数字电路与逻辑设计 第5章

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1、第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用5.1计数器5.2寄存器5.3移位寄存器型计数器第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用5.1计数器计数器是一种用途非常广泛的时序逻辑电路,它不仅可以对时钟脉冲进行计数,还可以用在定时、分频、信号产生等逻辑电路中。计数器的种类很多,根据它们的不同特点,可以将计数器分成不同的类型。典型的分类方法有如下几种:第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用(1)按计数器中触发器状态的更新是否同步可分为同步计数器和异步计数器。在同步计数器中,所有要更新状态的触发器都是同时动作

2、的;在异步计数器中,并非所有要更新状态的触发器都是同时动作的。(2)按计数进制可分为二进制计数器、十进制计数器和N进制计数器。按照二进制数规律对时钟脉冲进行计数的电路称为二进制计数器。在计数器中,被用来计数的状态组合的个数称为计数器的计数长度,或称为计数器的模。在二进制计数器中,触发器的所有状态组合都被用来计数,因此,n位二进制计数器的计数长度为2n。第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用按照十进制数规律对时钟脉冲进行计数的电路称为十进制计数器。在十进制计数器中,只有十个状态组合被用来计数,十进制计数器的计数长度为10。按照N进制数规律对时钟脉冲进行计数的电路称

3、为N进制计数器。在N进制计数器中,有N个状态组合被用来计数,N进制计数器的计数长度为N。(3)按计数过程中的增减规律可以分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。按照递增规律对时钟脉冲进行计数的电路,称为加法计数器；按照递减规律对时钟脉冲进行计数的电路,称为减法计数器；第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用5.1.1同步计数器1.同步二进制加法计数器按照二进制数规律对时钟脉冲进行递增计数的同步电路称为同步二进制加法计数器。图5―1所示电路是由四个下降沿动作的JK触发器构成的四位同步二进制加法计数器。第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用&&&C1JQJQ

4、JQJQ00112233CPCPCPCP0123K0Q0K1Q1K2Q2K3Q3CP图5―1四位同步二进制加法计数器第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用由图可以写出电路的方程如下:时钟方程:CP=CP=CP=CP=CP0123输出方程:nnnnCQQQQ3210驱动方程:JK100nJKQ110nnJKQQ2210nnnJKQQQ33210第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用将驱动方程代入JK触发器的特性方程nn+1nQ=JQ+KQ中,得到各个触发器的状态方程为nn1QQ00nnn1nnnnQQQQQQQ101010

5、1nn1nnnnnnnnQQQQQQQ(QQ)Q2101202102nn1nnnnnnnnnnnQQQQQQQQQ(QQQ)Q3210321032103第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用以上状态方程在各个触发器的时钟信号有效时成立。由图5―1可以看到,各个触发器的时钟信号都连接在CP上,而且四个触发器都是下降沿动作的,这是一个同步电路，因此,以上状态方程在CP的下降沿到来时同时成立。根据状态方程进行计算,列出电路的状态转换表如表5―1所示。根据表5―1,画出状态转换图如图5―2所示。第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用/0/0

6、/0/0/0000000010010001101000101/1/011110110QQQQ3210/0/0/C11100111/0/0110111001011101010011000/0/0/0/0/0图5―2图5―1所示四位同步二进制加法计数器的状态转换图第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用表5―1图5―1所示四位同步二进制加法计数器的状态转换表第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用从状态转换图可以清楚地看到,从任一状态开始,经过输入16（24）个有效的CP信号（下降沿）后,计数器返回到原来的状态。如果初始状态为0000,则在第15个CP下降沿到

7、来后,输出C变为1;在第16个CP下降沿到来后,输出C由1变为0。可以利用C的这一下降沿作为向高位计数器的进位信号。图5―3所示是该四位同步二进制加法计数器的时序图。第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用CPQ0Q1Q2Q3C图5―3图5―1所示四位同步二进制加法计数器的时序图第5章常用时序逻辑电路及MSI时序电路模块的应用从时序图中我们看到,各个触发器的输出Q、Q、01Q和Q的频率分别为时钟信号频率的1/2、1/4、1/8和231/16,可见计数器具有分频功能。在图5―1所示电路中,各个JK触发器都接成T触发器的形