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第21章 触发器和时序逻辑电路,授课老师：蒙自明（物理与光电工程学院） Email: Code:cheliang10,回顾,Y=A B C,逻辑表达式：,逻辑表达式：Y=A,逻辑函数 表示方法,逻辑表达式,逻辑状态表 （状态表、真值表）,逻辑图（逻辑符号构成的电路图）,逻辑运算的基本法则,组合逻辑电路的分析与设计,8421BCD码编码表,74LS139译码器功能表,21.1 双稳态触发器,21.2 寄存器,21.3 计数器,21.1 双稳态触发器,21.2 寄存器,21.3 计数器,触发器,触发器(flip-flop )由门电路构成，是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种具有记忆功能，能储存1位二进制信息的逻辑电路。,触发器的特点：,具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态； 在输入信号作用下，可以被置成“0”态或“1”状态； 当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。,一、电路结构和逻辑符号,1 基本RS触发器,由两个与非门的输入端、输出端交叉连接构成。(反馈),信号输入端，低电平有效。,1,0,0,1,0 1,0,二、工作原理,1 基本RS触发器,0,1,1,0,1 0,1,1 基本RS触发器,1,1,1,0,1 1,保持,1,0,1 基本RS触发器,0,0,1,1,0 0,不定,？,1 基本RS触发器,1.状态转移真值表,1 基本RS触发器,三、基本RS触发器的功能描述,将触发器的次态Qn+1与现态Qn，以及输入信号之间的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表，简称状态表或真值表。,基本RS触发器状态真值表,简化真值表,次态Qn+1的卡诺图,1 基本RS触发器,2.特征方程,描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程，又称状态方程或次态方程。,描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态转移图，简称状态图。,0,1,1 基本RS触发器,3.状态转移图（状态图）,RD=1 SD=1,圆圈表状态,箭头表转移方向,标注表转移条件,RD=1 SD=1,Q,置1,置0,置1,置1,置1,保持,不允许,1 基本RS触发器,工作波形图又称为时序图，是描述触发器的输出状态随时间和输入信号变化的规律的图形。,4.波形图,2 可控（同步（钟控） ）RS触发器,一、电路结构和逻辑符号,所谓同步触发器就是要求只有在同步信号到达时，触发器的状态才能发生变化。而这个同步信号叫做时钟信号（时钟脉冲），用CP表示。,二、工作原理,电平触发方式(上升沿触发),三、功能描述,1.特征方程（CP1时）,2.状态真值表（CP1时）,2 可控（同步（钟控） ）RS触发器,不变,不变,不变,不变,不变,不变,置1,置0,置1,置0,不变,3.状态转移图（CP=1）,4.波形图（设初态为0）,2 可控（同步（钟控） ）RS触发器,四、同步RS触发器存在的问题空翻现象,在一个时钟脉冲周期（CP=1）中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。,由于在CP=1期间，G3、G4门为“开门”，都能接收R、S信号。所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。,为避免计数混乱，要求每来一个CP脉冲，触发器只发生一次翻转。,2 可控（同步（钟控） ）RS触发器,边沿触发方式的触发器有两种类型：一种是维持阻塞式触发器，它是利用直流反馈来维持翻转后的新状态，阻塞触发器在同一时钟内再次产生翻转；另一种是边沿触发器，它是利用触发器内部逻辑门之间延迟时间的不同，使触发器只在约定时钟跳变时才接收输入信号。,3 边沿触发器,同时具备以下条件的触发器称为边沿触发器：, 触发器仅在CP某一约定跳变沿到来时，才接收输入信号；, 在CP=0或CP=1期间，输入信号的变化不会引起触发器输出状态变化。,优点：不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰能力。,3 边沿触发器,一、维持阻塞式D触发器,1.电路结构和逻辑符号,3 边沿触发器,2.工作原理,0,1,1,D,1,D,D触发器的特征方程为：,即D触发器的输出状态仅在CP的上升沿发生变化，且由CP上升沿到达前瞬间输入信号D的值决定。,3 边沿触发器,3. 维持、阻塞线的作用,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,置“1”,有效防止了“空翻”，且抗干扰能力强。,3 边沿触发器,4. 功能描述,状态真值表,状态转移表,波形图,Q,1）触发器的触发翻转仅发生在CP的上升沿。 2）判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端D的状态。,设初态Q=0,21.1.2 主从JK触发器,1.电路结构,从触发器,主触发器,反馈线,2. 工作原理,主触发器打开,主触发器状态由J、K决定，接收信号并暂存。,从触发器封锁,从触发器状态保持不变。,CP,CP,状态保持不变,从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。,从触发器打开,主触发器封锁,CP,CP高电平时触发器接收信号并暂存 (即主触发器状态由 J、K决定，从触发器状态保持不变）。,要求CP高电平期间J、K的状态保持不变。,CP低电平时, 主触发器封锁, J、K不起作用,0,1,CP,3. JK触发器的逻辑功能,Qn,1,0 0,1 1,1 0,0,0 1,CP高电平时，主触发器状态由J、K决定，从触发器状态不变。,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),C下降沿触发翻转,例：JK 触发器工作波形,3. 将 D 触发器转换为 T触发器,触发器仅具有计数功能,即要求来一个CP， 触发器就翻转一次。,21.1.4 触发器逻辑功能的转换,21.3 计数器,计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。,21.3.1 二进制计数器,按二进制的规律累计脉冲个数，它也是构成其它进制计数器的基础。要构成 n位二进制计数器，需用 n个具有计数功能的触发器。,1. 异步二进制加法计数器,异步计数器：计数脉冲C不是同时加到各位触发器。最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在前级触发器翻转后,后级触发器才能翻转。,二 进 制 数 Q2 Q1 Q0,0 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,脉冲数 (CP),二进制加法计数器状态表,从状态表可看出： 最低位触发器来 一个脉冲就翻转 一次，每个触发 器由 1变为 0 时， 要产生进位信号, 这