第09章触发器及时序逻辑电路

1、医学电子学基础医学工程与电子科学学院张展召15090050475271391311第一节第一节 双稳态触发器双稳态触发器第二节第二节 时序逻辑电路时序逻辑电路第三节第三节 脉冲的产生与整形脉冲的产生与整形第四节第四节 555555定时器及其应用定时器及其应用 一、一、RS 触发器触发器三、三、D 触发器触发器二、二、JK 触发器触发器四、四、T 触发器触发器1 1基本基本RSRS触发器触发器 两个与非门交叉连接两个与非门交叉连接构成基本构成基本RS触发器触发器 逻辑符号：逻辑符号： 结构：结构：置位端置位端复位端复位端一、一、RS 触发器触发器1 S0R01n Q11n Q触发器置触发器置1

2、1 0 S1 R11n Q01n Q1 Sn1nQQ n1nQQ 1 S0R11n Q11n Q1 R触发器置触发器置0 0 保持原状态保持原状态在此基础上若两个输入信号在此基础上若两个输入信号同时回到同时回到1后，则触发器恢后，则触发器恢复到复到“0”状态还是状态还是“1”状态状态无法预测，这是非正常的情无法预测，这是非正常的情况，是工作中要避免的。况，是工作中要避免的。违背互补原则违背互补原则逻辑功能逻辑功能: : 与非门的逻辑关系：与非门的逻辑关系：有有0 0得得1 1全全1 1为为0 0n1nQRSQ 0 RS约束条件约束条件特性方程特性方程逻辑功能逻辑功能: : 输入输出波形：输入输

3、出波形： 动作特点：动作特点：“一触即发一触即发”。2 2同步同步RSRS触发器触发器 逻辑符号逻辑符号 结构结构置位端置位端复位端复位端控制端控制端 逻辑功能：逻辑功能： 控制信号控制信号CP=0: 与非门与非门G3、G4的输出恒的输出恒为为1； 基本基本RS触发器输入全触发器输入全1，输出保持原来状态不变；输出保持原来状态不变；控制信号控制信号CP=1: 基本基本RS触发器输入与触发器输入与S、R有关，输入信号才能有关，输入信号才能触发基本触发基本RS触发器，使输出状态作相应的转换。触发器，使输出状态作相应的转换。逻辑功能：逻辑功能： 约束条件约束条件特性方程特性方程n1nQRSQ 0RS

4、 CP=1期间触发；期间触发； 有约束条件，即不允有约束条件，即不允许许R 和和S 同时等于同时等于1； 存在空翻现象。存在空翻现象。动作特点：动作特点：逻辑符号逻辑符号 结构结构控制端控制端 二二、JK 触发器触发器逻辑功能：逻辑功能： 在在CP 的上升沿到来时，主触发器动作，的上升沿到来时，主触发器动作，在在CP 的下降沿到来时，从触发器动作。的下降沿到来时，从触发器动作。 两个触发器都是同两个触发器都是同步步RS触发器，会在时钟触发器，会在时钟脉冲高电平期间动作。脉冲高电平期间动作。而而CP通过一个非门给两通过一个非门给两个触发器提供时钟脉冲。个触发器提供时钟脉冲。逻辑功能：逻辑功能：

5、无约束条件无约束条件特性方程特性方程nn1nQKQJQ 动作特点：动作特点： 在时钟脉冲下降沿在时钟脉冲下降沿触发；触发； 不需要输入信号满不需要输入信号满足约束条件；足约束条件； 不会出现空翻现象。不会出现空翻现象。 输入输出波形：输入输出波形： 逻辑符号逻辑符号 结构结构 边沿触发器通常采用维持阻塞结构，又称边沿触发器通常采用维持阻塞结构，又称维持阻塞触发器。维持阻塞触发器。三三、D 触发器触发器 触发器输入信号的上升沿前接收输入信号，触发器输入信号的上升沿前接收输入信号，在上升沿触发，利用内部的维持和阻塞线，使上在上升沿触发，利用内部的维持和阻塞线，使上升沿后即被封锁，没有约束条件，没有

6、空翻现象升沿后即被封锁，没有约束条件，没有空翻现象产生，有很强的抗干扰能力。产生，有很强的抗干扰能力。逻辑功能：逻辑功能： 在时钟脉冲的上升沿动作在时钟脉冲的上升沿动作特性方程特性方程: Qn+1D。 nn1nQTQTQ 特性方程特性方程 在时钟脉冲的控在时钟脉冲的控制下，根据输入信号制下，根据输入信号T 取值的不同，具有取值的不同，具有保持和翻转功能的电保持和翻转功能的电路，叫做路，叫做 T 触发器。触发器。 四四、T 触发器触发器二、移位寄存器二、移位寄存器一、数码寄存器一、数码寄存器三、二进制计数器三、二进制计数器四、十进制计数器四、十进制计数器结构结构四个基本四个基本RS触发器触发器八

