电工电子技术数电第21章.ppt

大连交通大学电气信息学院,1,21 触发器和时序逻辑电路,21.1 双稳态触发器,21.2 寄存器,21.3 计数器,21.4 时序逻辑电路的分析,大连交通大学电气信息学院,2,21.1 双稳态触发器,触发器的分类：,按功能分：有R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等； 按触发方式划分：有电平触发方式、主从触发方式和边沿触发方式 ; 按结构分：钟控型、主从型、维持阻塞型.,大连交通大学电气信息学院,3,21.1.1 RS触发器,逻辑状态相反,触发器的状态：,规定: Q 端的状态为 触发器的状态。,Q,一. 基本RS触发器,置位状态,复位状态,大连交通大学电气信息学院,4,1,1 1 0 1 1 0 0 0,0 1 0 1 0 1 0 1,0,1,0,0,1,Qn,1,0,Q,1,1,1. 逻辑功能分析,1,0,0,1,1,0,大连交通大学电气信息学院,5,1,0,1,0,0,1,0,1. 逻辑功能分析,0,1,1,0,大连交通大学电气信息学院,6,1,0,0,0,0,1,1,0,1. 逻辑功能分析,1,0,1,0,1,1,0,大连交通大学电气信息学院,7,0,1,1,1,0,1,1,1. 逻辑功能分析,0,1,1,1,0,0,大连交通大学电气信息学院,8,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1. 逻辑功能分析,1,0,1,0,大连交通大学电气信息学院,9,0,RD SD,Qn Qn+1,1,1,0,1,0,1. 逻辑功能分析,0,1,1,1,大连交通大学电气信息学院,10,0,RD SD,Qn Qn+1,1,1,1,0,0,1. 逻辑功能分析,1,0,1,1,禁用,破坏了逻辑状态！,大连交通大学电气信息学院,11,低电平有效!,直接置 0 端 直接复位端,直接置 1 端 直接置位端,真值表,Set,Reset,2. 真值表,1 0,0 1,大连交通大学电气信息学院,12,低电平有效!,真值表,3. 逻辑符号,逻辑符号,SD,RD,Q Q,大连交通大学电气信息学院,13,1 1,0 1,1 0,0 0,1 0,1 1,0 1,0 0,1 1,1 1,例4.1 根据输入波形画输出波形。设 Qn = 1。,初始状态,禁用状态,禁用状态,不定状态,不定 不定,RD,SD,解：,大连交通大学电气信息学院,14,1. 电路结构,时钟脉冲,二. 可控RS触发器,大连交通大学电气信息学院,15,2. 逻辑功能分析,(1) CP = 0 时,0,1,1,导引门 3、4 被封锁。,触发器保持原态： Qn+1 = Qn,大连交通大学电气信息学院,16,2. 逻辑功能分析,(1) CP = 0 时 Qn+1 = Qn,1,(2) CP = 1 时 导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,Qn,0,0,1,1,保持原态,大连交通大学电气信息学院,17,2. 逻辑功能分析,(1) CP = 0 时 Qn+1 = Qn,1,(2) CP = 1 时 导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,Qn 1,1,0,0,1,置1,大连交通大学电气信息学院,18,2. 逻辑功能分析,(1) CP = 0 时 Qn+1 = Qn,1,(2) CP = 1 时 导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,Qn 1 0,0,1,1,0,置0,大连交通大学电气信息学院,19,2. 逻辑功能分析,(1) CP = 0 时 Qn+1 = Qn,1,(2) CP = 1 时 导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,Qn 1 0 不定,1,1,0,0,大连交通大学电气信息学院,20,3. 触发方式,高电平触发： CP 高电平期间接受输入信号。 低电平触发： CP 低电平期间接受输入信号。,高电平触发,真值表,低电平触发,高电平有效。 高电平触发。, 电平触发,大连交通大学电气信息学院,21,例4.2 已知高电平触发 RS 触发器的 CP、 R 和 S 的波形，且 Qn 0，画出其 Q 端的波形。