ch13-触发器和时序逻辑电路

1、 原来的状态原来的状态 下面介绍下面介绍，“0”和和“1”态态； 2. ；“0”或或“1”&G1& G2两互补输出端两互补输出端两输入端两输入端反馈线反馈线QRQQSQ 触发器输出与输入的逻辑关系触发器输出与输入的逻辑关系101设触发器原态设触发器原态为为“1”态。态。翻转为翻转为“0”态态(1) R=0， S=1&G1& G2设原态为设原态为“0”态态10触发器保持触发器保持“0”态不变态不变复位复位 结论结论: 不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状态， 当当 R=0， S=1时时， 将使将使触发器触发器 置置“0”或称或称 为为复位复位。&a

2、mp;G1& G2设原态为设原态为“0”态态0翻转为翻转为“1”态态(2) R=1， S=0&G1& G2设原态为设原态为“1”态态01触发器保持触发器保持“1”态不变态不变置位置位 结论结论: 不论不论 触发器原来触发器原来 为何种状态，为何种状态， 当当 R=1， S=0时时， 将使将使触发器触发器 置置“1”或称或称 为为置位置位。&G1& G2设原态为设原态为“0”态态1保持为保持为“0”态态(3) R =1， S = 1&G1& G2设原态为设原态为“1”态态11触发器保持触发器保持“1”态不变态不变 当当 R=1， S=1时时

3、， 触发器保持触发器保持 原来的状态，原来的状态， 即即触发器具触发器具 有保持、记有保持、记 忆功能忆功能。&G1& G2&G1& G2110011111110若若G1先翻转，则触发器为先翻转，则触发器为“0”态态“1”态态(4) R =0，S = 0 当信号当信号R = S= 0同同时变为时变为1时，由于时，由于与非门的翻转时与非门的翻转时间不可能完全相间不可能完全相同，触发器状态同，触发器状态可能是可能是“1”态，态，也可能是也可能是“0”态，态，不能根据输入信不能根据输入信号确定。号确定。10逻辑符号逻辑符号QQSRRSQ0 1 0 置置01 0 1 置

4、置11 1 不变不变 保持保持0 0 同时变同时变 1后不确定后不确定功能功能SR11 RSQRSQn基本基本R-S触发器触发器导引电路导引电路& G4SR& G3CP& G1& G2SDRDQQ当当CP=0时时01111& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CPQQn 1当当 CP = 1 时时1打开打开11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CP当当 CP = 1 时时1(1) R=0, S=00011触发器保持原态触发器保持原态触发器状态由触发器状态由R，S 输入状态决定

5、。输入状态决定。11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CPQQn 11101010(2) R = 1, S= 0触发器置触发器置“0”(3) R =0, S= 1触发器置触发器置“1”11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CP01 nQ11 nQ1110011110Q=1Q=011(4) R =1, S= 1 当时钟由当时钟由 1变变 0 后后触发器状态不定触发器状态不定11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CP0 0 RS0 1 11 0 01 1 不定不

6、定Qn+1QnQn+1时钟到来后触发器的状态时钟到来后触发器的状态逻辑符号逻辑符号QQSRCPSDRD01 RSQRSQn不定不定不定不定QQ10 0 RS0 1 11 0 01 1 不定不定Qn+1QnCP0 0 RS 0 1 1 1 0 0 1 1 不定不定Qn+1QnQ=SQ=R从触发器从触发器主触发器主触发器CP CPKQRQJS 1互补时互补时钟控制钟控制主、从主、从触发器触发器不能同不能同时翻转时翻转RS C从触发器从触发器QQQQSDRDR C主触发器主触发器QJKQS0 QKQJSR主触发器主触发器 主触发器主触发器01CP011RS C从触发器从触发器QQQQSDRDR C主

7、触发器主触发器QJKQSQKQJQRSQn 1主主10主触发器封锁主触发器封锁0C01CP0101RS 从触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器QKQJQQnn 11主主010 CP=1时触发器接时触发器接收信号并暂存收信号并暂存 (即主即主触发器状态由触发器状态由 J、K决定，从触发器状态决定，从触发器状态保持不变）。保持不变）。 要求要求CP高电平期间高电平期间J、K的状态保持不变。的状态保持不变。CP下降沿下降沿( )触发器触发器翻转翻转(主、从触发器状主、从触发器状态一致态一致)。 CP=0时时, 主触发主触发器器封锁封锁, J、K不起不起作用作用1RS 从

