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6.3 时序电路的一般分析方法
第6章 时序逻辑电路
6.3 时序电路的一般分析方法
1. 同步时序电路的一般分析方法
例 6.3.1 分析电路,写出驱动方程和状态方程、
列出状态表、画出状态图。
1)电路图
Q1 Q0 |
=1 |
x |
=1 |
CP D1 --- |
>C1 1D |
Q1 ○ |
- | ||||||
CP Q D0 |
>C1 1D |
Q0 ○Q0 |
2)驱动方程:D0=Q0,D1=Q1(异或)Q0(异或)X
状态方程:Q0n+1=D0n=Q0n,Q1n+1=D1n=Q1n(异或)Q0n(异或)X
3)状态表
X | Q1nQ0n | Q1n+1Q0n+1 | - | X | Q1nQ0n | Q1n+1Q0n+1 |
0 | 0 0 | 0 1 | 1 | 0 0 | 1 1 | |
0 | 0 1 | 1 0 | 1 | 0 1 | 0 0 | |
0 | 1 0 | 1 1 | 1 | 1 0 | 0 1 | |
0 | 1 1 | 0 0 | 1 | 1 1 | 1 0 |
4)状态图
00 |
→ |
01 | Q1Q0 | 00 |
→ |
11 |
↑ | ↓ | ↑ | ↓ | |||
11 | ← | 10 | 01 | ← | 10 | |
x=0 | x=1 |
5)功能说明:X=0 时,四进制加法。X=1 时,四进制减法。
2. 用触发器构成的异步时序电路的一般分析方法(P192)
例 6.3.3 分析电路,写出驱动方程和状态方程、
列出状态表、画出状态图。
1)电路图
1 CP○ 1 |
1J |
Q0
○ |
1 Q0○ 1 |
1J |
Q1
○ |
1 Q1○ 1 |
1J |
Q2
○ |
2)驱动方程:J0=K0=1,J1=K1=1,J2=K2=1
时钟方程:CP0=CP,CP1=Q0,CP2=Q1
由 JK 触发器的特性方程 Qn+1 = JnQn + KnQn 得到
状态方程:Q0n+1=Q0n,Q1n+1=Q1n,Q2n+1=Q2n,
3)设现态,求次态,列状态表
Q2nQ1nQ0n | CP2CP1CP0 | Q2n+1Q1n+1Q0n+1 | - | Q2nQ1nQ0n | CP2CP1CP0 | Q2n+1Q1n+1Q0n+1 |
0 0 0 | × × √ | 0 0 1 | 1 0 0 | × × √ | 1 0 1 | |
0 0 1 | × √ √ | 0 1 0 | 1 0 1 | × √ √ | 1 1 0 | |
0 1 0 | × × √ | 0 1 1 | 1 1 0 | × × √ | 1 1 1 | |
0 1 1 | √ √ √ | 1 0 0 | 1 1 1 | √ √ √ | 0 0 0 |
4)状态图
000 |
→ |
001 | → | 010 |
→ |
011 |
↑ | ↓ | |||||
111 | ← | 110 | ← | 101 | ← | 100 |
5)功能说明:该电路是异步二进制加法计数器。
CP | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
6.4 常见的时序逻辑电路
6.4.1 寄存器(P194)
1)电路图
D3 |
1D |
Q3
○ |
D2 |
1D |
Q2 ○ |
D1 |
1D |
Q1
○ |
D0 |
1D |
Q0
○ |
2)工作原理
RD=O 时,Q3Q2Q1Q0=0000;
RD=1,CP 加入正脉冲时,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0。
6.4.2 移位寄存器
1. 单向移位寄存器(P195)
1)电路图
串行 输入 |
并行输出:1101 | |||||||||||
1 | 1 | 0 | 1 | |||||||||
DI CP |
1D >C1 |
Q3
○ |
Q3 CP |
1D >C1 |
Q2 ○ |
Q2 CP |
1D >C1 |
Q1
○ |
Q1 CP |
1D >C1 |
Q0 DO ○ |
串行 输出: 1011 |
2)工作原理
DI依次输入1,0,1,1 时,
经过四个脉冲,并行输出 Q3Q2Q1Q0=1101;
