第六章-数字电子技术基础第五版-阎石、王红、清华大学PPT课件.ppt

数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础（第五版）（第五版）教学课件清清华华大学大学 阎阎石石 王王红红联联系地址：清系地址：清华华大学大学 自自动动化系化系邮邮政政编码编码：100084100084电电子信箱：子信箱：wang_wang_联联系系电话电话：[phone](010)62792973数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版第六章 时序逻辑电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.1 6.1 概述概述一、一、时时序序逻辑电逻辑电路的特点路的特点1.1.功能上：功能上：任一任一时时刻的刻的输输出不出不仅仅取决于取决于该时该时刻的刻的输输入，入，还还与与电电路原来的状路原来的状态态有关有关。例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加例：串行加法器，两个多位数从低位到高位逐位相加2.2.电电路路结结构上构上包含存包含存储电储电路和路和组组合合电电路路存存储储器状器状态态和和输输入入变变量共同决定量共同决定输输出出数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、二、时时序序电电路的一般路的一般结结构形式与功能描述方法构形式与功能描述方法数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版可以用三个方程可以用三个方程组组来描述：来描述：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、三、时时序序电电路的分路的分类类1.1.同步同步时时序序电电路与异步路与异步时时序序电电路路同步：存同步：存储电储电路中所有触路中所有触发发器的器的时钟时钟使用使用统统一的一的clk,clk,状状态变态变化化发发生在同一生在同一时时刻刻异步：没有异步：没有统统一的一的clk,clk,触触发发器状器状态态的的变变化有先有后化有先有后2.Mealy2.Mealy型和型和MooreMoore型型MealyMealy型：型：MooreMoore型：型：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.2 6.2 时时序序电电路的分析方法路的分析方法6.2.1 6.2.1 同步同步时时序序电电路的分析方法路的分析方法分析：找出分析：找出给给定定时时序序电电路的路的逻辑逻辑功能功能即找出在即找出在输输入和入和CLKCLK作用下，作用下，电电路的次路的次态态和和输输出。出。一般步一般步骤骤：从从给给定定电电路写出存路写出存储电储电路中每个触路中每个触发发器的器的驱动驱动方程方程（输输入的入的逻辑逻辑式），得到整个式），得到整个电电路的路的驱动驱动方程。方程。将将驱动驱动方程代入触方程代入触发发器的特性方程，得到器的特性方程，得到状状态态方程。方程。从从给给定定电电路写出路写出输输出方程。出方程。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：例：TTL电路路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.2.2 6.2.2 时时序序电电路的状路的状态转换态转换表、状表、状态转换图态转换图、状、状态态机机流程流程图图和和时时序序图图一、状一、状态转换态转换表表0 00 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 01 10 00 01 11 10 00 01 11 11 10 00 00 01 10 00 01 10 01 10 01 10 01 11 11 10 00 01 11 10 00 00 00 01 11 11 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 01 10 00 01 10 02 20 01 10 00 03 30 01 11 10 04 41 10 00 00 05 51 10 01 10 06 61 11 10 01 17 70 00 00 00 00 01 11 11 11 11 10 00 00 00 0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、状二、状态转换图态转换图数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、状三、状态态机流程机流程图图（State Machine ChartState Machine Chart）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版四、四、时时序序图图数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：例：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版（4 4）列状）列状态转换态转换表：表：（5 5）状）状态转换图态转换图00000101101011110 001/001/010/010/011/011/000/100/11 111/111/100/000/001/001/010/010/0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版*6.2.3*6.2.3 异步异步时时序序逻辑电逻辑电路的分析方法路的分析方法各触各触发发器的器的时钟时钟不同不同时发时发生生例：例：TTL电路数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.3 6.3 若干常用的若干常用的时时序序逻辑电逻辑电路路6.3.1 6.3.1 寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器一、寄存器一、寄存器用于寄存一用于寄存一组组二二值值代代码码，NN位寄存器由位寄存器由NN个触个触发发器器组组成，成，可存放一可存放一组组NN位二位二值值代代码码。只要求其中每个触只要求其中每个触发发器可置器可置1 1，置，置0 0。