时序模块学习.pptx

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1、概述与组合电路相对,时序电路是具有记忆功能的逻辑电路,是数字电路的最重要的部分与常用组合电路模块类似，在时序电路中也有常用模块，它们是寄存器计数器移位寄存器本章介绍这些时序电路模块时序电路的分析与设计在第七章介绍第1页/共77页寄存器(Register)寄存器就是暂时存储数据的器件它可以存储二进制信息由锁存器或触发器组成寄存器广泛用于计算机系统、测控系统等数字系统中第2页/共77页锁存器组成的寄存器逻辑图逻辑符号RQ3Q2Q1Q0D0D1D2D3G工作过程:1.准备数据;2.将数据读入第3页/共77页74LS75 4D锁存器第4页/共77页触发器组成的寄存器 RQ3Q2Q1Q0D0D1D2D3

2、工作过程:1.准备数据;2.将数据读入第5页/共77页74LS175 4个D触发器组成的4位数据寄存器第6页/共77页同步时序电路与异步时序电路同步时序(Synchronous Sequential)电路:电路中所有触发器共用一个时钟,所有触发器同时动作异步时序(Asynchronous Sequential)电路:电路中触发器使用不同的时钟,触发器动作不同步第7页/共77页异步二进制计数器Asynchronous Binary Counter1.T触发器,下降沿翻转2.前一级触发器的输出Q作为 后一级触发器的时钟输入CP 3.是异步时序电路4.R,S无无效电路特点:第8页/共77页异步二进制

3、计数器Asynchronous Binary CounterCPQ0Q1Q2000001010011100101110111000Q2Q1Q0fcpfQ0=fcp/2fQ1=fcp/4fQ2=fcp/8分频器计数器:电路的状态是输入时钟的个数Qn+1=QnCP=?第9页/共77页异步二进制计数器CPQ0Q1Q2000001010011100101110111000状态图状态图Q2Q1Q0000001010011111110101100三个触发器共有8个状态,状态图就完全描述了它的工作情况计数容量为8,称为模8计数器模8加法计数器三位二进制加法计数器加法计数器UP COUNTER第10页/共77

4、页异步二进制计数器逻辑图逻辑符号02模8计数器第11页/共77页脉冲反馈复位式任意模M异步加法计数器 CPQ0Q1Q2000001010011100000001010000R101过渡状态过渡状态毛刺!第12页/共77页脉冲反馈复位式任意模M异步加法计数器完整完整(全全)状态图状态图Q2Q1Q0111110101CPQ0Q1Q2000001010011100000001010000R000001010011100模5计数器有效状态无效状态有效循环无效循环毛刺过渡状态第13页/共77页脉冲反馈复位式任意模M异步加法计数器模M计数器,用几清0?用M有效状态为0M-1 M为过渡状态在过渡状态会出毛刺

5、毛刺出在从状态M-1到状态M时由0变1的Q端上M=?状态由67时,Q0由0变1,所以毛刺出在Q0端上M=7第14页/共77页脉冲反馈复位式任意模M异步加法计数器如果要设计脉冲反馈式复位模M加法计数器，可分以下三步进行：确定触发器位数n：2n-1M2n；将n位触发器接成n位二进制计数器；用状态M去异步清0。有效状态为0、1、2M-1，状态M为过渡状态，其它为无效状态有毛刺第15页/共77页脉冲反馈置位式任意模M异步加法计数器计数器由000开始计数计数器为加法计数器计数到100时置位信号有效,将计数器置为111此时置位信号无效,111的次态为000,开始下一循环有效状态为000M-1,111.M为

6、过渡状态计数器的模为M+1可能会产生毛刺如果产生毛刺,出现在计数器状态由M-2变到M-1时由1变0的Q端上，是负毛刺。第16页/共77页异步二进制减法(DOWN)计数器 第17页/共77页可逆(UP/DOWN)计数器2-1MUX第18页/共77页异步二进制计数器小结组成：T触发器输出：Qn-1Qn-2.Q0加法计数器：使用下降沿翻转触发器：CP0=CP，CPi=Qi-1，i=1,2,n-1；使用上升沿翻转触发器：CP0=CP，CPi=Qi-1，i=1,2,n-1。减法计数器：使用下降沿翻转触发器：CP0=CP，CPi=Qi-1，i=1,2,n-1；使用上升沿翻转触发器：CP0=CP，CPi=Q