再经过四个脉冲,串行输出 D0=1011。
2. 双向移位寄存器(P196)
1)电路图
右移位 | 并行输入 | 左移位 | 保持 |
DIR S1 S0 | S0 S1 D3 | S0 S1 Q2 | S0 S1 Q3 |
& | |||
≥1 |
|||
○ |
2)工作原理
CP | RD | S1 S0 | 工作状态 |
↑ | 1 | 0 0 | 保 持 |
↑ | 1 | 0 1 | 右 移 |
↑ | 1 | 1 0 | 左 移 |
↑ | 1 | 1 1 | 并行输入 |
6.4.3 计数器
2. 同步二进制加法计数器(P199)
1)电路图
1 CP○ 1 |
1J |
Q0
○ |
- | ||
Q0 CP○ Q0 |
1J |
Q1
○ |
- | ||
Q1Q0 CP○ Q1Q0 |
1J |
Q2
○ |
- | ||
Q2Q1Q0 CP○ Q2Q1Q0 |
1J |
Q2
○ |
- | ||
Q3 Q2 Q1 Q0 |
& | C |
2)驱动方程:T0=1,T1=Q0,T2=Q1Q0,T3=Q2Q1Q0
进位:C=Q3Q2Q1Q0=1·1·1·1=1
3)状态表
CP | Q3Q2nQ1nQ0n | Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1 | C |
0 | 0 0 0 0 | 0 0 0 1 | 0 |
1 | 0 0 0 1 | 0 0 1 0 | 0 |
2 | 0 0 1 0 | 0 0 1 1 | 0 |
3 | 0 0 1 1 | 0 1 0 0 | 0 |
4 | 0 1 0 0 | 0 1 0 1 | 0 |
5 | 0 1 0 1 | 0 1 1 0 | 0 |
6 | 0 1 1 0 | 0 1 1 1 | 0 |
7 | 0 1 1 1 | 1 0 0 0 | 0 |
4)状态图
0000 |
/0 |
0001 |
/0 |
…… |
/0 |
0111 |
/1↑ |
↓/0 |
|||||
1111 |
← |
1110 |
← |
…… |
← |
1000 |
5)功能说明:该电路是同步二进制加法计数器。
CP | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
- | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
Q2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
4. 同步十进制加法计数器(P203)
有效状态:0000 到 1001,
无效状态:1010 到 1111。
6. 中规模集成计数器的应用(P205)
两片十进制计数器 74LS160 级联构成百进制计数器。
低位片工作状态控制端 EP、ET 处于高电位,低位片计数。
低位片进位输出 C=1 时,
使高位片 EP、ET 为高电位,高位片开始计数。
置数端 LD = 1,置0端 RD = 1,计数。
0 0 0 0 | 0 0 0 0 | ||||||||
1
1 1 1 CP |
EP
ET LD RD CP |
D0 D1 D2 D3
74LS160 (低位片) Q0 Q1 Q2 Q3 |
C |
--- |
C
C 1 1 CP |
EP
ET LD RD CP |
D0 D1 D2 D3
74LS160 (高位片) Q0 Q1 Q2 Q3 |
C |
--- |
Q0 Q1
Q2 Q3 个位 |
Q0 Q1
Q2 Q3 十位 |
电路接线图
电源 UCC 接 +5V,地线 GND 接 0。
D0 D1 D2 D3 数据线接 0。
CP 接 CP 脉冲。
LD RD S1 S2 接高电位。
低位片进位输出 C 接高位片 S1 S2。
Q0 Q1 Q2 Q3 接数码管。
+5V C Q0 Q1 Q2 Q3 1 1 |
+5V Q0 Q1 Q2 Q3 C 1 |
|
16 15 14 13 12 11 10 9 (低位片) 1 2 3 4 5
6 7 8 |
-- |
16 15 14 13 12 11 10 9 (高位片) 1 2 3 4 5 6
7 8 |
1 CP 0 0 0 0 1 0 |
1 CP 0 0 0 0 C 0 |