第7章 触发器与时序逻辑电路(10).ppt

1,第7章触发器和时序逻辑电路,电子技术,数字电路部分,2,内容,触发器flip-flop：双稳态触发器：符号、逻辑状态表、触发方式、波形分析由555定时器组成的单稳态触发器由555定时器组成的无稳态触发器时序逻辑电路：寄存器、计数器,组合逻辑电路和时序逻辑电路,组合逻辑电路：输出变量状态完全由当时的输入变量的组合状态来决定，而与电路的原来状态无关，即，不具有记忆功能。,时序逻辑电路：输出变量状态不仅由当时的输入变量的组合状态有关，而且还与电路的原来状态有关，即，具有记忆功能。,3,触发器输出状态：0、1；,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；,触发器是有记忆功能的逻辑部件。,双稳态触发器，按逻辑功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型触发器等。,按稳定状态分类：双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器。,4,双稳态触发器bistableflip-flop,双稳态触发器：有两个稳定状态，从一个稳定状态翻转为另一个稳定状态必须靠脉冲信号触发，脉冲信号消失后稳定状态一直保持下去。,开关,5,单稳态触发器monostableflip-flop,单稳态触发器：在触发信号未加之前，触发器处于稳定状态，经信号触发后，触发器翻转，但新的状态只能暂时保持（暂稳状态），经过一定时间（由电路参数决定）后自动翻转到原来的稳定状态。所以只有一个稳定状态。故名“单稳态触发器”。单稳态触发器简称单稳。,按钮,6,无稳态触发器astableflip-flop,无稳态触发器：无稳定状态，同时也不需要外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡）。因矩形脉冲含有丰富的的谐波，故也称“多谐振荡器”。,钟摆,7,7.1双稳态触发器7.1.1RS触发器RSflip-flop,R-S触发器1.基本RS触发器2.可控RS触发器JK触发器D型触发器T型触发器,7.1.1RS触发器RSflip-flop,1.基本RS触发器2.钟控RS触发器,8,反馈,G2,基本RS触发器,2，真值表,已知其逻辑结构图，分析其逻辑功能。,1，逻辑表达式,分析：,几种情况？,8种，哪8种？,SetDirectly，直接置1，低电平有效,ResetDirectly，直接置0，低电平有效,逻辑结构图,9,原状态：,0,1,1,1,0,1,1,0,置0置1输入无效，输出保持原状态,G2,G1,现状态：,原状态：,1,0,1,1,1,0,0,1,G2,G1,现状态：,10,原状态：,1,1,0,0,1,0,1,0,现状态：,G1,G2,原状态：,0,1,1,1,1,0,1,0,G2,G1,现状态：,置0输入有效，输出保持原状态,11,原状态：,1,0,1,0,1,0,1,1,G2,G1,现状态：,原状态：,0,0,1,1,0,1,0,1,G2,G1,现状态：,置1输入有效，输出保持原状态,12,输入=0,=0时,输出全是1,但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。,G2,G1,置0置1输入同时有效，输出状态无法确定,此种输入组合应禁止,13,图形符号,无触发信号,基本RS触发器的功能表,触发方式？,14,R、S为输入控制端,2.钟控RS触发器,时钟信号,直接置0,直接置1,可控RS触发器的功能表,逻辑结构图,逻辑表达式,15,直接置0、直接置1,G1,G4,G3,G2,可控RS触发器的功能表,逻辑结构图,逻辑表达式,16,0,触发器保持原态,G1,G4,G3,G2,CP=0时,可控RS触发器的功能表,逻辑表达式,逻辑结构图,17,1,G1,G4,G3,G2,CP=1时,可控RS触发器的功能表,逻辑表达式,逻辑结构图,18,可控RS触发器的功能表,可控RS触发器的功能表,可控RS简化的功能表,逻辑符号,触发方式,高电平触发,19,钟控RS触发器波形分析,高电平(低电平)触发方式：1.触发器输出什么状态由CP脉冲前沿(后沿)对应的R和S决定。2.触发器输出相应状态的时间也在CP脉冲前沿(后沿)到来之时。3.在CP脉冲有效（CP=1）（CP=0）期间，若输入信号发生变化，输出状态也会发生相应变化。存在空翻问题。,例：已知高电平触发方式可控RS触发器CP、R、S波形。画出的输出波形。