8、触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器01CPCP010(1) J=0，K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态保持原态保持原态00 010001RS C从触发器从触发器QQQQSDRD1R CQ JKQSCP 从触发器从触发器设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”态态01CP010(2) J=0，K=1 设触发器原设触发器原态为态为“1”态态翻转为翻转为“0”态态01 100101011001设触发器原设触发器原态为态为“0”态态为为“？”态态1RS 从触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器01CP010(3) J=1，

9、K=0 设触发器原设触发器原态为态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态10 011010100101设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”态态RS 从触发器从触发器QQQQSDRD1R Q JKQSCP 从触发器从触发器01CP010(4)J=1, K=1 设触发器设触发器原态为原态为“0”态态翻转为翻转为“1”态态11 0110101001011RS 从触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器CP01010设触发器原设触发器原态为态为“1”态态为为“？”状态状态J=1, K=1时，每来时，每来一个时钟脉冲，状一个时钟脉冲，状态翻转一次，态翻转一次，即具即具有

10、计数功能。有计数功能。(4) J=1, K=1跳转跳转1RS 从触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器CP01001nQJS nKQR CP高电平时主触高电平时主触发器状态由发器状态由J、K决决定，从触发器状态定，从触发器状态不变。不变。 CP下降沿下降沿( )触触发器翻转发器翻转(主、从触主、从触发器状态一致）。发器状态一致）。RS 从触发器从触发器QQQQSDRD1R Q JKQSCP 从触发器从触发器nQJS nKQR Qn10 0 1 1 1 0 0Qn 0 10 1 0 1 0 1 0 1 CP高电平时，主高电平时，主触发器状态由触发器状态由J、K决定，从

11、触发器状决定，从触发器状态不变。态不变。 CP下降沿下降沿( )触触发器翻转发器翻转(主、从触主、从触发器状态一致）。发器状态一致）。0 0 0 1 11 0 0QKQJQn 1J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn ()触发器工作时触发器工作时SD 、 RD应接高电平。应接高电平。CPQJKSDRDQ基本基本RS触发器触发器导引电路导引电路& G2& G1QQSDRD& G3& G4& G5& G6CPD反反馈馈线线D Qn+10101逻辑符号逻辑符号D CPQQRDSDQn+1 =Dn；DQn 1 CPDQJ K

12、 Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn ()触发器工作时触发器工作时SD 、 RD应接高电平。应接高电平。CPQJKSDRDQ例：例：JK 触发器工作波形触发器工作波形CPJKQ下降沿触发翻转下降沿触发翻转D Qn+1 0101J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 QnD1CPQJKSDRDQ仍为下降沿仍为下降沿触发翻转触发翻转T CPQJ KSDRDQ(保持功能保持功能)(计数功能计数功能)J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 QnQTQTQn1T CPQD=QD Qn+1 0101CPQQDQQn1 1020 KQ

13、J011QKJ 12012 KQQJ2QF 解：根据电路可知，该电路为同步时序逻辑电路，故不需写出时钟方程。解：根据电路可知，该电路为同步时序逻辑电路，故不需写出时钟方程。（1）驱动方程为）驱动方程为 输出方程为输出方程为 （2）将驱动方程代入）将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得到状态方程为触发器的特性方程中，得到状态方程为 021n0QQQ0101011n1QQQQQQQ0121n2QQQQ（3）根据状态方程和输出方程列出逻辑状态转换真值表）根据状态方程和输出方程列出逻辑状态转换真值表 CP12345Q0Q1Q2（4）电路用了）电路用了3个触发器，电路应该有个触发器，电路应该有8个状态

14、，由状态个状态，由状态转换真值表和状态转换图均可知，电路只使用了转换真值表和状态转换图均可知，电路只使用了5个状态：个状态：000、001、010、011、100，这，这5个状态称为有效状态。电路个状态称为有效状态。电路在在CP脉冲作用下，在有效状态之间的循环，称为有效循环脉冲作用下，在有效状态之间的循环，称为有效循环。电路还有。电路还有3个状态（个状态（101、110、111）没有使用，这）没有使用，这3个状个状态称为无效状态。电路在态称为无效状态。电路在CP脉冲作用下，在无效状态之间脉冲作用下，在无效状态之间的循环，称为无效循环。的循环，称为无效循环。所谓电路能够自启动，是指当电源接通或由

