电子技术及应用第10章.ppt

第10章 时序数字电路 各种触发器电路、符号及逻辑关系 本章主要内容： 返 回前 进 寄存器、计数器等 10.1.1 基本RS触发器 1电路 由两只与非门构成。电路及逻辑符号如图 2逻辑功能（工作情况） 由表达式及电路均可看出，无论触发器原 来处于什么状态，现在立即有: （1）R = 1 ，S = 0 Q = 1 ，Q = 0 1态 （2）R = 0 ，S = 1 Q = 0 ，Q = 1 0态 （3）R = 1 ，S = 1 保持原状态不变。 （4）R = 0 ，S = 0 禁止输入！逻辑混乱。 3工作状态表及简单工作表 R S Qn Qn+1 说 明 0 1 0 0 置 0 0 1 1 0 置 0 1 0 0 1 置 1 1 0 1 1 置 1 1 1 0 0 不 变 1 1 1 1 不 变 0 0 0 禁 止 0 0 1 禁 止 R S 状 态 0 1 0 1 0 1 1 1 不 变 0 0 禁 止 4工作波形举例 5电路特点 电路简单，但状态不易控制，变化无 规律，还存在状态不定情况。 10.1.2 同步RS触发器 1电路 由两只基本RS触发器构成。电路及逻辑符号 如图 触发器状态受时钟脉冲信号CP控制，变化有规律。 2逻辑功能（工作情况） （1）CP=0，则 Q= Q= 1 ，状态Q不变。 （2）CP=1，状态态可能变变化。是否变变化由R、S决定。 Sn Rn Qn Qn+1 说 明 0 1 0 0 置 0 0 1 1 0 置 0 1 0 0 1 置 1 1 0 1 1 置 1 0 0 0 0 不 变 0 0 1 1 不 变 1 1 0 禁 止 1 1 1 禁 止 R S 状 态 0 1 1 1 0 0 0 0 不 变 1 1 禁 止 3特征方程 特征方程：Qn+1 = Sn + RnQn 约束条件：SnRn = 0 4工作波形举举例 5状态空翻 空翻现象应避免。 6电电路特点 电路较简单，状态易控制，变化有规律，但存在 空翻现象及状态不定情况。 10.1.3 主从RS触发器 1电路 由两个同步RS触发器( 一个作为主触发器，另一 个作为从触发器) 加一个 非门组成。 CP=1期间，主触发器可 以触发翻转，有确定的状 态。从触发器保持状态不 变。从而触发器状态不变 。不存在空翻问题。 2逻辑功能（工作情况） （1）在CP由0到1时刻（CP后沿），从触发器可以 触发翻转，状态由此时主触发器状态（即此时的R 、S）决定,逻辑状态与同步RS触发器相同。 （2）CP=0期间，主触发器保持状态不变，从而触 发器也保持状态不变。也不存在空翻问题。 3带预置端主从RS触发器 3带预置端主从RS触发器 置0端Rd和置1端Sd，用于设置触发器的初始状态 。 （1）置0：Rd = 0 ,Sd = 1 （利用低脉冲预置） （2）置1：Rd = 1 ,Sd = 0 （利用低脉冲预置） 初始态置好后，预置端均应保持高电平，否则 触发器一直处于预置的1态或0态而不能触发工作。 但仍存在状态不定的问题。 10.1.4 主从JK触发器 2逻辑功能（工作情况） CP=0状态不变，CP=1状态翻转（由此时J、K 决定）。电路属后沿触发。 J K 状 态 0 1 0 1 0 1 0 0 不 变 1 1 翻 转 解决了状态不定现象。 也有前沿翻转的JK触发器 。 3工作波形举例 也有前沿翻转的JK触发器 。 10.1.5 主从D触发器 属前沿触发工作方式。 D 状 态 0 0 1 1 10.1.6 T触发器 也称计数触发器。 逻辑关系：T来一个脉冲，输出翻 转一次。 有前沿、后沿两种触发工作方式。 T 状 态 0 不 变 1 翻 转 10.1.7 几种触发器的转换 1. JK触发器转成D触发器 1. JK触发发器转转成T触发发器 10.2.1 寄存器（Register） 用来存放数据。是计算机和其他数字系统中用 来存放代码或数据的部件。 触发器可存放1位二进制数，寄存器则是将多个 触发器联接起来，以存放多位二进制数据。因为计 算机等存储器内部存储的都是一系列二进制数 实为各种符号（如字母、数字、汉字等）的代码。 1寄存器的分类 根据工作情况，分为数码寄存器和移位寄存器两大 类。前者写入数据时多位数据同时存入寄存器，而后 者则可以一位一位存入，且数据可以左右移动。 寄存器工作时，数据可以串行写入（输入）/并 行写入，串行读出（输出）/并行读出。因此，寄存 器有并行输入并行输出、并行输入串行输出、串 行输入并行输出、串行输入串行输出四种等工作 方式。 2数码寄存器 四位数码寄存器由四个D触发器构成（也可由其他 触发器构成）。 待存数据自A3 A2 A1 A0 端写入，寄存控制端的高脉 冲控制寄存器完成寄存工作单拍寄存。 新数据寄存时。无论原寄存器中是否存有数据，新 数据均将其冲走。A3 A2 A1 A0撤去后，数据仍存储在 寄存器中，可由Q3Q2Q1Q0端读出所存储的数据。 这种工作方式属于并行输入并行输出方式。 4位集成寄存器 74LS175如图所示 ： 3移位寄存器 数据采用串行输入，用4拍来寄存。 （1）左移寄存器 首先清零。 4位待存数据由“串行输入”端分别做4次单数据输 入，每次输入进行一次寄存（共来4个高脉冲），则 该数据向左移动。共进行4次移位寄存（数据向左移 动4次），完成4位数据的寄存。 工作波形图： 读数时可采取并 行输出及串行输出两 种方式。 （2）右移寄存器 将左移寄存器反过来联接即可。 读数时同样可采取并行输出及串行输出两种方式。 （3）双向移位寄存器（可逆移位寄存器 ） 可方便地进行左移、右移及数码寄存（不移）工作。 S=0，为左移寄存方式，S=1，为右移寄存方式 。 （4）循环寄存器 有时要求在移位过程中数据不要丢失，仍然保持 在寄存器中，这只需将移位寄存器最高位的输出与最 低位的输入连起来即可，由此构成循环寄存器。 利用4位寄存器构成8位、16为、32位寄存器。 （4）寄存器有关问题 利用移位寄存器还可实现二进制数的乘除法运算 ：左移一次就对所存储数进行了一次乘2运算；右移 一次就对所存储数进行了一次除2运算； 计算机存储单元 英文字母等256个常用字符，每个字符占用1B （1个存储单元8位寄存器），1个汉字占用2B。 8位寄存器是各种计算机存储单元的一个基本单 位字节byte，也叫1个基本存储单元。还有较 大存储单 1byte=8bit 1K(Kilo)=1024byte 1M(Million)=1024K 1G(Giga)=1024M 注： 1024=210 计算机内部运算 计算机中的加、减、乘 、除等运算都是利用寄存 器、加法器等进行的。如 示意图。其中，减法实际 上是补码相加，而乘法则 是多次相加，除法则是多 次相减。 10.3 计数器 计数器是可以记录输入时钟脉冲的个数的电路。 计数器不仅可以计数，还可以计时、分频等。几乎 在所有数字电路中都要用到。 计数器由若干个触发器（多为JK触发器）构成。 1计数器分类 （1）按工作方式来分 同步计数器：所有触发器在时钟脉冲作用下同时 （同步）工作。 异步计数器：所有触发器在时钟脉冲作用下不同 时（异步）工作。 （2）按计数增减来分 加（法）计数器：计数逐渐递增。 减（法）计数器：计数逐渐递减。 （3）按计数进制来分 二进制计数器、十进制计数器、其他进制计数器。 2异步二进制计数器（模2 n ） （1）异步二进制加法计数器 工作情况： J0=K0=1、CP0=N，J1=K1=1、CP1=Q0，J2=K2=1、CP2=Q1 工作时首先必须清零。 由于Ji=Ki=1，FFi的状态在CPi的每一个后沿均 翻转。首先FF0工作，之后FF0引起FF1工作，再之后 FF1引起FF2工作，最后FF2引起FF3工作。属异步工 作方式。 工作波形图及工作状态表 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 8 0 0 0 9 0 0 1 N Q2 Q1 Q0 该计数器只能计8 （2 3）个数（07）， 且计数按加法进行。 属模2n计数器（模8）。 （2）异步二进制减法计数器 工作情况(工作时首先必须清零) 工作波形图及工作状态 表 J0=K0=1,CP0=N J1=K1=1,CP1=Q0 J2=K2=1,CP2=Q1 0 0 0 0 1 1 1 1 2 1 1 0 3 1 0 1 4 1 0 0 5 0 1 1 6 0 1 0 7 0 0 1 8 0 0 0 9 1 1 1 N Q2 Q1 Q0 该计数器只能计8 个数（模2n ），且计数 按减法进行。 （3）异步加减可逆计数器 控制端X=0为减法计数、X=1为加法计数。 3同步模2 n计数器 （1）同步模8加法计数器 J0=K0=1，CP0=N， J1=K1=Q0 ，CP1=N ， J2=K2=Q0Q1，CP2=N， 由于CP0=CP1=CP2 =CP3=N，则在计数脉冲 N后沿，所有触发器状态 均可能翻转，但FF0每次 都要翻转，FF1、FF2翻 转的条件是其所有低位 触发器的状态均位1态（ Q=1），使得J i =K i =1。 （1）同步模8加法计数器 工作波形图及计数状态表 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 8 0 0 0 9 0 0 1 N Q2 Q1 Q0 （3）同步加减可逆计数器 0 0 0 0 1 1 1 1 2 1 1 0 3 1 0 1 4 1 0 0 5 0 1 1 6 0 1 0 7 0 0 1 8 0 0 0 9 1 1 1 N Q2 Q1 Q0 （2）同步模8减法计数器 X=1，为加法计数器，X=0，为减法计数器。 4模非2 n计数器 该计数器为同步模非2n （模5）加法计数器。 N Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 0 0 0 5十进制计数器 也属于模非2n 计数器,不过所计数是10个 8421BCD码故称为十进制计数器。 （1）同步十进制加计数器 J0=K0=1 J1=Q0 Q3 K1=Q0 J2=K2=Q0Q1 J3=Q0Q1Q2 K3=Q0 CP0=CP1=CP2=CP3=N 那么，FF0在N后沿每次都翻转，FF1在N的后沿 受Q0Q3 、Q0控制，FF2在N的后沿受Q0Q1控制，FF3在N 的后沿受Q0Q1Q2 、Q0控制。 工作波形图及计数状态表 0 0 0 0 0 N Q2 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 0 0 0 0 11 0 0 0 1 FF0在N后沿每次都翻转，FF1在Q0的后沿Q3=0时 翻转、Q3=1时状态为0，FF2在Q1的后沿每次都翻转 ，FF3在Q0的后沿Q1Q2=1时翻转、Q1Q2=0时状态为0。 工作波形图及计