教学课件PPT触发器与时序逻辑电路

1、西安理工大学西安理工大学 电工学教研室电工学教研室 第第2121章章 触发器与时序逻辑电路触发器与时序逻辑电路 返回返回 22.1双稳态触发器双稳态触发器 22.2寄存器寄存器 22.3计数器计数器 22.4单稳态触发器单稳态触发器 22.5多谐振荡器多谐振荡器 目目 录录 时序逻辑电路的输出状态不仅决定于当时的输入状时序逻辑电路的输出状态不仅决定于当时的输入状 态，而且与电路原来的状态有关，具有记忆功能。态，而且与电路原来的状态有关，具有记忆功能。 触发器是时序逻辑电路的基本单元触发器是时序逻辑电路的基本单元 组合逻辑电路的输出状态完全由当时的输入变量组合逻辑电路的输出状态完全由当时的输入变

2、量 的组合状态决定，与电路的原状态无关。的组合状态决定，与电路的原状态无关。 概述概述 返回返回 触发器按逻辑功能可分为：双稳态触发器、单触发器按逻辑功能可分为：双稳态触发器、单 稳态触发器、无稳态触发器（多谐振荡器）。稳态触发器、无稳态触发器（多谐振荡器）。 双稳态触发器中又包含双稳态触发器中又包含rs触发器触发器、jk触发器触发器、 d触发器和触发器和t触发器触发器等。等。 22.1 22.1 双稳态触发器双稳态触发器 返回返回 22.1.22.1.1 r s 触触 发发 器器 1.1.基本基本rsrs触发器触发器 j1=k1=q0 ; j2=k2=q1q0 ; j3=k3=q2q1q0

3、; f0 f1f2f3 返回返回 q3 q2 q1 q0 c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 各触发器的状态变换与时钟脉冲同步各触发器的状态变换与时钟脉冲同步 返回返回 例例1: 分析图示逻辑电路的逻辑功能分析图示逻辑电路的逻辑功能,说明其用途说明其用途. 设初始状态为设初始状态为“0000”。 j jj kkk dr 清零清零 计数脉冲计数脉冲 q2 q1q0 q qq qqq f0 f1 f2 返回返回 解：解： 分析：分析： 从各触发器的从各触发器的c端连接来看，这是一个端连接来看，这是一个 异步工作方式的计数器。其中，异步工作方式的计数器。

4、其中，f0 和和 f2 的的c与计数脉冲相连，与计数脉冲相连，f1 的时钟端的时钟端c = q0 ， 即即f1只有在只有在q0的状态从的状态从1变为变为0时才能翻转。时才能翻转。 （1）各）各j、k端的逻辑式端的逻辑式 20 qj 1 0 k 1 11 kj 012 qqj1 2 k （ q0每从每从1变为变为0时，时， 翻转一次）翻转一次） q1 返回返回 （2）列表）列表 注意到注意到f1只有在只有在q0的状态从的状态从1变为变为0时才能翻转时才能翻转 c 0 1 2 3 4 5 k2 1 1 1 1 1 1 j1 1 1 1 1 1 1 j2 0 0 0 1 0 0 k1 1 1 1 1

5、 1 1 j0 1 1 1 1 0 1 k0 1 1 1 1 1 1 q2 q1 q0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 返回返回 这是一个五进制的异步加法计数器。这是一个五进制的异步加法计数器。 时序图如下时序图如下 c q0 q1 q2 1 2 3 4 5 返回返回 22.3.2 十进制计数器十进制计数器 用四位二进制数来代表十个十进制数码用四位二进制数来代表十个十进制数码09 四位二进制数共有四位二进制数共有16个状态，用于代表个状态，用于代表09 时会多余出时会多余出6个状态。编码方式的不同，决定个状态。编码方式的不同，决定 了状态的取舍。了状态的

6、取舍。 最常用的编码方式为最常用的编码方式为8421码码 返回返回 84218421码十进制加法计数器的状态表码十进制加法计数器的状态表 0 00000 1 00011 2 00102 3 00113 4 01004 5 01015 601106 701117 810008 910019 1000000 cq3q2q1q0 十进制数十进制数 返回返回 q3q2q1 q0 j jjj k kkk dr 计数脉冲计数脉冲 j0=k0=1 ； j1 = q3q0，k1 = q0 ； j2=k2 = q1q0 ； j3=q2q1q0 ， k3 =q0 1.同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器 返回

7、返回 j0=k0=1 ； j1 = q3q0， k1 = q0 ； j2=k2 = q1q0 ； j3=q2q1q0 ， k3 =q0 c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j3k3j2k2j1k1k0j0q3q2 q1 q0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1

8、1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 返回返回 s9（ （1） ct 74ls290 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 s9（ （2） q2q1 q3q0c0c1r0（ （1） r0（ （2） ucc gnd r0（ （1） r0（ （2） s9（ （1） s9（ （2） q3q2q1q0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 计数计数 计数计数 计数计数 计数计数 ct74ls290

9、的管脚图和功能表的管脚图和功能表 2.二五十进制计数器二五十进制计数器 返回返回 q3 q2q1q0 dr ds ds drdrdr f3f2f1f0 & c0 c1 j k j k k j j k s9(1)s9(2) r0(1)r0(2) ct74ls290的内部逻辑图的内部逻辑图 返回返回 1.只接只接c0时时,由由q0输出输出,为二进制计数器。为二进制计数器。 2.只接只接c1时，由时，由q3、q2、q1输出，为五进制计数器。输出，为五进制计数器。 3.将将q0与与c1连接连接, 由由c1输入计数脉冲输入计数脉冲,可得十进制计数器。可得十进制计数器。 4.利用利用“反馈清零法反馈清零法