15、于干扰信号所谓电路能够自启动，是指当电源接通或由于干扰信号的影响，电路进入到了无效状态，在的影响，电路进入到了无效状态，在CP脉冲作用下，电路脉冲作用下，电路能够进入到有效循环；否则，电路不能够自启动。能够进入到有效循环；否则，电路不能够自启动。由状态转换真值表和状态转换图可知，电路具有自启动由状态转换真值表和状态转换图可知，电路具有自启动功能。电路由无效状态转换到有效状态过程中的输出为无功能。电路由无效状态转换到有效状态过程中的输出为无效输出。效输出。（5）综合以上分析，电路每经过）综合以上分析，电路每经过5个时钟脉个时钟脉冲，电路状态循环变化一次，输出端输出一个冲，电路状态循环变化一次，输

16、出端输出一个进位脉冲，所以这个电路具有对时钟信号计数进位脉冲，所以这个电路具有对时钟信号计数的功能。因此该电路是一个能够自启动的同步的功能。因此该电路是一个能够自启动的同步五进制加法计数器。五进制加法计数器。 RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2 CP计数脉冲计数脉冲 CP0= CP K0 =1 J0 =Q2K1 =1 J1 =1CP1= Q0J2=Q1Q0K2 =1CP2= CP RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2 CP计数脉冲计数脉冲RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2 CP计数脉冲计数脉冲nnnnnQQQKQJQ0200

17、0010 nnnnQQKQJQ1111111 nnnnnnQQQQKQJQ012222212 011111 01111101111111111101110101111100001001201030114100500001QCP CPCP 0CPCP 2CP12345Q0Q1Q2 按功能分按功能分RDQDFF0d0Q0QDFF1d1Q1d2QDFF2Q2QDFF3d3Q3清零清零寄存指令寄存指令000011011101触发器状态不变触发器状态不变RDSDd3RDSDd2RDSDd1RDSDd010清零清零1100&Q0&Q1&Q2&Q31100&QQQQ0

18、000001110101111清零清零D1移位脉冲移位脉冲23410111QQ3Q1Q2RD000000010011101110111 1QJKFF0Q1QJKFF2QJKFF1QJKFF3QQQ从高位向低从高位向低位依次输入位依次输入数码输入数码输入111010110011000输出输出清零清零D10111QQ3Q1Q2RD10111 1QJKFF0Q1QJKFF2QJKFF2QJKFF3QQQ5移位脉冲移位脉冲786数码输入数码输入0000左移寄存器波形图左移寄存器波形图12345678CP111111DQ0Q3Q2Q1111待存待存数据数据01110001123移位脉冲移位脉冲Q2 Q1

19、 Q0移位过程移位过程Q3寄寄 存存 数数 码码 D001110000清清 零零110左移一位左移一位001011左移二位左移二位01011左移三位左移三位10114左移四位左移四位101并并 行行 输输 出出动画动画FF3FF1FF0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3FF2dQ0Q1Q2Q3FF3FF1FF0FF2d0d1d2d3Q3FF3FF1FF0FF2Q3dFF3FF1FF0FF2既能左移也能右移。既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ01&111&1&.RDCPS左移输入左移输入 待输数据由待输数据由 低位至高低位至高 位依次输入位依次输入待输数据由待输数据由高位至

20、低位高位至低位依次输入依次输入101右移输入右移输入移位控制端移位控制端000000&010右移右移串行串行输入输入左移左移串行串行输入输入UCCQ0Q1Q2Q3S1S0 CP16151413121110913456782D0D1D2D3DSRDSL RDGND 74LS194并行输入并行输入011110 00 11 01 1直接清零直接清零(异步异步)保保 持持右移右移(从从Q0向右移动向右移动)左移左移(从从Q3向左移动向左移动)并行输入并行输入 RDCPS1 S0功功 能能 UCCQ0Q1Q2Q3S1S0CP16151413121110974LS19413456782D0D1D2

21、D3DSRDSL RDGND 1000 KJT0111QKJT 01222QQKJT 1 -n0iinQT三位二进制加法计数器状态转换表三位二进制加法计数器状态转换表 该三位二进制加法计数器的时序波形图该三位二进制加法计数器的时序波形图 由时序波形图可看出，若输入计数脉冲的频率为由时序波形图可看出，若输入计数脉冲的频率为f，则触，则触发器输出端发器输出端Q0、Q1、Q2的脉冲频率依次为的脉冲频率依次为f/2、f/4、f/8，可见计数器具有分频功能，故也称为分频器。可见计数器具有分频功能，故也称为分频器。综上所述，综上所述，n位（模位（模2n）同步二进制加法计数器可由）同步二进制加法计数器可由n

