74ls194實(shí)現(xiàn)環(huán)形計(jì)數(shù)器 - 全文

　　74LS194是4位MSI集成移位寄存器，表1為表示邏輯功能的真值表［1，2］．其中，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)并行輸出端，S1、S0為工作方式控制端，D0、D1、D2、D3為數(shù)據(jù)并行輸入端，DIL為數(shù)據(jù)左移串行輸入端，DIR為數(shù)據(jù)右移串行輸入端，CP為時(shí)鐘輸入端，RD為異步清零端．

　　扭環(huán)形計(jì)數(shù)器是滿足f（Q0，Q1，…，Qn－Q）＝Qn－1的移位型計(jì)數(shù)器，圖1為4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖．

　　用移位寄存器74LS194構(gòu)成扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，狀態(tài)變化在右移移位或并行輸入符合右移規(guī)律的數(shù)碼基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)數(shù)據(jù)右移串行輸入端或數(shù)據(jù)并行輸入端的激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行自啟動(dòng)設(shè)計(jì)。

　　自啟動(dòng)設(shè)計(jì)方法：

　?。?）做出DIR數(shù)據(jù)右移串行輸入端或Di數(shù)據(jù)并行輸入端的卡諾圖，按有效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖標(biāo)出所有有效狀態(tài)輸入值，其余狀態(tài)為無關(guān)項(xiàng)填×值（任意值）．

　?。?）在卡諾圖上合并化簡求DTR或Di的激勵(lì)函數(shù)．

　?。?）自啟動(dòng)檢查及邏輯修改．

　　據(jù)無關(guān)項(xiàng)×格被賦予的值及狀態(tài)變化關(guān)系，畫無效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖檢查自啟動(dòng)情況，若不能自啟動(dòng)，需在卡諾圖上修改求激勵(lì)函數(shù)包圍圈的圈法改變對(duì)某些無關(guān)項(xiàng)的賦值，將無關(guān)項(xiàng)直接或間接引導(dǎo)到有效狀態(tài)．

　　修改的原則：兼顧狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系能自啟動(dòng)和激勵(lì)函數(shù)最小化的要求，在能自啟動(dòng)的前提下包圍圈盡可能大、數(shù)量盡可能少［4－10］．

　?。?）求解數(shù)據(jù)右移串行輸入端DIR、工作方式控制端S1及S0、D0D1D2D3預(yù)置數(shù)輸入端的最小化激勵(lì)函數(shù)，畫邏輯電路圖．

　　設(shè)計(jì)舉例

　　4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖1所示，1000、1100、1110、1111、0111、0011、0001、0000等8個(gè)狀態(tài)為有效狀態(tài)，其余的16－8＝8個(gè)冗余狀態(tài)為無效狀態(tài)。

　　1.移位寄存器74LS194右移移位方式工作

　　移位寄存器74LS194的工作方式控制端為s1＝1、s0＝0，預(yù)置數(shù)輸入端d0d1d2d3＝××××，通過右移移位關(guān)系即Qn＋10＝DIR及Qｎ＋1ｉ＝Qｎｉ－1（ｉ＝1，2，…）實(shí)現(xiàn)所要求的狀態(tài)轉(zhuǎn)換．狀態(tài)變化為：

　　對(duì)DIR數(shù)據(jù)右移串行輸入端的反饋激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行自啟動(dòng)設(shè)計(jì)．

　　做出DIR的卡諾圖并化簡，由圖1所示的4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖在所有表示有效狀態(tài)的小格內(nèi)填第1位次態(tài)值，剩余表示無關(guān)項(xiàng)的小格內(nèi)填×值，并合并化簡成如圖２所示，其中將1100、1000最小項(xiàng)及無關(guān)項(xiàng)1101、1001聚合，無效狀態(tài)1101、1001第1位的次態(tài)值被修改為1，分別被引導(dǎo)到有效狀態(tài)1110、1100．

　　畫出無效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖３所示，所設(shè)計(jì)的電路有自啟動(dòng)功能．

　　由圖2得DIR的最小化激勵(lì)函數(shù)為

　　另一并合并化簡方案如圖4所示，將1100最小項(xiàng)及無關(guān)項(xiàng)0100、0101、1101聚合，無效狀態(tài)0101、1101第1位的次態(tài)值被修改為1，1101被引導(dǎo)到有效狀態(tài)1110，0101被引導(dǎo)到1010經(jīng)1101進(jìn)入有效狀態(tài)．

　　畫出無效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示，所設(shè)計(jì)的電路有自啟動(dòng)功能．

　　由圖4得DIR的最小化激勵(lì)函數(shù)為

　　2.移位寄存器74LS194并行輸入方式工作

　　移位寄存器74LS194的工作方式控制端S1＝1、S0＝1，對(duì)數(shù)據(jù)并行輸入端進(jìn)行設(shè)計(jì)．

　　對(duì)D0數(shù)據(jù)并行輸入端的激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行自啟動(dòng)設(shè)計(jì)．

　　做D0的卡諾圖并化簡，由圖1所示的4位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器有效狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖在所有表示有效狀態(tài)的小格內(nèi)填第1位次態(tài)值，剩余表示無關(guān)項(xiàng)的小格內(nèi)填×值，并合并化簡同圖２，其中將1100、1000最小項(xiàng)及無關(guān)項(xiàng)1101、1001聚合，無效狀態(tài)1101、1001第1位的次態(tài)值被修改為1，分別被引導(dǎo)到有效狀態(tài)1110、1100．

　　畫出無效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖3所示，所設(shè)計(jì)的電路有自啟動(dòng)功能．

　　由圖2得D0的最小化激勵(lì)函數(shù)為：

　　另一并合并化簡方案如圖4所示，將1100最小項(xiàng)及無關(guān)項(xiàng)0100、0101、1101聚合，無效狀態(tài)0101、1101第1位的次態(tài)值被修改為1，1101被引導(dǎo)到有效狀態(tài)1110，0101被引導(dǎo)到1010經(jīng)1101進(jìn)入有效狀態(tài)．

　　畫出無效狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖５所示，所設(shè)計(jì)的電路有自啟動(dòng)功能．

　　由圖4得D0的最小化激勵(lì)函數(shù)為

　　對(duì)D3數(shù)據(jù)并行輸入端的激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行自啟動(dòng)設(shè)計(jì)．

　　做卡諾圖，化簡得能自啟動(dòng)的最小化激勵(lì)函數(shù)為