例例1 1：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：用例：用维维-阻触阻触发发器器结结构的构的74HC17574HC175数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、移位寄存器（代二、移位寄存器（代码码在寄存器中左在寄存器中左/右移右移动动）具有存具有存储储 +移位功能移位功能数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版器件器件器件器件实实例：例：例：例：74LS 194A74LS 194A，左左左左/右移，并行右移，并行右移，并行右移，并行输输入，保入，保入，保入，保持，异步置零等持，异步置零等持，异步置零等持，异步置零等功能功能功能功能数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版RRD DS S1 1S S0 0工作状工作状态态0 0X XX X置零置零1 10 00 0保持保持1 10 01 1右移右移1 11 10 0左移左移1 11 11 1并行并行输输入入 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版扩扩展展应应用（用（4 4位位 8 8位）位）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.3.2 6.3.2 计计数器数器 用于用于计计数、分数、分频频、定、定时时、产产生生节节拍脉冲等拍脉冲等 分分类类：按：按时钟时钟分，同步、异步分，同步、异步 按按计计数数过过程中数字增减分，加、减和可逆程中数字增减分，加、减和可逆 按按计计数器中的数字数器中的数字编码编码分，二分，二进进制、二制、二-十十进进制和制和 循循环码环码 按按计计数容量分，十数容量分，十进进制，六十制，六十进进制制 数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版一、同步一、同步计计数器数器1.1.同步二同步二进进制制计计数器数器同步二同步二进进制加法制加法计计数器数器原理：根据二原理：根据二进进制加法运算制加法运算规则规则可知：在多位二可知：在多位二进进制数末位加制数末位加1 1，若第，若第i i位以位以下皆下皆为为1 1时时，则则第第i i位位应应翻翻转转。由此得出由此得出规规律，若用律，若用T T触触发发器构成器构成计计数器，数器，则则第第i i位位触触发发器器输输入端入端TiTi的的逻辑逻辑式式应为应为：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版器件器件实实例：例：7416174161工作状工作状态态X X0 0X XX XX X置置 0 0（异步）（异步）1 10 0X XX X预预置数（同步）置数（同步）X X1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）X X1 11 1X X0 0保持（保持（C=0C=0）1 11 11 11 1计计数数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版同步二同步二进进制减法制减法计计数器数器原理：根据二原理：根据二进进制减法运算制减法运算规则规则可知：在多位二可知：在多位二进进制数末位减制数末位减1 1，若第，若第i i位以位以下皆下皆为为0 0时时，则则第第i i位位应应翻翻转转。由此得出由此得出规规律，若用律，若用T T触触发发器构成器构成计计数器，数器，则则第第i i位位触触发发器器输输入端入端TiTi的的逻辑逻辑式式应为应为：数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版同步加减同步加减计计数器数器加/减计数器加/减计数结果加/减计数器计数结果两种解决方案数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版a.a.单时钟单时钟方式方式加加/减脉冲用同一减脉冲用同一输输入端，入端，由加由加/减控制减控制线线的高低的高低电电平决定加平决定加/减减器件器件实实例：例：74LS19174LS191（用（用T T触触发发器）器）工作状工作状态态X X1 11 1X X保持保持X XX X0 0X X预预置数置数(异步异步)0 01 10 0加加计计数数0 01 11 1减减计计数数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版b.b.双双时钟时钟方式方式器件器件实实例：例：74LS19374LS193（采用（采用TT触触发发器，即器，即T=1T=1）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2.2.同步十同步十进进制制计计数数器器加法加法计计数器数器基本原理：在四位基本原理：在四位二二进进制制计计数器基数器基础础上修改，当上修改，当计计到到10011001时时，则则下一个下一个CLKCLK电电路状路状态态回到回到00000000。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版能自启动数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版器件器件实实例：例：74 16074 160工作状工作状态态X X0 0X XX XX X置置 0 0（异步）（异步）1 10 0X XX X预预置数（同步）置数（同步）X X1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）X X1 11 1X X0 0保持（保持（C=0C=0）1 11 11 11 1计计数数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版减法减法计计数器数器基本原理：基本原理：对对二二进进制减法制减法计计数器数器进进行修改，在行修改，在00000000时时减减“1 1”后跳后跳变为变为10011001，然后，然后按二按二进进制减法制减法计计数就行了。数就行了。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版能自启动数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版十十进进制可逆制可逆计计数器数器基本原理一致，基本原理一致，电电路只用到路只用到0000100100001001的十个状的十个状态态实实例器件例器件单时钟单时钟：74190,16874190,168双双时钟时钟：7419274192数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二二.异步异步计计数器数器1.1.二二进进制制计计数器数器异步二异步二进进制加法制加法计计数器数器在末位在末位+1+1时时，从低，从低位到高位逐位位到高位逐位进进位方式工作。位方式工作。原原则则：每：每1 1位从位从“1 1”变变“0 0”时时，向高位向高位发发出出进进位，位，使高位翻使高位翻转转数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版异步二异步二进进制减法制减法计计数器数器在末位在末位-1-1时时，从低，从低位到高位逐位借位到高位逐位借位方式工作。位方式工作。