第7章触发器与时序逻辑电路2

1、（1-1）第第7 7章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路(2)(2)（1-2）7.2.1 7.2.1 数码寄存器数码寄存器寄存器是计算机的主要部件之一，它用寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。来暂时存放数据或指令。四位数码寄存器四位数码寄存器7.2 7.2 寄存器寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3取数取数脉冲脉冲接收接收脉冲脉冲( CP )DR（1-3）A0-A3：待存数据：待存数据Q0-Q3：输出数据输出数据 工作过程：工作过程：接收脉冲到达后，将待存数据送接收脉冲到达后，将待存数据送至各至各D触发器触发器 ， 取数脉冲加入

2、后将所存数据取数脉冲加入后将所存数据送出。送出。 Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3取数取数脉冲脉冲接收接收脉冲脉冲( CP )DR（1-4）7.2.2 7.2.2 移位寄存器移位寄存器 所谓所谓“移位移位”，就是将寄存器所存各，就是将寄存器所存各位位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成分成左移寄存器左移寄存器、右移寄存器右移寄存器 和和 双向移双向移位寄存器位寄存器三种：三种：寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器双向双向移位

3、移位(c)（1-5）QQDQQDQQDQQD&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉冲清零清零脉冲脉冲SD四位并入四位并入 - 串出的左移串出的左移寄存器寄存器 设设A3A2A1A0 1011，在存数脉冲作用在存数脉冲作用下，并行输入数据，使下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 1011 。QQDQQDQQDQQD1移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210（1-6）D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 21 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0 1

4、 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态并入初态 Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1左移过程左移过程（1-7）用波形图表示如下：用波形图表示如下：1 0 1 11 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 0

5、 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态并入初态Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2Q1Q0CPCP1 11 10 01 10 00 01 11 10 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 0Q3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP

6、0串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1（1-8）四位串入四位串入 - - 串出的串出的左移左移寄存器：寄存器：D0 LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2 “L L”即需即需左移的输左移的输入数据入数据. .串行串行输入输入LQ3Q2D1Q0D0移位移位脉冲脉冲CP串行串行输出输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1数据由数据由Q3串行输出串行输出（1-9）D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1四位串入四位串入 - 串出的串出的右移右移寄存器：寄存器：QDQQ3DQDQD移位移位脉冲脉冲CP串行串行输出输出Q1Q2Q0串行串行输入输入R “R R”

7、即需即需右移的输右移的输入数据入数据数据由数据由Q0串行输出串行输出（1-10）构成原理：既能左移又能右移。构成原理：既能左移又能右移。 给移位寄存器设置一个控制端如给移位寄存器设置一个控制端如S S，令，令S S0 0 时时左移；左移；S S1 1时右移即可。时右移即可。 集成组件集成组件74LS194就是这样的多功能移位寄存器。就是这样的多功能移位寄存器。 双向移位双向移位寄存器寄存器D0 L LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2左移左移D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1右移右移D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 =

8、SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 双向移双向移（1-11）VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移右移串行串行输入输入左移左移串行串行输入输入并行输入并行输入工作方式工作方式控制控制（1-12）VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(从从QA向右移动向右移动)左移左移

9、(从从QD向左移动向左移动)并入并入 CLRCPS1 S0功功 能能 （1-13） 计数器的功能和分类计数器的功能和分类1. 计数器的计数器的功能功能 记忆输入脉冲的个数。用于定时、分记忆输入脉冲的个数。用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。2. 计数器的计数器的分类分类同步计数器和异步计数器。同步计数器和异步计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。有时也用计数器的计数循环规律有时也用计数器的计数循环规律(或称或称模数模数)来区分各种不同的计数器，如二来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十

10、进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。进制计数器等等。7.3 7.3 计数器计数器（1-14）7.3.1 7.3.1 二进制计数器二进制计数器 （1）二进制异步加法计数器（）二进制异步加法计数器（4位）位） 在异步计数器中，有的触发器直在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被器状态变换的时间先后不一，故被称为称为“ 异步计数器异步计数器 ”。（1-15）Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2C

11、P计数计数脉冲脉冲Q2Q1Q0 Q Q010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1结论：结论：1. 各触发器间时钟不一致，各触发器间时钟不一致， 所以称异步计数器；所以称异步计数器；2. Q2Q1Q0各位间为二进制关系；各位间为二进制关系；3. 计数从计数从000开始到开始到111结束，然结束，然 后循环，所以称加法计数。后循环，所以称加法计数。 （或上叫上行计数）（或上叫上行计数）例例1 三位二进制三位二进制异步异步加法计数器加法计数器（1-16） 每当每当Q2由由1变变0，FF3向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。 每来一个每来一个CP的