22、个个T触发器构成。通过触发器之间逻辑功能的转换方法，触发器构成。通过触发器之间逻辑功能的转换方法，T触触发器可用发器可用JK触发器构成，也可以用触发器构成，也可以用D触发器构成。同理，触发器构成。同理，可得可得n位同步二进制减法计数器的通用驱动方程为位同步二进制减法计数器的通用驱动方程为:1 -n0iinQT100 KJ111 KJ122 KJCPCP 001QCP 12QCP 012QQQC 异步二进制加法器工作波形异步二进制加法器工作波形 每个触发器翻转的时间有先后，每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步与计数脉冲不同步 CP12345678 Q0Q1Q21.同步同步二进制数二进制数

23、Q3Q2Q1Q0脉冲数脉冲数(CP)十进制数十进制数0123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 001234567890100 KJ031QQJ 01QK 0122QQKJ 0123QQQJ 03QK 03QQC 100 KJ031QQJ 01QK 0122QQKJ 0123QQQJ 03QK 03QQC 000001n0QQKQJQ 0101311111n1QQQQQQKQJQ 01201222221n2QQQQQQQKQJQ 03012333331n3QQQQ

24、QQQKQJQ 8421BCD码同步十进制加法计数器状态转换表码同步十进制加法计数器状态转换表 Q0Q1Q2Q3CP12345678910 常用常用74LS160型同步十进制加法计数器型同步十进制加法计数器, 其外引脚排其外引脚排列及功能表与列及功能表与74LS161型计数器相同。型计数器相同。 74LS161型四位同步二进制计数器型四位同步二进制计数器(a) 外引线排列图；外引线排列图； (b) 逻辑符号逻辑符号3. 中规模集成计数器中规模集成计数器 中规模集成计数器种类很多，功能完善且可扩展。常用的中规模集成计数器种类很多，功能完善且可扩展。常用的有四位二进制计数器有四位二进制计数器74L

25、S161，十进制计数器，十进制计数器74LS160等。等。 01111 1 10 0 CPCTP CTT 同步二进制计数器的同步二进制计数器的 0111LDQ3Q2Q1Q0D3D2D1D0 d3d2d1d0 d3d2d1d0计计 数数保保 持持 保保 持持 0 0 0 074LS161 四位二进制计数器，同步计数，同步予置，异步清零四位二进制计数器，同步计数，同步予置，异步清零CR二进制数二进制数QDQCQBQA脉冲数脉冲数(C)十进制数十进制数0123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 0

26、1 0 0 10 0 0 001234567890十十种种状状态态 1 1 & 1 (a) 用用异异步步清清零零端端 CR 归归零零 (b) 用用同同步步置置数数端端 LD 归归零零 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP & 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 000010011010瞬间出现瞬间出现00001001 1 1 & 1 (a) 用用异异步步清清零零端端 CR 归归零零 (b) 用用同同步步置置数数端端 LD

27、归归零零 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP & 1 74LS161 Q3 Q2 Q1 Q0 D0 D1 D2 D3 CO LD CR CTT CTP CP CP 000010111100瞬间出现瞬间出现00001011TRK5C0R2C0R121,UUUU CCR2CCR131,32UUUU TRQDR0D R1D R1 Q 10 QQ 01 QQ0D R1 QCCTRCCTHD31321UUUUR 且且、0 R1 S1 SCCTRCCTHD31321UUUUR 且且、CCTRCCTHD31321UUUUR 且

28、且、0 S1 R1 R ucR1ui+C1+C2QQRDSD5K5K5KVAVB T1348(复位端复位端)uO6527(地地)接通电源接通电源2/3 UCC01101Q=0导通导通1(地地)1101Q=1截止截止00012/3 UCC1010Q=1010 110Q=0(1/3UCC)Q=0Q=1T导通，导通，C通过通过T放放电电,uC 0接通电源接通电源RD=0SD=1保持保持“0”态态RD=1SD=1+UCC48562713.uCCuiuOR0.01F上升到上升到2/3 UCCuituCtuOtuituCtuOt暂稳态暂稳态tptp=RC ln3=1.1RC2/3UCCQ=1Q=0T截止截止C充电充电RD=0SD=1Q=0Q=1因此暂稳态的长短因此暂稳态的