第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1 集成计数器
7.2 集成寄存器和移位寄存器
7.3 序列信号发生器
7.4 以 MSI为核心的同步时序电路的分析与设计第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1 集 成 计 数 器集成计数器具有功能较完善,通用性强,功耗低,
工作速率高且可以自扩展等许多优点,因而得到广泛应用 。 目前由 TTL和 CMOS电路构成的 MSI计数器都有许多品种,表 7-1 列出了几种常用 TTL型 MSI计数器的型号及工作特点 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-1 常用 TTL型 MSI计数器第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.1 常用集成计数器功能分析
1,异步集成计数器 74LS90
74LS90是二 —五 —十进制异步计数器,其内部逻辑电路及传统逻辑符号分别如图 7-1(a),(b)所示 。 它包含两个独立的下降沿触发的计数器,即模 2(二进制 )和模 5(五进制 )计数器； 异步清 0端 R01,R02和异步置 9端 S91,S92均为高电平有效,
图 7-1(c)为 74LS90的简化结构框图 。 采用这种结构可以增加使用的灵活性 。 74LS196,74LS293等异步计数器多采用这种结构 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-1 74LS90
(a) 逻辑图； (b) 传统逻辑符号； (c) 结构框图
S
1 J
C 1
1 K
R
S
1 J
C 1
1 K
R
1 J
C 1
1 K
≥ 1 R
1 J
C 1
1 K
≥ 1 R
&
FF
A
FF
B
FF
C
Q
A
Q
B
Q
C
&
R
01
R
02
CP
2
CP
1
&
S
92
S
91
Q
D
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
( a )
( b )
74 LS 90
M =2 M =5
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
S
91
S
92
R
01
R
02
CP
1
CP
2
( c )
FF
D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
74LS90的功能表如表 7-2 所示 。 从表中看出,当
R01R02=1,S91S92=0时,无论时钟如何,输出全部清 0；而当
S91S92=1时,无论时钟和清 0信号 R01,R02如何,输出就置 9。
这说明清 0,置 9都是异步操作,而且置 9是优先的,所以称
R01,R02为异步清 0端,S91,S92为异步置 9端 。
表 7-2 74LS90功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用当满足 R01R02=0,S91S92=0时电路才能执行计数操作,根据 CP1,CP2的各种接法可以实现不同的计数功能 。 当计数脉冲从 CP1输入,CP2不加信号时,QA端输出 2分频信号,即实现二进制计数 。 当 CP1不加信号,计数脉冲从 CP2输入时,
QD,QC,QB实现五进制计数 。 实现十进制计数有两种接法 。
图 7-2(a)是 8421 BCD码接法,先模 2计数,后模 5计数,由 QD、
QC,QB,QA 输出 8421 BCD码,最高位 QD作进位输出 。 图 7-
2(b)是 5421 BCD码接法,先模 5计数,后模 2计数,由 QA,QD、
QC,QB输出 5421 BCD码,最高位 QＡ 作进位输出,波形对称 。
两种接法的状态转换表 (也称态序表 )见表 7-3。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-3 两种接法的态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-2 74LS90
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 L S 9 0
CP
( a ) ( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 L S 9 0
CP
S
91
S
92
R
01
R
02
S
91
S
92
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,同步集成计数器 74161
74161是模 24(四位二进制 )同步计数器,具有计数,保持,预置,清 0功能,其逻辑电路及传统逻辑符号分别如图 7-3(a),(b)所示 。 它由四个 JK触发器和一些控制门组成,
QD,QC,QB,QA 是计数输出,QD 为最高位 。 74LS161与
74161内部电路不同,但外部引脚图及功能表均相同 。
OC为进位输出端,OC=QDQCQBQAT,仅当 T=1且计数状态为 1111时,OC才变高,并产生进位信号 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
&
&
&
&
T
P
D
1
C
r
C
1
CP
计数脉冲
B
A
1
LD
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
CP
A B C D
7 4 1 6 1
T
C
r
LD
O
C
( a )
( M S B )
图 7-3 74161
(a) 逻辑图； (b) 传统逻辑符号第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
CP为计数脉冲输入端,上升沿有效 。
Cr为异步清 0端,低电平有效,只要 Cr=0,立即有
QDQCQBQA=0000,与 CP无关 。
LD为同步预置端,低电平有效,当 Cr=1,LD=0,在 CP
上升沿来到时,才能将预置输入端 D,C,B,A的数据送至输出端,即 QDQCQBQA=DCBA。
P,T为计数器允许控制端,高电平有效,只有当
Cr=LD=1,PT=1,在 CP作用下计数器才能正常计数 。 当 P、
T中有一个为低时,各触发器的 J,K端均为 0,从而使计数器处于保持状态 。 P,T的区别是 T影响进位输出 OC,而 P则不影响 OC。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-4 74161功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-4 74161 时序图
C
r
LD
A
B
C
D
CP
P
T
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
12 13 14 15 0 1 2
清除 置数 计数 保持
O
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
3,十进制可逆集成计数器 74LS192
图 7-5 74LS192传统逻辑符号
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
CP
+
D C B A
7 4 L S 1 9 2
C
r
LD
O
C
O
B
CP
－
( M S B )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-5 74LS192功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 该器件为双时钟工作方式,CP+是加计数时钟输入,
CP-是减计数时钟输入,均为上升沿触发,采用 8421 BCD码计数 。
② Cr为异步清 0端,高电平有效 。
③ LD为异步预置控制端,低电平有效,当 Cr=0,LD=0时预置输入端 D,C,B,A 的 数 据 送 至 输 出 端,即
QDQCQBQA=DCBA。
④ 进位输出和借位输出是分开的 。
OC为进位输出,加法计数时,进入 1001状态后有负脉冲输出,脉宽为一个时钟周期 。
OB为借位输出,减法计数时,进入 0000状态后有负脉冲输出,脉宽为一个时钟周期 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
4,二进制可逆集成计数器 74LS169
图 7-6 74LS169传统逻辑符号表 7-6 74LS169功能表
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
D C B A
7 4 L S 1 6 9
CP LD
O
C
( M S B )
P
T
U /D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
74LS169
① 该器件为加减控制型的可逆计数器,U/D=1时进行加法计数,U/D=0时进行减法计数 。 模为 16,时钟上升沿触发 。
② LD为同步预置控制端,低电平有效 。
③ 没有清 0端,因此清 0靠预置来实现 。
④ 进位和借位输出都从同一输出端 OC输出 。 当加法计数进入 1111后,OC端有负脉冲输出,当减法计数进入 0000后,OC端有负脉冲输出 。 输出的负脉冲与时钟上升沿同步,宽度为一个时钟周期 。
⑤ P,T为计数允许端,低电平有效 。 只有当 LD=1，
P=T=0,在 CP作用下计数器才能正常工作,否则保持原状态不变 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-7 74LS169时序工作波形图
LD 置入
A
B
C
D
CP
数据输入
U /D
P 和 T
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
13 14 15 0 21 2 2 1 0 15 14 13
减法计数保持加法计数置入
O
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.2 集成计数器的级联
1.
用前一级计数器的输出作为后一级计数器的时钟信号 。
这种信号可以取自前一级的进位 (或借位 )输出,也可直接取自高位触发器的输出 。 此时若后一级计数器有计数允许控制端,则应使它处于允许计数状态 。 图 7-8是两片 74LS90按异步级联方式组成的 10× 10=100进制计数器 。 图中每片 74LS90接成 8421 BCD码计数器,第二级的时钟由第一级输出 QD提供 。
第一级每经过 10个状态向第二级提供一个时钟有效沿,使第二级改变一次状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-8 74LS90的级联扩展
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 LS 9 0 ( 1 )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 LS 9 0 ( 2 )
S
91
S
92
R
01
R
02
S
91
S
92
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,同步级联同步级联时,外加时钟信号同时接到各片的时钟输入端,
用前一级的进位 (借位 )输出信号作为下级的工作状态控制信号 (计数允许或使能信号 )。 只有当进位 (借位 )信号有效时,
时钟输入才能对后级计数器起作用 。 在同步级联中,计数器的计数允许 (使能 )端和进位 (借位 )端的连接有不同的方法,常
① 利用 T端串行级联,各片的 T端与相邻低位片的 OC相连,
级联电路如图 7-9(a)所示 。 从图中看出,因 T1=1,所以
012345672456723
01231012312
QQQQQQQQTQQQQOT
QQQQTQQQQOT
C
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用当片 1开始计数,但未计满时,由于 T2=0,所以片 2,片 3均处于保持状态 。 只有当片 1计满需要进位时,即 T2=OC1=1
时,片 2才在下一个时钟作用下加 1计数 。 同理,只有当低位片各位输出全为 1,即 T3=OC2=1时,片 3才可能计数 。 这种级联方式工作速度较低,因为片间进位信号 OC是逐级传递的 。 例如,当 Q7~Q0=11111110时,T3=0,此时若 CP有效,使 Q0由 0→ 1,则经片 1延迟建立 OC1,再经 T2到 OC2的传递延迟,T3才由 0→ 1,待片 3内部稳定后,才在下一个
CP作用下使片 3开始计数 。 因此,计数的最高频率将受到片数的限制,片数越多,计数频率越低 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-9 74161的两种同步级联方式
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
O
C 1
P
1
T
1
7 4 1 6 1 ( 1 )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
O
C 2
P
2
T
2
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
8
Q
9
Q
10
Q
11
O
C 3
P
3
T
3
1 1
C
CP
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
O
C 1
P
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
O
C 2
P
2
T
2
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
8
Q
9
Q
10
Q
11
O
C 3
P
3
T
3
1
CP
( b )
7 4 1 6 1 ( 2 ) 7 4 1 6 1 ( 3 )
7 4 1 6 1 ( 3 )7 4 1 6 1 ( 1 ) 7 4 1 6 1 ( 2 )
CP CP CP
CP
T
1
1
CP CP
& C
O
C 1
O
C 3
( c )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 利用 P,T双重控制,最低位片的 OC1并行接到其它各片的 P端,只有 T2不与 OC1相连,其它高位片的 T端均与相邻低位片 OC相连 。 级联电路如图 7-9(b)所示 。
从图中看出：
45672456723
012310123123
21
1
QQQQTQQQQOT
QQQQTQQQQOPP
TT
C
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用显然,只有 P3=1,T3=1,即低片各位输出全为 1时,片 3
才可能计数,但 OC传递比第一种方法快多了 。 例如,
Q7~Q0=11111110时 T3已经为 1,虽然 P3=0,但只要有 CP作用,Q0由 0→ 1,只需经片 1延迟,就可以使 P3=OC1=1,片
3稳定后,在 CP作用下便可开始计数 。 因此这种接法速度较快,而且级数越多,优越性越明显 。 但这种接法其最高位片的进位 OC3=1时并不表示计数器已计到最大值,只有将最高位片 OC3和片 1的 OC1相与,其输出才能作为整个计数器的进位输出,见图 7-9(c)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.3 任意模值计数器集成计数器可以加适当反馈电路后构成任意模值计数器 。
设计数器的最大计数值为 N,若要得到一个模值为 M(＜
N)的计数器,则只要在 N进制计数器的顺序计数过程中,设法使之跳过 (N-M)个状态,只在 M个状态中循环就可以了 。
通常 MSI计数器都有清 0,置数等多个控制端,因此实现模
M计数器的基本方法有两种：一种是反馈清 0法 (或称复位法 ),另一种是反馈置数法 (或称置数法 )。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
1,反馈清 0法这种方法的基本思想是：计数器从全 0状态 S0开始计数,
计满 M个状态后产生清 0信号,使计数器恢复到初态 S0,然后再重复上述过程 。
① 异步清 0。 计数器在 S0~SM-1共 M个状态中工作,当计数器进入 SM状态时,利用 SM状态进行译码产生清 0信号并反馈到异步清 0端,使计数器立即返回 S0状态 。 其示意图如图 7-10(a)中虚线所示 。 由于是异步清 0,只要 SM状态一出现便立即被置成 S0状态,因此 SM状态只在极短的瞬间出现,通常称它为,过渡态,。 在计数器的稳定状态循环中不包含 SM状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-10
(a) 清 0法； (b) 置数法
S
N － 1
S
0
S
1
S
N － 2
S
M
S
M － 1
S
M － 2
S
2
复位
( a )
S
0
S
i － 1
S
i
S
N － 1
S
i + M
S
i+ M － 1
S
i+ M － 2
S
i+ 1
置数
( b )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 同步清 0。 计数器在 S0~SM-1共 M个状态中工作,当计数器进入 SM-1状态时,利用 SM-1状态译码产生清 0信号并反馈到同步清 0端,要等下一拍时钟来到时,才完成清 0动作,使计数器返回 S0。 可见,同步清 0没有过渡状态,其示意图如图 7-10(a)中实线所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,反馈置数法置数法和清 0法不同,由于置数操作可以在任意状态下进行,因此计数器不一定从全 0状态 S0开始计数 。 它可以通过预置功能使计数器从某个预置状态 Si开始计数,计满 M个状态后产生置数信号,使计数器又进入预置状态 Si,然后再重复上述过程,其示意图如图 7-10(b)所示 。 这种方法适用于有预置功能的计数器 。 对于同步预置的计数器,使置数 (LD)
