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时序逻辑电路分析与设计 (III)

时序逻辑电路分析与设计 (III). 孙卫强. 内容提要. 时序逻辑电路的分类 时序电路的分析方法 同步时序电路的分析方法 异步时序电路的分析方法 常用的时序逻辑电路 计数器 寄存器和移位寄存器 序列脉冲发生器 序列信号发生器 时序逻辑电路的设计方法 同步时序电路设计 异步时序电路设计. 寄存器 (Register). 寄存器用来存储数据 是对触发器存储功能的扩展 每一个 bit 用一个触发器来存储，最常用的是 D 触发器 将多个触发器按照一定方式连接，可以构成各种结构的寄存器

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时序逻辑电路分析与设计 (III)

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  1. 时序逻辑电路分析与设计 (III) 孙卫强

  2. 内容提要 • 时序逻辑电路的分类 • 时序电路的分析方法 • 同步时序电路的分析方法 • 异步时序电路的分析方法 • 常用的时序逻辑电路 • 计数器 • 寄存器和移位寄存器 • 序列脉冲发生器 • 序列信号发生器 • 时序逻辑电路的设计方法 • 同步时序电路设计 • 异步时序电路设计

  3. 寄存器(Register) • 寄存器用来存储数据 • 是对触发器存储功能的扩展 • 每一个bit用一个触发器来存储，最常用的是D触发器 • 将多个触发器按照一定方式连接，可以构成各种结构的寄存器 • 寄存器的存储容量(Storage Capacity)为寄存器所能存储bit的数目，实际也就是寄存器中所包含的触发器的数目

  4. 寄存器 与或门 三态门 带异步复位和输入使能 的四位寄存器CC4076 带异步复位的四位寄存器 74LS175 简单四位寄存器 74LS75

  5. 输入 输出 输出 输入 输出 输入 串行输入/左移/串行输出 并行输入/串行输出 串行输入/右移/串行输出 输入 输入 循环右移 输出 输出 串行输入/并行输出 并行输入/并行输出 循环左移 移位寄存器 • 在时钟信号作用下，可以将数据向左或者向右移位

  6. 串行输入/串行输出寄存器 例：DI输入1011，并且寄存器初始状态为所有触发器都在reset状态 0 0 0 0 0 0 0 0

  7. 串行输入/串行输出寄存器 例：DI输入1011，并且寄存器初始状态为所有触发器都在reset状态 0 0 0 1 0 0 0 0 第一个时钟周期，第一个输入’1’进入FF0 1 0 0 0

  8. 串行输入/串行输出寄存器 例：DI输入1011，并且寄存器初始状态为所有触发器都在reset状态 1 0 0 0 0 0 0 0 第二个时钟周期，第二个输入’0’进入FF0， 而前一个周期输入的’1’进入FF1 1 0 0 0 0 1 0 0

  9. 串行输入/串行输出寄存器 例：DI输入1011，并且寄存器初始状态为所有触发器都在reset状态 0 1 0 1 0 0 0 0 第三个时钟周期，第三个输入’1’进入FF0， 后级继续往右移 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0

  10. 串行输入/串行输出寄存器 例：DI输入1011，并且寄存器初始状态为所有触发器都在reset状态 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 第四个时钟周期，第四个输入’1’进入FF0， 后级继续往右移，并从Do输出1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1

  11. 串行输入/串行输出寄存器 Q0 Q1 Q2 Q3 0 0 0 0 第1个时钟周期 1 0 0 0 0 1 0 0 第2个时钟周期 1 0 1 0 第3个时钟周期 1 1 0 1 第4个时钟周期

  12. 串行输入/并行输出寄存器 Q0 Q1 Q2 Q3 寄存器中的初始值： 0 0 0 0 第1个时钟周期 1 0 0 0 如果DI端输入1011， 那么FF0-FF3中的存储的内容为： 第2个时钟周期 0 1 0 0 第3个时钟周期 1 0 1 0 第4个时钟周期 1 1 0 1 这个电路有何作用？ 可以实现串并转换！

  13. 8位串行输入/并行输出寄存器74HC164

  14. 输入 输出 输出 输入 输出 输入 串行输入/左移/串行输出 并行输入/串行输出 串行输入/右移/串行输出 输入 输入 循环右移 输出 输出 串行输入/并行输出 并行输入/并行输出 循环左移 移位寄存器 • 在时钟信号作用下，可以将数据向左或者向右移位

  15. 8位并行输入/串行输出寄存器74HC165 D0~D7：异步并行输入 Ds：串行输入 CE ：芯片使能, Chip Enable PL ：并行输入使能,Parallel Load

  16. 输入 输出 输出 输入 输出 输入 串行输入/左移/串行输出 并行输入/串行输出 串行输入/右移/串行输出 输入 输入 循环右移 输出 输出 串行输入/并行输出 并行输入/并行输出 循环左移 移位寄存器 • 在时钟信号作用下，可以将数据向左或者向右移位

