触发器及时序逻辑电路.ppt

1 触发器及时序逻辑电路 2 触发器及时序逻辑电路 11.1 RS触发器 11.2 JK触发器 11.3 D触发器 11.4 触发器功能的转换 11.5 寄存器 11.6 计数器 11.7 集成计数器 3 学完本章应掌握以下问题： 逻辑符号 RDSD C Q KJ 1. 触发器的输出随输入如何变化？ 2. 触发器的输出在何时变化？ 3. 触发器的初始状态如何设定？ 牢记 R-S、 JK 、D 及T 和T触发器的真值表 。 上升沿触发还是下降沿触发？ 直接置位端和直接复位端。 不需要掌握触发器的内部电路结构和原理。 4 概述 触发器的功能：形象地说， 它具有“一触即发”的功能。在输 入信号的作用下，它能够从一种稳态 ( 0 或 1 )转变到 另一种稳态 ( 1 或 0 )。 触发器的特点：有记忆功能的逻辑部件。输出状态不只与现时 的输入有关，还与原来的输出状态有关。 触发器的分类： 按功能分：有RS 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 。 5 两个输入端 11.1 RS触发器 &G 1 &G 2 反馈 两个输出端 一、基本 RS 触发器 反馈 正是由于引入反馈，才使电路 具有记忆功能 ! 输入有4 种情况 ： 输出Q和Q互为相反逻辑 所以只有两种状态 ： “0”态 Q=0 Q=1 “1”态 Q=1 Q=0 # 0 0 1 1 1 0 0 1 RD SD 6 输入RD=0, SD=1时 若原状态为“0”态 ： 1 1 0 0 1 01 0 输出仍保持“0”态 ： &a&b 若原态为“1”态 ： 0 1 1 1 1 01 0 输出变为“0”态 ： 置“0”！ &a&b Q=0 Q=1 Q=0 Q=1 Q=0 Q=1 Q=1 Q=0 # 11.1 见仿真分析 7 输入RD=1, SD=0时 若原状态： 10 101 0 0 1 输出变为： &a&b 若原状态： 0 0 1 1 0 10 1 输出保持： &a&b 置“1” ！ 11.1 8 输入RD=1, SD=1时 若原状态： 10 1 1 1 0 0 1 输出保持原状态： 若原状态： 01 110 1 1 0 输出保持原状态： &a&b &a&b 保持！ 11.1 9 输入RD=0, SD=0时 00 11 输出：全是1 注意：当RD、SD同时由0变为1时 ，翻转快的门输出变为0，另一个 不得翻转。因此，该状态为不定 状态。 &a&b 基本触发器的功能表 复位端置位端 逻辑符号 Q 保持原状态 0 1 1 0 不定状态 1 1 0 1 1 0 0 0 RD SD 11.1 10 QQ RDSD a b RDSD 二、同步RS 触发器 c d RS CP “ 同步 ”的含义：RS 触发器的动作与时钟CP同步。 直接清零端直接置位端 输出端 输入端 11.1 RS触发器 直接清零端 置位端的处理 平时常 为 1 平时常 为 1 11.1 RDSD RSC Q 11 CP=0时 0 11 触发器保持原态 CP=1时 &a&b &c&d CP 11 1 &a&b &c&d CP 11 11.1 12 同步RS 触发器的功能表简化的功能表 Qn+1 为新状态， Qn 为原状态 逻 辑 符 号 RDSD RSC Q 基本触发器的功能表 Q 保持原状态 0 1 1 0 不定状态 1 1 0 1 1 0 0 0 RD SD 11.1 13 CP1时：主触发器打开，从触发器封锁三、主从RS 触发器 CP0时：主触发器封锁，从触发器打开 动作特点：时钟下降沿触发 F主 F从 Q Q R2S2 C CP QQ Q Q R1S1 C CP 11.1 RS触发器 RDSDC Q R S 功能表 逻辑符号 11.1 14 11.2 JK触发器 逻辑符号 RDSD C Q KJ 功能表 该触发器带有直接置位复位端 下降沿触发 例1：画出主从 JK 触发器输出端波形图 CP J K Q 15 JK触发器的时序图 JQ CP K J Q 保持T 16 11.3 D触发器 功能表 例：画出D触发器的输出波形。 CP D Q 逻辑符号 RDSD D C Q 该触发器带有直接置位复位端 上升沿触发 见仿真分析 17 11.4 触发器功能的转换 一、T 触发器 功能：每来一个脉冲，输出状态 翻转一次，也叫计数器 Q Q RSC CP QQ 功能表 RDSD C Q T 逻辑符号: 二、T 触发器 CP Q T T 触发器的 时序波形 T 和T触发器 18 J K Q Q CP Q2 J K Q Q CP Q1 CP 例2：假设初始状态 Q n = 0 ，画出Q1和Q2 的波形图 Q1 Q2 看懂逻辑符号 ； 熟练使用功能表 。 19 RDSD C Q KJ 常用“专业术语”介绍 数据锁定：触发器的输出状态固定不变， 这就称作“数据锁定”。它相当 于“保持”功能。 清零：使 RD= 0，输出端Q置0 预置：使 SD = 0，输出端Q置1。 20 11-1 对于基本RS 触发器，若输入波形如下，试分别画出原 态为0 和原态为1 对应时刻的Q 端和Q 端波形 t SD t RD Q Q 原态为0 0 1 原态为1 Q Q 1 0 21 11-2 试分析图示逻辑电路的功能，说明它是什么类型的触发 器，画出它的逻辑符号。 