有效的信号应从 Si+M-1状态译出,等下一个 CP到来时,才将预置数置入计数器,计数器在 Si,Si+1,… Si+M-1共 M个状态中循环,如图 7-10(b)中实线所示；对于异步预置的计数器,
使置数 (LD)有效的信号应从 Si+M状态译出,当 Si+M状态一出现,即置数信号一有效,立即就将预置数置入计数器,它不受 CP控制,所以 Si+M状态只在极短的瞬间出现,稳定状态循环中不包含 S i+M,如图 7-10(b)中虚线所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用综上所述,采用反馈清 0法或反馈置数法设计任意模值计数器都需要经过以下三个步骤：
① 选择模 M计数器的计数范围,确定初态和末态；
② 确定产生清 0或置数信号的译码状态,然后根据译码状态设计译码反馈电路； ③ 画出模 M计数器的逻辑电路 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-1】 用 74LS90实现模 7计数器 。
解,因为 74LS90有异步清 0和异步置 9功能,并有
8421BCD码和 5421BCD码两种接法,因此可以用四种方案设计 。
① 异步清 0法 。
计数范围是 0~6,计到 7时异步清 0。
· 8421 BCD码接法的态序表如表 7-7 所示 。 计数器输出
QD,QC,QB,QA 的有效状态为 0000~0110,计到 0111时异步清 0,译码状态为 0111,利用部分译码设计译码门,故
R01R02=QCQBQA,即当 QC,QB,QA全为高时 R01R02=1,使计数器复位到全 0状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
· 5421 BCD码接法的态序表如表 7-8 所示 。 计数器输出 QA,QD,QC,QB 的有效状态为 0000~1001,计到 1010
时异步清 0,译码门逻辑方程为 R01R02=QCQA。 两种接法的波形图和逻辑电路分别如图 7-11(a),(b)所示 。 从波形图中可看出,在过渡态 0111 和 1010 中,输出端都有,毛刺,,这是异步清 0产生的 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-7 清 0法 8421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-8 清 0法 5421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-11 例 7-1 清 0
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0 &
CP
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
R
01
R
02
( a )
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0 &
CP
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q
B
Q
C
Q
D
Q
A
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 反馈置 9 法 。
以 9为起始状态,按 9,0,1,2,3,4,5 顺序计数,
计到 6 时异步置 9。
· 8421 BCD码接法 。 态序表如表 7-9所示,译码逻辑方程为 S91S92=QCQB,其逻辑电路如图 7-12(a)所示 。
· 5421 BCD码接法 。 态序表如表 7-10所示,译码逻辑方程为 S91S92=QAQB,其逻辑电路如图 7-12(b)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-9 置 9法 8421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-10 置 9法 5421 BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-12 例 7-1 置 9
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2 S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0
CP
( a )
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2 S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-2】 用 74161实现模 7计数器 。
解,74161有异步清 0和同步置数功能,因此可以采用异步清 0 法和同步置数法实现任意模值计数器 。
采用异步清 0 法和 74LS90相似,不同的是 74161的异步清 0 端 Cr是低电平有效,因此译码门应采用与非门 。 模 7 计数器态序表见表 7-11(a),逻辑图见图 7-13(a)。
置数法是通过控制同步置数端 LD和预置输入端 DCBA来实现模 M计数器 。 由于置数状态可在 N个状态中任选,因此实现的方案很多,常用方法有三种：
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 同步置 0法 (前 M个状态计数 )。
选用 S0~SM-1共 M个状态计数,计到 SM-1时使 LD=0，
等下一个 CP来到时置 0,即返回 S0状态 。 这种方法和同步清 0 似,但必须设置预置输入 DCBA=0000。 本例中
M=7,故选用 0000~0110 共七个状态,计到 0110 时同步置 0,LD=QCQB,其态序表见表 7-11(b),逻辑图见图 7-13(b)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② OC置数法 (后 M个状态计数 )。
选用 Si~SN-1共 M个状态,当计到 SN-1状态并产生进位信号时,利用进位信号置数,使计数器返回初态 Si。 同步置数时预置输入数的设置为 N-M。 本例要求 M=7,预置数为 16-M=9,即 DCBA=1001,故选用 1001~1111共七个状态,计到 1111 时利用 OC同步置数,所以 LD=OC,其态序表见表 7-11(c),逻辑图见图 7-13(c)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 中间任意 M个状态计数 。
随意选用 Si~Si+M-1共 M个状态,计到 Si+M-1时译码使
LD=0,等下一个 CP来到时返回 Si 状态 。 本例选用
0010~1000 共七个状态,计到 1000 时同步置数,故
LD=QD,DCBA=0010,态序表见表 7-11(d),逻辑图见图
7-13(d) 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-13 例 7-2 模 7 计数器的四种实现方法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
&
T
1
LD
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
&
T
1
LD
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
T
1
LD
( c )
O
C
1
1 0 0 11
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
T
1
LD
( d )
O
C
1
0 1 0 01
O
C
O
C
1
CP CP CP CP CP CP CP CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-11 例 7-2 态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用如果要求实现的模值 M超过单片计数器的计数范围时,
必须将多片计数器级联,才能实现模 M计数器 。 常用的方
① 将模 M分解为 M=M1× M2× …Mn,用 n片计数器分别组成模值为 M1,M2,…,Mn的计数器,然后再将它们异步级联组成模 M计数器 。
② 先将 n片计数器级联组成最大计数值 N＞ M的计数器,然后采用整体清 0 或整体置数的方法实现模 M计数器 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-3】 试用 74LS90实现模 54 计数器 。
解,因一片 74LS90的最大计数值为 10,故实现模 54计数器需要用两片 74LS90 。
① 大模分解法 。
可将 M分解为 54=6× 9,用两片 74LS90分别组成
8421BCD码模 6,模 9 计数器,然后级联组成 M=54 计数器,其逻辑图如图 7-14(a)所示 。 图中,模 6 计数器的进位信号应从 QC输出 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 整体清 0 法 。
先将两片 74LS90用 8421BCD码接法构成模 100计数器,然 后加 译码 反 馈电 路 构成 模 54 计 数器 。 过渡态,所以译码逻辑方程为 。 模 54 计数器的逻辑图如图
7-14(b)所示 。
01 01 0 10 0'''?ABCDBCD QQQQQQQ
CAC QQQRRRR '''02'010201
图 7-14 例 7-3 用 74LS90 实现模 54
(a) 大模分解法 ; (b) 整体清 0 法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
&
( b )
′ ′ ′ ′
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-4】 试用 74161 实现模 60 计数器 。
解,因一片 74161 最大计数值为 16,故实现模 60
计数器必须用两片 74161。
① 大模分解法 。
可将 M分解为 60=6× 10,用两片 74161 分别组成模 6、
模 10 计数器,然后级联组成模 60 计数器,逻辑电路如图 7-15(a)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
CP
1
LD
7 4 1 6 1
0
1
1 0 11
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
P
T
1
7 4 1 6 1
1
′
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
1
LD
7 4 1 6 1
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
LD
′
7 4 1 6 1
1
′ ′ ′ ′
′
′
′′′
&
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
1
LD
7 4 1 6 1
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
LD
′
7 4 1 6 1
1
′ ′ ′ ′
′
′
′′′
0 0 1 0
0 0 1 1
1
( c )
′
CP
CP
CP
′
CP
A B C DC
r
LD
0 1 1 01
′ ′ ′ ′ ′
CP
CP
CP CP
图 7-15 例 7-4
模 60 计数器逻
(a) 大模分解法；
(b) 整体置 0 法；
(c) OC整体置数法第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 整体置数法 。
先将两片 74161 同步级联组成 N=162=256 的计数器,
然后用整体置数法构成模 60计数器 。 图 7-15(b)为整体置
0逻辑图,计数范围为 0~59,当计到 59(00111011)时同步置 0。 图 7-15(c)为 OC整体置数法逻辑图,计数范围为
196~255,计到 255(OC=1)时使两片 LD均为 0,下一个
CP 来 到 时 置 数,预置输入 =256-M=196,故
D′C′B′A′DCBA=(196)10=(11000100)2。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用通常,凡是具有预置功能的加 (减 )计数器都可以实现可编程分频器,只要用进位 (或借位 )输出去控制置数端,使加计数计到 SN-1状态,或减计数计到 S0状态时置数控制端有效,
使计数器又进入 Si预置状态 。 这样计数器总是在 Si~SN-1(或 S0)
共 M个状态中循环,从而构成模 M计数器 。 表 7-12列出了在不同工作条件下预置输入数的设置方式 。 表中 N为最大计数值,M为要求实现的模值 。 对于同步置数加法计数器,预置值 =N-M=［ M］ 补,M=N-预 =［ 预 ］ 补,即如果已知 M,只要求出 ［ M］ 补 (M的各位求反,末位加 1),即可求得预置值；
同理,若已知预置值,只要求出 ［ 预 ］ 补 即可求得模 M的值 。
可见用这种方法设计可编程分频器是很简便的 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-12 可编程计数器预置输入数的设置第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-5 】 图 7-16 为可编程分频器,试分别求出 M=100
和 M=200 时的预置值；若 I7~I0=01101000,试求 M值 。
解,该电路为同步置数加法计数器,最大计数值 N=256。
根据预置值 =N-M=［ M］ 补,
① 当 M=(100)10=(01100100)2时,预置值 D′C′B′A′DCBA=
［ M］ 补 =10011100；当 M=(200)10 =(11001000)2 时,预置值 D′C′B′A′DCBA=［ M］ 补 =00111000。
② 当 I7~I0=01101000 时,由于 M=［ 预 ］ 补,因此 M=
［ 01101000］ 补 =(10011000) 2=152。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-16 例 7-5 可编程分频器
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
1
LD
7 4 1 6 1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
CT
P
LD
′
7 4 1 6 1
′ ′ ′ ′
′
CP
I
0
I
1
I
2
I
3
1
I
4
I
5
I
6
I
7
CP A ′ B ′ C ′ D ′CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-6 】 分别用 74LS192 和 74LS169 实现模 6加法计数器和模 6 减法计数器 。
解,① 用 74LS192实现模 6加,减计数器 。 由于 74LS192
为异步预置,最大计数值 N=10,因此,加计数时预置值 =N-
M-1=10-6-1=3,减计数时,预置值 =M=6。 其态序表分别如表 7-13(a),(b)所示,逻辑图如图 7-17(a),(b)所示 。
② 用 74LS169实现模 6 加,减计数器 。 由于 74LS169为同步置数,最大计数值 N=16,因此,加计数时预置值 =N-
M=16-6=10=(1010) 2,减计数时预置值 M-1=6-1=5=(0101)2。
其态序表分别如表 7-13(c),(d)所示,逻辑图如图 7-17(c),(d)
所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-13 例 7-6 态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-17 例 7-6 模 6
(a),(c) 模 6加法计数器； (b),(d) 模 6减法计数器
Q
D
CP
－
CP
+
C
r
Q
C
Q
B
Q
A
O
C
O
B
ABCD
LD
CP
1
( a )
Q
D
CP
－
CP
+
C
r
Q
C
Q
B
Q
A
O
C
O
B
ABCD
LD
CP
1
( b )
Q
D
CP
Q
C
Q
B
Q
A
U /D
O
C
ABCD LD
CP
( c )
1 0 1 0
1
Q
D
CP
Q
C
Q
B
Q
A
U /D
O
C
ABCD LD
CP
( d )
10 0 1
7 4 LS 1 6 9
7 4 LS 1 9 2 7 4 LS 1 9 2
7 4 LS 1 6 9
1
1
P
T
P
T
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.2 集成寄存器和移位寄存器
7.2.1 常用集成寄存器一类是由多个 (边沿触发 )D触发器组成的触发型集成寄存器,如 74LS171(4D),74LS175(4D),74LS174(6D)、
74LS273(8D)等 。 图 7-18(a)是 74LS171的逻辑符号,其功能表如表 7-14 所示 。 其中 Cr为异步清 0 端,当 Cr=1时,在
CP上升沿作用下,输出 Q接收输入代码,若 CP无效时输出保持不变 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用另一类是由带使能端 (电位控制式 )D触发器构成的锁存型集成寄存器,如 74LS375(4D),74LS363(8D)、
74LS373(8D)等 。 图 7-18(b)是八 D锁存器 74LS373的逻辑符号,其功能表见表 7-15。 当 EN1EN0=10 时,输出 Q
