数字电路与系统第六章5课件.ppt

1、2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路1三、任意进制计数器 1.用触发器和逻辑门设计任意进制计数器(2)置数法（利用置数控制端，并行输入端）置最小数法 2.用MSI二、十进制计数器构成任意进制计数器(1)复0法（利用复位端）预置0法 置最大数法 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路2(3)计数器的扩展（级联）3.MSI任意进制计数器 2.分析与设计 3.典型电路 四、移存型计数器 1.概述(1)环形计数器(2)扭环形计数器 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路3三、任意进制计数器 1.用触发器和逻辑门设计任意进制计数器 解：(1)求触发器级数(2)列综合表 例 6.

2、5.1 试用JKFF和与非门设计按自然二进制码计数的M=5的同步加法计数器。1loglog22MnM取 n=3。2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路4表6.5.9 例6.5.1的综合表Q3Q2Q1Q3Q2Q1J3K3J2K2J1K10000010010010100110100110010111001111000001000101011110110010100111001110偏离状态nnnn+1n+1n+12022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路5(3)求各触发器的激励函数(4)作逻辑图 J2=Q1nK2=；Q1nQ2nJ3=K3=1；Q1nJ1=K1=；Q3nQ3n2022年

3、8月12日星期五第六章 时序逻辑电路6123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:RC11K&1JCP清“0”C1R1J1KC1R1J1KQQQ123图6.5.13 例6.5.1的逻辑图 清“0”2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路72.用MSI二、十进制计数器构成任意进制计数器 N进制(1)复0法（利用复位端）M进制 NM 指导思想：顺序计数的过程中跳跃N-

4、M个状态。S0 S1 S2 SM-1 SM SN-1 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路8例1 试用74161用复0法设计M=6的计数器。解：74161为异步复0方式，起跳状态为S6，即：(0110)2。电路图如下所示：123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLCPQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCR&111CP图6.5.14(a)

5、异步复0法 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路9表6.5.10 图6.5.14(a)电路的状态转移表Q3Q2Q1Q0状态转移路线00000001001000110100010101/01/00起跳状态2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路10图6.5.15 图6.5.14(a)电路的工作波形图CPQ0Q1Q2Q3CR1234562022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路11采用异步复0法时，触发器不能同时复0引起的现象。00000001001000110100010101102022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路12图6.5.16 能可靠复0的异步复位电路123

6、456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLCPQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCR111CP&SRQQDD(a)电路2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路13(b)波形图图6.5.16 Q0Q1Q2Q3RDCR12345600000011CP2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路14例2 试用7490用复0法设计M=6的计数器。解：7

7、490为异步复0方式，起跳状态为S6，即：(0110)8421BCD。电路图如下所示：123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:3-A pr-2002 Sheet of File:E:D esign E xplorer 99 SE L ibraryY angH engX inM yD esign.ddbD raw n B y:7490Q13R01029192RSS0C PC PQ2Q1Q0CP图6.5.14(b)异步复0法 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路15例3 试用74163用复0法设计M=6的计数器。解：74

8、163为同步复0方式，起跳状态为S5，即：(0101)2。电路图如下所示：图6.5.14(c)同步复0法 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLCPQ74163QCCD3210QQQD3210DDDCR&111CP2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路16模N相加(即“和”除N，取余数)(2)置数法（利用置数控制端，并行输入端）S预 S预+1 S预+

9、(M-1)S预M 置最小数法 SN-M SN-(M-1)SN-2 SN-1 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路17SN-M SN-(M-1)SN-2 SN-1 SN-(M+1)例6.5.2 试用74161用置最小数法实现M=12的计数器。解：74161为同步置数方式，最小数为：=(0100)2。N-M=16-12=4电路接法和工作状态转移表分别如图6.5.17和表6.5.11所示。2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路18图6.5.17 例6.5.2的电路图 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Apr-200

10、2 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLCPQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCR11CP1110002022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路19表6.5.11 例6.5.2的状态转移表Q3Q2Q1Q0状态转移路线0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111跳过状态起跳状态2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路20预置0法 电路图如图6.5.18所试。SM S0

11、 SM-1 S1 S2 例6.5.3 试用74161用预置0法设计M=6的计数器。解：74161为同步置数方式，反馈状态为：SM-1，即：S5，5=(0101)2，2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路21图6.5.18 例6.5.3的电路图 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCRCP&11CP1

12、2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路22置最大数法 SM-2 SN-1 SM-1 S0 S1 S2 电路及工作状态转移表分别如图6.5.19和表6.5.12所示。例6.5.4 试用74161用置最大数法设计M=12的计数器。解：74161为同步置数方式，反馈状态为：SM-2，即：S10，10=(1010)2，2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路23图6.5.19 例6.5.4的电路图 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 S

13、ELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCRCP11&11CP111112022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路24表6.5.12 例6.5.4的状态转移表Q3Q2Q1Q0状态转移路线0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111起跳状态跳过状态2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路25扩展方案：(以2个N进制计数器扩展为例）(3)计数器的扩展（级联）a.N=N2 M N2 Mb.M=N1 N2扩展方法：

14、a.异步级联 b.同步级联 2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路26图6.5.20 异步级联 0000 0000 74160(2)74160(1)0000 0001 0000 1001 0001 0000 0000 0000 74160(2)74160(1)1001 1001 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74160QCCD3210QQQ

15、D3210DDDCRCPTPLQ74160QCCD3210QQQD3210DDDCRCP11111CP进位(1)(2)进位2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路27图6.5.21 同步级联 123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74160QCCD3210QQQD3210DDDCRCPTPLQ74160QCCD3210QQQD3210DDDCRCP1

