电子技术PPT电子课件教案-第21章 时序逻辑电路.ppt

第21章时序逻辑电路,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,第21章时序逻辑电路,课堂讨论,下一章,上一章,21.1RS触发器,21.2JK触发器,12.5寄存器,12.6计数器,12.7集成定时器,21.3D触发器,21.4触发器逻辑功能的转换,返回主页,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.1RS触发器,第21章时序逻辑电路,触发器具有记忆能力的基本单元电路。触发器按逻辑功能分类RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器触发器按触发方式分类电平触发、主从触发、边沿触发触发器按输出状态分类双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器。,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,逻辑状态相反,一、基本RS触发器,21.1RS触发器,触发器的状态：,规定:Q端的状态为触发器的状态。,Q,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,11011000,01010101,0,1,0,0,1,Qn,1,0,Q,1,1,1.逻辑功能分析,1,0,0,1,1,0,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,1,0,0,1,0,1.逻辑功能分析,0,1,1,0,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,0,0,0,1,1,0,1.逻辑功能分析,1,0,1,0,1,1,0,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,1,1,1,0,1,1,1.逻辑功能分析,0,1,1,1,0,0,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,1,0,1,1,1,1,0,1,1.逻辑功能分析,1,0,1,0,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,RS,QnQn+1,1,1,0,1,0,1.逻辑功能分析,0,1,1,1,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,RS,QnQn+1,1,1,1,0,0,1.逻辑功能分析,1,0,1,1,不定,破坏了逻辑状态！,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,10,01,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,低电平有效!,真值表,3.逻辑符号,逻辑符号,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,11,01,10,00,10,11,01,00,11,11,例21.1根据输入波形画输出波形。设Qn=1。,初始状态,不定状态,不定状态,不定状态,不定不定,21.1RS触发器,解：,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、钟控RS触发器,1.电路结构,时钟脉冲,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,21.1RS触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,2.逻辑功能分析,(1)CP=0时Qn+1=Qn,1,21.1RS触发器,(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,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,2.逻辑功能分析,(1)CP=0时Qn+1=Qn,1,21.1RS触发器,(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。,Qn1,1,0,0,1,置1,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,2.逻辑功能分析,(1)CP=0时Qn+1=Qn,1,21.1RS触发器,(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。,Qn10,0,1,1,0,置0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,2.逻辑功能分析,(1)CP=0时Qn+1=Qn,1,21.1RS触发器,(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。,Qn10不定,1,1,0,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,21.1RS触发器,低电平触发,高电平有效。高电平触发。,电平触发,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.2已知高电平触发RS触发器的CP、R和S的波形，且Qn0，画出其Q端的波形。,Q,空翻,21.1RS触发器,翻转了一次以上,解：,Qn,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.2JK触发器,一、触发器的构成,第21章时序逻辑电路,主触发器：,R=KQn,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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。,21.2JK触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,21.2JK触发器,0,0,0,0,保持原态,保持原态,1,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,二、逻辑功能分析,Qn,21.2JK触发器,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0,01,01,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,二、逻辑功能分析,Qn0,21.2JK触发器,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0,01,翻转为0,01,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,二、逻辑功能分析,Qn0,21.2JK触发器,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1,10,翻转为1,10,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、逻辑功能分析,Qn01,21.2JK触发器,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1,10,0,保持1,10,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,二、逻辑功能分析,Qn01,21.2JK触发器,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1,10,翻转为1,10,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,二、逻辑功能分析,Qn01,21.2JK触发器,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0,01,翻转为0,01,真值表,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,三、触发方式,1.后沿主从触发CP=1时主触发器接收信号，从触发器关闭。CP=0时主触发器关闭，从触发器接收主触发器的信号。2.前沿主从触发CP=0时主触发器接收信号，从触发器关闭。CP=1时主触发器关闭，从触发器接收主触发器的信号。,21.2JK触发器,主从触发,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,三、触发方式,后沿主从触发,前沿主从触发,21.2JK触发器,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,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,Qn,例21.3已知后沿主从触发JK触发器的CP、J、K波形，且Qn0，画出触发器Q端的波形。,J,K,11,01,CP,1234,10,00,21.2JK触发器,解：,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.4已知后沿主从触发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,计数状态,累加1分频,fifo,fi=1000Hzfo=500Hz（举例）,fo=fi2,CP,12345678,21.2JK触发器,解：,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.3D触发器,一、触发器的构成,第21章时序逻辑电路,置0阻塞线,置1阻塞线,置0维持线,置1维持线,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、逻辑功能分析,设2.