N3 N4 N5 N6,1 1 0 N1,N2 N3 N4 N5,1 1 1 0,N1 N2 N3 N4,1 1 1 1,0 N1 N2 N3,1 0 N1 N2,1 1 0 N1,1 1 1 0,0,,N7,N6,N5,N4,N3,N2,N1,7．3 脈沖序列信號發(fā)生器,1、脈沖分配器（節(jié)拍發(fā)生器） 將輸入時鐘脈沖經(jīng)過一定的分頻后分別送到各路輸出的邏輯電路，稱為脈沖分配器。它常用來產(chǎn)生各種定時信號（或節(jié)拍脈沖）。它分為計數(shù)型和移位型。 計數(shù)型節(jié)拍發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖如下：,,三位二進制計數(shù)器和3－8譯碼器構(gòu)成的脈沖分配器,1 0 0,111,,1 0 0 0 0 0 0 0,0 1 0 0 0 0 0 0,0 0 1 0 0 0 0 0,0 0 0 1 0 0 0 0,0 0 0 0 1 0 0 0,0 0 0 0 0 1 0 0,0 0 0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 0 0 0 1,,,工作波形圖,1 2 3 4 5 6 7 8 9,Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7,,消除干擾信號的方法： 1）用時鐘脈沖封鎖譯碼門，但此時順序脈沖不再是一個接一個。 2）將選通脈沖或封鎖脈沖加在控制輸入端。 3）選用扭環(huán)行計數(shù)器作為脈沖分配器的計數(shù)器。 4）用環(huán)行計數(shù)器構(gòu)成脈沖分配器，其本身即是。 移位型節(jié)拍發(fā)生器,Sd,,,,2、序列信號發(fā)生器 用來產(chǎn)生規(guī)定的串行脈沖序列信號，它可用計數(shù)型和移位型脈沖分配器構(gòu)成。 1）計數(shù)器型代碼發(fā)生器：,1,1,0,0,0,1,0,1,11000101序列信號發(fā)生器,1 0 0,,移位型代碼發(fā)生器： 其結(jié)構(gòu)與移位型計數(shù)器相似，但兩者有著本質(zhì)區(qū)別。 序列信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖：,假定序列信號發(fā)生器產(chǎn)生的序列周期為Tp，移位寄存器的級數(shù)（觸發(fā)器個數(shù)）為n，應滿足關(guān)系式：2n ? Tp。,,例1.（書中254頁）用一片74194和適當邏輯門構(gòu)成“00011101”序列信號發(fā)生器。 例2.分析以下邏輯圖，求它的序列長度和序列信號。,每隔5個時鐘脈沖，電路的狀態(tài)循環(huán)一遍， 在每個Q端上時序輸出10100，10100…，這樣 一組特定的串行序列信號，序列長度為5位， 序列值為10100。,,串行加法器原理框圖,,,,,,兩位串行輸入、并行輸出雙向移位寄存器。 該寄存器有兩個輸入端，其中X2為控制端，用于控制移位方向，X1為數(shù)據(jù)輸入端。當X2＝0時， X1往寄存器高位串行送數(shù)，寄存器中的數(shù)據(jù)從高位移向低位；當X2＝1時， X1往寄存器低位串行送數(shù)，寄存器中的數(shù)據(jù)從低位移向高位。,