电工学-第13章时序逻辑电路.ppt

第13章 时序逻辑电路,13.1 基本双稳态触发器,13.2 钟控双稳态触发器,13.3 寄存器,13.4 计数器,13.5 集成定时器,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,2,双稳态触发器： 由门电路加上适当的反馈而构成的一种新 的逻辑部件。,双稳态触发器与门电路区别： 双稳态触发器输出电平的高低不仅取决于 当时的输入，还与以前的输出状态有关，是有 记忆功能的逻辑部件。,13.1 基本双稳态触发器,大连理工大学电气工程系,3,逻辑状态相反,触发器的状态：,Q = 0,Q = 1,规定: Q 端的状态为 触发器的状态。,一、输入为低电平有效的基本 RS 触发器,复位状态,置位状态,1. 电路,大连理工大学电气工程系,4,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,0,1,2. 逻辑功能,Qn,1 1,保持原态,大连理工大学电气工程系,5,0,0,：直接置 0 端 直接复位端,0,1 0,置 0,0 1,大连理工大学电气工程系,6,1,1,：直接置 1 端 直接置位端,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,Qn,Qn+1,Qn,0,1,0 1,置 1,1 0,大连理工大学电气工程系,7,1,1,负脉冲有效,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,Qn,Qn+1,Qn,0,1,不定,0 0,不定,1 1,大连理工大学电气工程系,8,0 0 不定 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn,3. 真值表,4. 逻辑符号,大连理工大学电气工程系,9,二、输入为高电平有效的基本 RS 触发器,1. 电路,2. 真值表,3. 逻辑符号,R 和 S 端部不加一个小 圆圈，表示输入信号为 高电平有效。,大连理工大学电气工程系,10,一、RS 触发器,1. 电路结构,四门钟控型电路结构 门 1、2 组成基本 RS 触发器，门 3、4 组成 导引电路。,13.2 钟控双稳态触发器,时钟脉冲：指挥各触发器动作的信号。 钟控触发器：又称同步触发器。,按逻辑功能分类： RS 触发器、JK 触发器、 D 触发器、T 触发器。,大连理工大学电气工程系,11,2. 逻辑功能,(1) CP = 0 时,0,导引门 3、4 被封锁。,触发器保持原态： Qn+1 = Qn,设置初态为 1,设置初态为 0,大连理工大学电气工程系,12,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,0 0,1 1,Qn,保持原态,大连理工大学电气工程系,13,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,1 0,0 1,Qn,1 0,1,大连理工大学电气工程系,14,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,0 1,1 0,Qn,0 1,1,0,大连理工大学电气工程系,15,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,1 1,0 0,Qn,1 1,1,0,不定,大连理工大学电气工程系,16,3. 触发方式,电平触发方式,CP 1 接受信号，并立即输出相应信号：高电平触发 CP 0 接受信号，并立即输出相应信号：低电平触发,大连理工大学电气工程系,17,例 13.2.1 已知高电平触发 RS 触发器，R 和 S 端的输入 波形如图所示，而且已知触发器原为 0 态，求输出端 Q 的波形。,R,S,CP,Q,多次翻转,解,大连理工大学电气工程系,18,二、JK 触发器,1. 电路结构,R = K Qn,主从型电路结构,从触发器的输出状态由主触发器的状态决定,CP：0 1 主触发器打开 接受信号 从触发器关闭 输出状态 不变 CP：1 0 主触发器关闭 不接受信号 从触发器打开 输出相应状态,大连理工大学电气工程系,19,2. 逻辑功能,Qn,1,0 0,0 0,保持不变,R = K Qn,大连理工大学电气工程系,20,2. 