第八章 触发器和时序逻辑电路

1、第八章第八章 双稳态触发器和时双稳态触发器和时 序逻辑电路序逻辑电路 第一节第一节 基本基本双稳态触发器双稳态触发器 第二节第二节 钟控双稳态触发器钟控双稳态触发器 第三节第三节 寄存器寄存器 第四节第四节 计数器计数器 第五节第五节 集成计数器集成计数器第一节第一节 基本基本双稳态触发器双稳态触发器 时序逻辑电路的概念时序逻辑电路的概念 基本基本RS触发器触发器 时序逻辑电路与输出状态不仅与输入变时序逻辑电路与输出状态不仅与输入变量有关，而且还与系统先前的状态有关。量有关，而且还与系统先前的状态有关。时序逻辑电路的特点：时序逻辑电路的特点： 包括组合逻辑电路和具有记忆功能的电包括组合逻辑电路

2、和具有记忆功能的电路或反馈延迟电路。路或反馈延迟电路。 输入、输出之间至少有一条反馈路径。输入、输出之间至少有一条反馈路径。 触发器是时序逻辑电路的基本单元，是触发器是时序逻辑电路的基本单元，是一种具有记忆功能的逻辑电路。能够储存一一种具有记忆功能的逻辑电路。能够储存一位二值信号。位二值信号。一、时序逻辑电路一、时序逻辑电路双稳态触发器的特点：双稳态触发器的特点： 具有两个能自行保持的稳定状态；具有两个能自行保持的稳定状态； 根据不同的输入信号可以置成根据不同的输入信号可以置成“1”状态或状态或“0”状态；状态； 在输入信号消失后，如果没有新的信号输在输入信号消失后，如果没有新的信号输入，能够

3、保持原状态，直至下一个新的信号入，能够保持原状态，直至下一个新的信号输入为止。输入为止。二、基本二、基本RS 触发器触发器QSQD QRQD RD SD Q 0 1 1 0 1 1 0 0Q0110两个输出端反相，规定两个输出端反相，规定Q的状态为触发器的状态。的状态为触发器的状态。即即Q0，Q=1时，称触发时，称触发器为器为0态，又称态，又称复位复位； Q1，Q=0时，称触发器时，称触发器为为1态，又称态，又称置位置位。不不 变变*不不 定定RD0，SD=1 触发器复位触发器复位为为0态，称态，称RD为为复位端复位端；RD1，SD=0 触发器置位触发器置位为为1 态，称态，称SD为为置位端置

4、位端。ABQSDRDQ100101101QQQQ0011RD、SD同为同为1， 触发器保触发器保持原状态；持原状态； RD、SD同为同为0，触发器状态无法确定，此触发器状态无法确定，此情况应避免。情况应避免。 与非门组成的与非门组成的RS触发器为负脉冲有效。触发器为负脉冲有效。 基本基本RS触发器的约束条件是触发器的约束条件是 RDSD1逻辑符号逻辑符号QRDSDQ负脉冲负脉冲有效有效 基本基本RS触发器的优点：触发器的优点： 结构简单，具有记忆功能。结构简单，具有记忆功能。 基本基本RS触发器的缺点：触发器的缺点： 输出直接受输入控制，具输出直接受输入控制，具 有不定状态。有不定状态。第二节

5、第二节 钟控钟控双稳态触发器双稳态触发器n 钟控钟控RS 触发器触发器n J K 触发器触发器n D触发器触发器n TT 触发器触发器n 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换n 触发器应用触发器应用一、钟控一、钟控RS 触发器触发器 为使触发器能按要求在某一时间翻转，为使触发器能按要求在某一时间翻转，外加一时钟脉冲外加一时钟脉冲CP来控制。来控制。BAQQ SDRDCDCPRSR S Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1 10不定不定CP=0，CP=1，Qn 0C、D门门 被封锁；被封锁；1SRSR复位端复位端RD、置位端、置位端SD负脉负脉冲有效，不受冲有效，不受CP控制控制 。 C