1 1 功能表 Qn+1 0 0 不定 1 1 1 0 不定 Qn QnRDSD 00 01 10 11 0 0 0 0 01 110 111 00 1 1 根据功能表，此为RS 触发器 逻辑符号 DRDS # 22 Q # 11-4 主从型RS 触发器各输入信号如下图所示，试画出 Q 端 和Q 端的波形。 RD CP S R Q 23 11-5 在下图所示输入信号激励下，试分别画出TTL主从型 和CMOS边沿型JK 触发器Q 端的波形，（触发器原态为 0） CP J K TTL主从型 CMOS边沿型 Q Q # 24 11-6 在下图所示输入信号激励下，试画出D 触发器Q 端的 波形，（触发器原态为 0）。 # CP D Q 25 11-7 两个触发器的特性表如下表所示， 试 说明表中各项操作 的含义，并指出 它们各是什么类型的触发器。 输 入输 出 CPADR DS Qn+1 Qn+1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 Qn Qn 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 遇上升沿，D = 0 时， Qn+1=0 遇上升沿，D = 1 时， Qn+1=1 遇下降沿，D 无论什么， Qn+1不变 无论其它输入如何, 只要RD=1, Qn+1=0 无论其它输入如何, 只要SD=1, Qn+1=1 当RD、 SD 同时为1, 逻辑关系混乱 逻辑符号 RDSD D C Q D触发器，上升沿触发，置位、复位端高电平有效 26 11-10 判断图示电路是什么功能的触发器，并写出其特性方程 1 & & 1 J K CP A Q Q AQ AQ +AQ AQ A Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1 Qn （J=K ） +AQ AQ 00 11 10 01 可以看出，输出总是与输入 A 相同，显然是D 触发器 逻辑 符号 D C Q #特性方程：Qn+1=A 27 11-11 试画出 Q1 与Q2 端的波形。 从图中可看出：D1=Q2 ，D2 =Q1 RD AB R Q1Q1 D Q2Q2 D R A B Q1 Q2 28 J K Q Q CP Q2 J K Q Q CP Q1 CP 例2：假设初始状态 Q n = 0 ，画出Q1和Q2 的波形图。 Q1 Q2 看懂逻辑符号 ； 熟练使用功能表 。 29 复位端 置位端 RDSD RSC Q Q 保持原状态 0 1 1 0 不定状态 1 1 0 1 1 0 0 0 RD SD 简化的功能表 1. 基本 RS 触发器 2.同步RS 触发器 30 逻辑符号 RDSD C Q KJ 功能表 RDSD D C Q 4.D触发器 3.JK触发器 31 5.T 触发器 6.T 触发器 Q K J CP T Q K J CP 1 T为0时，保持； T为1时，状态翻转 计数功能 7.D 触发器 Q K J CP D 1 32 11.5 寄存器 11.6 计数器 11.7 脉冲分配器 时序逻辑电路 时序电路的特点：具有记忆功能。 时序电路的基本单元：触发器。 33 11.5.1 数码寄存器 11.5 寄存器 34 8位三态输出数码寄存器T3374 35 11.5.2 移位寄存器 36 11.5 寄存器 11.6 计数器 11.7 脉冲分配器 时序逻辑电路 作为重点！ 37 Q0Q1Q2 CP 11.6 计数器 一、计数器功能的分析 Q2 CP Q1 Q0 RD CP Q2 Q1 Q0 对应十 进制数 状态转换表 波形图： 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 2 0 1 0 2 3 0 1 1 3 4 1 0 0 4 5 1 0 1 5 6 1 1 0 6 7 1 1 1 7 8 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 通过分析可知该计数器为： 8 进制异步加法计数器 如何知道是异步？脉冲不同时作用于各触发器， 所以是 异步方式 工作。 如何知道是几进制？ 看图 ： 看表：到几归 0 就是几进制！ 如何知道是加法还是减法？看表：对应十进制数是递增的是加法！ 第一个脉冲过后 例1 38 11.6 计数器 一、计数器功能的分析 Q1 Q0 状态转换表： 波形图 ： 0 0 0 0 1 1 1 3 2 1 0 2 3 0 1 1 4 0 0 0 5 1 1 3 CP1 2 3 4 5 通过分析可知该计数器为： 4 进制异步减法计数器 CP Q1 Q0 对应十 进制数 Q0 CP RD Q1Q0 例2 异步计数器的特点：在异步计数器内部，触发器的 触发信号不完全一样，即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 ”。 39 计数 脉冲 1. 