第九章 循序邏輯應用 9-1 計數器 9-2 跑馬燈 9-3 紅綠燈 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯.

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1 第九章 循序邏輯應用 計數器 跑馬燈 紅綠燈 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

2 9-1 計數器 一、上數 型非同步計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

3 乃是將前級正反器的標準輸出 Q，連接到後級正反器的時脈輸入端，脈波數愈多，計數值就愈大，且每次均增 1，電路、時序圖、狀態表如圖所示，假設各正反器初始值均為 0，因每個正反器之 J 與 K均接至 1，在時脈輸入第一個負緣時，正反器 A 輸出由 0 →1。在時脈輸入第二個負緣時，正反器 A輸出轉態，由 1→0，而正反器 B 是由正反器 A 的輸出脈波來觸發，故此時正反器 B 輸出由 0 →1。 在時脈輸入第三個負緣時，正反器 A 輸出轉態，由 0 →1。在時脈輸入第四個負緣時，正反器 A 轉態，由 1→0，正反器 B 則由 1→0，而正反器 C 是由正反器 B 的輸出脈波來觸發，故此時正反器 C 輸出由 0 →1，依此類推。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

4 二、下數 型非同步計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

5 乃是將前級正反器的補數輸出 ，連接到後級正反器的時脈輸入端，脈波數愈多，計數值就愈小，且每次均減 1，電路、時序圖、狀態表如圖所示，原理類似上數型，但注意在描繪正反器 B 輸出波形時，要把正反器 A 的輸出脈波反相，而在描繪正反器 C 輸出波形時，要把正反器 B 的輸出波形反相。其餘計數狀態、最大計數值與計數範圍均與上數型相同。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

6 三、上 / 下數 型非同步計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

7 乃是將前後正反器的標準輸出 Q、補數輸出 ，透過組合邏輯電路，連接到後級正反器的時脈輸入端，此組合邏輯電路為一資料選擇器（多工器），當 時，Gate1、Gate3 致能，除了第一個正反器由計數脈波觸發外，其餘正反器均由前一級正反器的標準輸出 Q 所觸發，為一上數計數器，當 時，Gate2、Gate4致能，除了第一個正反器由計時脈波觸發外，其餘正反器均由前一級正反器的補數輸出 所觸發，為一下數計數器。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

8 台北市私立景文高級中學 資電學程 四、非 型非同步計數器之設計步驟 吳永義
四、非 型非同步計數器之設計步驟 當計數模數不是　倍數而為 N 時，則令計數到 N 值時，將之重置歸零，重新再數，即可得到模數為 N 之計數器。歸零方法為利用正反器之清除端 CLR 與NAND Gate 即可達成，設計步驟如下： 1. 依模數 N 決定所需正反器數目 n，n 必須滿足 。 2. 將 N 值化為二進位值。 3. 將對應於 N 值的二進位值中，諸「1」的正反器標準 輸出端 Q，連接到NAND Gate的輸入端，並將NAND Gate 輸出端接到所有正反器的清除端 CLR。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

9 台北市私立景文高級中學 資電學程 五、同步計數器之設計步驟 吳永義
二進同步計數器與非同步計數器一樣，也包括計數模數 型 ( 上數型、下數型、上 / 下數型 ) 與計數模數非 型，甚至不規則計數型，無論是哪一種二進同步計數器，其設計步驟均相同，如下所示： 1. 依模數 N 決定所需正反器數目 n，n 必須滿足 。 2. 畫出狀態圖。 3. 參考正反器激勵表，列出狀態激勵表 (狀態與激勵輸入複合表 )。 4. 利用卡諾圖化簡每一個正反器輸入之最簡布林代數式 (未出現的狀態，正反器之輸入均以「×」視之 )。 5. 畫出二進同步計數器電路。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

10 六、環形計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

11 多由 D 型正反器所組成 ( 亦可由 JK 正反器所組成 )，電路如圖所示，最後一級的正反器標準輸出 Q 接回至第一級正反器的輸入端，構成如環狀般，故謂之環形計數器，首先利用預置功能，設定初始值 ，當時脈輸入時，每一個正反器的輸入依序向右移動，故 依序由 001→010 →100 →001 ( 回到初始值 )，計數模數為 3，且每個正反器的除頻數均相等。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

12 七、偶數模數型強生計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

13 偶數模數型多由 D 型正反器所組成 ( 亦可由 JK正反器所組成 ) ，電路如圖所示，最後一級的正反器補數輸出 接回至第一級正反器的輸入端，首先利用清除功能，設定初始值 ，當時脈輸入時，每一個正反器的輸入依序向右移動，故 依序由 000 → 001 → 011 → 111 → 110 →100 → 000 ( 回到初始值 )，計數模數為 6，且每個正反器的除頻數均相等。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

14 八、奇數模數型強生計數器電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

15 奇數模數型一定要採用 JK 正反器來組成，電路如圖所示，將倒數第二級的正反器標準輸出 Q 接回至第一級正反器的 K 輸入端，首先利用清除功能，設定初始值 ，當時脈輸入時，每一個正反器的輸入依序向右移動，故 依序由000→001→011→110→100→000 ( 回到初始值 )，計數模數為 5，且每個正反器的除頻數均相等。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

16 9-2 跑馬燈 一、負緣觸發型 JK 正反器 IC 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

17 74LS73是負緣觸發型 JK 正反器，並將 J、K 兩輸入端並接後，再接至VCC，以構成具除 2 功能的 T 型正反器，因此當 CLK 每接受一次觸發，輸出即改變一次狀態，如此功能可用來做跑馬燈左、右移的控制。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