随输入 D变化,接收输入代码；当 EN1EN0=00 时锁存代码；当 EN0=1时,输出端的三态门处于禁止状态,因此输出为高阻 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-14 74LS171 功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-15 74LS373 功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-18
(a) 74LS171 的逻辑符号； (b)74LS373的逻辑符号
1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 3 Q 3 Q 4 Q 4 Q
( a )
CP
1 D 2 D 3 D 4 D
C
r
1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7 Q 8 Q
( b )
EN
0
1 D 2 D 3 D 4 D
EN
1
7 4 LS 1 7 1 7 4 LS 3 7 3
5 D 6 D 7 D 8 D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.2.2 常用集成移位寄存器
1,四位双向移位寄存器 74LS194
74LS194是四位通用移存器,具有左移,右移,并行置数,保持,清除等多种功能,其内部结构与逻辑符号分别如图 7-19(a),(b)所示,功能表如表 7-16 所示 。 74LS194各
D0~D3,并行数码输入端 。
Cr,异步清 0 端,低电平有效 。
SR,SL：右移,左移串行数码输入端 。
S1,S0,工作方式控制端。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-19
74LS194四位双向移位寄存
(a) 逻辑图；
(b) 逻辑符号；
(c) 时序图
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
1
1
11
S
0
S
1
S
R
D
0
D
1
D
2
D
3
S
L
1C
r
CP
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
( a )
CP
S
0
S
1
C
r
S
R
S
L
D
0
H
L
D
1
D
2
D
3
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
清送除数右移 左移 禁止清除
( c )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
( b )
1
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-16 74LS194 功能表从其功能表和图 7-19(c)时序图可以看出,只要 Cr=0,移存器无条件清 0。 只有当 Cr=1,CP上升沿到达时,电路才可能按
S1S0设置的方式执行移位或置数操作,S1S0=11为并行置数,
S1S0=01为右移,S1S0=10为左移,时钟无效或虽然时钟有效,但
S1S0=00 则电路保持原态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,集成移位寄存器的应用
1) 实现数据的串 —
在数字系统中,信息的传播通常是串行的,而处理和加工往往是并行的,因此经常要进行输入,输出的串,并转换 。
图 7-20 七位串入 — 并出转换电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
C
r
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
C
r
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
1
1
Q
5
Q
6
Q
7
Q
8
转换完成信号
1
串行输入
D
6
～ D
0
清0
CP
7 4 L S 1 9 4 7 4 L S 1 9 4
7 - 2 0
1
并行输出
C P C P
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-17 七位串入 — 并出状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-21 七位并入 — 串出转换电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
1
&
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
1
CP
7 4 LS 1 9 4 7 4 LS 1 9 4
d
3
d
2
d
1
d
0
1 d
4
d
5
d
6
d
7
&
Q
1
Q
2
Q
3
串行输出转换完成信号
S
T
CP
CP
G
2
G
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-18 七位并入 — 串出状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2) 构成移位型计数器图 7-22 移位型计数器一般框图移位型计数器的状态变化顺序必须符合移位的规律，即
),...,2(,11111 niQQDQ inin
组合控制逻辑
Q
1
Q
2
… Q
n
n 位移位寄存器
F
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 环型计数器。
图 7-23
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图
0 1 0 0
0 0 0 1
0 0 1 01 0 0 0
1 0 1 0
0 1 0 1
1 1 1 1
0 0 0 0
1 1 0 0
0 0 1 1
0 1 1 01 0 0 1
1 1 1 0
1 0 1 1
0 1 1 11 1 0 1
( a ) ( b )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 LS 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
1 2
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
n位环型计数器由 n位移存器组成,其反馈逻辑方程为
D1=Qn。 图 7-23(a)是由 74LS194构成的四位环型计数器,
其输入方程为 SR=Q3,根据移位规律作出完全状态图如图
7-23(b)所示 。 若电路的起始状态为 Q0Q1Q2Q3=1000,则电路中循环移位一个 1,环 ① 为有效循环 。 若起始状态为
Q0Q1Q2Q3=1110,则电路中循环移位一个 0,环 ② 为有效循环 。 可见,四位环型计数器实际上是一个模 4 计数器 。 环型计数器结构很简单,其特点是每个时钟周期只有一个输出端为 1(或 0),因此可以直接用环型计数器的输出作为状态输出信号或节拍信号,不需要再加译码电路 。 但它的状态利用率低,n个触发器或 n位移存器只能构成 M=n的计数器,有 (2n-n)个无效状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用为了使环型计数器具有自启动特性,设计时要进行修正 。 图 7-24(a)是修正后的四位环型计数器,它利用
74LS194 的预置功能,并进行全 0序列检测,有效地消除了无效循环,其状态图如图 7-24(b)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
≥1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 00 0 0 1
1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 0
0 1 0 1 1 0 1 00 0 1 1
0 1 1 0 1 1 0 0
0 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
( a ) ( b )
主
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 0 0
1
图 7-24
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 扭环计数器 (也称循环码或约翰逊计数器 )。
n位扭环计数器由 n位移存器组成，其反馈逻辑方程为
nQD?1
n位移存器可以构成 M=2n计数器,无效状态为 (2n-2n)个 。
扭环计数器的状态按循环码的规律变化,即相邻状态之间仅有一位代码不同,因而不会产生竞争,冒险现象,且译码电路也比较简单 。
图 7-25是由 74LS194构成的四位扭环计数器和它的状态图 。 它有一个无效循环,不能自启动 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-25 扭环计数器
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图
0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0
1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1
主
( a )
( b )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 LS 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-26 有自启特性的扭环计数器
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
R
7 4 LS 1 9 4
D
1
D
0
D
2
D
3
1
1 110
&
1
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用扭环计数器输出波形的频率比时钟频率降低了 2n倍,
所以它可以用作偶数分频器 。
,则可以构成奇数分频器,其模值为 M=2n-1。
图 7-27是用 74LS194 构成的 7 分频电路,其态序表如表 7-
19 所示,其状态变化与扭环计数器相似,但跳过了全 0 状态 。
11 nnQQD
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-19 M=7 分频器状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-27 用 74LS194 构成的 7 分频电路
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
&
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3 序列信号发生器序列信号发生器是能够循环产生一组或多组序列信号的时序电路,它可以用移位寄存器或计数器构成 。 序列信号的种类很多,按照序列循环长度 M和触发器数目 n的关系一
① 最大循环长度序列码,M=2n。
② 最长线性序列码 (m序列码 ),M=2n-1。
③ 任意循环长度序列码,M＜ 2n。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3.1 序列信号发生器的设计图 7-28 反馈移位型序列信号发生器框图
1,反馈移位型序列信号发生器组合反馈网络
Q
1
Q
2
Q
n
S
R
( S
L
) n 位移位寄存器
Z
CP
…
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用反馈移位型序列码发生器的结构框图如图 7-28所示,它由移位寄存器和组合反馈网络组成,从移存器的某一输出端可以得到周期性的序列码 。
① 根据给定序列信号的循环长度 M,确定移存器位数 n，
2n-1＜ M≤2n。
② 确定移位寄存器的 M个独立状态 。
将给定的序列码按照移位规律每 n位一组,划分为 M个状态 。 若 M个状态中出现重复现象,则应增加移存器位数 。 用
n+1位再重复上述过程,直到划分为 M个独立状态为止 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 根据 M个不同状态列出移存器的态序表和反馈函数表,求出反馈函数 F的表达式 。
④ 检查自启动性能 。
⑤ 画逻辑图。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-7 】 设计一个产生 100111 序列的反馈移位型序列信号发生器 。
解：
① 确定移存器位数 n。 因 M=6,故 n≥3。
② 确定移存器的六个独立状态 。
将序列码 100111 按照移位规律每三位一组,划分六个状态为 100,001,011,111,111,110。 其中状态 111 重复出现,故取 n=4,并重新划分六个独立状态为 1001、
0011,0111,1111,1110,1100。 因此确定 n=4,用一片
74LS194即可 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 列态序表和反馈激励函数表,求反馈函数 F的表达式 。
首先列出态序表,然后根据每一状态所需要的移位输入即反馈输入信号,列出反馈激励函数表如表 7-20 所示 。
从表中可见,移存器只需进行左移操作,因此反馈函数
F=SL。 表 7-20 也表明了组合反馈网络的输出和输入之间的函数关系,因此可填出 F的 K图如图 7-29(a)所示,并求得
2020)( QQQQSF L
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-29 ［例 7-7］ F的 K图和移存器状态图
× × 1 ×
× × × 1
1 1 0 ×
× × 0 ×
00 01 11 10
00
01
11
10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1
0 0 1 0 0 1 0 1
1 1 0 0 1 1 1 0
主
( a )
( b )
0 1 1 1
1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1 0 1 1 0 1 1 0
1 1 0 1
F ( S
L
)
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-20 例 7-7 反馈函数表
Q0 Q1 Q2 Q3 F(SL)
1 0 0 1
0 0 1 1
0 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 0 0
1
1
1
0
0
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
④ 检查自启动性能。
图 7-30 修正后的 F的 K图和移存器状态图
× × 1 ×
× × × 1
1 1 0 ×
× × 0 ×
00 01 11 10
00
01
11
10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1
0 1 1 0 1 1 0 0
主
( a )
( b )
0 0 0 1
0 1 1 1
0 0 1 0 0 0 0 0
1 0 0 0
1 1 1 11 1 1 01 0 1 1
1 1 0 1
0 1 0 1
F ( S
L
)
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
⑤ 画逻辑电路 。
移位寄存器用一片 74LS194，
SSI 门电路或 MSI 组合器件实现 。 图 7-31(a)所示电路中,采用了门电路实现反馈函数 。 图 7-
31(b)电路中 SL=(Q0Q2)m(1 Q3 1 0)T采用了 4选 1 MUX实现反馈函数 。
302 QQQS L
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-31 例 7-7
(a) 反馈网络采用 SSI门； (b) 反馈网络采用 MSI器件
7 4 LS 1 9 4
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
L
1
0
1
1
1
CP
F
( a ) ( b )
7 4 LS 1 9 4
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
L
1
0
CP
D
0
D
1
D
2
D
3
A
0
A
1
Z
Y
F
1
Z
CP
4 选1
M U X
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,计数型序列码发生器图 7-32 计数型序列码发生器结构框图设计过程分两步,① 根据序列码的长度 M设计模 M计数器,
状态可以自定； ② 按计数器的状态转移关系和序列码的要求设计组合输出网络 。 由于计数器的状态设置和输出序列没有直接关系,因此这种结构对于输出序列的更改比较方便,而且还能同时产生多组序列码 。
组合输出网络模 M 计数器
Q
1
Q
2
Q
n
Z
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-8 】 设计一个产生 1101000101 序列码的计数型序列码发生器 。
解：
① 因 M=10,可选用 74161设计一个模 10计数器,并采用
OC置数法来实现,有效状态为 0110~1111。
② 设计组合输出网络 。 根据计数状态和输出序列的对应关系,列出真值表如表 7-21所示 。 Z输出的卡诺图如图 7-
33(a)所示,若采用 8 选 1MUX实现逻辑函数,则可求得
TCmABD QQQQZ )101100()(?