写出控制端的逻辑表达式 J2 = Q1Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ，K0 1 分析步骤： （法一） Q2 Q2J2 K2Q1 Q1J1 K1Q0 Q0J0 K0 CP 11.6 计数器 一、计数器功能分析例3 2. 写出各触发器的状态方程 逢CP（ ）逢Q 0 （ ） 逢CP（ ） 逢CP（ ）逢Q 0 （ ）逢CP （ ） 3. 填写 状态转换表 Q1Q2Q1Q0 0 0 0 0 0 1 0 Q2Q0 0 1 1 2 0 0 1 2 3 0 1 1 3 4 1 0 0 4 5 0 0 0 0 5 进制异步加法计数器 CP Q2 Q1 Q0 十进制数 40 Q2 Q2J2 K2Q1 Q1J1 K1Q0 Q0J0 K0 CP 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 5 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1. 写出控制端的逻辑表达式 分析步骤： （法二）例3 J2 = Q1Q0 , K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ，K0 1 2. 填写 状态转换表 1010 01 02 3011 4100 0 1 2 3 4 0 CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2= J1 = K1= J0= K0 = Q1Q0 1 1 1 1 Q2 十进制数 5 进制异步加法计数器 41 Q2 Q2J2 K2Q1 Q1J1 K1Q0 Q0J0 K0 & CP 分析步骤：例4 2. 填写 状态转换表 1. 写出控制端的表达式 J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 CP Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J01 K01 Q1Q0Q1Q0Q0Q0 十进制数 001 010 011 001 110 110 111 000 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 8 进制同步加法计数器 42 计数器功能分析总结 异步方式：波形图状态表 同步方式：控制端方程状态表 混合方式：状态方程控制端方程状态表 Q2 Q 2 J2 K2Q1 Q1J1 K1Q0 Q0J0 K0 CP CP Q2 Q2J2 K2Q1 Q1J1 K1Q0 Q0J0 K0 & CP 43 11.6.2 中规模集成计数器 1、 4位二进制同步计数器T1161（74163） 44 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 用T1161构成任意进制计数器 1） 复位法 例1 用T 1161构成 M=12 进制计数器。 解 12 对应的二进制码为QD QC QB QA=1100用此码给计数器复位 “1” “1” “1” 脉冲输入端 12 进制计数器 利用Cr 端 45 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 10 进制 7 进制 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 0111 1010 1）复位法 1）复位法 例2 例3 46 用T1161构成任意进制计数器 2） 置数法状态译码置数法 例4 用T 1161构成 M=12 进制计数器。 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 解 ： 当输出为“M-1”即1011时，应送出一个有效置位信号，一旦 第M个脉冲一到，计数器被置成0 0 0 0。 利用LD端 12 进制 对M-1译码 47 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 9进制 状态译码置数法 例5 例6 6进制 状态译码置数法 M-1=8=1000 M-1=5=0101 48 9进制 进位输出置数法 例8 预置数0111 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 1 6进制 进位输出置数法 例9 预置数1010 A B C D P CP LDCr QCC QA QB QC QD T T 1161 “1” “1” “1” 脉冲输入端 1 49 T 1161 计数器构成法小结 1. 复 位 法 对M 译码 利用Cr 端并另加与非门 无预置数 2. 状态译码置数法 对M-1 译码 利用LD端并另加与非门 预置数0 0 0 0 3. 进位输出置数法 利用LD和QCC端并另加非门 预置数16 M 置数法 50 2 二-五十进制异步计数器T4290 11.6.2 中规模集成计数器 51 S9(1) S9(2) RD(1) RD(2) CP1 CP0 Q3 Q2 Q1 Q0 T 42