7、i-1，i=1,2,n-1第19页/共77页脉冲反馈式计数器小结脉冲反馈复位式模M加法计数器：用状态M清0有效状态为0、1、2、M-1状态M为过渡状态肯定会产生毛刺；第20页/共77页脉冲反馈式计数器小结脉冲反馈置位式模M加法计数器：用状态M-1置位有效状态为0、1、2、M-2、2n-1（全1状态）状态M-1为过渡状态，可能会产生毛刺第21页/共77页脉冲反馈式计数器小结脉冲反馈复位式模M减法计数器：用状态M的补码，即2n-M清0有效状态为2n-1(全1状态)、2n-2、2n-(M-1)、0状态2n-M为过渡状态,可能会产生毛刺第22页/共77页脉冲反馈式计数器小结脉冲反馈置位式模M减法计数器

8、：用状态M+1的补码，即2n-(M+1)置位有效状态为2n-1(全1状态)、2n-2、2n-M状态2n-(M+1)为过渡状态,肯定会产生毛刺第23页/共77页异步计数器的特点优点是电路结构简单缺点是速度慢:如果一个触发器的由时钟CP端到Q端的延时为tpd，则从时钟沿到达到所有触发器完成翻转，n级异步计数器最长需要时间ntpd才能完成所有触发器的翻转第24页/共77页同步二进制计数器Synchronous Binary Counter组成组成:T触发器触发器Ti=Q0Q1Qi-1(i=1,2,n-1),T0=1。CPi=CP,同步时序电路同步时序电路传输延迟传输延迟:tPD第25页/共77页同步

9、二进制计数器Synchronous Binary CounterTi=Q0Q1Qi-1(i=1,2,n-1),T0=1。Q0每个时钟沿翻转一次每个时钟沿翻转一次 Qi当其前边所有触发器均为当其前边所有触发器均为1时翻转一次时翻转一次 第26页/共77页同步二进制计数器Synchronous Binary CounterCPQ0Q1Q2000001010011100101110111000Q2Q1Q00?1?现态决定次态!第27页/共77页同步二进制减法计数器Ti=Q0Q1Qi-1(i=1,2,n-1),T0=1。第28页/共77页同步二进制计数器逻辑符号与异步同也可用脉冲反馈复位（置位）法将同

10、步二进制计数器构成任意模的计数器，方法与异步二进制计数器相同 也可构成可逆计数器第29页/共77页集成计数器 计数器在数字系统中的应用非常广泛为使用方便，有各式各样的集成计数器可供使用，如二进制计数器和非二进制计数器，同步计数器和异步计数器，加法计数器、减法计数器和可逆（加/减）计数器等在生产厂家提供的数据手册中都会给出逻辑图、功能表、逻辑符号和各种电参数等本节介绍几种74系列集成计数器及其使用方法 第30页/共77页异步二-五-十计数器74LS290模2计数器模5计数器复位输入置9输入第31页/共77页异步二-五-十计数器74LS290 R01 R02 S91 S92QD QC QB QAH

11、 H L X L L L LH H X L L L L LX X H H H L L H X L X L COUNTL X L X COUNTL X X L COUNTX L L X COUNT第32页/共77页异步二-五-十计数器74LS290CPCPQQA An nQQA An+1n+1A A QQA A0 0QQA A0 0CPCP(Q(QD DQQC CQQB B)n n(Q(QD DQQC CQQB B)n+1n+1B B 0 0 00 0 00 0 10 0 1B B 0 0 10 0 10 1 00 1 0B B 0 1 00 1 00 1 10 1 1B B 0 1 10 1

12、11 0 01 0 0B B 1 0 01 0 00 0 00 0 0CPCP(Q(QD DQQC CQQB B)n nB B 0 0 00 0 0B B 0 0 10 0 1B B 0 1 00 1 0B B 0 1 10 1 1B B 1 0 01 0 0状态转换表状态顺序表第33页/共77页74LS290模10计数器(8421)(Q(QD DQQC CQQB BQQA A)n n(Q(QD DQQC CQQB BQQA A)n+1n+10 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0 00 1 0 1

13、0 1 0 10 1 1 00 1 1 00 1 1 10 1 1 11 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 110101010100 0 10 0 00 1 00 0 10 1 10 1 01 0 00 1 10 0 01 0 0第34页/共77页74LS290模10计数器(8421)(Q(QD DQQC CQQB BQQA A)n n(Q(QD DQQC CQQB BQQA A)n+1n+10 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0 00 1 0 10 1 0 10 1 1 00 1

14、 1 00 1 1 10 1 1 11 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 110101010100 0 10 0 00 1 00 0 10 1 10 1 01 0 00 1 10 0 01 0 0QQD DQQC CQQB BQQA A00000000000100010010001000110011010001001001100110001000011101110110011001010101(Q(QD DQQC CQQB BQQA A)n n0 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0