  17. 四位并行输入/并行输出移位寄存器(74HC195) PE: Parallel Enable MR: Master Reset 与或逻辑

  18. 与或逻辑 加法/减法计数器 由 输入来控制计数器向上/向下计数，即加法/减法计数。

  19. 四位并行输入/并行输出移位寄存器(74HC195) PE: Parallel Enable MR: Master Reset 与或逻辑

  20. 四位并行输入/并行输出移位寄存器(74HC195) 0 PE: Parallel Enable MR: Master Reset 1 1 1 1 当PE=0时，并行输入功能使能

  21. 四位并行输入/并行输出移位寄存器(74HC195) 1 0 PE: Parallel Enable MR: Master Reset 1 当PE=1时，串行输入/移位使能 D=JQ’+K’Q

  22. 四位并行输入/并行输出移位寄存器(74HC195) 0 PE: Parallel Enable MR: Master Reset 1 1 1 1 当PE=1时，串行输入/移位使能

  23. 输入 输出 输出 输入 输出 输入 串行输入/左移/串行输出 并行输入/串行输出 串行输入/右移/串行输出 输入 输入 循环右移 输出 输出 串行输入/并行输出 并行输入/并行输出 循环左移 移位寄存器 • 在时钟信号作用下，可以将数据向左或者向右移位

  24. 双向万能移位寄存器74LS194 D0 D1 D2 D3 S1 S0 DSL DSR G2 G3 G4 G1 G1=s0s1’DSR G2=s0s1D0 G3=s0’s1Q1 G4=s0’s1’Q0 Q0 Q1 Q2 Q3

  25. 双向万能移位寄存器74LS194 • S0,S1:工作模式选择 • S1S0＝00，保持 • S1S0＝01，右移 • S1S0＝10，左移 • S1S0＝11，并行输入 • CLEAR: 清零，低电平时所有触发器复位 • DSR：右移串行输入 • DSL：左移串行输入

  26. 双向万能移位寄存器74LS194的级联 d3 d2 d1 d0 0 1

  27. 74LS194的应用举例 红框中的部分是由74194构成的8bit移位寄存器

  28. 74LS194的应用举例 红框中的部分是由两片4位加法器构成的8位加法器

  29. 74LS194的应用举例 • S1S0＝00，保持 • S1S0＝01，右移 • S1S0＝10，左移 • S1S0＝11，并行输入 m1 m2 m3 m0 第一个时钟周期: S1S0=11，数据被装载 0 0 0 0 y7…y0=M+N n1 n2 n3 0 0 0 n0 0

  30. 74LS194的应用举例 • S1S0＝00，保持 • S1S0＝01，右移 • S1S0＝10，左移 • S1S0＝11，并行输入 m1 m2 m0 m3 0 第二个时钟周期: S1S0=01，数据M,N右移 0 0 0 y7…y0=2M+2N n1 n2 n0 0 n3 0 0 0

  31. 74LS194的应用举例 • S1S0＝00，保持 • S1S0＝01，右移 • S1S0＝10，左移 • S1S0＝11，并行输入 m1 m2 m0 m3 0 第三个时钟周期: S1S0=01，数据M,N右移 0 0 0 y7…y0=4M+2N n1 n2 n0 0 n3 0 0 0

  32. 74LS194的应用举例 • S1S0＝00，保持 • S1S0＝01，右移 • S1S0＝10，左移 • S1S0＝11，并行输入 m1 m2 m0 m3 0 第四个时钟周期: S1S0=01，数据M,N右移 0 0 0 y7…y0=8M+2N n1 n2 n0 0 n3 0 0 0

  33. 4bit串进/并出移位寄存器 8bit并进并行装载移位寄存器74HC165 8bit串进/并出移位寄存器74HC164 移位寄存器的逻辑符号 8bit串进/串出移位寄存器 SRG8: 8bit Shift Register

  34. 移位寄存器的逻辑符号 4bit并行访问移位寄存器74LS195A 4bit双向万能移位寄存器74HC194 (Parallel Access) (Bidirectional Universal)

  35. 移位寄存器的应用 (1)移位寄存器用来产生延时 (Delay) 数据经过移存器后经过8个时钟周期出现在Q7输出端口 如果输入时钟是1MHz： 那么Q7的输出比输入延迟了8×10-6s，即8us

  36. 移位寄存器的应用 (2) 用移位寄存器实现串并转换电路（简化的示意图） 从数据中恢复 出时钟信号 每8个时钟周期输出移位寄存器的并行输出数据变化一次。

  37. 输入 输出 输出 输入 输出 输入 串行输入/左移/串行输出 并行输入/串行输出 串行输入/右移/串行输出 输入 输入 循环右移 输出 输出 串行输入/并行输出 并行输入/并行输出 循环左移 移位寄存器 • 在时钟信号作用下，可以将数据向左或者向右移位

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