7、个与非门八个与非门 并行输入并行输入并行输出方式并行输出方式输入输出方式输入输出方式一、数码寄存一、数码寄存器器数据输入端数据输入端 输出端输出端 清零指令为负脉冲，清零指令为负脉冲，这个指令的到来，可使这个指令的到来，可使四个基本四个基本 RS 触发器复触发器复位，并通过与非门及四位，并通过与非门及四个非门将寄存器的输出个非门将寄存器的输出端置端置0。在清零时寄存。在清零时寄存指令应处于无效的低电指令应处于无效的低电平。平。 清零：清零：0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 寄存指令为加在寄存端的寄存指令为加在寄存端的正脉冲。正脉冲。 在寄存指令正脉冲到来之在寄存指

8、令正脉冲到来之前（低电平），前（低电平），G1G4的输的输出全为出全为1。由于经过清零，触。由于经过清零，触发器发器F0F3全处于全处于0态。态。 当寄存指令来到时（高电当寄存指令来到时（高电平），平），G1、G2、G4输出为输出为0，使使F0、F1、F3置置1；G3输出输出仍为仍为1，F2的状态不变仍为的状态不变仍为0，数码寄存完毕。数码寄存完毕。 寄存：寄存：1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 取出指令为加在取出端的取出指令为加在取出端的正脉冲，在其到来之前（低电正脉冲，在其到来之前（低电平），平）， “与非与非”门门G5G8输输出为出为1，经，经“非非”门反相

9、后，门反相后，输出端输出端Q3Q2Q1Q0=0000； 若要取出时，给取出指令若要取出时，给取出指令（高电平），由于（高电平），由于F0F3输输出端存有数据出端存有数据1011， “与非与非”门门G5、G6、G8输出为输出为0，G7输出仍为输出仍为1，经，经“非非”门反相门反相后，输出端后，输出端Q3Q2Q1Q0=1011 。取出：取出：1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 二、移位寄存二、移位寄存器器 由由JK 触发器组成的四位移位寄存器触发器组成的四位移位寄存器,四位左四位左移寄存器。此移位寄存器属于串行输入移寄存器。此移位寄存器属于串行输入-串串/并行输并行输出

10、左移寄存器。出左移寄存器。F0接成接成D触发器，数码由触发器，数码由D端输入。端输入。 由由JK 触发器组成触发器组成 F0接成接成D触发器，数码由触发器，数码由D端输入。将寄存的二端输入。将寄存的二进制数按移位脉冲的工作节拍从高位到低位依次串行进制数按移位脉冲的工作节拍从高位到低位依次串行送进送进D端。移位一次，存入一个新数码，直到第四个端。移位一次，存入一个新数码，直到第四个脉冲的下降沿到来后，存数结束。这时，可以从四个脉冲的下降沿到来后，存数结束。这时，可以从四个触发器的触发器的Q 端并行输出数码。如果再经过四个移位脉端并行输出数码。如果再经过四个移位脉冲，则所存的数码也可逐位从冲，则所

11、存的数码也可逐位从Q3端由高位到低位串端由高位到低位串行输出。行输出。 工作原理：工作原理：由维持阻塞由维持阻塞型型D 触发器触发器组成的四位组成的四位移位寄存器移位寄存器 二、移位寄存二、移位寄存器器由由D 触发器组成触发器组成 既可并行输入既可并行输入/串行输出，又可以串行输入串行输出，又可以串行输入/串串行输出。清零指令为加在清零端的负脉冲，寄存指行输出。清零指令为加在清零端的负脉冲，寄存指令为加在寄存端的正脉冲。令为加在寄存端的正脉冲。三、二进制计数三、二进制计数器器 二进制加法的运算法则是：二进制加法的运算法则是：0加加1得得1，1加加1得得0并向高位进并向高位进1（即逢二进一得（即

12、逢二进一得10）。）。 构成二进制加法计数器的各触发器应满足条件：构成二进制加法计数器的各触发器应满足条件： 每输入一个脉冲，触发器应翻转一次；每输入一个脉冲，触发器应翻转一次； 当低位触发器由当低位触发器由1状态变为状态变为0状态时，应输出一状态时，应输出一个进位信号加到高位触发器的计数输入端。个进位信号加到高位触发器的计数输入端。3. 同步二进制计数器同步二进制计数器 1. 异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器 2. 异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器 1. 异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器 各触发器的各触发器的J、K端均悬空，相当于接高电平，端均悬空，相当于接高电平，即