16、11CP进位(1)(2)进位2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路28例6.5.5 试用两片74160接成M=29的计数器。解法1：采用整体预置0法，如图6.5.22所示。图6.5.22 例6.5.5的整体预置0法 123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:7-A pr-2002 Sheet of File:E:D esign E xplorer 99 SE L ibraryY angH engX inM yD esign.ddbD raw n B y:TPLQ74160QC CD3210QQQD3210DDDC RC

17、PTPLQ74160QC CD3210QQQD3210DDDC RC P111C P进 位(1)(2)&进位2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路29解法2：采用整体复0法，如图6.5.23所示。图6.5.23 例6.5.5的整体复0法 123456ABCD654321DCBAT itleN um berR evisionSizeBD ate:7-A pr-2002 Sheet of File:E:D esign E xplorer 99 SE L ibraryY angH engX inM yD esign.ddbD raw n B y:TPLQ74160QC CD3210QQQD3

18、210DDDC RC PTPLQ74160QC CD3210QQQD3210DDDC RC P111C P进 位(1)(2)&进位2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路30CR：异步清0端。3.MSI任意进制计数器 CT：功能控制端；QCCCP一个计数周期清02022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路31表6.5.13 T213 功能表CRCTCP功能1异步清“0”00计数01保持2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路32表6.5.14 T213 接线表模长2，4，8，1635679101112131415R10Q0Q0Q1Q0Q0Q1Q0Q2Q0Q1Q0R2Q1Q2Q2Q

19、1Q3Q3Q1Q3Q2Q2Q1R3Q2Q3Q3Q3Q2R4Q32022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路33四、移存型计数器 1.概述（以n级移存型计数器为例）2.分析与设计(i=2,3,n)=Qin+1Qi-1n=？Q1n+1Qn+1=JiQn +KiQn i i i=Qn(Qn +Qn)i-1 i i Qn+1=Di i=Qn i-1(i=2,3,n)2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路34图6.5.25 移存型计数器的一般结构FnFn-1F2F1组合逻辑CP2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路35例 6.5.6 试用DFF设计 M=6的移存型计数器。解(1)选用3

20、个触发器。(2)列综合表。(3)求激励函数(4)作电路图从2n个状态中按移存规律找出所需的M个状态。关键：2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路36图6.5.26 Q3 Q2 Q1 左移状态流程图有效循环000010001011100101111110Q3Q2Q12022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路37表6.5.15 例6.5.6的综合表Q3Q2Q1D10001001101111110110010002022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路383.典型电路(1)环形计数器 电路构成特点：原码反馈，即：=Q1n+1Q4n结论：n位触发器可实现模M=n的环形计数器。(2)扭

21、环形计数器 电路构成特点：反码反馈，即：结论：n位触发器可实现模M=2n的扭环形计数器。=Q1n+1Q4n2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路39123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:1DC1S1DC1R1DC1R1DC1RCPQQQQ1234图6.5.27 环形计数器2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路40表6.5.16 环形计数器状态转移表

22、CPQ4Q3Q2Q1状态转移路线010001000120010301002022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路41图6.5.28 环形计数器状态转移图Q4Q3Q2Q11001001101101100010010000001001010110111111011010101101000001111有效循环2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路4211011001000010110100Q4Q3 Q2Q1 修改激励函数，使环形计数器具备自启动性示意图D 11 0 0 1 1 0 01 0 1 1 1 0 10 1 1 1 0 1 10 1 0 1 0 1 00 0 1 1 0 0 1

23、1 1 1 0 1 1 11 1 0 0 1 1 01 0 1 0 1 0 10 1 1 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0D1 Q4 Q3 Q2 Q1 Q4 Q3 Q2 Q1nn n nn+1n+1n+1n+11 1 0 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1D1=Q3Q2Q1=Q3+Q2+Q12022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路43123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesig

24、n.ddbDrawn By:1DC1R1DC1R1DC1R1DC1RCPQQQQ1234图6.5.29 扭环形计数器2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路44图6.5.30 扭环形计数器状态转移图1100011111100011100000011111000000101010100111010101011001001011有效循环无效循环Q4Q3Q2Q12022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路45用MSI移存器构成环形或扭环形计数器。=Q0n+1DSR=Q3n图6.5.31 74194构成的环形计数器123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionS

25、izeBDate:7-Apr-2002 Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By:CRCPDDDDDD0MMQQQQSR123SL01321074194CP1111012022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路46表6.5.17 图6.5.31电路的状态转移表CPQ0Q1Q2Q3状态转移路线111102011131011411012022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路47作业题6.22(b)6.252022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路48123456ABCD654

26、321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:6-Jan-2003 Sheet of File:C:My Documents数电插图MyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74161QCCD3210QQQD3210DDDCRCP&11CP111112022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路49123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:6-Jan-2003 Sheet of File:C:My Documents数电插图MyDesign.ddbDrawn By:TPLQ74161QCCD3210QQQ

27、D3210DDDCRCP1&11CP111112022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路50表6.5.2 74161 的功能表 =0011保持保持1011计数计数0000 11111111同步并入同步并入d0d1d2d3d0d1d2d301异步清除异步清除00000功能功能D0D1D2D3CPT(S2)P(S1)LDCRQ3nQ2nQ1nQ0nQCCnQ3nQ2nQ1nQ0nQCCnQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1QCC=Q3Q2Q1Q0T2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路51异步级联电路的工作波形图 CPQ0Q1Q2QCC1289101112010010100100001000000000Q300011000QCC(1)2022年8月12日星期五第六章 时序逻辑电路52如：N=16，求下面两数的模16相加结果。15+2=？结果为：1S0 S1 S2 S14 S15