6、P1时，触发器才能翻转。时，触发器才能翻转。 CP控制触发器的翻转时刻，控制触发器的翻转时刻，R、S控制触控制触发器的翻转状态。发器的翻转状态。 钟控钟控RS 触发器为正脉冲有效。触发器为正脉冲有效。逻辑符号逻辑符号 钟控钟控RS触发器的约束条件是触发器的约束条件是 RS0QRDSDQS RC例例1、已知钟控已知钟控RS触发器（正脉冲有效）触发器（正脉冲有效）的输入信号的输入信号RD、 R、S波形如图，试画出波形如图，试画出Q的的波形。波形。CPQ1234RSRD例例2、由钟控由钟控RS触发器组成的触发器组成的T触发器如触发器如图所示，可完成计数功能，试分析其逻辑功图所示，可完成计数功能，试分

7、析其逻辑功能。能。解：解：RQQS RS n1nQQ 可见，可见，CP脉冲来一个，触发器翻转一次，脉冲来一个，触发器翻转一次，即即T触发器可记录触发器可记录CP脉冲个数。脉冲个数。 要求要求CP脉冲宽度要小于触发器翻转所需时脉冲宽度要小于触发器翻转所需时间，否则在一个间，否则在一个CP作用期间，触发器可能翻作用期间，触发器可能翻转多次，即转多次，即“空翻空翻”。QRDSDQSR C 钟控钟控RS触发器的触发器的CP对触发器对触发器 的控制是在一个时间间隔内，而不是的控制是在一个时间间隔内，而不是 控制在某一时刻。控制在某一时刻。二二、主从型主从型J K 触发器触发器QQRDSDCPC主触发器主

8、触发器JKSSRRC从触发器从触发器 主从型主从型J K 触发器由触发器由主触发器和从触发器主触发器和从触发器组成，主触发器和从组成，主触发器和从触发器时钟信号反相触发器时钟信号反相. 当当CP上升沿上升沿 到来到来时，主触发器发生翻时，主触发器发生翻转，当转，当CP下降沿下降沿 到来时，从触发器翻到来时，从触发器翻转，从而保证在一个转，从而保证在一个CP周期中，触发器的周期中，触发器的输出只改变一次。输出只改变一次。 显然，输出状态在显然，输出状态在CP下降沿到达时改变。下降沿到达时改变。因此，这种触发器为下降沿触发。因此，这种触发器为下降沿触发。J K Qn+1 0 0 0 1 1 0 1

9、 1 01Qn Qn QQRDSDC主触发器主触发器JKSSRRC从触发器从触发器0 100 110 101Qn Qn Qn nn1nQKQJQ 复位端复位端RD、置位端、置位端SD负脉负脉冲有效，不受冲有效，不受CP控制控制 。 主从型主从型JK 触发器将触发器的翻转控制在触发器将触发器的翻转控制在CP下降沿这一时刻。下降沿这一时刻。 主从型主从型JK 触发器无不定状态，组成计数电触发器无不定状态，组成计数电路，可克服空翻。路，可克服空翻。 主从型主从型JK 触发器存在一次翻转的问题。触发器存在一次翻转的问题。即主触发器在即主触发器在CP1 期间只能翻转一次，要期间只能翻转一次，要求求J、K

10、 状态在状态在CP1期间不能变化。期间不能变化。逻辑符号逻辑符号负脉冲负脉冲有效有效下降沿下降沿触发触发QRDSDQJKC例例3、已知已知JK触发器（下降沿触发）的输入触发器（下降沿触发）的输入信号信号J、K 波形如图，试画出波形如图，试画出Q的波形（的波形（Q初初始状态为始状态为0）。）。CPQ1234JK例例4、已知各触发器的初态均为已知各触发器的初态均为0，A、CP 波形如图，试画出波形如图，试画出Q波形。波形。CPJQKACPAQKJ 三、三、D触发器触发器&1&4&3&2CPDQQDDDSDRD置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线置置0维持线维持线置置

11、1维持线维持线D&6&5DD Qn+1 0 1 01 D触发器仅在触发器仅在CP前沿到达前沿到达时翻转，是边沿触发器。时翻转，是边沿触发器。DQ1n D CPSDRDQQ逻辑符号逻辑符号 D 触发器无不触发器无不定状态；克服空翻、定状态；克服空翻、一次翻转现象。一次翻转现象。Q例例5：画出画出D触发器的输出波形（触发器的输出波形（Qn=0）。）。CPD123 D触发器的输出状态仅取决于触发器的输出状态仅取决于CP上升上升 沿到达时刻输入的状态。沿到达时刻输入的状态。例例5、已知各触发器的初态均为已知各触发器的初态均为0，A、B 波形如图，试画出波形如图，试画出Q1、Q2波形。波

