目錄

• 時序邏輯概述
• • 2、時序邏輯電路的組成
  • 3、時序電路的分類
• 時序邏輯電路分析
• • 1、時序邏輯電路分析步驟
• 寄存器、移位寄存器
• • 1、數碼寄存器
  • 2、移位寄存器
  • • 移位寄存器的應用
• 同步計數器
• • 1、同步二進制計數器
  • 2、二進制同步加/減計數器
  • 3、二—十進制計數器
  • 4、集成同步計數器
  • • （1）CT54161/CT74161（CT54160/CT74160） 【重點】
    • （2）十二位二進制加法計數器（ 74LS161）【重要】
• 異步觸發器
• • 1、4位二進制異步計數器（16分頻）
• 采用中規模集成器件實現任意模值計數（分頻）器
• • 方法一：利用清除端復位法
  • • 例1：4位二進制同步計數器（74LS161）實現模10分頻
    • • 思考問題：
      • • 1、為什么選1010（1010是第11個狀態），為什么會有11個狀態呢？
        • 2、基本觸發器有什么作用
  • 方法二：利用置入控制端的置位法
  • • 例2：應用4位二進制同步計數器CT54161，實現模12計數分頻，要求計數器從0000開始計數
• 用集成移位寄存器實現任意模值M的計數分頻
• • 1、環形計數器的構成
  • 2、扭環形計數器

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時序邏輯概述

##1、 組合邏輯電路&&時序邏輯電路
（1）組合邏輯電路：任何一個時刻，輸入信號僅取決于當時的輸入信號
（2）時序邏輯電路：不僅取決于當時的輸入信號，還取決于電路原本的工作狀態

2、時序邏輯電路的組成

（1）組合電路
組合電路最少一個輸出必須反饋到存儲電路的輸入端
（2）存儲電路—記憶以前的輸入和輸出
1）存儲電路由觸發器構成，也可以由帶有反饋的組合電路構成
2）存儲電路的狀態至少有一個作為組合邏輯電路的輸入，與其他輸入信號共同決定電路的輸出

x為輸入信號，z為輸出信號，y為狀態信號，w為驅動信號

3、時序電路的分類

（1）同步時序邏輯電路
存儲電路狀態是靠時鐘脈沖同步更新的
（2）異步時序邏輯電路
存儲電路中，有的有時鐘脈沖作用，有的沒有時鐘脈沖作用
即使在有時鐘脈沖作用的存儲電路中，存儲器的更新也不是同步進行的
（3）米里型
輸出信號不僅取決于存儲電路的狀態，而且取決于輸入變量
（4）摩爾型
輸入狀態只取決于存儲電路的狀態，是米里型的一個特例

時序邏輯電路分析

1、時序邏輯電路分析步驟

（1）寫出存儲電路（觸發器）的驅動方程
（2）寫出存儲電路的狀態轉移方程
（3）由狀態轉移方程/輸出函數表達式，列出狀態轉移表/劃出狀態轉移圖
（4）畫出工作波形（時序圖）

寄存器、移位寄存器

1、數碼寄存器

數碼寄存器是能存放二進制數碼的電路，由于觸發器具有記憶功能，因而可以作為數碼寄存器電路

2、移位寄存器

具有移位（左移、右移、雙向）功能的寄存器

M=0左移，M=1右移

移位寄存器的應用

（1）串行轉并行

（2）并行轉串行


Q5=1不影響，Q5^n+1=Q4+D15，與Q5無關

（3）脈沖節拍延遲
由于移位寄存器串行輸入、串行輸出時，輸入信號經過n級移位寄存后才到輸出端輸出。因此輸出信號延遲了n個移存脈沖才到達輸出端輸出，因此輸出信號比輸入信號延遲了n個移存脈沖的周期，這樣就起到節拍延遲的作用。
（4）構成計數分頻器、序列信號發生器