当CP由0变1时门3和门4打开Q=D3.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,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、逻辑功能分析,设2.当CP由0变1时门3和门4打开Q=D3.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。,1,0,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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=D3.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。,1,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,真值表,01,4.逻辑功能,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,Qn,例21.5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,21.3D触发器,解：,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.6四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其他按钮再按下时不起作用。,解：采用74LS175集成芯片。,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,时钟,清零,公用清零,公用时钟,74LS175片管脚图,DIP16,21.3D触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0000,1,清零,赛前先清零,21.3D触发器,+U,1D2D3D4DUCC,CP,1Q2Q3Q4Q,与门打开,发光二极管不亮,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,000,1,清零,赛前先清零,21.3D触发器,+U,1D2D3D4DUCC,CP,1Q2Q3Q4Q,与门打开,发光二极管不亮,1,1,0,0,与门关闭,1,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.4触发器逻辑功能的转换,一、T触发器,第21章时序逻辑电路,1.T触发器的逻辑功能,真值表,Qn,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.4触发器逻辑功能的转换,2.JK触发器转换成T触发器,J=K=,01,Qn+1=Qn,主从型T触发器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,3.D触发器转换成T触发器,边沿触发T触发器,21.4触发器逻辑功能的转换,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、JK触发器转换成D触发器,主从D触发器,21.4触发器逻辑功能的转换,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,三、D触发器转换成JK触发器,边沿触发JK触发器,21.4触发器逻辑功能的转换,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.5寄存器,寄存器,数码寄存器移位寄存器,串行输入/输出并行输入/输出,寄存器存取数码的方式,第21章时序逻辑电路,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,取出指令,一、数码寄存器,21.5寄存器,清零指令,寄存指令,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,一、数码寄存器,21.5寄存器,清零指令,0,0,0,0,1,1,0,1,寄存指令,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,取出指令,一、数码寄存器,21.5寄存器,1,1,0,1,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,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,1101,1011,1101,1101,0000,1101,10001111,11010000,1101,01101000,100111000,010011100,001001110,1101,100011110,010001111,1,右移一位,1,0,1,21.5寄存器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,数码取出端,1.四位右移寄存器,清零,移位,1101,1,0,1,1,0,0,0,0,21.5寄存器,0,0,0,0,(1)数码寄存过程,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,1101,0,1,1,1,0,0,0,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,1,0,0,0,(1)数码寄存过程,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,1101,1,1,0,1,0,0,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,0,1,0,0,(1)数码寄存过程,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,1101,1,1,0,1,0,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,0,1,1,(1)数码寄存过程,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,1101,0,串行输出,并行输出,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,0,0,0,(2)数码输出过程,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,1,0,串行输出,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,1,0,1,(2)数码输出过程,移出一位,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,0,0,串行输出,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,1,1,0,(2)数码输出过程,移出二位,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,0,0,串行输出,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,0,1,1,(2)数码输出过程,移出三位,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,数码存入端,清零,移位,0,0,串行输出,1.四位右移寄存器,21.5寄存器,0,0,1,(2)数码输出过程,移出四位,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,000010000100101011010110001100010000,清零（初态）存入第一位存入第二位存入第三位存入第四位取出第一位取出第二位取出第三位取出第四位,010110000,2.四位右移寄存器的状态表,21.5寄存器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,3.四位右移寄存器波形图（时序图）,D4Q4Q3Q2Q1,10110000,1101,21.5寄存器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.6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、计数器的分类,第21章时序逻辑电路,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0000000100100011010001010110011110001001,0123456789,151111160000,.,1.二进制加法计数器,二、二进制计数器,21.6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。,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,FF3FF2FF1FF0,=1,0,=1,0,0,0,清零,1,1,第1次触发,0,0,0,1.二进制加法计数器,21.6计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,0,0,FF3FF2FF1FF0,=1,0,=1,0,0,1,1,1,第2次触发,0,0,21.6计数器,1.