10、”,可得到小于十的任意进制计数器。可得到小于十的任意进制计数器。 逻辑功能逻辑功能 返回返回 用反馈清零法将用反馈清零法将ct74ls290连接成连接成6进制计数器。进制计数器。 q3q2q1q0 c0 c1 s9(1)s9(2)r0(1)r0(2) 1.首先将首先将q0与与c1连接组成十进制计数器。连接组成十进制计数器。 2.将置位端接将置位端接0, q2和和q1端反馈至清零端。端反馈至清零端。 例例2： 返回返回 原理分析：原理分析： 设初始状态为设初始状态为0000 1.因为因为r0(1)=r0(2)=s9(1)=s9(2)=0，所以电路为计数，所以电路为计数 状态，从状态，从0000开

11、始计数。开始计数。 2.当第五个计数脉冲过后，输出为当第五个计数脉冲过后，输出为 0101。再来一。再来一 个计数脉冲时，输出变为个计数脉冲时，输出变为0110，由于，由于q1和和q2分别分别 接接r0(1)和和r0(2)清零端，所以清零端，所以0110这个状态，刚一出这个状态，刚一出 现，马上又变为现，马上又变为0000。 返回返回 22.4 22.4 单稳态触发器单稳态触发器 22.4.1 cmos22.4.1 cmos积分型单稳态触发器积分型单稳态触发器 +udd 1 1 a r uo1 ui uo c 返回返回 5k 5k 5k dr ds q q 8 +ucc 5 6 2 7 3 1

12、 gnd 4 1 gnd 2 低电平触发端低电平触发端 3 输出端输出端 4 复位端复位端 6 高电平触发端高电平触发端 7 放电端放电端 8 正电源端正电源端518v c1 c2 22.4.2 由由555集成定时器组成的单稳态触发器集成定时器组成的单稳态触发器 1. 555集成定时器集成定时器 返回返回 2. 由由555定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器 5k 5k 5k dr ds q q 8 +ucc 5 6 2 7 3 1 4+ucc+ucc 0.01f ui u0 r c uc cc u 3 2 uc ui u0 tp t t t tp=rc ln3=1.1rc c1

13、c2 返回返回 单稳态触发器的主要用途单稳态触发器的主要用途: 1.用作定时控制用作定时控制,改变改变rc参数大小参数大小,可改变输出可改变输出 高电平时间宽度高电平时间宽度,即改变定时时间即改变定时时间. 2.用于脉冲整形。用于脉冲整形。 返回返回 22.5 多谐振荡器多谐振荡器 22.5.1 rc环形振荡器环形振荡器 111 uo rrs c 返回返回 22.5.2 由由555定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器 8 +ucc 5 6 3 1 5k 5k 5k dr ds q q 2 7 4+ucc+ucc r2 r1 c uo uc c1 c2 返回返回 uc uo cc u 3

14、 2 cc u 3 1 tp1tp2 1.上电初期上电初期,电容电压小于电容电压小于 , 比较器比较器2输出低电平输出低电平,使触发器使触发器 输出高电平。放电管截止。输出高电平。放电管截止。 cc u 3 1 2.电容充电使电压电容充电使电压uc上升上升 到到 大于大于 时，比较器时，比较器1 输出低电平，使触发器输输出低电平，使触发器输 出低电平。放电管导通，出低电平。放电管导通， 电容放电使电压电容放电使电压uc下降下降。 cc u 3 2 3. 当电压下降到当电压下降到 时，比较器时，比较器2输出低电平使触发器又输出低电平使触发器又 输出高电平，放电管截止，电容电压重新因充电而重新输出

15、高电平，放电管截止，电容电压重新因充电而重新 上升。重复步骤上升。重复步骤1。 cc u 3 1 t t 返回返回 振荡频率的计算：振荡频率的计算： cc u 3 2 tp1 : uc 从从 上升到上升到 所需的时间为所需的时间为tp1 cc u 3 1 crrcrrtp)( 7 . 02ln)( 21211 tp2 : uc 从从 下降到下降到 所需的时间为所需的时间为tp2 cc u 3 1 cc u 3 2 crcrt p 222 7 . 02ln crrttt pp )(7 . 0 2121 振荡周期振荡周期: crrt f )2( 43. 11 21 振荡频率振荡频率: 返回返回 1

16、 r 2 r 2 r 1 d 2 d 1 r p r f01. 0 c 15 3 4 6 8 7 2 555 +ucc uo 占空比可调的多谐振荡器占空比可调的多谐振荡器 返回返回 uc uo cc u 3 2 cc u 3 1 tp1tp2 t t crt p 11 7 . 0 crt p 22 7 . 0 占空比占空比 2 1 1 21 1 rr r tt t d pp p 返回返回 应用举例应用举例 例：例：四人抢答电路四人抢答电路。四人参加比赛，每人。四人参加比赛，每人 一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的一个按钮，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指示灯

17、亮。并且，其它按钮按下时不起作 用。用。 电路的核心是电路的核心是74ls175四四d触发器。它触发器。它 的内部包含了四个的内部包含了四个d触发器，各输入、输出触发器，各输入、输出 以字头相区别，管脚图见下页。以字头相区别，管脚图见下页。 返回返回 clr d cp q q clr d cp q q clr d cp qq clr d cp qq 1qq11d2qq22dgnd 4q q44d3qq33d时钟时钟 清零清零 usc 74ls175管脚图管脚图 返回返回 +5v 1 q 1 q 2 q 2 q 3 q 3 q 4 q 4 q 1d 2d 3d 4d clrcp & 1 & 2 & 3 清零清零 cp 抢答前先清零抢答前先清零 0 输出为零发输出为零发 光管