触发器和时序逻辑电路培训教材

1、触发器和时序逻辑电路培训教材 原来的状态原来的状态 下面介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的根本逻下面介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的根本逻辑单元。辑单元。&G1& G2两互补输出端两互补输出端两输入端两输入端反响线反响线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设触发器原态为设触发器原态为“1态。态。翻转为翻转为“0”态态(1) S=1， R = 0&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 S=1， R=0

2、时，时， 将使触发器将使触发器 置置“0”或称或称 为复位。为复位。&G1& G2设原态为设原态为“0态态0翻转为翻转为“1”态态(2) S=0， R = 1&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 S=0， R=1时，时， 将使触发器将使触发器 置置“1”或称或称 为置位。为置位。&G1& G2设原态为设原态为“0态态1保持为保持为“0”态态(3) S =1， R = 1&G1& G2设原态为设原态为“1态态

3、11触发器保持触发器保持“1态不变态不变 当当 S=1， R=1时，时， 触发器保持触发器保持 原来的状态，原来的状态， 即触发器具即触发器具 有保持、记有保持、记 忆功能。忆功能。&G1& G2&G1& G2110011111110假设假设G1先翻转，那么触发器为先翻转，那么触发器为“0态态“1态态(4) S =0，R = 0 当信号当信号S= R = 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

4、。号确定。10逻辑符号逻辑符号QQSRSRQ1 0 0 置置00 1 1 置置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SR11RSQRSQn根本根本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& G3CPQQn1当当 CP = 1 时时1翻开翻开11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CP当当 CP = 1 时时1(1) S=0, R=00011

5、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。输入状态决定。11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CPQQn11101010(2) S = 0, R= 1触发器置触发器置“0”(3) S =1, R= 0触发器置触发器置“1”11& G1& G2SDRDQQ& G4SR& G3CP01nQ11nQ1110011110Q=1Q=011(4) S =1, R= 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

6、& G3CP0 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定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QQSRCPSDRD01RSQRSQn不定不定不定不定QQ10 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1QnCP0 0 SR 0 1 0 1 0 1 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QJKQS0QKQJSR主触发器翻开主触发器翻开 主触发器

7、主触发器01CP011RS C从触发器从触发器QQQQSDRDR C主触发器主触发器QJKQSQKQJQRSQn1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QKQJQQnn11主010 CP=1时触发器接收时触发器接收信号并暂存信号并暂存 (即主触发即主触发器状态由器状态由 J、K决定，决定，从触发器状态保持不从触发器状态保持不变。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

8、触发器主触发器封锁封锁, J、K不起作用不起作用1RS 从触发器从触发器QQQQSDRDR QJKQSCP 主触发器主触发器01CPCP01001nQJS nKQR CP高电平时主触发高电平时主触发器状态由器状态由J、K决定，决定，从触发器状态不变。从触发器状态不变。 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）。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，主触高电平时，主触发器状态由发器状态由J、K决定，

9、决定，从触发器状态不变。从触发器状态不变。 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 1 0 QKQJQn1主J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn (置置“0功能功能) (置置“1功能功能) ()触发器工作时触发器工作时SD 、 RD应接高电平。应接高电平。CPQJKSDRDQD Qn+1 0101逻辑符号逻辑符号D CPQQRDSDQn+1 =Dn；DQn1 CPDQJ K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn (置置“0功能功能) (置置“1功能功能) ()触发器工作时

10、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 1020KQJ011QKJ12012KQQJ2QF 解：根据电路可知，该电路为同步时序逻辑电路

11、，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 021n0QQQ0101011n1QQQQQQQ0121n2QQQQ3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 4电路用了电路用了3个触发器，电路应该有个状态，由状态转换真值表个触发器，电路应该有个状态，由状态转换真值表和状态转换图均可知，电路只使用了和状态转换图均可知，电路只使用了5个状态：个状态：000、001

12、、010、011、100，这，这5个状态称为有效状态。电路在脉冲作用下，在有效状态之间的个状态称为有效状态。电路在脉冲作用下，在有效状态之间的循环，称为有效循环。电路还有循环，称为有效循环。电路还有3个状态个状态101、110、111没有使用，没有使用，这这3个状态称为无效状态。电路在脉冲作用下，在无效状态之间的循环个状态称为无效状态。电路在脉冲作用下，在无效状态之间的循环，称为无效循环。，称为无效循环。所谓电路能够自启动，是指当电源接通或由于干扰信号的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，在脉冲作用下，电路能够进入影响，电路进入到了无效状态，在脉冲作用