二进制加法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,1,0,1,FF3FF2FF1FF0,=1,0,=1,0,0,第3次触发,1,0,21.6计数器,1.二进制加法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,1,1,FF3FF2FF1FF0,=1,0,=1,0,1,第4次触发,1,0,0,0,0,1,1,0,21.6计数器,1.二进制加法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,0,0,1,1,FF3FF2FF1FF0,=1,0,=1,1,1,第7次触发后,1,1,第8次触发,0,0,0,1,21.6计数器,1.二进制加法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0,0,0,1,1,FF3FF2FF1FF0,=1,=1,1,1,第15次触发后,1,1,第16次触发,0,0,0,0,1,异步二进制加法计数器,21.6计数器,1.二进制加法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,Q0Q1Q2Q3,0010,CP,12345678910111213141516,0001,1111,十六分频,四分频,八分频,2.二进制加法计数器的波形（时序图）,21.6计数器,二分频,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,111111101101110010111010100110000111011000001111,21.6计数器,3.二进制减法计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,三、十进制计数器,0123456789进位,00000001001000110100010101100111100010010000,012345678910,BCD码,21.6计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,J0K01,1,J2K2Q1Q0J3Q2Q1Q0，K3Q0,1.同步十进制加法计数器,21.6计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,J0K01,1,J2K2Q1Q0J3Q2Q1Q0，K3Q0,1.同步十进制加法计数器,21.6计数器,验证几个状态：Q3Q2Q1Q0=0111时,0,1,1,1,11,11,11,1,0,0,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,J0K01,1,J2K2Q1Q0J3Q2Q1Q0，K3Q0,1.同步十进制加法计数器,21.6计数器,1,0,0,0,00,00,00,1,0,0,1,验证几个状态：Q3Q2Q1Q0=0111时Q3Q2Q1Q0=1000时,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,J0K01,1,J2K2Q1Q0J3Q2Q1Q0，K3Q0,1.同步十进制加法计数器,21.6计数器,1,0,0,1,01,00,01,0,0,0,0,验证几个状态：Q3Q2Q1Q0=0111时Q3Q2Q1Q0=1000时Q3Q2Q1Q0=1001时,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,十分频,五分频,十分频,二分频,2.十进制加法计数器波形（时序图）,21.6计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.6计数器,3.4518集成十进制计数器,10,清零,计数,1,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0000,Q0Q1Q2Q3,21.6计数器,4518的时序图（之一）,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,0000,Q0Q1Q2Q3,21.6计数器,4518的时序图（之二）,CLK?EN?,进位?,进位?,EN,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,四、任意进制计数器,例21.7100进制计数器。,1001,0000,0001,21.6计数器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,进位,CLK,反馈清零,例21.8试用4518设计一个60进制计数器。,0110,0000,0000,练习题：试设计一个24进制计数器。,21.6计数器,0000,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.9分析图示电路的逻辑功能。,1,J1=1K1=1,J2=Q1Q0K2=1,21.6计数器,1,1,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,012345,000,111111,1,0,1,00,1,0,0,1,0,1,0,1,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,0,该电路为五进制加法计数器。,111111111111,111111,21.6计数器,解：,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.6计数器,例21.10分析图示电路的逻辑功能。,解：,D0=Q4，D1=Q0D2=Q1，D3=Q2D4=Q3,000010001000100010001000000001,设电路的初态为00001。,该电路为环形计数器。,初态,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.6计数器,电路的波形图,10000,CP,12345678,01000,00100,00010,00001,10000,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,21.7集成定时器,一、555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,输出端,复位端,第21章时序逻辑电路,UDDDTHCO,GTLUoRD,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,IN,OUT,Q=0,MOS管导通。,Q=1,MOS管截止。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,解：当ToC,R1,U6、U2,Uo=0,例21.11温控电路。分析工作过程。,切断加热器。,当ToC,R1,U6、U2,Uo=1,接通加热器。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,二、单稳态触发器,只有一个稳态的触发器。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。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,无输入信号(ui=1)时的状态？,设Q=1,Q=0,7端接通，C放电,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（保持）,7端接地，C不能充电，,触发器的稳态为:uo=Q=0,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,t=0t1时，无输入:,t1t2,uo=0（稳态）。,t=t1t2时，输入触发脉冲ui:,uo=1,C充电:,uC=u6,tt2时，ui消失，,，uo=Q=1,C充电。,21.7集成定时器,输入信号时ui=0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,tt3时，,t1t2,uo=0,t3,C放电，,uo=0（维持）。,暂稳态,tW=tln3=1.1RC,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.12单稳态触发器的应用之一。,照明定时电路。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.13单稳态触发器的应用之二。,洗相曝光定时电路。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,三、无稳态触发器,（多谐振荡器）,设uo=1,7端断开,uo=0,7端接通，C放电,C充电,u6=u2=uC,uo=1,u6=u2=uC,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,t1,t2,t3,T=tW1+tW2=0.7(R1+2R2)C,三、无稳态触发器,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.14无稳态触发器的应用之一简易电子琴电路。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.14无稳态触发器的应用之一简易电子琴电路。,21.7集成定时器,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.15分析图示电路的功能。,防盗报警电路。,21.7集成定时器,易断导电细丝,0,LFChun制作,大连理工大学电气工程系,例21.16分析图示电路的功能。,“叮咚”电子门铃。,21.7集成定时器,分析：S长时断开时，u4=0，