13、即J=K=1。触发器在每一个时钟脉冲的下降沿即由。触发器在每一个时钟脉冲的下降沿即由1变变0时翻转一次，其逻辑功能相当于时翻转一次，其逻辑功能相当于T触发器。触发器。 各触发器逻辑功能相当于各触发器逻辑功能相当于T触发器。触发器。 计数脉冲计数脉冲CP由最低位触发器由最低位触发器F0的的C0端输入，即端输入，即C0=CP,各触发器之间均为低位的各触发器之间均为低位的Q端与高位的端与高位的C端端相连，即相连，即C1=Q0，C2=Q1，C3=Q2，因此每当低位，因此每当低位触发器由触发器由1态变为态变为0态，就有一个进位信号使高位触态，就有一个进位信号使高位触发器翻转一次。发器翻转一次。 二进制加

14、法的运算法则是：二进制加法的运算法则是： 1减减1得得0，0减减1得得1并向高位借并向高位借1。 构成二进制减法计数器应满足条件：构成二进制减法计数器应满足条件： 每输入一个脉冲，最低位触发器应翻转一次；每输入一个脉冲，最低位触发器应翻转一次； 当低位触发器由当低位触发器由0状态变为状态变为1状态时，应输出一状态时，应输出一个借位信号加到高位触发器的计数输入端。个借位信号加到高位触发器的计数输入端。2. 异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器 低位触发器是从低位触发器是从 端（而不是端（而不是Q端）连到端）连到高位触发器的计数输入端。高位触发器的计数输入端。 QQ3. 同步二进制计数器同步二

15、进制计数器 将计数脉冲同时加在每一个触发器上，使各将计数脉冲同时加在每一个触发器上，使各触发器的输出状态变化与计数脉冲同步，就构成触发器的输出状态变化与计数脉冲同步，就构成了同步计数器。了同步计数器。 四、十进制计数四、十进制计数器器 由于人们习惯于十进制计数，所以在需要直由于人们习惯于十进制计数，所以在需要直接显示的地方，使用十进制比二进制方便得多。接显示的地方，使用十进制比二进制方便得多。十进制计数器采用的是二十进制计数器采用的是二十进制计数法，也就十进制计数法，也就是用四个二进制数码表示一个十进制数，是用四个二进制数码表示一个十进制数， 十进制加法计数要求在达到十进制加法计数要求在达到1

16、001（十进制数（十进制数9）时，再加时，再加1应返回到应返回到0000（十进制（十进制0），同时发出进），同时发出进位信号。位信号。二、施密特触发器二、施密特触发器一、多谐振荡器一、多谐振荡器三、单稳态触发器三、单稳态触发器一、多谐振荡器一、多谐振荡器 多谐振荡器是不需要外加触发信号、能自多谐振荡器是不需要外加触发信号、能自行产生一定频率和一定脉宽的矩形脉冲电路。行产生一定频率和一定脉宽的矩形脉冲电路。电路没有稳态，只有两个暂稳态，因而又称为电路没有稳态，只有两个暂稳态，因而又称为无稳态振荡器。多谐振荡器可以由门电路组成、无稳态振荡器。多谐振荡器可以由门电路组成、由集成运放组成，也可以由由集

17、成运放组成，也可以由555定时器组成。定时器组成。 多谐振荡器没有稳态，只具有两个暂稳态，多谐振荡器没有稳态，只具有两个暂稳态，又称为无稳态振荡器。又称为无稳态振荡器。 用门电路构成的多谐振荡器用门电路构成的多谐振荡器 非门非门G1、G2性能相同性能相同 ，RF1=RF2，C1=C2暂态暂态： 非门非门G2输出输出 uO 为高电平为高电平UOH 非非门门G1输出输出uO1为低电平为低电平UOL 暂态暂态： 非门非门G2输出输出 uO 为低电平为低电平UOL 非非门门G1输出输出uO1为高电平为高电平UOHTOHDOH)(ln2UUUUT暂态暂态： 因电阻因电阻RF2两端有电位差，两端有电位差，

18、会通过电容会通过电容C2放电，正反馈放电，正反馈的结果将使电路迅速变为暂的结果将使电路迅速变为暂态态。 暂态暂态 ： 因电阻因电阻RF1两端有电位差，两端有电位差，会通过电容会通过电容C1放电，正反馈的放电，正反馈的结果将使电路迅速变为暂态结果将使电路迅速变为暂态 。 二、施密特触发器二、施密特触发器 是一种脉冲整形电路，能够将变化缓慢的正弦是一种脉冲整形电路，能够将变化缓慢的正弦波、三角波和一些不规则的输入波形整形成数字电波、三角波和一些不规则的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲，又称为电平触发的双稳态触路所需要的矩形脉冲，又称为电平触发的双稳态触发器。发器。输出信号波形好输出信号波形好