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-33 例 7-8 实现 Z的 K图及逻辑电路
(a) K图； (b) 逻辑电路
× × × ×
00 01 11
Q
B
Q
A
Q
D Q
C
10
× × 1 1
0 1 1 0
0 1 0 0
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
A
2
A
1
A
0
1
0
Y
0 1 1 0
1
Z
8
选1
M
U
X
( a ) ( b )
00
01
11
10
Z
D
7
7 4 1 6 1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
T
CP
C
r A CB
D L D
O
C
1
CP
0
1
0
1
0
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-9】 设计一个能同时产生两组序列码的双序列码发生器,要求两组代码分别是,Z1—110101,Z2—010110。
解,首先用 74LS194设计一个能自启动的模 6 扭环计数器如图 7-34(a)所示,并列出组合输出电路的真值表如表 7-22 所示；然后用一片 3-8译码器和与非门实现组合输出网络；最后画出逻辑电路如图 7-34(b)所示 。 组合电路的输出函数式为
3742
17401
mmmZ
mmmmZ
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-34 例 7-9 逻辑电路
(a) 模 6 计数器； (b) 双序列码发生器电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
3
D
2
D
1
D
0
1110
1
1
CP
（ a ）
Q
0
Q
1
Q
2 S
1
S
0
D
3
D
2
D
1
D
0
7 4 LS 1 9 4
CP
7 4 LS 1 9 4
A
2
A
1
A
0
3 —8 译码器
1
1 1 1
7 6 5 4 3 2 1 0
（ b ）
S
R
Z
2
Z
1
S
R
0
&
1
&
&
&
CP
E
1
E
2
E
3
1
Q
3
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-22 例 7-9 真值表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3.2 m序列码发生器
m序列码也称伪随机序列码,
① 每个周期中,,1”码出现 2n-1次,,0”码出现 2n-1-1 次,
即 0,1 出现的概率几乎相等 。
② 序列中连 1 的数目是 n,连 0 的数目是 n-1。
③ 分布无规律,具有与白噪声相似的伪随机特性 。
m序列码发生器是一种反馈移位型结构的电路,它由 n位移位寄存器加异或反馈网络组成,其序列长度 M=2n-1,只有一个冗余状态即全 0 状态,所以称为最大线性序列码发生器 。 由于其结构已定型,且反馈函数和连接形式都有一定规律,因此利用查表的方式就可以设计出 m序列码 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-23 m序列反馈函数表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-23列出了部分 m序列码的反馈函数 F和移存器位数
n的对应关系 。 如果给定一个序列信号长度 M,则根据
M=2n-1求出 n,由 n查表便可得到相应的反馈函数 F。
例如,要产生 M=7的 m序列码,首先根据 M=2n=1，
确定 n=3,再查表可得反馈函数 F=Q1 Q3(即 74LS194的
F=Q0 Q2)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用但由于电路处于全 0状态时 F=0,故采用此方法设计的 m
序列发生器不具有自启动特性 。 为了使电路具有自启动特
① 在反馈方程中加全 0 校正项其逻辑电路如图 7-35(a)所示 。
② 利用全 0 状态重新置数从而实现自启动,其逻辑电路如图 7-35(b)所示 。
该电路输出的 m序列码为 0011101。
,321 QQQ
3213132131 QQQQQQQQQQF
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-35 M=7的 m序列码发生器电路
(a)加全 0 校正项； (b) 利用全 0 状态置数
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
0
S
1
D
3
D
1
CP
7 4 LS 1 9 4
D
2
D
0
＝1
≥1
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Z
1
1
C
r
S
R
≥1
清0
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
3
D
1
CP
7 4 LS 1 9 4
D
2
D
0
＝1
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
C
r
S
R
清0
Z
CP
1
（ a ） （ b ）
1
CP
≥1
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.4 以 MSI为核心的同步时序电路的分析与设计
7.4.1 分析方法图 7-36 例 7-10逻辑电路
Q
A
CP
7 4 LS 1 6 1
C
r
P
T
Q
B
Q
C
Q
D
A B D LDC
101
1
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-36 例 7-10 逻辑电路
【 例 7-10】 分析图 7-36 所示同步时序电路 。
解,该电路无外部输入信号,其输出取自计数器的输出端 QDQCQBQA,是 Moore型电路 。
① 求写激励 (控制 )方程。
② 列状态迁移表,画状态图 。
先根据激励方程与 74161 的功能确定每个状态下的激励信号及操作功能,然后确定其次态,因而得出该电路的态序表如表 7-24 所示 。
③ 分析功能 。
该电路是模 12 计数器，若从 QD端输出，则可以得到 12
分频的对称方波。
10,,1,1 CDBr QQD CB AQLDPTC
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-24 例 7-10态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-11 】 试分析图 7-37 所示电路。
图 7-37 例 7-11 逻辑电路
D
0
D
1
D
2
D
3
S
L
CP
S
1
S
0
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
A
2
A
1
A
0
D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
0
8
选1
M
U
X
Y
Z
1
1
1
X
1
0
7 4 L S 1 9 4
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用解,该电路是由移存器 74LS194和 8 选 1 数据选择器组成的 Moore型同步时序电路,X为外部输入,Z为外输出 。
① 求激励方程和输出方程 。
3
321
321001
)0,,,1,1,,,1()(
1 1 1 1,10
QZ
XXXXQQQYS
DDDDSS
T
mL
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 列态序表 。
由激励方程可知,S1S0=10,故 74LS194一直进行左移操作,由于状态变化会使 SL变化,从而又使状态更新,
于是可列出 X=0,X=1的态序表如表 7-25 所示 。
③ 分析功能 。
由表 7-25可见,该电路为可控序列码发生器,当 X=0
时产生 1001011 序列,当 X=1 时,产生 1010011 序列 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-25 例 7-11态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.4.2 设计方法采用 MSI器件设计同步时序电路时有许多不同于传统方
① 状态化简一般不必进行 。 只有在某些特殊情况下,如果化简能够减少 MSI器件数目 (如原状态为 17 个,化简后小于
17 个 )才有实际意义 。
② 状态分配根据器件的功能而定 。 一般选择了合适的
MSI器件后,根据其操作特点来进行状态分配 。 为了使电路连线减少,还应考虑尽量使操作功能种类减少 。
③ 求激励函数和输出函数时,首先要确定 MSI器件在每个状态下执行的操作功能,然后根据需要执行的操作去设置各控制端的激励,进而再导出激励 (控制 )方程和输出方程 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-12】 试以 74LS169 为核心设计模 5 可逆加 /减计数器 。
解：
① 选择状态 。
设 X为加 /减控制变量,X=0 时进行加法计数,X=1 时进行减法计数,可选择 74LS169 的最后五个状态构成模 5 可逆计数器,其状态图如图 7-38(a)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-38 例 7-12
(a) 状态图； (b) 操作表； (c) 函数表； (d) LD; (e) DCBA； (f) Z
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 0 1 1
1 1 1 1
0 / 0
1 / 0
0 / 0
0 / 0
0 / 0
0 / 1
1 / 1
1 / 0
1 / 0
1 / 0
X / Z
计计计、送计计、送
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
00
01
11
10
X
0
1
0
1
PT LD Z
0
×
1
0
0
1
×
0
0
1
1
0
计( 加)
送( 减)
送( 加)
计( 减)
（ a ）
（ b ） （ c ）
× × 1 ×
× × 1 ×
×
×
×
×
X X
1 ×
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ d ）
× × × ×
× × × ×
×
×
×
×
1 0 1 1 1 1 1 1
× ×
Q
D Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ e ）
× × 0 ×
× × 0 ×
×
×
×
×
X X
0 ×
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ f）
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
1 0 1 1
1 1 1 1
00
01
11
10
LD
00
01
11
10
00
01
11
10
ZD C B A
功能第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 列操作表 。
器件在每个状态下所进行的操作功能用操作表来表示 。 从图 7-38(a)看出,当电路处于 1011状态时,若 X=0,则计数器进行加 1 计数操作；若 X=1,则计数器进行预置 (送数 )操作 ……，
不同状态下 74161需要进行的操作可以用图 7-38(b)的 K图来表示 。
③ 求 P,T,LD,DCBA的激励函数和 Z输出函数 。
这一步是确定 74161各控制端 PT,LD,DCBA 需要加什么信号才能实现图 7-38(b)的操作 。 从状态图和操作表可以看出,
计数器在各种状态下的操作是由外输入 X和内部状态 QDQCQBQA
来决定的,因此可以首先根据图 (b)操作表求出每一个状态下激励函数,输出函数与外输入 X的关系,然后再求出激励函数,
输出函数与 X,QDQCQBQA的关系 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用例如,当状态为 1011,1111 时有计数,送数两种操作,因而可列出当 QDQCQBQA为 1011,1111时 PT,LD、
Z 与 X 的 函 数 关 系 如 图 7-38(c) 所示,并 求 得 当
QDQCQBQA=1011时,PT=0,LD=X,Z=X,当 QDQCQBQA
=1111 时,PT=0,LD=X,Z=X；由于状态为 1100,1101、
1110 时仅有计数操作,故 PT=0,LD=1。 可见 PT一直为 0，
其 K图可以省略 。 LD,DCBA,Z的卡诺图分别如图 7-
38(d),(e),(f)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用实现 LD
· 选用 8选 1数据选择器：
TmABC XXQQQLD )111111()(?
