电工学第15章触发器和时序逻辑电路.ppt

1、第15章 触发器和时序逻辑电路,15.1 触发器 15.2 时序逻辑电路 15.3 应用举例,集成触发器是组成时序逻辑电路的基本部件。,它在某一时刻的输出状态不仅与该时刻的输入信号有关,还与电路原来的输出状态有关。,概述,触发器分为: RS触发器、D触发器、 JK触发器和T触发器。,1）具有0和1两个稳定状态。 在触发信号作用下,可以从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。,2）具有记忆功能。 触发器的状态不仅和当时的输入有关,而且和以前的输出状态有关,这是触发器和门电路的最大区别。,1 基本RS触发器,特点：,电路组成,Q,3）若外加适当的信号，能实现两种稳态的相互转换。,两个与非门组成，,输出

2、输入交叉连接。,15.1 触发器,Q 从1态翻转至 0 态,Q 维持 0态不变,1,0,1,1,1,1,0,1,0,Q 从0态翻转至 1态,Q 维持态“1”不变,1,1,0,0,0,1,1,0,Q 维持 1态不变,Q 维持 0态不变,基本 RS 触发器,逻辑状态转换表,符号,当CP=0时，G3、G4 门被封锁，无论S、R端加什么信号，它们输出全是1，触发器保持原来状态不变。,1. 同步 RS 触发器,符号,逻辑状态表,1 1 0,1 0 1,1 0 0,1 1 1,1,0,Qn,不定,G3 与 G4构成导引控制电路，CP为控制端。,在CP=1时,R、S的变化才能引起触发器翻转 。为正脉冲触发。

3、,工作波形图,Q,C = 1时：逻辑状态表,2 负边沿触发的JK触发器,所谓边沿触发是指触发器的次态仅由时钟脉冲 的上升沿或下降沿来到时的输入信号决定，在此以 前或以后输入信号的变化不会影响触发器的状态。,来一个时钟脉冲，触发器翻转一次且只能翻转一次。,0,1,JK触发器的工作原理,（2）输出信号变化的过程 当CP下降沿到来时，即CP由1变为0时，主触发器被封锁，无论输入信号如何变化，对主触发器均无影响，即在CP=1期间接收的内容被主触发器存储起来。同时，由于CP由0变为1，从触发器被打开，可以接收由主触发器送来的信号，触发器的输出状态由主触发器的输出状态决定。在CP=0期间，由于主触发器保持

4、状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、Q的值当然不可能改变。,0,1,逻辑功能分析,保持功能,置0功能,置1功能,翻转功能,J,K,Qn,Qn+1,保持功能,置 1 功能,置 0 功能,计数功能,JK触发器逻辑状态表,功 能,符号,0 0 Qn 记忆,1 0 1 置 1,0 1 0 置 0,JK触发器逻辑状态简化表,JK触发器逻辑状态简化表：,波形图 ：,CP,K,J,1,集成JK触发器74LS112的引脚排列图,在双稳态触发器中，除了RS触发器和JK触发器外，根据电路结构和工作原理的不同，还有众多具有不同逻辑功能的触发器。根据实际需要，可将某种逻辑功能的触发器经过改接或附加一些门电路

5、后，转换为另一种逻辑功能的触发器。D触发器就是这样得到的。,触发器之间逻辑功能的转换,3 正边沿触发的D触发器,管脚排列图,D触发器的次态方程式：,CP,已知正边沿触发D触发器CP和D端的波形，试画出输出端Q的波形。,D,Q,0,例题4.5.1,T触发器具有保持和翻转两种功能。如果让T触发器的输入恒为1，则T触发器就成为T触发器，显然，T触发器只具有翻转一种功能。,4 T 触发器,15.2 时序逻辑电路,15.2.2 计数器,15.2.3 时序逻辑电路的分析方法,概述,15.2.1 寄存器,时序逻辑电路分为： 同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。,概述,15.2.1 寄存器,寄存器用来暂时存放

6、参与运算的数 据和运算结果。一位触发器可寄存一位 二进制数，存多少位数，就用多少个触 发器。,寄存器分为数码寄存器和移位寄存器。,由D触发器构成的四位数码寄存器,寄存二进制数：1011,清零,寄存,特点：并行入并行出,0,1,1,1,移位寄存器,移位寄存器具有存放数码和移位的功能,单向移位寄存器,寄存二进制数：1011,1011,寄存,1,特点：串行入、并行或串行出,清零,双向移位寄存器,右移串行输入端,功能：数码既可以左移，也可以右移。,左移串行输入端,集成双向 移位寄存器 74LS194,15.2.2 计数器,计数器是计算机及各种数字逻辑系 统的基本部件之一，它能累计输入脉冲数 目或根据控

