【電工基礎知識】時序邏輯電路

時序邏輯電路

視頻地址： 第11章 時序邏輯電路   https://www.icourse163.org/learn/HIT-1001998009?tid=1002098003#/learn/content?type=detail&id=1002858360&sm=1

定義

時序邏輯電路主要由觸發器構成 。在數字電路理論中，時序邏輯電路是指電路任何時刻的穩態輸出不僅取決於當前的輸入，還與前一時刻輸入形成的狀態有關。這跟組合邏輯電路相反，組合邏輯的輸出只會跟目前的輸入成一種函數關系。換句話說，時序邏輯擁有儲存器件（內存）來存儲信息，而組合邏輯則沒有。

從時序邏輯電路中，可以建出兩種形式的有限狀態機：

• 摩爾型有限狀態機：輸出只跟內部的狀態有關。（因為內部的狀態只會在時脈觸發邊緣的時候改變，輸出的值只會在時脈邊緣有改變）
• 米利型有限狀態機：輸出不只跟目前內部狀態有關，也跟現在的輸入有關系。

時序邏輯因此被用來建構某些形式的電腦的內存，延遲跟儲存單元，以及有限狀態自動機。大部分現實的電腦電路都是混用組合邏輯跟時序邏輯。

按“功能、用途”分為：

1. 寄存器；

2. 計數（分頻）器；

3. 順序（序列）脈沖發生器；

4. 順序脈沖檢測器；

5. 碼組變換器；

寄存器

定義

 寄存器：能夠暫時存放數碼、指令、運算結果的數字邏輯部件，稱為寄存器。

寄存器的功能是存儲 二進制代碼，它是由具有存儲功能的 觸發器組合起來構成的。一個觸發器可以存儲1位二進制代碼，故存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發器來構成。 ^[1]  

按照功能的不同，可將寄存器分為基本寄存器和 移位寄存器兩大類。基本寄存器只能並行送入數據，也只能並行輸出。移位寄存器中的數據可以在移位脈沖作用下依次逐位右移或左移，數據既可以並行輸入、並行輸出，也可以串行輸入、串行輸出，還可以並行輸入、串行輸出，或串行輸入、並行輸出，十分靈活，用途也很廣。 ^[1]

知識點概述：

1、寄存器，就是能夠記憶或存儲0和1數碼的基本部件。通常都是由各種觸發器和門電路來構成的。

2、寄存器分為僅能存儲0和1數碼的數碼寄存器，和既能存儲數碼同時也能實現數碼的左移或右移的寄位移寄存器。

3、在實際中，通常使用集成寄存器。本節講解了寄存器的電路構成、工作原理、對74LS194雙向移位寄存器的使用進行了介紹。

4、有點寄存器具有 左移 右移的功能

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寄存器電路如下：

 

 

 

 

 

 

 

（1）由四個D觸發器構成，因為每一個D觸發器可以存放1位二進制信息，所以上述電路的寄存器可存放一個4位二進制數碼，一般也把這種寄存器稱為數碼寄存器。

3、寄存器存放功能實現的過程：

 

 

 

 

（1）電路中的CP是時鍾控制端，也是寄存器的寄存指令控制端。 是直接清零端，通過 給各個觸發器清零，在電路正常工作時， 置為高電位。 ~ 是數據輸入端。 ~ 是數據輸出端，

（2）假設要存儲的二進制數碼為1011，當 =1時，在控制寄存指令CP脈沖上升沿的作用下，根據D觸發器的特性，輸入端 ~ 的數碼就一起送入了4各D觸發器，輸出端 、 、 此時置為1011，即完成了1011數碼的寄存過程。

 

 

數碼的寄存過程

總結：從這個寄存過程可以看出，寄存器在接受和輸出數碼信號時，各位數碼都是同時打入到寄存器中的，輸出端也即刻輸出這組數碼，這種輸入輸出的方式，稱為並行輸入、並行輸出方式。

1.2左移寄存器

1、移位：在移位脈沖的作用下，每來一個時鍾脈沖，寄存器數碼便向右或向左移動一位，這種寄存器稱為移位寄存器。

2、根據移位方式的不同，可分為單向移位寄存器、雙向移位寄存器。

3、左移移位寄存器（單向）

 

 

