数字电路基础第六课：时序逻辑电路

2017-05-16作者：中华维修整理7097评论

本节目录
§5.1  概述
§5.2  寄存器
§5.3  计数器的分析
§5.4  计数器的设计
§5.5  计数器的应用举例

以下内容为正文
§5.1 概述
在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关者，都叫做时序逻辑电路，简称时序电路。
时序电路的特点：具有记忆功能。
时序电路的基本单元：触发器。
简单的时序电路,直接列真值表或画时序波形图就能分析清楚其逻辑功能。
复杂的时序电路，就要先写驱动方程，再写出状态方程，画出状态转换图，这样来分析其逻辑功能。
常用时序电路：寄存器、移位寄存器、计数器、序列信号发生器

§5.2 寄存器 ( Register )
寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。
5.2.1 数码寄存器

四位数码寄存器

5.2.2 移位寄存器 ( shift register )
所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成三种：

根据移位数据的输入－输出方式，又可将它分为四种：

双向移位寄存器的构成：只要设置一个控制端S，当S＝0 时左移；而当S＝1时右移即可。集成组件电路74LS194就是这样的多功能移位寄存器。

例3 双向移位寄存器

例4 四位二进制加法电路

74LS194 寄存器应用举例
例：数据传送方式变换电路

因为有7位并行输入，故需使用两片74LS194；用最高位QD2作为它的串行输出端。

具体电路:

3.工作效果:

工作效果:
在电路中，“右移输入”端接＋5V。

§5.3 计数器的分析
5.3.1 计数器的功能和分类
1. 计数器的作用
记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。
2. 计数器的分类
按工作方式分：同步计数器和异步计数器。
按功能分：加法计数器、减法计数器和可逆计数器。
按计数器的计数容量(或称模数)来分：各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二－十进制计数器等等。

5.3.2 异步计数器的分析
异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“ 异步计数器 ”。
例：三位二进制异步加法计数器。

简单的时序电路,直接列真值表或画时序波形图就能分析清楚其逻辑功能。

5.3.3 同步计数器的分析
同步计数器的特点：在同步计数器内部，各个触发器都受同一时钟脉冲——输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为 “ 同步计数器 ”。
例：三位二进制同步加法计数器。

复杂的时序电路，就要先写驱动方程，再写出状态方程，画出状态转换图，这样来分析其逻辑功能。

分析步骤:
1. 先列写控制端的逻辑表达式，即驱动方程：

4.画出该电路的状态转换图

5.依据状态图画出波形图
波形图显示状态转换

思考题：试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。

2. 再列写状态转换表，分析其状态转换过程。

3. 还可以用波形图显示状态转换表。

思考题：试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。

5.3.4 任意进制计数器的分析

4. 画状态转换图。

5. 检查能否自启动。

6. 结论：这是一个异步五进制计数器，能自启动

§5.4 计数器的设计
计数器的设计方法很多，大抵可分为两类：一是根据要求用触发器( Flop-Flip)构成，再就是利用具有特定功能的中规模集成组件适当连接而成。
5.4.1 利用触发器设计某计数电路
举例说明其设计步骤。
例：数字控制装置中常用的步进电动机有 A、B、C 三个绕组。电动机运行时要求三个绕组以 A>AB>B>BC>C>CA再回到A的顺序循环通电，试设计一个电路实现之。

设计步骤(分7步)如下：
(1) 根据任务要求，确定计数器的模数和所需的触发器个数。本任务所需计数器的模数为 6 ，所以触发器的个数为 3 。
(2) 确定触发器的类型。
最常用的触发器有 D触发器和JK触发器，本任务中选用JK触发器。
(3) 列写状态转换表或转换图。