,CP,R,S,Q,使输出全为1,CP撤去后状态不定,20,R2,S2,C,F从,JK触发器有两个输入控制端J、K，它的功能最完善。,1,7.1.2JK触发器JKflip-flop,F主和F从结构同RS触发器,21,1,0,F主打开,F从关闭,输出反馈到F主,主从分时翻转,K,J,22,1,F主输出传送到F从,0,F主关闭,F从打开,0,Q的上个状态引导下一个状态的变化,K,J,23,由此可见，主从触发器一个CP只能翻转一次。,翻转时刻描述：,前沿处，输出交叉反馈到F主。,后沿处，输出传递到F从翻转完成。,CP,24,JK触发器的功能,被封锁,保持原态,J=K=0,R1,S1,C,F主,K,J,1,0,0,25,J=K=1,R1,S1,C,F主,K,J,1,1,0,1,0,1,0,1,0,JK触发器的功能,1,0,26,J=K=1,R1,S1,C,F主,K,J,1,0,1,0,1,0,1,0,1,JK触发器的功能,0,1,27,Qn=0时,Qn+1=1,J=1，K=0Qn=0,R1,S1,C,F主,1,JK触发器的功能,Qn+1=1,28,Qn=1时,F主被封保持原态,Qn+1=1,R1,S1,C,F主,K,J,1,JK触发器的功能,J=1，K=0Qn=1,Qn+1=1,29,Qn+1=0,同样原理，分析可得,J=0，K=1,R2,S2,C,F从,R1,S1,C,F主,1,JK触发器的功能,Qn+1=0,30,JK触发器功能表,JK触发器逻辑符号,触发方式,教材中称：下降沿触发方式,后沿主从触发,多输入JK触发器P230,31,JK触发器波形分析,后沿(前沿)主从触发方式：1.触发器输出什么状态，由CP脉冲前沿(后沿)对应的J和K决定。2.触发器输出相应状态的时间，却在CP脉冲后沿(前沿)到来之时。3.在CP脉冲有效（CP=1）（CP=0）期间，若输入信号发生变化，输出状态？,CP,K,J,Q,时序图,例：已知后沿主从触发方式JK触发器CP、J、K波形。画出的输出波形。,32,功能表,逻辑符号,7.1.3D触发器Dflip-flop,教材中称：维持阻塞型触发方式,触发方式,上升沿触发,边沿触发方式,为了免除CP=1期间输入控制电平不许改变的限制，可采用边沿触发方式。其特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CP=1或CP=0期间，输入端的任何变化都不影响输出。,如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发”或“正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫“下降沿触发”或“负边缘触发”。下面以边缘触发的D触发器为例讲解。,33,1,c、d被锁，c、d输出为1。,0,0,0,D=1Qn=0,CP=0,34,1,c=1、d=1反馈到a、b的输入，a、b输出为0、1。,0,0,0,D=1Qn=0,CP=0,35,c、d开启，使c=1，d=0。,1,1,Q翻转为1,CP正沿到达时,D=1Qn=0,36,d=0将c封锁,并使b=1，维持d=0。,1,因此以后CP=1期间D的变化不影响输出。,0,0,1,CP正沿过后,其它情况下的翻转，请大家自己分析。,37,功能表,D触发器Dflip-flop,逻辑符号,下降沿触发,上升沿触发,1.触发器输出什么状态，由CP脉冲上升沿(下降沿)对应的D决定。,D触发器波形分析,2.触发器输出相应状态的时间，也在CP脉冲上升沿(下降沿)到来之时。,3.在CP脉冲有效（CP=1）（CP=0）期间，即使输入信号发生变化，输出状态也不会再变化。,上升沿(下降沿)触发方式,CP,D,Q,例子：画出上升沿触发方式D触发器的输出波形。,38,JK触发器转换成D触发器,C,Q,K,J,CP,触发方式？,后沿主从触发,波形分析如何分析？,不同类型触发器之间可以相互转换,例1,双输入D触发器P233,39,7.1.4T触发器,功能表,逻辑符号,时序图,CP,Q,T,JK触发器转换成T触发器,例2,触发方式？,后沿主从触发,例子：后沿主从触发方式T触发器波形分析,T触发器：将T触发器中的T端接高电平，使T=1，则变为T触发器，具有计数功能，所以T触发器又称为计数触发器P234不同触发器转换为T触发器,40,触发器的触发方式同样逻辑功能的触发器可以有不同的触发方式,按逻辑功能分：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型触发器等按触发方式分：电平触发方式、主从触发方式、边沿触发方式,触发方式？