,Q,空翻,翻转了一次以上,解：,Qn,大连交通大学电气信息学院,22,21.1.2 JK触发器,一、触发器的构成,Q,Q,S C R,从触发器,主触发器：,R = K Qn,大连交通大学电气信息学院,23,Q,Q,S C R,从触发器,主触发器打开,从触发器关闭,1,0,主触发器关闭,从触发器打开,= Q,二、逻辑功能分析,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,大连交通大学电气信息学院,24,Q,Q,S C R,从触发器,二、逻辑功能分析,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,Qn,0,0,0,0,保持原态,保持原态,1,0,大连交通大学电气信息学院,25,Q,Q,S C R,从触发器,1,0,二、逻辑功能分析,Qn,0,1,0,1,0,1,0,0,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,保持 0,保持 0,0 1,0 1,大连交通大学电气信息学院,26,Q,Q,S C R,从触发器,1,0,二、逻辑功能分析,Qn 0,0,1,1,0,1,0,0,1,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,翻转为 0,0 1,翻转为 0,0 1,大连交通大学电气信息学院,27,Q,Q,S C R,从触发器,1,0,二、逻辑功能分析,Qn 0,1,0,0,1,0,1,1,0,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,翻转为 1,1 0,翻转为 1,1 0,大连交通大学电气信息学院,28,Q,Q,S C R,从触发器,二、逻辑功能分析,Qn 0 1,1,0,1,0,1,0,0,0,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,1,保持 1,1 0,0,保持 1,1 0,大连交通大学电气信息学院,29,Q,Q,S C R,从触发器,1,0,二、逻辑功能分析,Qn 0 1,1,1,0,1,0,1,1,0,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,翻转为 1,1 0,翻转为 1,1 0,大连交通大学电气信息学院,30,Q,Q,S C R,从触发器,1,0,二、逻辑功能分析,Qn 0 1,1,1,1,0,1,0,0,1,1. 工作方式 2. 逻辑功能 主、从触发器初态相同。,翻转为 0,0 1,翻转为 0,0 1,真值表,大连交通大学电气信息学院,31,三、触发方式,后沿主从触发,前沿主从触发,前沿主触发 器接收信号,后沿从触发 器接收信号,后沿主触发 器接收信号,前沿从触发 器接收信号,下降沿触发,主从触发,大连交通大学电气信息学院,32,Qn,例4.3 已知主从触发 JK 触发器的 CP、J、K 波形，且 Qn0 ，画出触发器 Q 端 的波形。,J,K,1 1,0 1,CP,1 2 3 4,1 0,0 0,解：,大连交通大学电气信息学院,33,例4.4 已知主从触发 JK 触发器的 输入 J = 1，K = 1，初态 Qn0 。 试根据 CP 的波形画出触发器 Q 端的波形。,0,f i f o,CP,1 2 3 4 5 6 7 8,解：,大连交通大学电气信息学院,34,21.1.3 D触发器,一、触发器的构成,置 0 阻塞线,置 1 阻塞线,置 0 维 持 线,置 1 维 持 线,大连交通大学电气信息学院,35,二、逻辑功能分析,设 1. 当 CP = 0 时 (1) 门 3 和门 4 关闭 Q3 = Q4 = 1 (2) 门 5 和门 6 打开,Q3,置 0 阻塞线,置 1 阻塞线,Q4,Q5,Q6,置 0 维 持 线,置 1 维 持 线,0,1,1,保持原态,1,1,Q5 = D,大连交通大学电气信息学院,36,二、逻辑功能分析,设 2. 当 CP 由 0 变1 时 门 3 和门 4 打开 Q = D 3. 当 CP = 1 时,Q3,置 0 阻塞线,置 1 阻塞线,Q4,Q5,Q6,置 0 维 持 线,置 1 维 持 线,0,1,1,1,1,D,1,D,D,大连交通大学电气信息学院,37,二、逻辑功能分析,设 2. 当 CP 由 0 变1 时 门 3 和门 4 打开 Q = D 3. 当 CP = 1 时 (1) 如果 Q = D = 0,Q3,置 0 阻塞线,置 1 阻塞线,Q4,Q5,Q6,置 0 维 持 线,置 1 维 持 线,1,0,D,1,D,D,0,1,0,门 6 关闭， D 信号被封锁。 