12、下降沿时，的下降沿时，FF0向相反的状态翻转一次；向相反的状态翻转一次； 每当每当Q0由由1变变0，FF1向相反的状态翻转一次；向相反的状态翻转一次； 每当每当Q1由由1变变0，FF2向相反的状态翻转一次；向相反的状态翻转一次；1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ例例2 四位二进制四位二进制异步异步加法计数器加法计数器（1-17）电路的时序波形图和状态图。电路的时序波形图和状态图。CPQ0Q1Q2Q3000100110110101000101000010110010100Q1101111101110Q

13、31011Q100001100Q20111（1-18）(2)同步二进制加法计数器同步二进制加法计数器 在同步计数器中，各个触发器都受同一输在同步计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为几乎是同时的，故被称为 “ 同步计数器同步计数器 ”。例例3. 三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲CP（1-19）Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲计数脉冲三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器CP

14、分析步骤分析步骤:1. 先列写控制端的逻辑表达式：先列写控制端的逻辑表达式：J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1Q0： 来一个来一个CP，翻转一次；，翻转一次；Q1：当：当Q01时，可随时，可随CP翻转；翻转；Q2：只有当：只有当Q1Q011时，才能随时，才能随CP翻转。翻转。（1-20）2. 列写状态表，分析其状态转换过程。列写状态表，分析其状态转换过程。 1 0 0 1 0 0 0 0 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 CP Q2 Q1 Q0 8 0 0 0 J2 = K2 = Q1 Q0

15、J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1（1-21）CPQ0Q1Q23. 用波形图显示状态转换关系用波形图显示状态转换关系注意注意：各触发器均在：各触发器均在CP的下降沿翻转。的下降沿翻转。（1-22）FF1KRC11J清零脉冲Q01K1QQFFC11JQ1K计数脉冲&22FF1J&01JQCP3R1KQCRQC11&RR3FFC1Q1FF0 0：每来一个：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。J0 0= =K0 0=1=1FF1 1：当：当Q0 0=1=1时，来一个时，来一个CP，向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。J1 1= =K1

16、 1= = Q0 0FF2 2：当：当Q0 0Q1 1=1=1时，时， 来一个来一个CP，向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。J2 2= =K2 2= = Q0 0Q1 1FF3 3： 当当Q0 0Q1 1Q2 2=1=1时，时， 来一个来一个CP，向相反的状态翻转一次。向相反的状态翻转一次。J3 3= =K3 3= = Q0 0Q1 1Q2 2例例4. 四位二进制同步加法计数器四位二进制同步加法计数器（1-23）计数脉冲计数脉冲序号序号电电 路路 状状 态态等效十进等效十进制数制数Q3 Q2 Q1 Q00123456789101112131415160 0 0 00 0 0 10 0

17、 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 001234567891011121314150J0 0= =K0 0=1=1J1 1= =K1 1= = Q0 0J2 2= =K2 2= = Q0 0Q1 1J3 3= =K3 3= = Q0 0Q1 1Q2 2（1-24）例例: : 二进制异步减法计数器二进制异步减法计数器 工作原理：工作原理：D触发器也都接成触发器也都接成T触发器。触发器。 由于是上升沿触发，则应将低位触发器的由于是上升

18、沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连，即从器的时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。端取借位信号。C1CPFF31DQ3计数脉冲QRQ31DQQ22FFC1R2Q1DQQ11FFC1R1Q1DQQ00FFC1R0Q清零脉冲CR（1-25）时序波形图和状态图时序波形图和状态图CPQ0Q1Q2Q3231 0QQQ Q0000111111101101110010111001101010000111011001010100001100100001（1-26）1 1 同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器（1）写出驱动方程：）写出驱动方程：10 J10

19、KnnQQJ031 nQK01 nnQQJ012 nnQQK012 nnnQQQJ0123 n03QK QQ1KR1J2QC10C111JFFRQ计数脉冲清零脉冲CR0Q1JRFFQ11KC13FF1KRFFC1CP2Q1Q1K1J3&7.3.2 7.3.2 十进制计数器十进制计数器（1-27）状态转换表状态转换表现现 态态次次 态态Q3 n Q2 n Q1 n Q0 n Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 0 0 0 010000 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 1010011