19、抗干扰能力强抗干扰能力强逻辑符号逻辑符号 有高、低电平两个稳定有高、低电平两个稳定状态；状态； 具有滞回电压传输特性：具有滞回电压传输特性：输入信号只有升到上触发电输入信号只有升到上触发电平平UT+时，电路输出才翻转时，电路输出才翻转到低电平；输入信号只有降到低电平；输入信号只有降到下触发电平到下触发电平UT时，电路时，电路才从低电平翻转到高电平。才从低电平翻转到高电平。 施密特触发器的特点：施密特触发器的特点：电压传输特性电压传输特性1. 1. 用门电路构成的施密特触发器用门电路构成的施密特触发器 当当uI=0V，门，门G1输出高电平，使输出高电平，使门门G2 （uO）输出低电平，电路处于输

20、出低电平，电路处于稳态稳态UOL。 随着随着uI的上升，与非门的上升，与非门G1的另一的另一个输入端（个输入端（uA ） 处电位跟着上升。处电位跟着上升。 只有当只有当uA升到升到TTL门的阈值电压门的阈值电压UT时，时，G1才会导通，输出为低电平，才会导通，输出为低电平，导致门导致门G2截止，输出（截止，输出（uO）为高电）为高电平，电路处于另一个稳态平，电路处于另一个稳态UOH 。 uI继续上升，继续上升，uO保持高电保持高电平状态不变。而当平状态不变。而当uI下降时到下降时到接近接近UT+时（注意时（注意UT+UT，），），由于由于uA在此下降期间由于在此下降期间由于uO=UOH而始终维

21、持高电平状态而始终维持高电平状态不变，因此电路并不会翻转，不变，因此电路并不会翻转，只有到只有到uI下降到接近下降到接近UT时，门时，门G1截止，门截止，门G2导通，导通，uO返才回返才回低电平稳态低电平稳态UOL。 12OLTDTTRRUUUUUU12OLTDTTRRUUUUU TTUU 2. 2. 施密特触发器的应用施密特触发器的应用 脉冲整形脉冲整形 脉冲整形电路，能够将变化缓慢的正弦波、三脉冲整形电路，能够将变化缓慢的正弦波、三角波和一些不规则的输入波形整形成数字电路所需角波和一些不规则的输入波形整形成数字电路所需要的矩形脉冲。输出信号波形好要的矩形脉冲。输出信号波形好,抗干扰能力强。

22、抗干扰能力强。幅度鉴别幅度鉴别 脉冲波形的变换脉冲波形的变换脉冲整形脉冲整形 幅度鉴别幅度鉴别 脉冲波形的变换脉冲波形的变换三、单稳态触发器三、单稳态触发器 单稳态触发器有稳态和暂稳态两种工作状态。单稳态触发器有稳态和暂稳态两种工作状态。 没有外界触发信号作用时，电路处于稳态；在外没有外界触发信号作用时，电路处于稳态；在外界触发脉冲作用下，电路由稳态转换为暂稳态。界触发脉冲作用下，电路由稳态转换为暂稳态。经过一段时间后，电路会自动返回稳态，从而输经过一段时间后，电路会自动返回稳态，从而输出矩形波。输出脉冲的宽度取决于电路本身的参出矩形波。输出脉冲的宽度取决于电路本身的参数，而与触发脉冲无关。单

23、稳态触发器的种类很数，而与触发脉冲无关。单稳态触发器的种类很多，既可用与非门、或非门外接多，既可用与非门、或非门外接RC电路组成，也电路组成，也可用集成运算放大器或其他集成电路构成，还有可用集成运算放大器或其他集成电路构成，还有专用的单片集成单稳态触发器电路。专用的单片集成单稳态触发器电路。用门电路构成的单稳态触发器用门电路构成的单稳态触发器 没触发信号，电路处于稳定状态没触发信号，电路处于稳定状态;外加触发信号，电路从稳定翻转到暂稳状态外加触发信号，电路从稳定翻转到暂稳状态; 暂稳态持续一段时间后，自动翻转回到稳态。暂稳态持续一段时间后，自动翻转回到稳态。)()()0()(lnW212121

24、212WTuuuuRCTTROHOLTOHOL-ln-lnUUUUUUUURCR二、二、555定时器的应用定时器的应用一、一、555定时器定时器一、一、555定时器定时器 555 定时器是一种多用途的数字电路和模拟定时器是一种多用途的数字电路和模拟电路相结合的中规模集成电路，可以组成多谐振电路相结合的中规模集成电路，可以组成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等各种波形荡器、施密特触发器和单稳态触发器等各种波形产生和波形整形电路，而且使用方便、灵活，是产生和波形整形电路，而且使用方便、灵活，是一种应用非常广泛的集成器件。一种应用非常广泛的集成器件。 555 定时器有多种型号，常用的有双极型的定时器有多种型号，常用的有双极型的5G555和和CMOS型的型的CC7555两种。其内部电路结两种。其内部电路结构相似，管脚排列及功能完全相同。构相似，管脚排列及功能完全相同