12、形。DQ1CDQ2CABABQ1Q2Q1= D1 = Qn1Q2= D2 = Qn1 四、四、TT 触发器触发器 T触发器触发器 CPSDRDQQn1nQQ T 触发器触发器 CP TSDRDQQT Qn+1 0 Qn 1 nQ五、触发器逻辑功能的转换五、触发器逻辑功能的转换 JK D 触发器触发器 JK T 触发器触发器CPJQKDD J K Qn+1 0 0 1 0 1 1 0 1CPJQKTT J K Qn+1 0 0 0 Qn 1 1 1 Qn D T触发器触发器DQCn1nQQ D JK 触发器触发器J K D Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1 01Qn Qn 01Qn Qn

13、 nn1nQKQJQD DQC&K J 74LS112 双双JK 触发器触发器 74LS373 具有三态门的具有三态门的8D 74LS174 6D 触发器触发器 74LS175 4D 触发器触发器 74LS74 双双D 触发器触发器常用触发器集成电路常用触发器集成电路（TTL）六、触发器应用六、触发器应用 74LS175外部引线图外部引线图12374LS17545678910111213141516RDVCCGNDCPD4D2D1D3Q1Q4Q1Q3Q2Q2Q4Q34D 触发器触发器74LS175公共公共CP、RD端端四四 人人 抢抢 答答 电电 路路74LS175CP&3+5

14、V+5VD1 S1S2S3S4L1CPRR&1&2L2L3L4D2 D3 D4 Q1Q2Q3Q4Q4 Q3Q1 Q2 例例6、已知各触发器的初态均为已知各触发器的初态均为0，D、RD 波形如图，试画出波形如图，试画出Q1、Q2波形。波形。RDQ1Q2CPDQ1CJQ2CDCPKQ1Q2RD例例7、已知各触发器的初态均为已知各触发器的初态均为0，A、B、C 波形如图，试画出波形如图，试画出Q波形。波形。JQCP1ABCK11CPABCCBK ACBCBBAJ B C K 0 0 1A B C J0 1 0 1 0 1 1 11 0 1 11 1 0 1 1 1 1 1JKQ第三节

15、第三节 寄寄 存存 器器n 数码寄存器数码寄存器n 移位寄存器移位寄存器n 集成寄存器集成寄存器一、数码寄存器一、数码寄存器 寄存器是用于存放各种数码和指令的时寄存器是用于存放各种数码和指令的时序电路。由序电路。由N个触发器组成的寄存器，能存个触发器组成的寄存器，能存储储N位二进制代码。位二进制代码。 按功能分为数码寄存器和移位寄存器。按功能分为数码寄存器和移位寄存器。 数码寄存器寄存数码时是从存入端同数码寄存器寄存数码时是从存入端同时存入，取出时又同时从取出端取出，所时存入，取出时又同时从取出端取出，所以又称为并行输入并行输出寄存器。以又称为并行输入并行输出寄存器。1011清零清零寄存寄存取

16、出取出0000101101001011二、移位寄存器二、移位寄存器 移位寄存器按移位方向不同又分为左移、移位寄存器按移位方向不同又分为左移、右移和双向移位三种。右移和双向移位三种。110100111101 74LS194 四位双向移位寄存器四位双向移位寄存器 74LS164 八位串入并出移位八位串入并出移位 寄存器寄存器 74LS395四位移位寄存器四位移位寄存器常用寄存器集成电路常用寄存器集成电路三、集成寄存器三、集成寄存器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QA向右移动向右移动)左移左移(从从QD向左移动向左移动)并行输入并行输入 CLR

17、CPS1 S0功功 能能 74LS194功能表功能表UCCQAQBQCQDS1S0 CP161514131211109CT74LS19413456782ABCD R LCLRGND右移右移串行串行输入输入右移右移串行串行输入输入控控制制端端输输出出端端时钟时钟清零清零并行并行输入输入 用两片用两片74LS194接成接成8位双向移位寄存器位双向移位寄存器 R QA QB QC QD L 74LS194 CP A B C D CLRR QA QB QC QD L 74LS194 CP A B C D CLRS1 S0S1 S0并行输入并行输入并行输出并行输出右移右移串入串入左移左移串入串入第四节第