· 选用 SSI门电路：
XDULDZ
ABQCD
XQQQXQQQQQ
XQQQXQQQQQLD
C
CABCABAB
ABCABCAB
/,
1,,1
)()(
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
④ 画逻辑电路。
图 7-39 例 7-12
(a) LD采用 8 选 1 MUX; (b) LD采用 SSI门电路
A B
U /D
C D LDCP
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
A
0
A
1
A
2
D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
0
Y
1
1
X
1
1 Z
Q
A
CP
7 4 L S 1 6 9
Q
B
Q
C
Q
D
A B D LDC
U /D
&
X
Z
( a )
（ b ）
7 4 L S 1 6 9
1
1
1
1
1
8
选
1
M
U
X
CP
CP
＝1
P
T
P
T
7.1 集成计数器
7.2 集成寄存器和移位寄存器
7.3 序列信号发生器
7.4 以 MSI为核心的同步时序电路的分析与设计第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1 集 成 计 数 器集成计数器具有功能较完善,通用性强,功耗低,
工作速率高且可以自扩展等许多优点,因而得到广泛应用 。 目前由 TTL和 CMOS电路构成的 MSI计数器都有许多品种,表 7-1 列出了几种常用 TTL型 MSI计数器的型号及工作特点 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-1 常用 TTL型 MSI计数器第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.1 常用集成计数器功能分析
1,异步集成计数器 74LS90
74LS90是二 —五 —十进制异步计数器,其内部逻辑电路及传统逻辑符号分别如图 7-1(a),(b)所示 。 它包含两个独立的下降沿触发的计数器,即模 2(二进制 )和模 5(五进制 )计数器； 异步清 0端 R01,R02和异步置 9端 S91,S92均为高电平有效,
图 7-1(c)为 74LS90的简化结构框图 。 采用这种结构可以增加使用的灵活性 。 74LS196,74LS293等异步计数器多采用这种结构 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-1 74LS90
(a) 逻辑图； (b) 传统逻辑符号； (c) 结构框图
S
1 J
C 1
1 K
R
S
1 J
C 1
1 K
R
1 J
C 1
1 K
≥ 1 R
1 J
C 1
1 K
≥ 1 R
&
FF
A
FF
B
FF
C
Q
A
Q
B
Q
C
&
R
01
R
02
CP
2
CP
1
&
S
92
S
91
Q
D
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
( a )
( b )
74 LS 90
M =2 M =5
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
S
91
S
92
R
01
R
02
CP
1
CP
2
( c )
FF
D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
74LS90的功能表如表 7-2 所示 。 从表中看出,当
R01R02=1,S91S92=0时,无论时钟如何,输出全部清 0；而当
S91S92=1时,无论时钟和清 0信号 R01,R02如何,输出就置 9。
这说明清 0,置 9都是异步操作,而且置 9是优先的,所以称
R01,R02为异步清 0端,S91,S92为异步置 9端 。
表 7-2 74LS90功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用当满足 R01R02=0,S91S92=0时电路才能执行计数操作,根据 CP1,CP2的各种接法可以实现不同的计数功能 。 当计数脉冲从 CP1输入,CP2不加信号时,QA端输出 2分频信号,即实现二进制计数 。 当 CP1不加信号,计数脉冲从 CP2输入时,
QD,QC,QB实现五进制计数 。 实现十进制计数有两种接法 。
图 7-2(a)是 8421 BCD码接法,先模 2计数,后模 5计数,由 QD、
QC,QB,QA 输出 8421 BCD码,最高位 QD作进位输出 。 图 7-
2(b)是 5421 BCD码接法,先模 5计数,后模 2计数,由 QA,QD、
QC,QB输出 5421 BCD码,最高位 QＡ 作进位输出,波形对称 。
两种接法的状态转换表 (也称态序表 )见表 7-3。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-3 两种接法的态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-2 74LS90
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 L S 9 0
CP
( a ) ( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 L S 9 0
CP
S
91
S
92
R
01
R
02
S
91
S
92
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,同步集成计数器 74161
74161是模 24(四位二进制 )同步计数器,具有计数,保持,预置,清 0功能,其逻辑电路及传统逻辑符号分别如图 7-3(a),(b)所示 。 它由四个 JK触发器和一些控制门组成,
QD,QC,QB,QA 是计数输出,QD 为最高位 。 74LS161与
74161内部电路不同,但外部引脚图及功能表均相同 。
OC为进位输出端,OC=QDQCQBQAT,仅当 T=1且计数状态为 1111时,OC才变高,并产生进位信号 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
C 1
1 K
R
1 J
&
&
≥1
&
&
&
&
&
&
T
P
D
1
C
r
C
1
CP
计数脉冲
B
A
1
LD
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
CP
A B C D
7 4 1 6 1
T
C
r
LD
O
C
( a )
( M S B )
图 7-3 74161
(a) 逻辑图； (b) 传统逻辑符号第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
CP为计数脉冲输入端,上升沿有效 。
Cr为异步清 0端,低电平有效,只要 Cr=0,立即有
QDQCQBQA=0000,与 CP无关 。
LD为同步预置端,低电平有效,当 Cr=1,LD=0,在 CP
上升沿来到时,才能将预置输入端 D,C,B,A的数据送至输出端,即 QDQCQBQA=DCBA。
P,T为计数器允许控制端,高电平有效,只有当
Cr=LD=1,PT=1,在 CP作用下计数器才能正常计数 。 当 P、
T中有一个为低时,各触发器的 J,K端均为 0,从而使计数器处于保持状态 。 P,T的区别是 T影响进位输出 OC,而 P则不影响 OC。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-4 74161功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-4 74161 时序图
C
r
LD
A
B
C
D
CP
P
T
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
12 13 14 15 0 1 2
清除 置数 计数 保持
O
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
3,十进制可逆集成计数器 74LS192
图 7-5 74LS192传统逻辑符号
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
CP
+
D C B A
7 4 L S 1 9 2
C
r
LD
O
C
O
B
CP
－
( M S B )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-5 74LS192功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 该器件为双时钟工作方式,CP+是加计数时钟输入,
CP-是减计数时钟输入,均为上升沿触发,采用 8421 BCD码计数 。
② Cr为异步清 0端,高电平有效 。
③ LD为异步预置控制端,低电平有效,当 Cr=0,LD=0时预置输入端 D,C,B,A 的 数 据 送 至 输 出 端,即
QDQCQBQA=DCBA。
④ 进位输出和借位输出是分开的 。
OC为进位输出,加法计数时,进入 1001状态后有负脉冲输出,脉宽为一个时钟周期 。
OB为借位输出,减法计数时,进入 0000状态后有负脉冲输出,脉宽为一个时钟周期 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
4,二进制可逆集成计数器 74LS169
图 7-6 74LS169传统逻辑符号表 7-6 74LS169功能表
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
D C B A
7 4 L S 1 6 9
CP LD
O
C
( M S B )
P
T
U /D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
74LS169
① 该器件为加减控制型的可逆计数器,U/D=1时进行加法计数,U/D=0时进行减法计数 。 模为 16,时钟上升沿触发 。
② LD为同步预置控制端,低电平有效 。
③ 没有清 0端,因此清 0靠预置来实现 。
④ 进位和借位输出都从同一输出端 OC输出 。 当加法计数进入 1111后,OC端有负脉冲输出,当减法计数进入 0000后,OC端有负脉冲输出 。 输出的负脉冲与时钟上升沿同步,宽度为一个时钟周期 。
⑤ P,T为计数允许端,低电平有效 。 只有当 LD=1，
P=T=0,在 CP作用下计数器才能正常工作,否则保持原状态不变 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-7 74LS169时序工作波形图
LD 置入
A
B
C
D
CP
数据输入
U /D
P 和 T
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
13 14 15 0 21 2 2 1 0 15 14 13
减法计数保持加法计数置入
O
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.2 集成计数器的级联
1.
用前一级计数器的输出作为后一级计数器的时钟信号 。
这种信号可以取自前一级的进位 (或借位 )输出,也可直接取自高位触发器的输出 。 此时若后一级计数器有计数允许控制端,则应使它处于允许计数状态 。 图 7-8是两片 74LS90按异步级联方式组成的 10× 10=100进制计数器 。 图中每片 74LS90接成 8421 BCD码计数器,第二级的时钟由第一级输出 QD提供 。
第一级每经过 10个状态向第二级提供一个时钟有效沿,使第二级改变一次状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-8 74LS90的级联扩展
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 LS 9 0 ( 1 )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
7 4 LS 9 0 ( 2 )
S
91
S
92
R
01
R
02
S
91
S
92
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,同步级联同步级联时,外加时钟信号同时接到各片的时钟输入端,
用前一级的进位 (借位 )输出信号作为下级的工作状态控制信号 (计数允许或使能信号 )。 只有当进位 (借位 )信号有效时,
时钟输入才能对后级计数器起作用 。 在同步级联中,计数器的计数允许 (使能 )端和进位 (借位 )端的连接有不同的方法,常
① 利用 T端串行级联,各片的 T端与相邻低位片的 OC相连,
级联电路如图 7-9(a)所示 。 从图中看出,因 T1=1,所以
012345672456723
01231012312
QQQQQQQQTQQQQOT
QQQQTQQQQOT
C
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用当片 1开始计数,但未计满时,由于 T2=0,所以片 2,片 3均处于保持状态 。 只有当片 1计满需要进位时,即 T2=OC1=1
时,片 2才在下一个时钟作用下加 1计数 。 同理,只有当低位片各位输出全为 1,即 T3=OC2=1时,片 3才可能计数 。 这种级联方式工作速度较低,因为片间进位信号 OC是逐级传递的 。 例如,当 Q7~Q0=11111110时,T3=0,此时若 CP有效,使 Q0由 0→ 1,则经片 1延迟建立 OC1,再经 T2到 OC2的传递延迟,T3才由 0→ 1,待片 3内部稳定后,才在下一个
CP作用下使片 3开始计数 。 因此,计数的最高频率将受到片数的限制,片数越多,计数频率越低 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-9 74161的两种同步级联方式
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
O
C 1
P
1
T
1
7 4 1 6 1 ( 1 )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
O
C 2
P
2
T
2
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
8
Q
9
Q
10
Q
11
O
C 3
P
3
T
3
1 1
C
CP
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
O
C 1
P
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
O
C 2
P
2
T
2
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
Q
8
Q
9
Q
10
Q
11
O
C 3
P
3
T
3
1
CP
( b )
7 4 1 6 1 ( 2 ) 7 4 1 6 1 ( 3 )
7 4 1 6 1 ( 3 )7 4 1 6 1 ( 1 ) 7 4 1 6 1 ( 2 )
CP CP CP
CP
T
1
1
CP CP
& C
O
C 1
O
C 3
( c )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 利用 P,T双重控制,最低位片的 OC1并行接到其它各片的 P端,只有 T2不与 OC1相连,其它高位片的 T端均与相邻低位片 OC相连 。 级联电路如图 7-9(b)所示 。
从图中看出：
45672456723
012310123123
21
1
QQQQTQQQQOT
QQQQTQQQQOPP
TT
C
C
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用显然,只有 P3=1,T3=1,即低片各位输出全为 1时,片 3
才可能计数,但 OC传递比第一种方法快多了 。 例如,
Q7~Q0=11111110时 T3已经为 1,虽然 P3=0,但只要有 CP作用,Q0由 0→ 1,只需经片 1延迟,就可以使 P3=OC1=1,片
3稳定后,在 CP作用下便可开始计数 。 因此这种接法速度较快,而且级数越多,优越性越明显 。 但这种接法其最高位片的进位 OC3=1时并不表示计数器已计到最大值,只有将最高位片 OC3和片 1的 OC1相与,其输出才能作为整个计数器的进位输出,见图 7-9(c)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.1.3 任意模值计数器集成计数器可以加适当反馈电路后构成任意模值计数器 。
设计数器的最大计数值为 N,若要得到一个模值为 M(＜
N)的计数器,则只要在 N进制计数器的顺序计数过程中,设法使之跳过 (N-M)个状态,只在 M个状态中循环就可以了 。
通常 MSI计数器都有清 0,置数等多个控制端,因此实现模
M计数器的基本方法有两种：一种是反馈清 0法 (或称复位法 ),另一种是反馈置数法 (或称置数法 )。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
1,反馈清 0法这种方法的基本思想是：计数器从全 0状态 S0开始计数,
计满 M个状态后产生清 0信号,使计数器恢复到初态 S0,然后再重复上述过程 。
① 异步清 0。 计数器在 S0~SM-1共 M个状态中工作,当计数器进入 SM状态时,利用 SM状态进行译码产生清 0信号并反馈到异步清 0端,使计数器立即返回 S0状态 。 其示意图如图 7-10(a)中虚线所示 。 由于是异步清 0,只要 SM状态一出现便立即被置成 S0状态,因此 SM状态只在极短的瞬间出现,通常称它为,过渡态,。 在计数器的稳定状态循环中不包含 SM状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-10
(a) 清 0法； (b) 置数法
S
N － 1
S
0
S
1
S
N － 2
S
M
S
M － 1
S
M － 2
S
2
复位
( a )
S
0
S
i － 1
S
i
S
N － 1
S
i + M
S
i+ M － 1
S
i+ M － 2
S
i+ 1
置数
( b )