逻辑功能,Qn,0,1,0 1,0 1,0 1,R = K Qn,大连理工大学电气工程系,21,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 0,1 0,1 0,R = K Qn,1,大连理工大学电气工程系,22,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 1,1 0,原态：0 1,R = K Qn,1,新态：1 0,大连理工大学电气工程系,23,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 1,0 1,原态：1 0,R = K Qn,1,新态：0 1,大连理工大学电气工程系,24,真值表,JK 触发器具有功能： 记忆 置数 (置 0 和置 1) 计数,3. 触发方式 (1) CP = 1 ( 或 0 ) 时主触发器接收信号，从触发器关闭。 (2) CP = 0 ( 或 1 ) 时主触发器关闭，从触发器接收主触 发器的信号。, 主从触发。,大连理工大学电气工程系,25,(a) 后沿主从触发,(b) 前沿主从触发,后沿主从触发 前沿主从触发,大连理工大学电气工程系,26, 触发器输出的状态，由 CP 前沿所对应的 J 和 K 决定。 触发器输出相应状态的时间却在 CP 后沿到来时。 在 CP 有效期间输入信号不应变化，不发生一次翻转现象。,例13.2.2 已知后沿主从触发 的 JK 触发器， J 和 K 端的输入信号波形如图所示，而且已知触发器原 为 0 态，求输出端 Q 的波形。,解,注意：,大连理工大学电气工程系,27,三、D 触发器,1. 电路结构,维持阻塞型,特点： 在 CP = 1 期 间，即使输入信 号变化，输出状 态不会改变，只 有等下一个 CP 1，输出状态 由输入信号决定。,大连理工大学电气工程系,28,2. 逻辑功能 (1) 当CP = 0 时,S = R = 1,门 5 和门 6 打开， 可接受输入信号D,A=D,门 3 和门 4 关闭,0,大连理工大学电气工程系,29,D,1,(2) 当CP 由 0变1 时 门 3 和门 4 打开,则 Q = D,R = D,D =,= D,大连理工大学电气工程系,30,(3) 当 CP = 1 时 输入信号被封锁,门 3 和门 4 始终 打开，S 和 R 的 状态是互补的。 如果： R = D = 0,门 6 被关闭！ D 的变化不能传 递到 S、R 端。,1,0,1,0,0,1,大连理工大学电气工程系,31,1,0,1,0,如果,门 4 和门 5 同时 被关闭！ D 的变化不能传 递到 S、R 端。,1,0,1,0,大连理工大学电气工程系,32,真值表,0 1,0 1,3. 触发方式 在跳变沿触发。,(a) 上升沿触发,(b)下升沿触发,大连理工大学电气工程系,33,例13.2.3 已知上升沿触发 D 触发器 D 端的输入 信号波形，而且 触原为 0 态，求输出端 Q 的波形。,1 2 3 4,Q,CP,D,D 的变化对 Q 无影响,解,大连理工大学电气工程系,34,四、T 触发器,0 1,Qn,相同逻辑功能的触发器，电路结构不同， 触发方式就不同。 不同逻辑功能的触发器可相互转换，但是 逻辑功能改变,触发方式不变。,大连理工大学电气工程系,35,(1) 将主从型 JK 触发器改接成 T 触发器,J = K =,0,1, Qn+1 = Qn,逻辑符号,主从触发 T 触发器,大连理工大学电气工程系,36,(2) 将维持阻塞型 D 触发器改接成 T 触发器,边沿触发 T 触发器,(a) 改接方法,(b) 逻辑符号,大连理工大学电气工程系,37,例13.2.4 是供四组人员参加智力竞赛的抢答电路。其中采用了四个D 触发器的集成电路，试分析电路的工作过程。,大连理工大学电气工程系,38,+UCC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,时钟脉冲,1,0 0 0 0,发光二极管不亮,1,大连理工大学电气工程系,39,0 0 0 0,1,1,1,0,1,0,+UCC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,时钟脉冲,1,按其他按钮不起作用,大连理工大学电气工程系,40,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,一、数码寄存器,预先清零,0 0 0 0,清零指令,0,0,1,0 0 0 0,0 0 0 0,13.3 寄 存 器,大连理工大学电气工程系,41,0 0 0 0,0 0 0 0,寄存数码,取出数码,1 