13、下，电路能够进入到有效循环；否那么，电路不能够自启动。到有效循环；否那么，电路不能够自启动。由状态转换真值表和状态转换图可知，电路具有自启动功能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效输出。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。5综合以上分析，电路每经过综合以上分析，电路每经过5个时钟脉冲个时钟脉冲，电路状态循环变化一次，输出端输出一个进位，电路状态循环变化一次，输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的功能脉冲，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五进制加。因此该电路是一

14、个能够自启动的同步五进制加法计数器。法计数器。 CP12345Q0Q1Q2RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2 CP计数脉冲计数脉冲方程方程 CP0= CP K0 =1 J0 =Q2K1 =1 J1 =1CP1= Q0J2=Q0Q1K2 =1CP2= CP RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2 CP计数脉冲计数脉冲2QF 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触发器的特性方程中 得到状态方程为得到状态方程为 021n0QQQ11n1QQ0121n2QQQQRDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2

15、CP计数脉冲计数脉冲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 CP12345Q0Q1Q24电路能够自启动。电路能够自启动。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效输出。输出为无效输出。5综合以上分析，该电路是一个能够自启动的综合以上分析，该电路是一个能够自启动的异步五进制加法计数器。异步五进制加法计数器。 存放器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数存放器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数码或

16、指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器码或指令等。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，存放只能存放一位二进制数，存放 n 位二进制时，要位二进制时，要 n个个触发器。触发器。按功能分按功能分RDQDFF0d0Q0QDFF1d1Q1d2QDFF2Q2QDFF3d3Q3清零清零存放指令存放指令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&QQQQ0000001110101111清零清零D1移位脉冲移位脉冲23410111QQ3Q

17、1Q2RD0000000100111011101111QJKFF0Q1QJKFF2QJKFF1QJKFF3QQQ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数码输入数码输入左移存放器波形图左移存放器波形图12345678CP111111DQ0Q3Q2Q1111待存待存数据数据01110001123移位脉冲移位脉冲Q2 Q1 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

18、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1 清零清零0DQ2SDRDd2&F2Q1SDRDd1&F1Q0SDRDd0&F0DDQ3SDRDd3&F3DDCPFF3FF1FF0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3FF2dQ0Q1Q2Q3FF3FF1FF0FF2d0d1d2d3Q3FF3FF1FF0FF2Q3dFF3FF1FF0FF2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

19、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 UCCQ0Q1Q2Q3S1S0CP16151413

20、121110974LS19413456782D0D1D2D3DSRDSL RDGND 1000KJT0111QKJT01222QQKJT1 -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 综上所述，综上所述，n位模同步二进制加法计数器可由位模同步二进制加法计数器可由n个触发器个触发器构成。通过触发器之间逻辑功能的转换方法，触发器可用触构成。通过触发器之间逻辑功能的转换方法，触发器可用触发器也可以用触发器构成。同理，可得发器也可以用触发器构成。同理，可得n位同步二进制减法位同步二进制减法计数器的通

21、用驱动方程为计数器的通用驱动方程为 1 -n0iinQT111 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，与每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步计数脉冲不同步 CP12345678 Q0Q1Q2？思考思考1、各触发器、各触发器CP应如何连接？应如何连接？CPRDQDQQ0F0QDQQ1FF1QDQQ2FF2计数计数脉冲数脉冲数二进制数二进制数十进十进制数制数Q3 Q2 Q1 Q0012345678 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1

22、 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 00 12345678计数计数脉冲数脉冲数二进制数二进制数十进十进制数制数Q3 Q2 Q1 Q0 9 10 11 12 13 14 15 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 19 101112131415 16 0 0 0 0 0 四位二进制加法计数器的状态表四位二进制加法计数器的状态表FF0每输入一每输入一C翻一次翻一次FF1FF2FF3J0 =K0 =1Q0 =1J1 =K1 = Q0Q1 = Q0 = 1J2 =K2 = Q1 Q0Q2 = Q1 = Q0 = 1

23、J3 =K3= Q2 Q1 Q0J0 =K0 =1J1 =K1 = Q0J2 =K2 = Q1 Q0J3 =K3 = Q2 Q1 Q0 计数脉冲同时加到各位触发器上，当每个到来后计数脉冲同时加到各位触发器上，当每个到来后触发器状态是否改变要看触发器状态是否改变要看J、K的状态。的状态。QQFF3QQFF2QQFF1QQFF0Q3Q2Q0Q1DRCPJKJKJKJK由主从型由主从型 JK 触发器组成的同步四位二进制加法计数器触发器组成的同步四位二进制加法计数器当当Q2=Q1 = Q0=1 时再来一时再来一个时钟个时钟翻转。翻转。1.同步同步二进制数二进制数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 00123456