15、 00 1 0 10 1 0 10 1 1 00 1 1 00 1 1 10 1 1 11 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 1第35页/共77页74LS290模10计数器(5421)(Q(QA AQQD DQQC CQQB B)n n(Q(QA AQQD DQQC CQQB B)n+1n+10 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 11 0 1 01 0 1 01 0 1 11 0 1 11 1 0 01 1 0 000001

16、111100 1 00 0 11 0 00 1 10 0 10 0 00 1 10 1 00 0 01 0 0第36页/共77页74LS290模10计数器(5421)(Q(QA AQQD DQQC CQQB B)n n(Q(QA AQQD DQQC CQQB B)n+1n+10 0 0 00 0 0 00 0 0 10 0 0 10 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 1 10 1 0 00 1 0 01 0 0 01 0 0 01 0 0 11 0 0 11 0 1 01 0 1 01 0 1 11 0 1 11 1 0 01 1 0 000001111100 1 00 0 11

17、0 00 1 10 0 10 0 00 0 00 1 00 0 01 0 0QQA AQQD DQQC CQQB B00000000000100010010001000110011010001001100110010111011101010101001100110001000第37页/共77页用74LS290实现任意模计数器 利用复位端或置9端实现M=10的计数器原理与异步二进制计数器同例:试用74LS290实现模6异步计数器，并指出毛刺出现的位置。用异步清0法，8421BCD接法第38页/共77页用74LS290实现任意模计数器1.将290接为8421输出形式 QA QB QC QD 74L

18、S290 A B R01R02S91S92CP2.将置9端接为无效3.令状态为6(0110)8421时清0(引出多个复位端,使用方便)4.由M-1(0101)到M(0110)时,QB由0变1,所以此端有毛刺第39页/共77页74LS290的级联 当计数器的模大于10时，则必须用多片74LS290来实现，这就需要对74LS290进行级联级联分为两种情况：先反馈后级联.适用于对输出编码无要求且M=M1M2的情况.方法是先分别做出模为M1、M2的两个计数器，再将计数器M1的输出最高位作为计数器M2的时钟即可先级联后反馈，适用于要求输出为BCD码或M不能分解为M1M2的情况，方法是先将n片74LS29

19、0按要求的输出编码级联成模为10n的计数器，再确定反馈方程。第40页/共77页74LS290的级联例:试用74LS290实现M=56计数器解:题目中对输出编码没有要求，且M=56=78，故可以采用先反馈后级联的方法第41页/共77页74LS290的级联 QA QB QC QD 74LS290(M=8)A B R01R02S91S92CP1.将两片290接为8421输出形式2.将置9端接为无效3.分别令状态为7(0111)8421和8(1000)8421时清04.令低位片的最高输出位QC作为高位片的时钟5.完成 QA QB QC QD 74LS290(M=7)A B R01R02S91S92CP

20、高位的数是7的个数第42页/共77页74LS290的级联试用74LS290实现M=56计数器，要求输出5421码。解：由于要求输出5421码，必须采用先级联后反馈法 第43页/共77页3.当计数器状态为56(1000 1001)5421时清074LS290的级联CP1.将两片290分别接为5421输出形式,并级联为M=100计数器 QA QB QC QD74LS290(L)A B R01R02S91S92CP QA QB QC QD74LS290(H)A B R01R02S91S922.用复位法.先将置9端接为无效4.完成第44页/共77页同步二进制计数器74LS161/163 LOAD:装载

21、,预置.将预置输入数据装载到QDQACLOCK:上沿有效CLEAR:低有效161:异步清0163:同步清0RCO:级联进位输出RCO=TQDQCQBQA预置数据输入计数器状态输出:QD为MSB计数使能(允许),高有效第45页/共77页同步二进制计数器74LS161/16374LS163的功能表 第46页/共77页LDLD第47页/共77页74LS16174LS163第48页/共77页74LS161RCO QA QB QC QDP LDT CLR A B C D11CP同步二进制计数器74LS161/163M=16计数器第49页/共77页清0法实现任意模计数器RCO QA QB QC QDP L

22、DT CLR A B C D74LS16111CPM=12计数器异步清0,有毛刺RCO QA QB QC QDP LDT CLR A B C D74LS16311CPM=13计数器同步清0,无毛刺同步清0:用M-1清0,有效状态0M-1,无过渡状态,无毛刺异步清0:用M清0,有效状态0M-1,M为过渡状态,有毛刺有效状态011,12为过渡状态有效状态012,无过渡状态第50页/共77页置补法实现任意模计数器RCO QA QB QC QDP LDT CLR A B C D74LS161/16311CP1 0 1 0 111111010?QDQCQBQA1011110011011110M=?M=6