同步計數器

數字電路中使用最多的時序電路

1、作用：用來對時鐘脈沖計數，也可以做定時、分頻、執行數字運算
2、分類
（1）計數脈沖引入方式：同步計數器、異步計數器
（2）數字增減趨勢：加法計數器、減法計數器、可逆計數器
（3）計數器數模值：二進制計數器、非二進制計數器

1、同步二進制計數器

狀態轉移方程：

2、二進制同步加/減計數器

1、M=1，進行加法計數，M=0，進行減法計數
2、M=0時，高位輸入端的信號由低位觸發器Q端引出；M-1時，高位輸入信號由低位觸發器~Q輸入

3、二—十進制計數器

1、偏離狀態：1010、1011、1100、1101、1110、1111，正常工作時不會出現，若計數器受到某種干擾，會錯誤地進入偏離狀態
2、自啟動性：偏離狀態下自動轉入有效序列的特性
3、輸出信號Z是十進制計數器的進位信號，輸出信號的周期恰好為輸入計數脈沖CP周期的10倍，因此輸入信號也可以視為輸入計數脈沖CP的十分頻信號，因而模10計數器也可以看成十分頻器

4、集成同步計數器

（1）CT54161/CT74161（CT54160/CT74160） 【重點】

（背邏輯符號、功能表和引腳）

~CR端：清零端 ~LD：置數控制端（需要時鐘，同步）
CTt、CTp使能端，高電平有效 CP：時鐘 D3-D0：4位二進制輸入
Q3-Q0：輸出 Co：進位輸出

計數功能：每來一個脈沖就計數一次，對于74LS161是0000-1111，十六進制，最后Co=1
74LS160是從0000-1001，是十進制計數器，最后Co進位

（2）十二位二進制加法計數器（ 74LS161）【重要】

~LD是置數端，CPD、CPu是使能端，均為1時執行計數功能
第一片接法就是16位計數
第二片CTp接Co，即第一片產生一個進位Co才計數一次
第三片與第二片的區別：第二片的Co接在第三片的CTp上，即第二片記滿并且第一片記滿，第三片才記一次

異步觸發器

不同于同步計數器，時鐘脈沖不一定都是計數輸入脈沖，各級觸發器的狀態轉移不是同一時鐘作用下同時發生轉移

1、4位二進制異步計數器（16分頻）

前一級的輸出接后一級的時鐘

狀態轉移方程：

（畫工作波形會很直觀）

從0000-1111
對電路圖進行改變改變：如果將輸入Qn變成~Qn，狀態會從1111變到0000，實現十六進制減法
（4）最低位每來一個脈沖翻轉一次，其他觸發器在所有相鄰最低位觸發器由1->0時翻轉一次
（5）特點
1）電路簡單
2）工作速度慢，隨著位數的增加，延時也大大增加

時延：Q1從1->0之后，Q2才能從1—>0……以此類推，需要等待，這就是時延，而且在改變的過程中，之前觸發器的狀態不能改變，否則會造成混亂，異步計數頻率脈沖有非常嚴格的要求

采用中規模集成器件實現任意模值計數（分頻）器

設計原理：從N進制（N<M=2^m）進制計數器的狀態轉移表中跳躍（N-M）個狀態，從而得到M個狀態的M計數分頻器

方法一：利用清除端復位法

對于分頻比要求較大的情況下，應用更方便

到達最后一個狀態時，利用最后一個狀態產生一個清除信號，加到清除端，使計數器返回到S0狀態，這樣就跳躍了N-M個狀態，從而實現了模值為M的計數分頻

例1：4位二進制同步計數器（74LS161）實現模10分頻

分析：在計數器的基礎上增加判別和清零信號產生電路，當電路狀態為1010時，產生清零信號，使計數器清零，回到0000狀態

思考問題：

1、為什么選1010（1010是第11個狀態），為什么會有11個狀態呢？

因為161的清零是異步清零（不需要脈沖，只要滿足~CR=0，那么Q3Q2Q1Q0=0000），所以只要探測到這個狀態，就會立即清零，并不能維持一個時鐘脈沖的時間，所以完整的時鐘脈沖只是前面的10個脈沖，1010只是一瞬間，如果改成同步清零的話，因為采用同步時鐘，是一整個脈沖信號，因此選擇1001

