第四章-触发器和定时器.ppt

1,4-1导论,触发器的功能,触发器是数字时序逻辑电路的基本单元电路。它是由门电路构成的，且具有记忆功能，能够存储1位二值信号。,触发器的特点,具有两个能自行保持的稳定状态0状态和1状态。用来表示二进制的0和1。,触发器的现态和次态,触发器接收输入信号之前的状态叫做现态，用Qn表示。触发器接收输入信号之后的状态叫做次态，用Qn+1表示。,2,Qn=0,则：,Qn+1=0,Qn=1,Qn+1=1,4-2基本RS触发器,3,功能表,逻辑符号,时序图,注意：,4,应用,防抖开关,理想波形,实际波形,5,4-3同步RS触发器,电平触发：在控制电平CP的控制下接收数据。,CP0，不接收外部输入由于交叉耦合的作用，保持原有状态。,当CP1时，其输出状态由R、S端的输入信号决定。,6,1、逻辑关系,功能表,逻辑符号,7,同步RS与基本RS触发器比较,同步RS触发器增加了控制端CP。,CP=0时，保持触发器稳定状态不被破坏。,在CP=1且RS=“11”时,同样存在不定状态。,8,2、触发器功能的几种表示方法,(1)时序图,9,波形分析1,10,波形分析2,不定,11,（2）特征方程,01,00,11,RS=0,(CP=1),（3）状态转换图,状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。,S=R=0,S=0R=,S=1R=0,S=0R=1,12,RS触发器存在的问题空翻,有效翻转,空翻,在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。,13,边沿触发器维持阻塞D,(一)正边沿触发的D触发器,结构,工作原理,1、D=1时：,若CP=0，,若CP从01，,1,0,0,1,1,1,1,0,1,门3、4封锁，,Qn+1=Qn,门3、4打开，,Qn+1=1,能否发生空翻？,置1维持线,置0阻塞线,14,2、D=0时：,0,1,若CP=0，,若CP从01，,门3、4封锁，,Qn+1=Qn,门3、4打开，,Qn+1=0,1,1,1,1,1,0,0,0,置0维持线,特点,1.CP正跳变时，才接受输入数据。,2.CP1及CP0期间，输入数据变化不会影响触发器状态。,15,D触发器的直接(异步)置0、置1功能,16,D触发器的直接(异步)置0、置1功能,Qn+1,17,集成D触发器,18,D触发器应用,【例】,分析下面组合电路的逻辑功能。,四人抢答器,19,比较：同步D触发器（锁存器）,如何消除R-S触发器的不定状态？,R-S电位型触发器的输入由R，S双端输入改为单端输入，就不会出现不定状态了！,功能表(CP=1),00,11,20,电位触发D触发器,功能表(CP=1),00,11,逻辑符号,特征方程,Qn+1=D(CP=1),状态转换图,21,时序图,当CP1时，QD;也就是Q接收D的输入。因此,CP1“电位”一到，触发器就接收数据，叫“电位触发器”，也叫“锁存器”。,22,两种基本触发器的应用比较,F0F1F2F3,CP,四位锁存器,四位D触发器,23,两种基本触发器的应用比较,24,电位型只能当作寄存器,25,正边沿D触发器可以用作移位寄存器,1,1,0,0,右移移位寄存器,000,1,1,00,2,110,3,011,锁存器不能作为移位寄存器,26,正边沿D触发器可以用作计数器,Q0Q1Q2,000,100,110,111,011,001,同步六进制计数器,27,4-5边沿JK触发器,1.分析结构和工作原理,28,4-5主从式边沿JK触发器,同步RS触发器的缺点：使用时有约束条件RS=0。,1电路结构,为此，将触发器的两个互补的输出端信号通过两根反馈线分别引到输入端的G7、G8门，这样，就构成了JK触发器。,从触发器,主触发器,CP=0时，主触发器不工作，从触发器接收住触发器的值；CP=1时，主触发器工作，接受JK的值，从触发器不工作；CP由1到0时，,29,2逻辑功能,(1）功能表：,（2）特性方程：,30,3.逻辑符号,(a)上升边沿(b)下降边沿,31,4.状态转换图和时序图,例1已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为0）。,32,例2已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为0）。,在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）（2）判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态。,33,2.集成负边沿JK触发器,74LS73/双下降沿JK触发器,74LS109/双上升沿JK触发器,34,3.T触发器,Qn+1=TQn,35,T触发器应用,分频器,36,4-6555定时器,555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。