原原则则：每：每1 1位从位从“0 0”变变“1 1”时时，向高位向高位发发出出进进位，位，使高位翻使高位翻转转数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2 2、异步十、异步十进进制加法制加法计计数器数器原理：原理：在在4 4位二位二进进制异步加法制异步加法计计数器数器上修改而成，上修改而成，要跳要跳过过1010 11111010 1111这这六个状六个状态态1 2 3 4 5 6 7 8 9 10J=0J=1J=0J=K=1J=1J=0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版器件器件实实例：二五例：二五十十进进制制异步异步计计数器数器74LS29074LS290数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、任意三、任意进进制制计计数器的构成方法数器的构成方法用已有的用已有的NN进进制芯片，制芯片，组组成成MM进进制制计计数器，是常用数器，是常用的方法。的方法。N进制M进制数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版1.N M1.N M原理：原理：计计数循数循环过环过程中程中设设法跳法跳过过NNMM个状个状态态。具体方法：置零法具体方法：置零法 置数法置数法数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：将十例：将十进进制的制的7416074160接成六接成六进进制制计计数器数器异步置零法异步置零法工作状工作状态态X X0 0X XX XX X置置 0 0（异步）（异步）1 10 0X XX X预预置数（同步）置数（同步）X X1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）X X1 11 1X X0 0保持（保持（C=0C=0）1 11 11 11 1计计数数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：将十例：将十进进制的制的7416074160接成六接成六进进制制计计数器数器异步置零法异步置零法数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版置数法置数法 (a)(a)置入置入00000000(b)(b)置入置入10011001数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2.N M2.N M M M 的的计计数器数器然后再采用置零或置数的方法然后再采用置零或置数的方法数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：用例：用7416074160接成二十九接成二十九进进制制工作状工作状态态X X0 0X XX XX X置置 0 0（异步）（异步）1 10 0X XX X预预置数（同步）置数（同步）X X1 11 10 01 1保持（包括保持（包括C C）X X1 11 1X X0 0保持（保持（C=0C=0）1 11 11 11 1计计数数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：用例：用7416074160接成二十九接成二十九进进制制整体置零（异步）整体置数（同步）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版四、移位寄存器型四、移位寄存器型计计数器数器1.1.环环形形计计数器数器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2.2.扭扭环环形形计计数器数器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版五、五、计计数器数器应应用用实实例例例例1 1，计计数器数器+译码译码器器顺顺序序节节拍脉冲拍脉冲发发生器生器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例例2 2，计计数器数器+数据数据选择选择器器序列脉冲序列脉冲发发生器生器发生的序列：00010111数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.4 6.4 时时序序逻辑电逻辑电路的路的设计设计方法方法6.4.1 6.4.1 同步同步时时序序逻辑电逻辑电路的路的设计设计方法方法设计设计的一般步的一般步骤骤一、一、逻辑逻辑抽象，求出状抽象，求出状态转换图态转换图或状或状态转换态转换表表1.1.确定确定输输入入/输输出出变变量、量、电电路状路状态态数。数。2.2.定定义输义输入入/输输出出逻辑逻辑状状态态以及每个以及每个电电路状路状态态的含意，并的含意，并对对电电路状路状态进态进行行编编号。号。3.3.按按设计设计要求列出状要求列出状态转换态转换表，或画出状表，或画出状态转换图态转换图。二、状二、状态态化化简简若两个状若两个状态态在相同的在相同的输输入下有相同的入下有相同的输输出，并出，并转换转换到同一个到同一个次次态态，则则称称为为等价状等价状态态；等价状；等价状态态可以合并。可以合并。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、状三、状态态分配（分配（编码编码）1.1.确定触确定触发发器数目。器数目。2.2.给给每个状每个状态规态规定一个代定一个代码码。（通常（通常编码编码的取法、排列的取法、排列顺顺序都依照一定的序都依照一定的规规律）律）四、四、选选定触定触发发器器类类型型求出状求出状态态方程，方程，驱动驱动方程，方程，输输出方程。出方程。五、画出五、画出逻辑图逻辑图六、六、检查检查自启自启动动数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版例：例：设计设计一个串行数据一个串行数据检测检测器，要求在器，要求在连续输连续输入三入三个或三个以上个或三个以上“1”1”时输时输出出为为1 1，其余情况下，其余情况下输输出出为为0 0。一、抽象、画出状一、抽象、画出状态转换图态转换图 二、状二、状态态化化简简用用X X（1 1位）表示位）表示输输入数据入数据用用Y Y（1 1位）表示位）表示输输出（出（检测结检测结果）果）数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、状三、状态态分配分配取取n=2n=2，令，令 的的0000、0101、1010为为 则则，数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版四、四、选选用用JKJK触触发发器，求方程器，求方程组组五、画五、画逻辑图逻辑图数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版 六、六、检查电检查电路能否自启路能否自启动动 将状将状态态“11”11”代入状代入状态态方程和方程和输输出方程，分出方程，分别别求求X=0/1X=0/1下的次下的次态态和和现态现态下的下的输输出，得到：出，得到：能自启动数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版6.66.6用用multisimmultisim分析分析时时序序逻辑电逻辑电路路例例:分析下分析下图图的的计计数器数器电电路。求路。求电电路的路的时时序序图图.说说明明这这是几是几进进制的制的计计数器。数器。数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版