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 同步清 0。 计数器在 S0~SM-1共 M个状态中工作,当计数器进入 SM-1状态时,利用 SM-1状态译码产生清 0信号并反馈到同步清 0端,要等下一拍时钟来到时,才完成清 0动作,使计数器返回 S0。 可见,同步清 0没有过渡状态,其示意图如图 7-10(a)中实线所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,反馈置数法置数法和清 0法不同,由于置数操作可以在任意状态下进行,因此计数器不一定从全 0状态 S0开始计数 。 它可以通过预置功能使计数器从某个预置状态 Si开始计数,计满 M个状态后产生置数信号,使计数器又进入预置状态 Si,然后再重复上述过程,其示意图如图 7-10(b)所示 。 这种方法适用于有预置功能的计数器 。 对于同步预置的计数器,使置数 (LD)
有效的信号应从 Si+M-1状态译出,等下一个 CP到来时,才将预置数置入计数器,计数器在 Si,Si+1,… Si+M-1共 M个状态中循环,如图 7-10(b)中实线所示；对于异步预置的计数器,
使置数 (LD)有效的信号应从 Si+M状态译出,当 Si+M状态一出现,即置数信号一有效,立即就将预置数置入计数器,它不受 CP控制,所以 Si+M状态只在极短的瞬间出现,稳定状态循环中不包含 S i+M,如图 7-10(b)中虚线所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用综上所述,采用反馈清 0法或反馈置数法设计任意模值计数器都需要经过以下三个步骤：
① 选择模 M计数器的计数范围,确定初态和末态；
② 确定产生清 0或置数信号的译码状态,然后根据译码状态设计译码反馈电路； ③ 画出模 M计数器的逻辑电路 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-1】 用 74LS90实现模 7计数器 。
解,因为 74LS90有异步清 0和异步置 9功能,并有
8421BCD码和 5421BCD码两种接法,因此可以用四种方案设计 。
① 异步清 0法 。
计数范围是 0~6,计到 7时异步清 0。
· 8421 BCD码接法的态序表如表 7-7 所示 。 计数器输出
QD,QC,QB,QA 的有效状态为 0000~0110,计到 0111时异步清 0,译码状态为 0111,利用部分译码设计译码门,故
R01R02=QCQBQA,即当 QC,QB,QA全为高时 R01R02=1,使计数器复位到全 0状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
· 5421 BCD码接法的态序表如表 7-8 所示 。 计数器输出 QA,QD,QC,QB 的有效状态为 0000~1001,计到 1010
时异步清 0,译码门逻辑方程为 R01R02=QCQA。 两种接法的波形图和逻辑电路分别如图 7-11(a),(b)所示 。 从波形图中可看出,在过渡态 0111 和 1010 中,输出端都有,毛刺,,这是异步清 0产生的 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-7 清 0法 8421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-8 清 0法 5421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-11 例 7-1 清 0
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0 &
CP
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
R
01
R
02
( a )
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2
S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0 &
CP
CP
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Q
B
Q
C
Q
D
Q
A
R
01
R
02
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 反馈置 9 法 。
以 9为起始状态,按 9,0,1,2,3,4,5 顺序计数,
计到 6 时异步置 9。
· 8421 BCD码接法 。 态序表如表 7-9所示,译码逻辑方程为 S91S92=QCQB,其逻辑电路如图 7-12(a)所示 。
· 5421 BCD码接法 。 态序表如表 7-10所示,译码逻辑方程为 S91S92=QAQB,其逻辑电路如图 7-12(b)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-9 置 9法 8421BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-10 置 9法 5421 BCD码态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-12 例 7-1 置 9
(a) 8421 BCD码接法； (b) 5421 BCD码接法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2 S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0
CP
( a )
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
CP
1
CP
2 S
91
S
92
R
01
R
02
7 4 L S 9 0
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-2】 用 74161实现模 7计数器 。
解,74161有异步清 0和同步置数功能,因此可以采用异步清 0 法和同步置数法实现任意模值计数器 。
采用异步清 0 法和 74LS90相似,不同的是 74161的异步清 0 端 Cr是低电平有效,因此译码门应采用与非门 。 模 7 计数器态序表见表 7-11(a),逻辑图见图 7-13(a)。
置数法是通过控制同步置数端 LD和预置输入端 DCBA来实现模 M计数器 。 由于置数状态可在 N个状态中任选,因此实现的方案很多,常用方法有三种：
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 同步置 0法 (前 M个状态计数 )。
选用 S0~SM-1共 M个状态计数,计到 SM-1时使 LD=0，
等下一个 CP来到时置 0,即返回 S0状态 。 这种方法和同步清 0 似,但必须设置预置输入 DCBA=0000。 本例中
M=7,故选用 0000~0110 共七个状态,计到 0110 时同步置 0,LD=QCQB,其态序表见表 7-11(b),逻辑图见图 7-13(b)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② OC置数法 (后 M个状态计数 )。
选用 Si~SN-1共 M个状态,当计到 SN-1状态并产生进位信号时,利用进位信号置数,使计数器返回初态 Si。 同步置数时预置输入数的设置为 N-M。 本例要求 M=7,预置数为 16-M=9,即 DCBA=1001,故选用 1001~1111共七个状态,计到 1111 时利用 OC同步置数,所以 LD=OC,其态序表见表 7-11(c),逻辑图见图 7-13(c)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 中间任意 M个状态计数 。
随意选用 Si~Si+M-1共 M个状态,计到 Si+M-1时译码使
LD=0,等下一个 CP来到时返回 Si 状态 。 本例选用
0010~1000 共七个状态,计到 1000 时同步置数,故
LD=QD,DCBA=0010,态序表见表 7-11(d),逻辑图见图
7-13(d) 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-13 例 7-2 模 7 计数器的四种实现方法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
&
T
1
LD
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
&
T
1
LD
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
T
1
LD
( c )
O
C
1
1 0 0 11
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
C
r
7 4 1 6 1
A B C D
T
1
LD
( d )
O
C
1
0 1 0 01
O
C
O
C
1
CP CP CP CP CP CP CP CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-11 例 7-2 态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用如果要求实现的模值 M超过单片计数器的计数范围时,
必须将多片计数器级联,才能实现模 M计数器 。 常用的方
① 将模 M分解为 M=M1× M2× …Mn,用 n片计数器分别组成模值为 M1,M2,…,Mn的计数器,然后再将它们异步级联组成模 M计数器 。
② 先将 n片计数器级联组成最大计数值 N＞ M的计数器,然后采用整体清 0 或整体置数的方法实现模 M计数器 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-3】 试用 74LS90实现模 54 计数器 。
解,因一片 74LS90的最大计数值为 10,故实现模 54计数器需要用两片 74LS90 。
① 大模分解法 。
可将 M分解为 54=6× 9,用两片 74LS90分别组成
8421BCD码模 6,模 9 计数器,然后级联组成 M=54 计数器,其逻辑图如图 7-14(a)所示 。 图中,模 6 计数器的进位信号应从 QC输出 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 整体清 0 法 。
先将两片 74LS90用 8421BCD码接法构成模 100计数器,然 后加 译码 反 馈电 路 构成 模 54 计 数器 。 过渡态,所以译码逻辑方程为 。 模 54 计数器的逻辑图如图
7-14(b)所示 。
01 01 0 10 0'''?ABCDBCD QQQQQQQ
CAC QQQRRRR '''02'010201
图 7-14 例 7-3 用 74LS90 实现模 54
(a) 大模分解法 ; (b) 整体清 0 法
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
7 4 LS 9 0
S
91
CP
1
CP
2
S
92
R
01
R
02
&
( b )
′ ′ ′ ′
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-4】 试用 74161 实现模 60 计数器 。
解,因一片 74161 最大计数值为 16,故实现模 60
计数器必须用两片 74161。
① 大模分解法 。
可将 M分解为 60=6× 10,用两片 74161 分别组成模 6、
模 10 计数器,然后级联组成模 60 计数器,逻辑电路如图 7-15(a)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
( a )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
CP
1
LD
7 4 1 6 1
0
1
1 0 11
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
P
T
1
7 4 1 6 1
1
′
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
1
LD
7 4 1 6 1
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
LD
′
7 4 1 6 1
1
′ ′ ′ ′
′
′
′′′
&
( b )
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
1
LD
7 4 1 6 1
1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
C
r
LD
′
7 4 1 6 1
1
′ ′ ′ ′
′
′
′′′
0 0 1 0
0 0 1 1
1
( c )
′
CP
CP
CP
′
CP
A B C DC
r
LD
0 1 1 01
′ ′ ′ ′ ′
CP
CP
CP CP
图 7-15 例 7-4
模 60 计数器逻
(a) 大模分解法；
(b) 整体置 0 法；
(c) OC整体置数法第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 整体置数法 。
先将两片 74161 同步级联组成 N=162=256 的计数器,
然后用整体置数法构成模 60计数器 。 图 7-15(b)为整体置
0逻辑图,计数范围为 0~59,当计到 59(00111011)时同步置 0。 图 7-15(c)为 OC整体置数法逻辑图,计数范围为
196~255,计到 255(OC=1)时使两片 LD均为 0,下一个
CP 来 到 时 置 数,预置输入 =256-M=196,故
D′C′B′A′DCBA=(196)10=(11000100)2。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用通常,凡是具有预置功能的加 (减 )计数器都可以实现可编程分频器,只要用进位 (或借位 )输出去控制置数端,使加计数计到 SN-1状态,或减计数计到 S0状态时置数控制端有效,
使计数器又进入 Si预置状态 。 这样计数器总是在 Si~SN-1(或 S0)
共 M个状态中循环,从而构成模 M计数器 。 表 7-12列出了在不同工作条件下预置输入数的设置方式 。 表中 N为最大计数值,M为要求实现的模值 。 对于同步置数加法计数器,预置值 =N-M=［ M］ 补,M=N-预 =［ 预 ］ 补,即如果已知 M,只要求出 ［ M］ 补 (M的各位求反,末位加 1),即可求得预置值；
同理,若已知预置值,只要求出 ［ 预 ］ 补 即可求得模 M的值 。
可见用这种方法设计可编程分频器是很简便的 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-12 可编程计数器预置输入数的设置第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-5 】 图 7-16 为可编程分频器,试分别求出 M=100
和 M=200 时的预置值；若 I7~I0=01101000,试求 M值 。
解,该电路为同步置数加法计数器,最大计数值 N=256。
根据预置值 =N-M=［ M］ 补,
① 当 M=(100)10=(01100100)2时,预置值 D′C′B′A′DCBA=
［ M］ 补 =10011100；当 M=(200)10 =(11001000)2 时,预置值 D′C′B′A′DCBA=［ M］ 补 =00111000。
② 当 I7~I0=01101000 时,由于 M=［ 预 ］ 补,因此 M=
［ 01101000］ 补 =(10011000) 2=152。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-16 例 7-5 可编程分频器
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
C
A B C D
P
T
1
LD
7 4 1 6 1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
O
CT
P
LD
′
7 4 1 6 1
′ ′ ′ ′
′
CP
I
0
I
1
I
2
I
3
1
I
4
I
5
I
6
I
7
CP A ′ B ′ C ′ D ′CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-6 】 分别用 74LS192 和 74LS169 实现模 6加法计数器和模 6 减法计数器 。
解,① 用 74LS192实现模 6加,减计数器 。 由于 74LS192
为异步预置,最大计数值 N=10,因此,加计数时预置值 =N-
M-1=10-6-1=3,减计数时,预置值 =M=6。 其态序表分别如表 7-13(a),(b)所示,逻辑图如图 7-17(a),(b)所示 。
② 用 74LS169实现模 6 加,减计数器 。 由于 74LS169为同步置数,最大计数值 N=16,因此,加计数时预置值 =N-
M=16-6=10=(1010) 2,减计数时预置值 M-1=6-1=5=(0101)2。
其态序表分别如表 7-13(c),(d)所示,逻辑图如图 7-17(c),(d)
所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-13 例 7-6 态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-17 例 7-6 模 6
(a),(c) 模 6加法计数器； (b),(d) 模 6减法计数器
Q
D
CP
－
CP
+
C
r
Q
C
Q
B
Q
A
O
C
O
B
ABCD
LD
CP
1
( a )
Q
D
CP
－
CP
+
C
r
Q
C
Q
B
Q
A
O
C
O
B
ABCD
LD
CP
1
( b )
Q
D
CP
Q
C
Q
B
Q
A
U /D
O
C
ABCD LD
CP
( c )
1 0 1 0
1
Q
D
CP
Q
C
Q
B
Q
A
U /D
O
C
ABCD LD
CP
( d )
10 0 1
7 4 LS 1 6 9
7 4 LS 1 9 2 7 4 LS 1 9 2
7 4 LS 1 6 9
1
1
P
T
P
T
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.2 集成寄存器和移位寄存器
7.2.1 常用集成寄存器一类是由多个 (边沿触发 )D触发器组成的触发型集成寄存器,如 74LS171(4D),74LS175(4D),74LS174(6D)、
74LS273(8D)等 。 图 7-18(a)是 74LS171的逻辑符号,其功能表如表 7-14 所示 。 其中 Cr为异步清 0 端,当 Cr=1时,在