,双稳单稳多谐,触发信号,输出,37,4.6.1555定时器的工作原理,4.6.2555定时器构成单稳态,4.6.3555定时器构成多谐振荡器,4.6.4555定时器构成施密特触发器,4.6.5555定时器构成压控振荡器(VCO),38,4.6.1555定时器的工作原理,1.GND地,3.OUT输出端,5.CV电压控制端,6.TH高电平触发端,7.DIS放电端,8.VCC电源端,39,1.当TH2VCC/3，TL1VCC/3时，比较器A1=H，比较器A2=L，触发器置0，3脚和7脚输出低电平。,2.当TH2VCC/3，TLVCC/3时，比较器A1=，比较器A2=L，触发器状态不变，3脚和7脚输出低电平。放电管饱和。,40,3.当TH2VCC/3，TLVCC/3时，比较器A1=，比较器A2=，触发器置，3脚和7脚输出高电平。放电管截止。,4.当TH2VCC/3，TLVCC/3时，比较器A1=，比较器A2=L，触发器状态不变，3脚和7脚输出高电平。放电管截止。,41,从555定时器的功能表可以看出几个特点：1.有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和2/3；2.输出从低到高，从高到低有回差；,555定时器功能表,3.输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断；4.输出与两触发端是反相关系。,42,4.6.2555定时器构成单稳态,初始状态下，没有触发，ui是高电平，所以输出是低电平。,当ui加上触发低电平时，输出将跳变到高电平，放电管关断。,放电管关断，电源将经过R向C充电，uC按指数规律上升。,此时，ui已经撤消，变为高电平，所以当uC充电到上限阈值电平（VCC2/3）时，输出将跳变为低电平。完成一次单稳过程。,43,ui,0,0,0,uC,uO,t,t,t,2VCC/3,注意：触发脉冲必须是窄脉冲，要比暂稳态的时间tw还要短。否则触发作用始终存在，输出将不会在uC达到2VCC/3时返回低电平。,tw,44,单稳态发器暂稳态时间的计算：,根据uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间，为此需要确定三要素，uC(0)=0V、uC()=VCC、=RC、当t=tw时，uC(tw)=2VCC/3代入公式。于是可解出,注意一:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平必须大于，低电平必须小于，否则触发无效。,注意二:触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。,45,4.6.3555定时器构成多谐振荡器,电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。,46,0,0,uO,t,t,2VCC/3,tw1,uC,1VCC/3,tw2,tw1：uC(0)=VCC/3V、uC()=VCC、1=(RA+RB)C、当t=tw1时，uC(tw1)=2VCC/3代入公式。于是可解出,tw2：uC(0)=2VCC/3V、uC()=0V、1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可解出,图4.29多谐振荡器波形图,47,因T1T2，它的占空比大于50%，占空比不可调节。该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电平器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电平器可以获得50%的占空比。,48,4.6.4555定时器构成施密特触发器,由于施密特触发器无须放电端，所以利用放电端与输出端状态相一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与3脚相同的输出。但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与3脚输出不同的逻辑电平。,49,施密特触发器的输出波形如下：,ui,0,0,uO,t,t,2VCC/3,1VCC/3,施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。,50,4.6.5555定时器构成压控振荡器(VCO),一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频网络的参数值，不太方便。上述555定时器构成的振荡器，只要改变控制电压的数值即可改变振荡频率，易于控制。通过外加控制电压去改变振荡器的频率，这样的振荡器就是电压控制振荡器，简称压控振荡器，用VCO表示。,利用555定时器的5脚，可以方便实现这一功能。由于555定时器是一种低价格通用型的电路，其压控非线性较大，性能较差，只能满足一般技术水平的需要。如果需要高的性能指