20、000010000010100110111000011001nnQQJ031 10 J10 KnQK01 nnQQJ012 nnQQK012 nnnQQQJ0123 n03QK （1-28）状态图和时序图状态图和时序图2310QQQ Q0000100001000011000100101001010101100111CP12345678910Q0Q1Q2Q3（1-29）电路能否自启动电路能否自启动 由于电路中有由于电路中有4个触发器，它们的状态组合共有个触发器，它们的状态组合共有16种。而在计数器中只种。而在计数器中只用了用了10种，称为有效状态。其余种，称为有效状态。其余6种状态称为无效状态。

21、种状态称为无效状态。 当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有自启动自启动能力能力。1001000010001Q3010100100100QQ有效循环0011Q01100111100002111111101101110010101011可见，该计数器能够自启动。可见，该计数器能够自启动。（1-30）2. 异步十进制加法计数器异步十进制加法计数器CP2 2= =Q1 1（当（当Q1 1由由1010时，时，Q2 2可能改变状态）可能改变状态

22、） CP0 0= =CP （时钟脉冲源的下降沿触发）（时钟脉冲源的下降沿触发）CP1 1= =Q0 0 （当（当Q0 0由由1010时，时，Q1 1可能改变状态可能改变状态) )CP3 3= =Q0 0（当（当Q0 0由由1010时，时，Q3 3可能改变状态可能改变状态) )1J1KC12Q1QCPFF3R1KFF21JC1R1KFF1Q1J0C1RR0FF1JC11KQ31CR计数脉冲清零脉冲QQQQ&10 J10 KnQJ31 11 K12 J12 KnnQQJ123 13 K各触发器的驱动方程各触发器的驱动方程（1-31） 状态转换表状态转换表现现 态态次次 态态时钟脉冲时钟脉冲

23、Q3 n Q2 n Q1 n Q0Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 CP3 CP2 CP1 CP00 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 1100001001100001000001010011011100001100100000000000000000110 J10 KnQJ31 11 K12 J12 KnnQQJ123 13 KCP2 2= =Q1 1 CP0 0= =CP CP1 1= =Q0 0 CP3 3= =Q0 0（1-32）7.3.3 7.3.3 任意进制计数

24、器与集成计数器任意进制计数器与集成计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CPJ2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 1 1 任意进制计数器任意进制计数器（1-33）J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 CP2 2=CP=CP CP0 0= =CP CP1 1= =Q0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 0 0 0 CP Q2 Q1 Q0（1-34）Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP

25、结论：结论：（1）电路计数循环由）电路计数循环由000到到100，所为，所为五进五进 制加法计数器制加法计数器。（2）各触发器间）各触发器间CP不一致，所以为不一致，所以为异步计异步计 数。数。3. 还可以用波形图显示状态转换表还可以用波形图显示状态转换表( 略略 )（1-35）2 2 集成计数器集成计数器二二五五十进制异步加法计数器十进制异步加法计数器二进制计数器的时钟输入端为二进制计数器的时钟输入端为CP1 1，输出端为，输出端为Q0 0；五进制计数器的时钟输入端为五进制计数器的时钟输入端为CP2 2，输出端为，输出端为Q1 1、Q2 2、Q3 3。74LS29074LS290包含一个独立

26、的包含一个独立的1 1位二进制计数器和一个独立的异步五进制计数器。位二进制计数器和一个独立的异步五进制计数器。如果将如果将Q0 0与与CP2 2相连，相连，CP1 1作时钟脉冲输入端，作时钟脉冲输入端，Q0 0Q3 3作输出端，则作输出端，则为十进制计数器。为十进制计数器。RQC1C1RQC11KCPR1K1J1J1J1J1KQ1KRC1Q&SS&3Q0Q1QQ220(1)R0(2)R9(1)R9(2)1CPR（1-36）输输 入入输输 出出Q2Q3R01S92S91R02Q1Q011011011000000001010R01S92S91R02有任一为有任一为“0”有任一为有任

27、一为“0” （1-37）S91NCT74LS290S92Q2Q1NUCCR01R02C0C1Q0Q3地地17814（1-38）1111S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0计数器清零计数器清零S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0计数器清零计数器清零&.（1-39）0100(4)十位十位个位个位S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0计数计数脉冲脉冲S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0（1-40）要点：要点：1.先将每片先将每片74LS290构成十进制；构成十进制；2.选择清零状态和清零端（注意高电平清零）；选择清零状态和清零端（注意高电平清零）