23、M与DCBA的关系?DCBA 为n=4时M的补码同步置补法如何改变计数器的模?改变预置数即可计算机程控计数器(分频器)10预置M=16计数器M=?第51页/共77页74LS161/163的级联RCO QA QB QC QDT LDP CLR A B C D74LS161/163(L)RCO QA QB QC QDT LDP CLR A B C D74LS161/163(H)CPCLRLDPT TABCDEFGHQAQBQCQDRCOQEQFQGQH第52页/共77页74LS163应用举例试用74LS163设计模132同步计数器解:先反馈后级联M=132=11*12=M1*M2分别做M=M1和M

24、=M2两个计数器在把它们级联起来第53页/共77页74LS163应用举例清0法M=11M=12级联第54页/共77页74LS163应用举例置补法M=11M=12级联置数16-12=4(0100)置数16-11=5(0101)第55页/共77页74LS163应用举例试用74LS163设计模132同步计数器解:先级联后反馈级联两片74LS163为M=256计数器用清0(复位)法用置补法第56页/共77页74LS163应用举例清0法同步清0,M-1时清0M-1=132-1=131(131)10=(10000011)2111第57页/共77页74LS163应用举例置补法132的补码:256-132=1

25、240 0 1 1 1 1 1 0(124)10=(01111100)2111第58页/共77页计数器应用定时器分频器计数器第59页/共77页移位寄存器（Shift Register,Shifter）2.同步1.D触发器3.Di=Qi-1,D0=Sin4.Qn+1=D,每一个时钟沿将数据右移一位5.移位寄存器一词由此而来第60页/共77页右移移位寄存器SinQ0Q1Q2Q3CP234567811101串行输入并行输出串行输出Sin=1011第61页/共77页右移移位寄存器第62页/共77页右移移位寄存器逻辑符号第63页/共77页右移移位寄存器试作出图示电路的状态转换表，并画出它的完整的状态转换

26、图解:Din=Q3,清0无效状态表:nn+1nn+1Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q00 0 0 00 0 0 01 0 0 01 0 0 00 0 0 10 0 0 11 0 0 11 0 0 10 0 1 00 0 1 01 0 1 01 0 1 00 0 1 10 0 1 11 0 1 11 0 1 10 1 0 00 1 0 01 1 0 01 1 0 00 1 0 10 1 0 11 1 0 11 1 0 10 1 1 00 1 1 01 1 1 01 1 1 00 1 1 10 1 1 1 1 1 11 1 1第64页/共77页右移移位寄存器Q3Q2Q

27、1Q0Din=Q3,清0无效第65页/共77页移位寄存器的应用乘、除运算数据通信发送端：并行数据串行数据接收端：串行数据并行数据第66页/共77页串、并行输入移存器SHIFT/LOAD=1：右移SHIFT/LOAD=0：并行输入（置入）串行输入并行输入串行输出并行输出2-1MUXS/L第67页/共77页多功能移位寄存器74LS194 B C D DSLDSL DSR异步清0无时钟时保持S1S0=11：同步预置S1S0=01：右移S1S0=10：左移S1S0=00：保持S1S0：控制功能可否实现同步清0？预置0！第68页/共77页多功能移位寄存器74LS194第69页/共77页多功能移位寄存器7

28、4LS194第70页/共77页74LS194的级联CLR74LS194QA QB QC QDCLRS1S0CPS1S0QE QF QG QHE F G H DSL74LS194CLRDSR A B C DQA QB QC QDS1S0QA QB QC QDDSR A B C D DSLDSR A B C D DSL第71页/共77页串并转换1.START:CLEAR THE SHIFTER,S1S0=11,预置2.1.CLK:Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0QH=D001111111,S1S0=01,右移9位移存器3.2.CLK:Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0QH=D1D00111111,S

29、1S0=01,右移9.8.CLK:Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0QH=D7D6D5D4D3D2D1D00S1S0=11,预置,开始下一次串并转换。FINISH=1，转换完毕第72页/共77页74LS195移位寄存器QA是JK触发器,引出脚为JA,KA.第73页/共77页74LS195移位寄存器第74页/共77页74LS161/163 AS SHIFTERLD 信号有效;右移:B=QA,C=QB,D=QC串行输入为A左移:A=QB,B=QC,C=QD串行输入为D第75页/共77页本章小结同步二进制计数器异步二进制计数器清0法任意模计数器置位法任意模计数器290163/163移存器194第76页/共77页感谢您的观看。第77页/共77页