18、四节 计数器计数器n 异步二进制计数器异步二进制计数器n 同步二进制计数器同步二进制计数器n 十进制计数器十进制计数器 计数器是统计输入脉冲个数的逻辑部件。计数器是统计输入脉冲个数的逻辑部件。除用于直接计数外，还可以用于定时、分频、除用于直接计数外，还可以用于定时、分频、产生节拍脉冲以及进行数字运算等等。产生节拍脉冲以及进行数字运算等等。按计数功能分类按计数功能分类加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器按数制分类按数制分类二进制计数器二进制计数器二十进制计数器二十进制计数器按触发器翻转次序分类按触发器翻转次序分类同步式计数器同步式计数器异步式计数器异步式计数器一、异步二进

19、制计数器一、异步二进制计数器 异步二进制加法计数器异步二进制加法计数器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ10012345670计数顺序计数顺序等效十等效十进制数进制数Q2 Q1 Q0 0 00010 1 011111 0000011100 0 011J0K01J1K11J2K21CP1Q0CP2Q112345678 状状态态表表CP 时序图时序图12345678Q2Q0Q1 若若CP的频率为的频率为f0，则，则Q0、Q1、 Q2的频的频率分别为率分别为f02， f04， f08。所以计数器。所以计数器有分频作用。有分频作用。 一个触发器可表示一位二进制数，一个触发器可表示一位二进制数

20、，n个个触发器可表示触发器可表示n位二进制数，构成位二进制数，构成n位二进制位二进制计数器，也可称为计数器，也可称为2n进制计数器。可计进制计数器。可计（2n1）个脉冲，实现个脉冲，实现2n分频。分频。如：四触发器构成的计数器，称为如：四触发器构成的计数器，称为2n16进进制计数器。可计制计数器。可计15个脉冲，实现个脉冲，实现16分频。分频。 D触发器构成的异步二进制加法计数器触发器构成的异步二进制加法计数器F1QCPDQ0Q2F0QDF2QDQ1 异步二进制减法计数器异步二进制减法计数器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1J0K01J1K11J2K21CP1Q0CP2Q10076

21、543210计数顺序计数顺序等效十等效十进制数进制数Q2 Q1 Q0 101 1 1101 00 1010 00 00010 0 0112345678 后端触发器的后端触发器的CP引自前端的引自前端的Q,故前端触发器由故前端触发器由 01时，后端才时，后端才发生翻转。发生翻转。101 状态表状态表 时序图时序图CP12345678Q2Q0Q1思考题：思考题：若用若用D触发器组成异步二进制减法触发器组成异步二进制减法计数器，应如何连接计数器，应如何连接二、同步二进制计数器二、同步二进制计数器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1J0K01J1K1Q0J2K2 Q0 Q1翻转条件：翻转条件

22、：Q01，F1翻转翻转Q0 Q1 1，F2翻转翻转 触发器在满足翻转条件的情况下，触发器在满足翻转条件的情况下，CP脉脉冲到来时可同时翻转，其速度比异步式快。冲到来时可同时翻转，其速度比异步式快。三、十进制计数器三、十进制计数器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1Q3F3JQK 异步十进制计数器异步十进制计数器J0K01J2K21J1 Q3 K11J3 Q2 Q1 K31CP1 CP3 Q0CP2Q100 0 0000 0 1 010 10 1 110 1 0000 01 100 0 0 01112345678 状态表状态表910010111 0 0 00 00CP Q3 Q2 Q1

23、 Q0 J3=Q2Q1 J2=K2=1 J1=Q3 J0= K0=1 K3 = 1 K1=1 CP1 CP3 Q0CP2Q101111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000011001111111100CP 时序图时序图Q2Q0Q112345678910Q3 同步十进制计数器同步十进制计数器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1Q3F3JQKJ0K01J2K2 Q0 Q1J1 Q0 Q3 K1Q0J3 Q2 Q1 Q0 K31例例1、在图示电路中，试列出状态表，并分析在图示电路中，试列出状态表，并分析其逻