28、；3.选择进位端，要在进位时来下降沿，且稳定；选择进位端，要在进位时来下降沿，且稳定；4.置置9端接地处理；端接地处理；S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0计数脉计数脉冲冲S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0十位十位个位个位（1-41）7.6 555定时器组成的单稳态触发器及应用定时器组成的单稳态触发器及应用单稳态触发器简称单稳。单稳态触发器简称单稳。 它的突出特点是它的突出特点是: 输出端只有一个稳定输出端只有一个稳定状态状态, 另一个状态则是暂稳态另一个状态则是暂稳态.加入触发信加入触发信号后号后,它可以由稳定状态转入暂稳态它可以由稳定状态转入暂稳态,但是但是 ,

29、经过一定时间以后经过一定时间以后,它又会它又会自动返回自动返回原来的原来的 稳定状态。稳定状态。稳定状态稳定状态稳定状态稳定状态暂稳态暂稳态由外界触发由外界触发自动返回自动返回学习的重点学习的重点:为什么为什么会自动返回会自动返回?需需多少时间多少时间?（1-42） 555定时器是将模拟电路和数字电路集定时器是将模拟电路和数字电路集成于成于 一体的电子器件。它使用方便一体的电子器件。它使用方便, ,带负带负载能力较强载能力较强, , 目前得到了非常广泛的应用。目前得到了非常广泛的应用。7.6.1. 555定时器的工作原理定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部定时器的内部电路包括以

30、下几部分分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器两个电压比较器: A1、A2 ;一个一个 RS 触发触发器器; 一个反相器和一个晶体管一个反相器和一个晶体管T等等。具体。具体的的 结构见后图。结构见后图。（1-43）12345678555VCCD TH COGND TRUoRD电电源源放放电电阈阈值值电控电控压制压制地地触触发发输输出出复复位位电源电压范围电源电压范围:4.5V 18V管脚图管脚图VCCTHCOTRQQ-+-A1A2DTuo87645321RRRDSDR（1-44）7.6.2 555定时器组成单稳态触发器定时器组成单稳态触发器0t0

31、t0tuiuCTuo2VCC /3TWuoQQ+-+A1A2VCCTRRDSDRuiRTCTCRS若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0 。（1-45）若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0。 接通电源后，设接通电源后，设按钮按钮 S 处于打开处于打开状态状态,电容已充电电容已充电至稳态。至稳态。此时此时uo = 0 , 555内的晶内的晶体管体管T导通导通 , 电容电容 CT 被短路被短路, TH VCC /3 。Uo保持保持0状状态。态。uoQQ+-+A1A2VCCTRRDSDRuiRTCTCRS（1-46

32、）若若S打开打开 , 则则 ui = 1 ;若若S合上合上 , 则则 ui = 0。0tuiuo = 0 , 555内的管内的管T导导通通 , 电容电容 CT 被短路。被短路。0tuCT2VCC /30tuouoQQ+-+A1A2VCCTRRDSDRuiRTCTCRS（1-47）0tuiS按下时按下时, TR VCC /3,已有已有 TH 2VCC /3 , 且按钮已且按钮已 松开，松开， TR VCC /3 , 则则uo = 0 ; 555内内的晶体管的晶体管T也由截止变成也由截止变成导通导通 , 电容电容CT 迅速放电而迅速放电而变成变成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tuouo

33、QQ+-+A1A2VCCTRRDSDRuiRTCTCRS（1-49）0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上过程可以看出由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次按钮每按动一次 , uo 便输便输出一个正脉冲出一个正脉冲,其宽度其宽度 TW 由由 RT CT 决定决定 。TW=1.1RTCTTWuoQQ+-+A1A2VCCTRRDSDRuiRTCTCRS（1-50）单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样单稳的应用多种多样,如如:整形、延时整形、延时控制、定时顺序控制等等。控制、定时顺序控制等等。 例如例如“ 延时控制延时控制 ” 利用单稳可以取得延时作用利用单稳可以取得延时作用,延延长的时间可以通过长的时间可以通过 R、C调节。调节。（1-51）7.6.3 7.6.3 555定时器组成定时器组成多谐振荡器多谐振荡器uC0tVCC /32VCC /30tuo波形波形uoQQ+-+A1A2VCCT