7、制脉冲节奏进行加减法计数。,计数器分为两大类：, 同步计数器, 异步计数器,CP,1. 二进制计数器,异步二进制加法计数器 （四位）,1,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,计数工作波形图：,特点：结构简单，但各触发信号逐级传递，计数速度慢。,Q0,Q1,Q2,Q3,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,0,0,用上升沿触发的D触发器构成的4位异步二进制加法计数器及其波形图,F0每输入一个时钟脉冲翻转一次。 F1在Q0由1变0时翻转， F2在Q1由1变0时翻转， F3在Q2由1变0时翻转。,3位异步二进制减法计数器,F0每输入一个时钟脉冲翻转一次， F1在Q0由1变0时翻

8、转， F2在Q1由1变0时翻转。,同步四位二进制加法计数器,J0 = K0 = 1，J1 = K1 = Q0，,J2 = K2 = Q0Q1，J3 = K3 = Q0Q1Q2，,工作过程：,清零,计数,输入输出逻辑状态对应关系表,0 0 0 0,1 1 0 0 0 0 0 0,0 0 0 1,1 1 1 1 0 0 0 0,0 0 1 0,1 1 0 0 0 0 0 0,0 0 1 1,1 1 1 1 1 1 0 0,0 1 0 0,1 1 0 0 0 0 0 0,0 1 0 1,1 1 1 1 0 0 0 0,0 1 1 0,1 1 0 0 0 0 0 0,0 1 1 1,1 1 1 1 1

9、 1 1 1,1 0 0 0,特点：各触发器同步动作,同步十进制计数器,选用4个CP下降沿触发的JK触发器F0、F1、F2 、F3。,F0：每来一个CP计数脉冲翻转一次；,F2：在Q0 和Q1都为1时，再来一个计数脉冲才翻转；,F3：在Q0、Q1和Q2都为1时，再来一个CP计数脉冲才翻转，但在第10个脉冲到来时Q3应由1变为0；,F1：在Q0为1时，再来一个CP计数脉冲才翻转，但在Q3为1时不得翻转；,驱动方程,异步十进制加法计数器,4位集成同步二进制加法计数器74LS161,用集成计数器构成N进制计数器的方法：利用清零端或置数端，让电路跳过某些状态来获得N进制计数器。,用74LS161构成十

10、二进制计数器,将状态1100 反馈到清零端 归零,将状态1011 反馈到清零端 归零,4.2.3 时序逻辑电路的分析方法,分析时序逻辑电路的步骤：,分析图示时序逻辑电路的功能。（设初 始状态Q2 Q1Q0 = 011）,Q2,Q2,Q1,Q1,Q0,Q0,J2,K2,J1,K1,J0,K0,S,S,R,CP,预置,状态转换表,解：输入端驱动方程为：,则状态方程为：,Q0 n+1 = Q2 n Q1 n+1 = Q0 n Q2 n+1 = Q1 n,依状态转换表分析， 该电路为一顺序脉冲发 生电路。,例4.2.1,代入JK触发器特性方程,15.3 应用举例,15.3.1 555定时器,15.3.

11、2 9位数字密码锁电路,15.3.3 带数字显示的七路抢答器,VA,VB,Output,Threshold,Control Voltage,TRigger,Discharge,Reset,UCC,Voltage Divider,Comparator,RS-FF,DischargeTransistor,GND,The 555 Timer,The result for comparing,1/3 UCC,Not permitted,2/3 UCC,Monostable Multivibrator (One-shot) Astable Multivibrator(Oscilator),2. The

12、application of 555 timer,Monostable Multivibrator (One-shot) Operation,(grand),2/3 UCC,0,1,1,Q=0,on,1,Steady state,T,output,RD,SD,1,0,1,0,1,1,Q,T,1,0,remain,on,off,remain,remain,remain,(grand),Q=1,off,Transiet state,0, 1/3 UCC,0,Monostable Multivibrator (One-shot) Operation,Monostable Multivibrator(

13、One-shot) Operation,(grand),2/3 UCC,Q=1,0,1,Steady state,What is a monostable multivibrator?,With one stable state,Normally in its stable state,to change to its unstable state only when triggered,Once triggered,to remain in its unstable state for a predetermined length of time and then return to its

14、 stable state automatically,2) Astable Multivibrator(Oscillator),first uC=0,1,2/3 UCC,charge,discharge,1,1/3 UCC,What is an astable multivibrator?,With one stable state,Example of Astable Multivibrator: Monitor and Alarm of water position,水位正常情况下，电容C被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。,+,Example of Monostable Multivibrator: The lamp for a short time,If switch is on, then ui = 1,If switch is off, then ui = 0,uo,on,Switch,off,0,Winding ofKT,off,Nodes ofKT,off,lamp,no,1,on,on,yes,4.3.2 9位数字密码锁电路,本电路的核心部分是一块COMS集成电路CC4017