CP上升沿作用下,输出 Q接收输入代码,若 CP无效时输出保持不变 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用另一类是由带使能端 (电位控制式 )D触发器构成的锁存型集成寄存器,如 74LS375(4D),74LS363(8D)、
74LS373(8D)等 。 图 7-18(b)是八 D锁存器 74LS373的逻辑符号,其功能表见表 7-15。 当 EN1EN0=10 时,输出 Q
随输入 D变化,接收输入代码；当 EN1EN0=00 时锁存代码；当 EN0=1时,输出端的三态门处于禁止状态,因此输出为高阻 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-14 74LS171 功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-15 74LS373 功能表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-18
(a) 74LS171 的逻辑符号； (b)74LS373的逻辑符号
1 Q 1 Q 2 Q 2 Q 3 Q 3 Q 4 Q 4 Q
( a )
CP
1 D 2 D 3 D 4 D
C
r
1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6 Q 7 Q 8 Q
( b )
EN
0
1 D 2 D 3 D 4 D
EN
1
7 4 LS 1 7 1 7 4 LS 3 7 3
5 D 6 D 7 D 8 D
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.2.2 常用集成移位寄存器
1,四位双向移位寄存器 74LS194
74LS194是四位通用移存器,具有左移,右移,并行置数,保持,清除等多种功能,其内部结构与逻辑符号分别如图 7-19(a),(b)所示,功能表如表 7-16 所示 。 74LS194各
D0~D3,并行数码输入端 。
Cr,异步清 0 端,低电平有效 。
SR,SL：右移,左移串行数码输入端 。
S1,S0,工作方式控制端。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-19
74LS194四位双向移位寄存
(a) 逻辑图；
(b) 逻辑符号；
(c) 时序图
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
R
D
1 R
C 1
1 S
≥1
&
1
1
11
S
0
S
1
S
R
D
0
D
1
D
2
D
3
S
L
1C
r
CP
Q
3
Q
2
Q
1
Q
0
( a )
CP
S
0
S
1
C
r
S
R
S
L
D
0
H
L
D
1
D
2
D
3
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
清送除数右移 左移 禁止清除
( c )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
( b )
1
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-16 74LS194 功能表从其功能表和图 7-19(c)时序图可以看出,只要 Cr=0,移存器无条件清 0。 只有当 Cr=1,CP上升沿到达时,电路才可能按
S1S0设置的方式执行移位或置数操作,S1S0=11为并行置数,
S1S0=01为右移,S1S0=10为左移,时钟无效或虽然时钟有效,但
S1S0=00 则电路保持原态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,集成移位寄存器的应用
1) 实现数据的串 —
在数字系统中,信息的传播通常是串行的,而处理和加工往往是并行的,因此经常要进行输入,输出的串,并转换 。
图 7-20 七位串入 — 并出转换电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
C
r
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
C
r
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
4
Q
3
Q
2
Q
1
1
1
Q
5
Q
6
Q
7
Q
8
转换完成信号
1
串行输入
D
6
～ D
0
清0
CP
7 4 L S 1 9 4 7 4 L S 1 9 4
7 - 2 0
1
并行输出
C P C P
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-17 七位串入 — 并出状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-21 七位并入 — 串出转换电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
0
D
1
D
2
D
3
S
R
Q
0
1
&
Q
4
Q
5
Q
6
Q
7
1
CP
7 4 LS 1 9 4 7 4 LS 1 9 4
d
3
d
2
d
1
d
0
1 d
4
d
5
d
6
d
7
&
Q
1
Q
2
Q
3
串行输出转换完成信号
S
T
CP
CP
G
2
G
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-18 七位并入 — 串出状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2) 构成移位型计数器图 7-22 移位型计数器一般框图移位型计数器的状态变化顺序必须符合移位的规律，即
),...,2(,11111 niQQDQ inin
组合控制逻辑
Q
1
Q
2
… Q
n
n 位移位寄存器
F
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
① 环型计数器。
图 7-23
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图
0 1 0 0
0 0 0 1
0 0 1 01 0 0 0
1 0 1 0
0 1 0 1
1 1 1 1
0 0 0 0
1 1 0 0
0 0 1 1
0 1 1 01 0 0 1
1 1 1 0
1 0 1 1
0 1 1 11 1 0 1
( a ) ( b )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 LS 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
1 2
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
n位环型计数器由 n位移存器组成,其反馈逻辑方程为
D1=Qn。 图 7-23(a)是由 74LS194构成的四位环型计数器,
其输入方程为 SR=Q3,根据移位规律作出完全状态图如图
7-23(b)所示 。 若电路的起始状态为 Q0Q1Q2Q3=1000,则电路中循环移位一个 1,环 ① 为有效循环 。 若起始状态为
Q0Q1Q2Q3=1110,则电路中循环移位一个 0,环 ② 为有效循环 。 可见,四位环型计数器实际上是一个模 4 计数器 。 环型计数器结构很简单,其特点是每个时钟周期只有一个输出端为 1(或 0),因此可以直接用环型计数器的输出作为状态输出信号或节拍信号,不需要再加译码电路 。 但它的状态利用率低,n个触发器或 n位移存器只能构成 M=n的计数器,有 (2n-n)个无效状态 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用为了使环型计数器具有自启动特性,设计时要进行修正 。 图 7-24(a)是修正后的四位环型计数器,它利用
74LS194 的预置功能,并进行全 0序列检测,有效地消除了无效循环,其状态图如图 7-24(b)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
≥1
1 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 00 0 0 1
1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 0
0 1 0 1 1 0 1 00 0 1 1
0 1 1 0 1 1 0 0
0 0 0 0
1 0 0 1
1 0 1 1
1 1 0 1
( a ) ( b )
主
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 0 0
1
图 7-24
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 扭环计数器 (也称循环码或约翰逊计数器 )。
n位扭环计数器由 n位移存器组成，其反馈逻辑方程为
nQD?1
n位移存器可以构成 M=2n计数器,无效状态为 (2n-2n)个 。
扭环计数器的状态按循环码的规律变化,即相邻状态之间仅有一位代码不同,因而不会产生竞争,冒险现象,且译码电路也比较简单 。
图 7-25是由 74LS194构成的四位扭环计数器和它的状态图 。 它有一个无效循环,不能自启动 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-25 扭环计数器
(a) 逻辑电路； (b) 完全状态图
0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0
0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0
1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1
主
( a )
( b )
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 LS 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-26 有自启特性的扭环计数器
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
R
7 4 LS 1 9 4
D
1
D
0
D
2
D
3
1
1 110
&
1
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用扭环计数器输出波形的频率比时钟频率降低了 2n倍,
所以它可以用作偶数分频器 。
,则可以构成奇数分频器,其模值为 M=2n-1。
图 7-27是用 74LS194 构成的 7 分频电路,其态序表如表 7-
19 所示,其状态变化与扭环计数器相似,但跳过了全 0 状态 。
11 nnQQD
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-19 M=7 分频器状态表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-27 用 74LS194 构成的 7 分频电路
S
1
S
0
S
L
D
3
D
2
D
1
D
0
C
r
7 4 L S 1 9 4
CP
S
R
CP
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
0
1
&
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3 序列信号发生器序列信号发生器是能够循环产生一组或多组序列信号的时序电路,它可以用移位寄存器或计数器构成 。 序列信号的种类很多,按照序列循环长度 M和触发器数目 n的关系一
① 最大循环长度序列码,M=2n。
② 最长线性序列码 (m序列码 ),M=2n-1。
③ 任意循环长度序列码,M＜ 2n。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3.1 序列信号发生器的设计图 7-28 反馈移位型序列信号发生器框图
1,反馈移位型序列信号发生器组合反馈网络
Q
1
Q
2
Q
n
S
R
( S
L
) n 位移位寄存器
Z
CP
…
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用反馈移位型序列码发生器的结构框图如图 7-28所示,它由移位寄存器和组合反馈网络组成,从移存器的某一输出端可以得到周期性的序列码 。
① 根据给定序列信号的循环长度 M,确定移存器位数 n，
2n-1＜ M≤2n。
② 确定移位寄存器的 M个独立状态 。
将给定的序列码按照移位规律每 n位一组,划分为 M个状态 。 若 M个状态中出现重复现象,则应增加移存器位数 。 用
n+1位再重复上述过程,直到划分为 M个独立状态为止 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 根据 M个不同状态列出移存器的态序表和反馈函数表,求出反馈函数 F的表达式 。
④ 检查自启动性能 。
⑤ 画逻辑图。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-7 】 设计一个产生 100111 序列的反馈移位型序列信号发生器 。
解：
① 确定移存器位数 n。 因 M=6,故 n≥3。
② 确定移存器的六个独立状态 。
将序列码 100111 按照移位规律每三位一组,划分六个状态为 100,001,011,111,111,110。 其中状态 111 重复出现,故取 n=4,并重新划分六个独立状态为 1001、
0011,0111,1111,1110,1100。 因此确定 n=4,用一片
74LS194即可 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
③ 列态序表和反馈激励函数表,求反馈函数 F的表达式 。
首先列出态序表,然后根据每一状态所需要的移位输入即反馈输入信号,列出反馈激励函数表如表 7-20 所示 。
从表中可见,移存器只需进行左移操作,因此反馈函数
F=SL。 表 7-20 也表明了组合反馈网络的输出和输入之间的函数关系,因此可填出 F的 K图如图 7-29(a)所示,并求得
2020)( QQQQSF L
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-29 ［例 7-7］ F的 K图和移存器状态图
× × 1 ×
× × × 1
1 1 0 ×
× × 0 ×
00 01 11 10
00
01
11
10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1
0 0 1 0 0 1 0 1
1 1 0 0 1 1 1 0
主
( a )
( b )
0 1 1 1
1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0
1 0 1 1 0 1 1 0
1 1 0 1
F ( S
L
)
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-20 例 7-7 反馈函数表
Q0 Q1 Q2 Q3 F(SL)
1 0 0 1
0 0 1 1
0 1 1 1
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 0 0
1
1
1
0
0
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
④ 检查自启动性能。
图 7-30 修正后的 F的 K图和移存器状态图
× × 1 ×
× × × 1
1 1 0 ×
× × 0 ×
00 01 11 10
00
01
11
10
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1
0 1 1 0 1 1 0 0
主
( a )
( b )
0 0 0 1
0 1 1 1
0 0 1 0 0 0 0 0
1 0 0 0
1 1 1 11 1 1 01 0 1 1
1 1 0 1
0 1 0 1
F ( S
L
)
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
⑤ 画逻辑电路 。
移位寄存器用一片 74LS194，
SSI 门电路或 MSI 组合器件实现 。 图 7-31(a)所示电路中,采用了门电路实现反馈函数 。 图 7-
31(b)电路中 SL=(Q0Q2)m(1 Q3 1 0)T采用了 4选 1 MUX实现反馈函数 。
302 QQQS L
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-31 例 7-7
(a) 反馈网络采用 SSI门； (b) 反馈网络采用 MSI器件
7 4 LS 1 9 4
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
L
1
0
1
1
1
CP
F
( a ) ( b )
7 4 LS 1 9 4
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
S
L
1
0
CP
D
0
D
1
D
2
D
3
A
0
A
1
Z
Y
F
1
Z
CP
4 选1
M U X
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
2,计数型序列码发生器图 7-32 计数型序列码发生器结构框图设计过程分两步,① 根据序列码的长度 M设计模 M计数器,
状态可以自定； ② 按计数器的状态转移关系和序列码的要求设计组合输出网络 。 由于计数器的状态设置和输出序列没有直接关系,因此这种结构对于输出序列的更改比较方便,而且还能同时产生多组序列码 。
组合输出网络模 M 计数器
Q
1
Q
2
Q
n
Z
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-8 】 设计一个产生 1101000101 序列码的计数型序列码发生器 。
解：
① 因 M=10,可选用 74161设计一个模 10计数器,并采用
OC置数法来实现,有效状态为 0110~1111。
② 设计组合输出网络 。 根据计数状态和输出序列的对应关系,列出真值表如表 7-21所示 。 Z输出的卡诺图如图 7-
33(a)所示,若采用 8 选 1MUX实现逻辑函数,则可求得
TCmABD QQQQZ )101100()(?