18 台北市私立景文高級中學 資電學程 二、右移位暫存器電路 吳永義
如圖所示是一右移位暫存器，每一級的 Q 輸出連到下一級輸入，在每一個時脈輸入後，資料將向右移一位。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

19 台北市私立景文高級中學 資電學程 三、左移位暫存器電路 吳永義
如圖所示是一左移位暫存器，每一級的 Q 輸出連到上一級輸入，在每一個時脈輸入後，資料將向左移一位。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

20 四、左右移位暫存器 利用一些邏輯閘，便可將電路修改成具有左移與右移的移位暫存器。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

21 五、串列移位暫存器 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

22 串列移位暫存器是一次一個位元將資料移入暫存器內，資料傳輸速度慢，但使用元件少，如圖所示，若資料由 端輸入，只能從 輸出，稱為串列輸入串列輸出 (SISO) 移位暫存器，若資料由 端輸入，而從 一起輸出，稱為串列輸入並列輸出 (SIPO) 移位暫存器。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

23 六、並列移位暫存器 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

24 並列移位暫存器是同時能將所有位元資料移入暫存器內，資料傳輸速度快，但使用元件多，如圖所示，若資料由 一起輸入，只能從 輸出，稱為並列輸入串列輸出 (PISO) 移位暫存器，若資料由 一起輸入，而從 一起輸出，稱為並列輸入並列輸出 (PIPO) 移位暫存器。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

25 七、八位元並列輸入並列 輸出移位暫存器IC 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

26 74198是八位元並列輸入並列輸出 (PIPO) 移位暫存器，如圖所示，這個移位暫存器除了具有A～H 並列輸入與 並列輸出外，還有第 2 接腳的右移串列輸入(Shift Right Serial Input)和第 22 接腳的左移串列輸入(Shift Left Serial Input)，因此74198 IC 除了能做 PIPO 移位暫存器外，亦可完成 SIPO、SISO、PISO 功能，故為一個多功能的通用移位暫存器，資料輸入方式由接腳 與 控制： 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

27 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 1. 時，暫存器內部資料被保持住，不做 移位， 的資料不會改變。
時，暫存器內部資料被保持住，不做 移位， 的資料不會改變。 時，資料由右移串列輸入端輸入，做 右移動作，第 2 接腳的資料移入 ，原本 資料右移至 ，…… 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

28 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 3. 時，資料由左移串列輸入端輸入，做 左移動作，第 22 接腳的資料移入 ，原本
時，資料由左移串列輸入端輸入，做 左移動作，第 22 接腳的資料移入 ，原本 資料左移至 ，…… 時，做載入動作，使 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

29 八、四位元二進(除16)上數 正緣觸發型同步計數器IC 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

30 74LS161是四位元二進 ( 除16 ) 上數正緣觸發型同步計數器。當計數值等於15時，Ripple Carry Output 即 RCO 就送出觸發脈波至74LS73。
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31 九、跑馬燈電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

32 1. 時脈信號以信號產生器調整至 0.5～5Hz 範圍，改變時脈信號的頻率可以調整跑馬燈之移動速度，而改變指撥開關的設定 (A～H)，則可決定跑馬燈之花樣。
2. 當時脈信號送入後，74LS161 開始計數，當計數值等於 15 時，RCO 送出觸發脈波至74LS73，促使74LS73改變移位狀態。 3. SW ON，使 輸出均為1，則 ， 能將指撥開關的設定(A～H)，載入 以改變LED 花樣。 之 接腳可控制 LED 的動作， 當 時，做右移， 當 時，做左移， 當 時，不動作。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

33 9-3 紅綠燈 一、八位元串列輸入並列 輸出移位暫存器IC 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

34 74164 是八位元串列輸入並列輸出 (SIPO) 移位暫存器，如圖所示，具有兩個串列輸入端 A 與 B，分別為 IC 內部 NAND Gate 之兩輸入端，故可將其中一端當成資料輸入控制端，或將 A、B 兩端短接成單一串列輸入端使用。此外，如果資料僅由 輸出，則亦具有串列輸入串列輸出 (SISO) 之功能。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

35 二、定時器555 IC 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

36 555 是一個定時器的專用積體電路，它是由Signetics 公司於1972 年製造出來的，因為價格低、體積小與使用範圍廣泛，所以被大量應用在工業自動控制中。555 是一個具有 8 支接腳的積體電路，其接腳與內部等效電路，如圖所示。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

37 三、紅綠燈電路 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

38 1. 利用兩組 555 振盪電路，下方的振盪電路，採用較小值之1μF電容，故振盪頻率較高，做綠燈閃爍控制用，上方的振盪電路，採用較大值之1μF電容，故振盪頻率較低，做電路之時序控制用。
2. 並列輸出的 移位暫存器，產生所需的時序，再依紅、黃、綠等不同燈號所需的輸出狀態，透過由邏輯閘組成之解碼電路，達成所需之燈號變化。 3. 由時序圖可知，其接上電源後之燈號變化情形為：綠燈亮一段時間 → 綠燈開始閃爍→ 黃燈亮起 ( 綠燈隨後熄滅 ) → 紅燈亮起( 黃燈熄滅 ) → 綠燈亮起(紅燈熄滅)一段時間，依序循環下去。 台北市私立景文高級中學 資電學程 吳永義 數位邏輯

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