24、辑功能。（原状态其逻辑功能。（原状态000）F1JQ1CPKF0JQ0KF2JQ2KJ1 Q0图示电路为同步计数器图示电路为同步计数器K0Q1J0 Q1 Q2J2 Q0 Q1K1Q2K2Q10011 010010 0 0111234500CPQ2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J0 K0 01100001100000010011100111100010 06 状状态态表表010 100000电路为同电路为同步六进制步六进制计数器计数器例例2、在图示电路中，试列出状态表，在图示电路中，试列出状态表，画出画出Q0、Q1、Q2的波形，并分析其逻的波形，并分析其逻辑功能（原状态辑功能（原状态00

25、0）F1JQ1CPKF0JQ0KF2JQ2K图示电路为同步计数器图示电路为同步计数器K0Q2J0 1J1 Q2J2 Q1K2Q1K1Q00111 110000 0 01112345 状状态态表表10CPQ2 Q1 Q0 01000111000100100011111101111101 0 时时序序图图CP12345Q0Q1Q2电路为电路为同步五同步五进制计进制计数器数器J2 = Q1 J1 = Q2 J0=1 K2 =Q1 K1 =Q0 K0=Q2 例例3、在图示电路中，试列出状态表，并分析在图示电路中，试列出状态表，并分析其逻辑功能（原状态其逻辑功能（原状态000）F1JQCPKQ0Q2F0

26、JQKF2JQKQ1J1K11J2Q0Q1 K21J0 Q2 K01CP0 CP2 CPCP1Q0图示电路为异步计数器图示电路为异步计数器CPQ2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J0 K0 状状态态表表0001 0100 0 0111234010111111111111111111110010111100 00050电路为异步五进制加法计数器电路为异步五进制加法计数器例例4、在图示电路中，在图示电路中，X为控制信号，取为控制信号，取0或或1，试列出状态表，并分析其逻辑功能，试列出状态表，并分析其逻辑功能（原状态（原状态000）F2JQCPKQ1F1JQKQ2=1XJ1K11J2K2X Q

27、1CPQ2 Q1XCP Q2 Q1X0123400000001001110011111012341000011100X0电路电路为四进制加为四进制加法计数器；法计数器；X1电路电路为四进制减为四进制减法计数器；法计数器；第五节第五节 集成计数器集成计数器n T4293n T4290n 74LS90一、一、T4293（二八十六进制计数器）（二八十六进制计数器）RDJQCP0KQ1Q2RDJQKRDJQKQ0RDJQKCP1&R01R02Q3R01 R02 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 0 0 0 0 计数计数 0 计数计数CP0、CP1为时钟输入端，为时钟输入端，R01、 R02为

28、复位端，当为复位端，当R01 R0211时，计数时，计数器清零。器清零。GNDQ1123414131211+5V1098567T4293R01Q2R02Q0Q3CP0CP1八进制八进制二进制二进制十六进制十六进制例例1、用用T4293分别接成五、九进制计数器。分别接成五、九进制计数器。 当用当用N进制计数器来完成进制计数器来完成M进制计数功能时进制计数功能时(NM)，将输出端信号反馈到复位端，强迫计，将输出端信号反馈到复位端，强迫计数器在顺序计数过程中越过数器在顺序计数过程中越过(NM)个状态。个状态。五进制五进制选用选用CP1为输入，为输入，Q3Q1为输出。为输出。000001010 011

29、 000 100 101Q3接接R01，Q1接接R02Q3 Q2 Q1101，R01 R021，复位，复位 Q3 Q2 Q1 Q0 T4293 CP1 R02 R01 CP0九进制九进制 00001000计数至计数至1001，复位，复位 选用选用CP0为输入，为输入， Q3Q0为输出。为输出。Q3接接R02，Q0接接R01、CP1， Q3 Q011，R01 R021，复位，复位 Q3 Q2 Q1 Q0 T4293 CP1 R02 R01 CP0二、二、T4290（二五十进制计数器）（二五十进制计数器）GNDQ1123414131211+5V1098567T4290R01Q2R02Q0Q3CP0CP1S91S92 CP0、CP1为时钟输为时钟输入端，入端，R01、 R02为复位为复位端，端，S91、S92为置为置9端。端。 当当R01R0211时，计数时，计数器清零；当器清零；当S91S9