2、基本觸發器有什么作用

圖中利用判別電路+基本觸發器去產生清零信號，其中基本觸發器可以忽略
（1）首先看看有沒有觸發器的區別

觸發器11是保持狀態，當沒有觸發器時，_{CR變得和Vo1一樣長（沒有圖中那么長，因為清零信號只在一瞬間），當有觸發器時，因為觸發器的保持功能，}CR能維持一個脈沖寬度的寬度。
（2）那為什么需要保持一個脈沖寬度呢？
因為如果集成器件各觸發器翻轉過程中，由于速度不等，就可能不能使全部觸發器置0，采用觸發器之后，Q端的清零信號寬度和計數脈沖CP=1的持續時間相等，可確保計數器可靠清零
（3）有沒有必要加入觸發器呢？
一般來說是沒有必要加入觸發器的，將Vo1直接加到計數器清零端是可以實現清零的，上述現象出現的概率很少

方法二：利用置入控制端的置位法

采用中規模集成器件的置入控制端，以置入某一固定二進制數值的方法，從而使N進制計數跳躍（N-M）個狀態，實現模值為M的計數分頻
例 用4位二進制同步計數器74161（16個狀態），實現模10數分頻

_{LD是置位端，跳過0000-0101的6個狀態，從0110到1111共10個狀態，到最后一個狀態會產生進位Co標志，因此令}LD=~Co實現“跳”到0110，采用同步置數，1111狀態是能維持1個脈沖周期的時間的。
電路是固定結構，如果需要改變模值M，只需要改變輸入端D3-D0的輸入數據2^n-m的二進制代碼

例2：應用4位二進制同步計數器CT54161，實現模12計數分頻，要求計數器從0000開始計數

（解法1）

當在0000時，“跳”到0101開始，到1111剛好12個狀態，因此采用電路Q0+Q1+Q2+Q3，在四位均為0000的時候才會輸出0，啟動置數

例2—— 置數輸出方波信號

（解法2）
方波信號就是對稱信號，將16位信號分成兩半，每一半對稱地跳過兩個信號總線，根據觀察，最高位D3 總是和輸出的最高位相同，所以直接將Q3連到D3處，低3位和解法1思路一樣

用集成移位寄存器實現任意模值M的計數分頻

移位寄存器的狀態轉移是按照移存規律進行的，因此構成任意模值技術分頻器的狀態轉移必然符合一寸規律，一般稱為移存型計數器。常用的移存型計數器有環形計數器和扭環計數器

1、環形計數器的構成

先回顧下74195的功能
（1）~CR=0是，是清除功能，Q3-Q0=0000
（2）SH/~LD=0，是置數功能，Q3-Q0=D3-D0
（3）SH/~LD=1，是移位功能，Q0->Q1->Q2->Q3，每來一個脈沖就移一位
（4）在移位狀態下，CP=0，是保持功能
再看看啟動脈沖，只有一個簡單低電平，短時間的低電平是為了將0111置入到芯片中，置完就維持高電平不變，執行移位功能
Q0是如何移位的呢？根據JK觸發器的狀態方程可以算出Q0^n+1=Q3，（即Q3是Q0的下一個狀態）
所以移位步驟如下：
Q0->Q1->Q2->Q3->Q0

是一個模4計數器

2、扭環形計數器

與環形計數器的區別是：環形計數器通過Q3端送到JK端，而扭環形計數器是通過~Q3端送到JK端
根據真值表可以發現，環形計數器是模4計數器，而扭環形計數器是模8計數器
不管上面放什么數，甚至是不接（1111），也是模8計數器

總結

以上是生活随笔為你收集整理的数字逻辑电路—第六章 时序逻辑电路的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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