门 3 关闭， 阻止 Q 端置 1 。,1,0,大连交通大学电气信息学院,38,置 0 阻塞线,二、逻辑功能分析,设 2. 当 CP 由 0 变1 时 门 3 和门 4 打开 Q = D 3. 当 CP = 1 时 (1) 如果 Q = D = 0 (2) 如果 Q = D = 1,Q3,置 1 阻塞线,Q4,Q5,Q6,置 0 维 持 线,置 1 维 持 线,0,1,D,1,D,D,1,0,1,门 4 和门 5 关闭， D 信号被封锁， 阻止 Q 端置 0 。,1,大连交通大学电气信息学院,39,真值表,0 1,4. 逻辑功能,大连交通大学电气信息学院,40,三、触发方式,上升沿触发,下降沿触发,上升沿触发,下升沿触发, 边沿触发,大连交通大学电气信息学院,41,Qn,例4.5 已知上升沿触发 D 触发器 D 端的 输入信号波形，且 Qn0 ，画出触发器的 Q 端 波形。,Q,D 的变化对Q 无影响,解：,大连交通大学电气信息学院,42,21.1.4 触发器逻辑功能的转换,1. 将JK触发器转换为D触发器,大连交通大学电气信息学院,43,2. 将JK触发器转换为T触发器,大连交通大学电气信息学院,44,3.将D触发器转换为T触发器,大连交通大学电气信息学院,45,21.2 寄存器,寄存器是用来 存放数码和指令等的主要部件。,存放（取出）数码的方式： 串行方式与并行方式,大连交通大学电气信息学院,46,21.2.1 数码寄存器,取出指令,清零指令,寄存指令,由可控RS触发器组成的四位数码寄存器,大连交通大学电气信息学院,47,清零指令,0,0,0,0,1,1,0,1,寄存指令,由可控RS触发器组成的四位数码寄存器,大连交通大学电气信息学院,48,取出指令,1,1,0,1,由可控RS触发器组成的四位数码寄存器,大连交通大学电气信息学院,49,1.清零,2.发寄存脉冲,3.发取出脉冲,由D触发器组成的四位数码寄存器,大连交通大学电气信息学院,50,数码 存入端,数码 取出端,21.2.2 移位寄存器,大连交通大学电气信息学院,51,清零,0 0 0 0,0,待存数码为1101,1 0 0 0,1,1 0 0 0,0 1 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 0 1 0,1 1 0 1,1 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 0,0 0 1 1,0 0 1 1,0 0 0 1,0 0 0 1,0 0 0 0,0 0 0 0,2,3,4,5,6,7,8,存数,按CP节拍从低位 到高位依次串行 送到D4端,取数,令D4=0，输入4个 移位CP脉冲。 1101将从低位到 高位由Q1端输出,串 行 输 入 串 行 输 出,串 行 输 入 并 行 输 出,大连交通大学电气信息学院,52,21.3 计数器,按计数方式 加法计数器、减法计数器、可逆计数器。 按触发方式 同步计数器、异步计数器。 按进位制 二进制计数器、十进制计数器、 任意进制计数器。,计数器的分类,计数器是用来累计脉冲数目的， 还可以用作分频、定时和数学运算。,大连交通大学电气信息学院,53,21.3.1 二进制计数器,一、二进制加法计数器,按二进制加法累加 1。 累加 15 个脉冲需要 4 个双稳态触发器。 n 个双稳态触发器能 累加 (2n1) 个脉冲。,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9,15 1 1 1 1 16 0 0 0 0,. ,大连交通大学电气信息学院,54,1. 异步二进制加法计数器,大连交通大学电气信息学院,55,J0K01,J1K1Q0,J2K2Q1Q0 J3 K3 =Q2Q1Q0,CP,RD,Q3,K,J,C,Q2,K,J,Q1,K,J,Q0,K,J,F0,C,C,C,F1,F2,F3,2. 同步二进制加法计数器,大连交通大学电气信息学院,56,Q0 Q1 Q2 Q3,0 0 1 0,CP,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16,0 0 0 1,1 1 1 1,二进制加法计数器的波形（时序图）,f1,f=?,f=?,大连交通大学电气信息学院,57,二、二进制减法计数器,大连交通大学电气信息学院,58,F3 F2 F1 F0,Q0 Q0,Q1 Q1,Q2 Q2,Q3 Q3,CP,sD,J,C,K,J,C,K,J,C,K,J,C,K,1. 