,研究翻转时刻与时钟脉冲间的关系,例子：3种不同触发方式的D触发器,高电平触发方式,后沿主从触发方式,上升沿触发方式,空翻,翻转,无翻转,41,例：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，其它按钮按下时不起作用。,电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。,应用举例：四人抢答电路,42,1Q,1D,2Q,2D,GND,4Q,4D,3Q,3D,时钟,清零,USC,公用清零,公用时钟,74LS175管脚图,43,+5V,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,赛前先清零,输出为零发光管不亮,44,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,+5V,CP,反相端都为1,1,45,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,+5V,若有一按钮被按下，比如第一个钮。,0,0,这时其它按钮被按下也没反应,46,7.2寄存器register,数码寄存器：只供暂时存储数码，然后根据需要取出数码。,移位寄存器：不仅能存储数码，而且具有移位的功能，这是进行算术运算所必须的。,寄存器功能分析,送数，怎么送数？存数什么情况才能存数？怎么存？可以存多久？取数，怎么取数？,寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放n位二进制时，要n个触发器。,47,清零,寄存指令,并行输出方式,若S合上,则ui=0。,ui,uCT,uo,2VCC/3,TW,7.6.2由555定时器组成的单稳态触发器,555,1,2,3,93,若：此时uo=0,555内的晶体管T导通,电容CT通过T放电,THVCC/3。uo保持0状态。,若：此时uo=1,555内的晶体管T截止,UCC通过RT对电容CT充电,当THVCC2/3、TLVCC/3。uo变为0状态。555内的晶体管T导通,电容CT通过T放电,THVCC/3。uo保持0状态。,555,1，接通电源，且按钮S打开,1,uo=0,555内的晶体管管T导通,电容CT被短路。,THVCC/3。uo保持0状态。,94,S按下时,TLVCC/3,则uo=0;555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。,555,96,由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW由RTCT决定。,单稳态触发器的应用,单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。,例如“延时控制”,利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过R、C调节。,TW1.1RTC,555,97,仅按下起动按钮S1,则TLUCC/3,这时uo=0,电机停止运行。,如果松开S2,电机仍不转动。,例微电机起动、停车控制电路,98,灯亮的时间为：,TW=1.1RTCT,例3.照明灯定时控制电路,555,99,7.6.3由555定时器组成的多谐振荡器,T1,T2,如何改变方波的占空比？,改变充放电回路的时间常数即可。充电时间常数：（R1+R2）C放电时间常数：R2C,占空比,100,2，uC一旦充至2VCC/3，则TH=TR=2VCC/3、uo由1翻转为0。同时555内的晶体管T导通,电容C经R2、T放电,一直至VCC/3，使得uo回到1,进入循环.,t1,t2,t3,uC没有充电到2VCC/3之前,uo保持1不变。,T1,T2,输出方波的周期T的计算:,T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C,1,设电容C原先未充电,故TH=TLVCC/3,此时uo=1,555内的晶体管T截止,电源通过R1和R2对电容C充电。,1,2,1,7.6.3由555定时器组成的多谐振荡器,101,例1压控振荡器,um为一个可调电压.um越大,则输出脉冲uo的周期越大,频率越小;um越小,uo的周期越小,频率越大。,即um大小控制输出脉冲uo频率的大小。,电压频率变换器,简易电子琴:是通过改变R2的阻值来改变输出方波的周期,使外接的喇叭发出