左移移位寄存器

（1）D為數據輸入端， ~ 為4個觸發器，每個觸發器的輸入、輸出依次相連， ~ 為數據輸出端，CP為移位脈沖控制端， 為清零端。

（2）為簡便分析，假設通過 端清零信號將4個觸發器全部清零，而我們准備存儲的數碼為1011，首先，D=1，第一個移位脈沖上升沿到來時，觸發器 置1，則 =1，其他觸發器仍然保持0態。

 

 

 

（3）接着，D=0，第二個移位脈沖上升沿到來時，觸發器 置1， 置0，則 =1， =0。

 

 

（4）再接着為D=1，第三個移位脈沖上升沿到來時，觸發器 置1， 置0， 置1，則 =1， =0， =1。

 

 

（5）最后一個數據，D=1，第四個移位脈沖上升沿到來時，觸發器 置1， 置0， 置1， 置1，則 =1， =0， =1， =1。

 

 

（6）在第四個移位脈沖過后，完成了存數過程，這時，從4個觸發器的Q端，可以得到並行輸出的信號。即經過4個脈沖后，1011這4位數碼可以從 依次經歷一邊，此為串行輸出。

1.2右移寄存器

1、右移寄存器：寄存器仍然由4個D觸發器構成，與上面左移情況不同的是，串行數據是從 輸入D端送入，觸發器 的輸出端接到 的輸入端，依次類推。

 

 

 

1.3雙向移位寄存器

1、雙向移位寄存器電路：既能實現左移，又能實現右移的寄存器。

 

 

（1）電路主要由4個D觸發器構成，另外用與門和或門的組合來控制寄存器，來實現左移和右移的功能。

2、為了理解雙向移位寄存器的工作過程，先分析移位觸發器的情況：

 

 

 

（1）要想實現數碼的右移， = ；要想實現數碼的左移， = ；

觸發器的輸入 = + ，

從這個邏輯式可以看出，當R=1，L=0時， = ，此時實現的是右移；當R=0，L=1時， = ，此時實現的是左移；

（2）將此分析過程應用到雙向移位寄存器上，就可分析其左移和右移的過程了。

3、集成移位寄存器---74LS194四位雙向移位寄存器

 

 

74LS194四位雙向移位寄存器

（1） （1腳）數據清零端（低電平有效）， ~ （3腳~6腳）並行數據輸入端， ~ （12腳~15腳）並行數據輸出端， （2腳）右移串行數據輸入端， （7腳）左移串行數據輸入端， 、 （9腳、10腳）為工作方式控制端， （11腳）時鍾脈沖輸入端，

（2）74LS194功能表

 

 

 

• 當 =0時，輸出端清零；
• 當 =1， = =0時，輸出端處於保持狀態；
• 當 =1， =1， =0時，當時鍾脈沖上升沿到來時，數據 ~ 依次進行右移，實現右移的功能；
• 當 =1， =0， =1時，當時鍾脈沖上升沿到來時，數據 ~ 依次進行左移，實現左移的功能；
• 當 =1， = =1時，當時鍾脈沖上升沿到來時，數據 ~ 並行接收數據端 ~ 的數據，實現並行輸入的功能；

計數器

定義

計數器是一種能夠累計輸入脈沖個數的時序邏輯電路。它主要由具有記憶功能的觸發器構成。它不僅可用於對時鍾脈沖計數，還可用於分頻、定時、產生節拍脈沖和脈沖序列，還可進行數字運算等。

計數器分類

按計數脈沖引入方式，分為：

同步和異步計數器；

按進位制，分為：

二進制\十進制\N進制計數器

按邏輯功能：

分為加法:

減法和可逆計數器

按集成度，分為小規模與中規模集成計數器。

 

觸發器

定義

在實際的數字系統中往往包含大量的存儲單元，而且經常要求他們在同一時刻同步動作，為達到這個目的，在每個存儲單元電路上引入一個時鍾脈沖（CLK）作為控制信號，只有當CLK到來時電路才被“觸發”而動作，並根據輸入信號改變輸出狀態。把這種在時鍾信號觸發時才能動作的存儲單元電路稱為觸發器，以區別沒有時鍾信號控制的鎖存器。

按邏輯功能不同分為

RS觸發器

D觸發器

JK觸發器

T觸發器。