1 0 1,1 1 0 1,1 1 0 1,并行输入 并行输出,寄存指令,取出指令,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,大连理工大学电气工程系,42,二、移位寄存器,按移位方向的不同,右移位寄存器 左移位寄存器 双向移位寄存器,数码 取出端,数码存入端,1 1 0 1,0 0 0 0,1 0 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 1 0 1,清零,大连理工大学电气工程系,43,移位寄存器状态表,串行输入 串行输出,大连理工大学电气工程系,44,移位寄存器的波形图：,大连理工大学电气工程系,45,13.4 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。,一、二进制计数器,大连理工大学电气工程系,46,1 0 0 0 (8),0 1 1 1 (7),异步二进制加法计数器,大连理工大学电气工程系,47,Q1 Q2 Q3 Q4,1 4 7 10 13 15 16,十六分频,四分频,八分频,二分频,二进制加法计数器波形图：,大连理工大学电气工程系,48,CP,Q4 Q3 Q2 Q1,Q4 Q3 Q2 Q1,0 1 2 6 7 8 9 15 16,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0,移位寄存器状态表,大连理工大学电气工程系,49,二、十进制计数器,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 进位,0 0 0 0,十进制计数器状态表,大连理工大学电气工程系,50,J1K11,J3K3Q2Q1 J4Q3Q2Q1， K4Q1,K2Q1,大连理工大学电气工程系,51,十进制加法计数器波形图：,大连理工大学电气工程系,52,一、555集成定时器,13.5 集成定时器,电源端,放电端,GND,低电平 触发端,高电平 触发端,电压 控制端,复位端,输出端,大连理工大学电气工程系,53,8,8,R S,Q,Q,+UDD,TH,CO,TL,D,MOS,uO,8,7,4,5,3,2,1,RD,+,+ ,+,R R R,6,+ ,U6 ,时：R = 0,Q = 0, MOS 管导通,U2 ,时：S= 0,Q = 1,MOS 管截止,大连理工大学电气工程系,54,555 集成定时器状态表,大连理工大学电气工程系,55,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 0,例13.5.1 如图所示是利用 集成定时器组成的温度控制电路。 试分析该电路的工作原理。,切断加热器,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 1,接通加热器。,8 4,1 5,6 2 3 7,R1 R2 R3,555,+UDD,uo,0.01F,解,大连理工大学电气工程系,56,二、单稳态触发器,特点： 在外来触发信号 的作用下，能够由稳 态翻转成另一暂稳状 态，暂稳状态维持一 定时间后，又会自动 返回到稳态。,只有一个稳态的触发器。,大连理工大学电气工程系,57,无输入信号时： uI = 1, 设 Q = 1,Q = 0, 7 端接通，C 放电, U6, 设 Q = 0,Q 维持 0 态。,MOS管截止，7 端断开,电容 C 充电, uC = u6, Q = 0, 7 端接地，C 不能充电，,触发器的稳态为: uO = Q = 0,大连理工大学电气工程系,58,(1) t = 0 t1时，uI 未输入：,uO = 0,(2) t = t1 t2时，输入触发脉冲 uI ：,u2 = ui , uO= 1,C充电:,uC = u6 ,(3) t t2 时，uI 消失，,u2=uI ,C 继续充电：uC = u6 ,，uO= Q = 1,大连理工大学电气工程系,59,(4) t t3 时, uO= Q = 0,C 放电, uO= Q = 0,暂稳态,tW = t ln3= 1.1RC,大连理工大学电气工程系,60,单稳态触发器状态表,3,1,大连理工大学电气工程系,61,例13.5.2 洗相曝光定时电路。它是在集成定时器 组成的单稳态触发器的输出端接一继电器 KA 的线圈， 并用继电器的动合和动断触点控制曝光用的红灯和白灯。 控制信号由按钮 SB 发出。图中二极管 D1 起隔离作用， D2 起防止继电器线圈