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-33 例 7-8 实现 Z的 K图及逻辑电路
(a) K图； (b) 逻辑电路
× × × ×
00 01 11
Q
B
Q
A
Q
D Q
C
10
× × 1 1
0 1 1 0
0 1 0 0
D
0
D
1
D
2
D
3
D
4
D
5
D
6
A
2
A
1
A
0
1
0
Y
0 1 1 0
1
Z
8
选1
M
U
X
( a ) ( b )
00
01
11
10
Z
D
7
7 4 1 6 1
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
P
T
CP
C
r A CB
D L D
O
C
1
CP
0
1
0
1
0
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-9】 设计一个能同时产生两组序列码的双序列码发生器,要求两组代码分别是,Z1—110101,Z2—010110。
解,首先用 74LS194设计一个能自启动的模 6 扭环计数器如图 7-34(a)所示,并列出组合输出电路的真值表如表 7-22 所示；然后用一片 3-8译码器和与非门实现组合输出网络；最后画出逻辑电路如图 7-34(b)所示 。 组合电路的输出函数式为
3742
17401
mmmZ
mmmmZ
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-34 例 7-9 逻辑电路
(a) 模 6 计数器； (b) 双序列码发生器电路
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
3
D
2
D
1
D
0
1110
1
1
CP
（ a ）
Q
0
Q
1
Q
2 S
1
S
0
D
3
D
2
D
1
D
0
7 4 LS 1 9 4
CP
7 4 LS 1 9 4
A
2
A
1
A
0
3 —8 译码器
1
1 1 1
7 6 5 4 3 2 1 0
（ b ）
S
R
Z
2
Z
1
S
R
0
&
1
&
&
&
CP
E
1
E
2
E
3
1
Q
3
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-22 例 7-9 真值表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.3.2 m序列码发生器
m序列码也称伪随机序列码,
① 每个周期中,,1”码出现 2n-1次,,0”码出现 2n-1-1 次,
即 0,1 出现的概率几乎相等 。
② 序列中连 1 的数目是 n,连 0 的数目是 n-1。
③ 分布无规律,具有与白噪声相似的伪随机特性 。
m序列码发生器是一种反馈移位型结构的电路,它由 n位移位寄存器加异或反馈网络组成,其序列长度 M=2n-1,只有一个冗余状态即全 0 状态,所以称为最大线性序列码发生器 。 由于其结构已定型,且反馈函数和连接形式都有一定规律,因此利用查表的方式就可以设计出 m序列码 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-23 m序列反馈函数表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-23列出了部分 m序列码的反馈函数 F和移存器位数
n的对应关系 。 如果给定一个序列信号长度 M,则根据
M=2n-1求出 n,由 n查表便可得到相应的反馈函数 F。
例如,要产生 M=7的 m序列码,首先根据 M=2n=1，
确定 n=3,再查表可得反馈函数 F=Q1 Q3(即 74LS194的
F=Q0 Q2)。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用但由于电路处于全 0状态时 F=0,故采用此方法设计的 m
序列发生器不具有自启动特性 。 为了使电路具有自启动特
① 在反馈方程中加全 0 校正项其逻辑电路如图 7-35(a)所示 。
② 利用全 0 状态重新置数从而实现自启动,其逻辑电路如图 7-35(b)所示 。
该电路输出的 m序列码为 0011101。
,321 QQQ
3213132131 QQQQQQQQQQF
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-35 M=7的 m序列码发生器电路
(a)加全 0 校正项； (b) 利用全 0 状态置数
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
0
S
1
D
3
D
1
CP
7 4 LS 1 9 4
D
2
D
0
＝1
≥1
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Z
1
1
C
r
S
R
≥1
清0
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
S
1
S
0
D
3
D
1
CP
7 4 LS 1 9 4
D
2
D
0
＝1
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
C
r
S
R
清0
Z
CP
1
（ a ） （ b ）
1
CP
≥1
1
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.4 以 MSI为核心的同步时序电路的分析与设计
7.4.1 分析方法图 7-36 例 7-10逻辑电路
Q
A
CP
7 4 LS 1 6 1
C
r
P
T
Q
B
Q
C
Q
D
A B D LDC
101
1
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-36 例 7-10 逻辑电路
【 例 7-10】 分析图 7-36 所示同步时序电路 。
解,该电路无外部输入信号,其输出取自计数器的输出端 QDQCQBQA,是 Moore型电路 。
① 求写激励 (控制 )方程。
② 列状态迁移表,画状态图 。
先根据激励方程与 74161 的功能确定每个状态下的激励信号及操作功能,然后确定其次态,因而得出该电路的态序表如表 7-24 所示 。
③ 分析功能 。
该电路是模 12 计数器，若从 QD端输出，则可以得到 12
分频的对称方波。
10,,1,1 CDBr QQD CB AQLDPTC
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-24 例 7-10态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-11 】 试分析图 7-37 所示电路。
图 7-37 例 7-11 逻辑电路
D
0
D
1
D
2
D
3
S
L
CP
S
1
S
0
Q
0
Q
1
Q
2
Q
3
A
2
A
1
A
0
D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
0
8
选1
M
U
X
Y
Z
1
1
1
X
1
0
7 4 L S 1 9 4
CP
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用解,该电路是由移存器 74LS194和 8 选 1 数据选择器组成的 Moore型同步时序电路,X为外部输入,Z为外输出 。
① 求激励方程和输出方程 。
3
321
321001
)0,,,1,1,,,1()(
1 1 1 1,10
QZ
XXXXQQQYS
DDDDSS
T
mL
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 列态序表 。
由激励方程可知,S1S0=10,故 74LS194一直进行左移操作,由于状态变化会使 SL变化,从而又使状态更新,
于是可列出 X=0,X=1的态序表如表 7-25 所示 。
③ 分析功能 。
由表 7-25可见,该电路为可控序列码发生器,当 X=0
时产生 1001011 序列,当 X=1 时,产生 1010011 序列 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用表 7-25 例 7-11态序表第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
7.4.2 设计方法采用 MSI器件设计同步时序电路时有许多不同于传统方
① 状态化简一般不必进行 。 只有在某些特殊情况下,如果化简能够减少 MSI器件数目 (如原状态为 17 个,化简后小于
17 个 )才有实际意义 。
② 状态分配根据器件的功能而定 。 一般选择了合适的
MSI器件后,根据其操作特点来进行状态分配 。 为了使电路连线减少,还应考虑尽量使操作功能种类减少 。
③ 求激励函数和输出函数时,首先要确定 MSI器件在每个状态下执行的操作功能,然后根据需要执行的操作去设置各控制端的激励,进而再导出激励 (控制 )方程和输出方程 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
【 例 7-12】 试以 74LS169 为核心设计模 5 可逆加 /减计数器 。
解：
① 选择状态 。
设 X为加 /减控制变量,X=0 时进行加法计数,X=1 时进行减法计数,可选择 74LS169 的最后五个状态构成模 5 可逆计数器,其状态图如图 7-38(a)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用图 7-38 例 7-12
(a) 状态图； (b) 操作表； (c) 函数表； (d) LD; (e) DCBA； (f) Z
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
1 1 0 0
1 1 0 1
1 1 1 0
1 0 1 1
1 1 1 1
0 / 0
1 / 0
0 / 0
0 / 0
0 / 0
0 / 1
1 / 1
1 / 0
1 / 0
1 / 0
X / Z
计计计、送计计、送
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
00
01
11
10
X
0
1
0
1
PT LD Z
0
×
1
0
0
1
×
0
0
1
1
0
计( 加)
送( 减)
送( 加)
计( 减)
（ a ）
（ b ） （ c ）
× × 1 ×
× × 1 ×
×
×
×
×
X X
1 ×
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ d ）
× × × ×
× × × ×
×
×
×
×
1 0 1 1 1 1 1 1
× ×
Q
D Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ e ）
× × 0 ×
× × 0 ×
×
×
×
×
X X
0 ×
Q
D
Q
C
Q
B Q
A
00 01 11 10
（ f）
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A
1 0 1 1
1 1 1 1
00
01
11
10
LD
00
01
11
10
00
01
11
10
ZD C B A
功能第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
② 列操作表 。
器件在每个状态下所进行的操作功能用操作表来表示 。 从图 7-38(a)看出,当电路处于 1011状态时,若 X=0,则计数器进行加 1 计数操作；若 X=1,则计数器进行预置 (送数 )操作 ……，
不同状态下 74161需要进行的操作可以用图 7-38(b)的 K图来表示 。
③ 求 P,T,LD,DCBA的激励函数和 Z输出函数 。
这一步是确定 74161各控制端 PT,LD,DCBA 需要加什么信号才能实现图 7-38(b)的操作 。 从状态图和操作表可以看出,
计数器在各种状态下的操作是由外输入 X和内部状态 QDQCQBQA
来决定的,因此可以首先根据图 (b)操作表求出每一个状态下激励函数,输出函数与外输入 X的关系,然后再求出激励函数,
输出函数与 X,QDQCQBQA的关系 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用例如,当状态为 1011,1111 时有计数,送数两种操作,因而可列出当 QDQCQBQA为 1011,1111时 PT,LD、
Z 与 X 的 函 数 关 系 如 图 7-38(c) 所示,并 求 得 当
QDQCQBQA=1011时,PT=0,LD=X,Z=X,当 QDQCQBQA
=1111 时,PT=0,LD=X,Z=X；由于状态为 1100,1101、
1110 时仅有计数操作,故 PT=0,LD=1。 可见 PT一直为 0，
其 K图可以省略 。 LD,DCBA,Z的卡诺图分别如图 7-
38(d),(e),(f)所示 。
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用实现 LD
· 选用 8选 1数据选择器：
TmABC XXQQQLD )111111()(?
· 选用 SSI门电路：
XDULDZ
ABQCD
XQQQXQQQQQ
XQQQXQQQQQLD
C
CABCABAB
ABCABCAB
/,
1,,1
)()(
第 7章 常用集成时序逻辑器件及应用
④ 画逻辑电路。
图 7-39 例 7-12
(a) LD采用 8 选 1 MUX; (b) LD采用 SSI门电路
A B
U /D
C D LDCP
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
A
0
A
1
A
2
D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D
2
D
1
D
0
Y
1
1
X
1
1 Z
Q
A
CP
7 4 L S 1 6 9
Q
B
Q
C
Q
D
A B D LDC
U /D
&
X
Z
( a )
（ b ）
7 4 L S 1 6 9
1
1
1
1
1
8
选
1
M
U
X
CP
CP
＝1
P
T
P
T