异步二进制减法计数器,大连交通大学电气信息学院,59,2. 同步二进制减法计数器,CP,SD,K,J,C,K,J,K,J,K,J,F0,C,C,C,F1,F2,F3,Q3,Q3,Q2,Q1,Q0,大连交通大学电气信息学院,60,Q0 Q1 Q2 Q3,0 0 1 0,CP,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16,0 0 0 1,二进制减法计数器的波形（时序图）,大连交通大学电气信息学院,61,21.3.2 十进制计数器,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 进位,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,大连交通大学电气信息学院,62,1. 异步十进制加法计数器,F3 F2 F1 F0,Q0 Q0,Q1 Q1,Q2 Q2,Q3 Q3,J,C,CP,RD,K,J,C,K,J,C,K,J,C,K,J0K01,J2K21 J3Q2Q1，K31,大连交通大学电气信息学院,63,2. 同步十进制加法计数器,J0K01,J2K2Q1Q0 J3Q2Q1Q0，K3Q0,Q3,K,J,C,Q2,K,J,C,Q1,K,J,C,Q0,K,J,C,大连交通大学电气信息学院,64,十进制加法计数器的波形,大连交通大学电气信息学院,65,21.4 时序逻辑电路的分析,1、异步计数器的分析,异步计数器的特点：在异步计数器内部，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“ 异步计数器 ”。,大连交通大学电气信息学院,66,例：三位二进制异步加法计数器。,1,2,3,4,5,6,7,8,大连交通大学电气信息学院,67,2、同步计数器的分析,同步计数器的特点：在同步计数器内部，各个触发器都受同一时钟脉冲输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为 “ 同步计数器 ”。,例：三位二进制同步加法计数器。,大连交通大学电气信息学院,68,分析步骤:,1）.先列写控制端的逻辑表达式：,J2 = K2 = Q1Q0,J1 = K1 = Q0,J0 = K0 = 1,Q0： 来一个CP，它就翻转一次；,Q1：当Q01时，它可翻转一次；,Q2：只有当Q1Q01时，它才能翻转一次。,大连交通大学电气信息学院,69,控 制 端 计数器状态,2）.再列写状态转换表，分析其状态转换过程。,J2K2 J1K1 J0 K01 Q2 Q1 Q0,Q1Q0,Q0,CP,0,0,0,0,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0,2,0,1,0,1,0,0,3,1,1,0,1,1,1,4 0 0 1 1 0 0,6 0 0 1 1 1 0,5 0 1 1 1 0 1,7 1 1 1 1 1 1,8 0 0 1 0 0 0,大连交通大学电气信息学院,70,3）.还可以用波形图显示状态转换表。,大连交通大学电气信息学院,71,1.写出控制端的逻辑表达式。,J2 = Q1Q0 ， K2 1,J1 = K1 1,例4.7：列逻辑状态表分析功能,分析：,大连交通大学电气信息学院,72,2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程：,1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1,2 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0,3 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1,4 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0,5 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0,所分析的电路为异步五进制加法计数器。,大连交通大学电气信息学院,73,例4.8 画波形图分析图示电路的逻辑功能，说明其用途。设初始状态为“000”。,1,J1 = K1=Q0,J2 =