第13章时序逻辑电路

第13章时序逻辑电路13.1基本双稳态触发器13.2钟控双稳态触发器13.3寄存器13.413.5集成定时器

下一章

返回主页2双稳态触发器：由门电路加上适当的反馈而构成的一种新的逻辑部件。双稳态触发器与门电路区别：双稳态触发器输出电平的高低不仅取决于当时的输入，还与以前的输出状态有关，是有记忆功能的逻辑部件。

13.1基本双稳态触发器3逻辑状态相反

触发器的状态：Q=1Q=0Q=1Q=0规定:

Q端的状态为触发器的状态。一、输入为低电平有效的基本RS触发器复位状态置位状态1.电路2&QQRS1&40101010111011000QnQn+1SR111001→0→1010011→1→02.逻辑功能Qn2&QQRS1&501→0→1101000

：直接置0端直接复位端R0110→1→111→002&QQRS1&0101010111011000QnQn+1SRQn0601→1110110→110

：直接置1端直接置位端S11→000

1→0→12&QQRS1&0101010111011000QnQn+1SRQn0170011011

0→1

→1负脉冲有效2&QQRS1&0101010111011000QnQn+1SRQn01

不定8RSQn+100

不定01010111

Qn3.真值表4.逻辑符号R和S端部各加一个小圆圈，表示输入信号为低电平有效。QQRS9二、输入为高电平有效的基本RS触发器1.电路RSQn+100Qn01110011不定2.真值表3.逻辑符号

R和S端部不加一个小圆圈，表示输入信号为高电平有效。RS2≥1QQ≥11

QQRS10一、RS

触发器1.电路结构四门钟控型电路结构门1、2组成基本RS触发器，门3、4组成导引电路。QQ&1RDSDSRCPS′2

&&34&R′13.2钟控双稳态触发器

时钟脉冲：指挥各触发器动作的信号。钟控触发器：又称同步触发器。

按逻辑功能分类：

RS

触发器、JK

触发器、

D

触发器、T

触发器。11QQ&1RDSDSRCPS′2

&&34&R′2.逻辑功能(1)CP=0时011导引门3、4被封锁。触发器保持原态：

Qn+1=Qn设置初态为1设置初态为0121(2)CP=1

时导引门3、4打开，接收R、S

的信号。RSQn+1000110110011Qn0

11011

001000不定11100111QQ&1RDSDSRCPS′2

&&34&R′133.触发方式

电平触发方式CP＝1

接受信号，并立即输出相应信号：高电平触发CP＝0

接受信号，并立即输出相应信号：低电平触发高电平触发低电平触发SDQQRSCRDSRCPSDQQRSCRDSRCP14[例13.2.1]已知高电平触发RS

触发器，R

和

S

端的输入波形如图所示，而且已知触发器原为0态，求输出端Q

的波形。RSCP1234Q多次翻转[解]1501二、JK触发器1.电路结构

主触发器JKS=JQnR=KQn

主从型电路结构

从触发器的输出状态由主触发器的状态决定01RDCP1010SCRSDQQSCR

从触发器CP：0→

1

主触发器打开—接受信号从触发器关闭—输出状态不变

CP：1→

0

主触发器关闭—不接受信号从触发器打开—输出相应状态161002.逻辑功能JKQn+100011011Qn000

J=0、K=0Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器171Qn01010001011000110(2)J=0、K=1Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器JKQn+10001101118110011

010100(3)J=1、K=011Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器JKQn+100011011Qn019111011001010(4)J=1、K=1Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器1JKQn+100011011Qn0201111

01

0101001Qn(4)J=1、K=1Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器JKQn+100011011Qn021JKQn+100Qn01010111

Qn真值表JK触发器具有功能：记忆置数(置0和置1)

计数3.触发方式(1)CP=1(或

0)时主触发器接收信号，从触发器关闭；(2)CP=0(或

1)时主触发器关闭，从触发器接收主触发器的信号。——主从触发。22SDQQKJCRDJKCP(a)后沿主从触发(b)前沿主从触发

后沿主从触发前沿主从触发SDQQKJCRDJKCP23

关于JK触发器的一次性翻转问题0101001←101101←

→00←1

0→111

00

0010不翻转翻转一次!Q’Q’

主触发器JKRDCPSCRSDQQSCR

从触发器24①触发器输出的状态，由CP

前沿所对应的J

和K

决定；②触发器输出相应状态的时间却在CP

后沿到来时；③在CP

的有效期间，输入信号不应变化，不会发生一次翻转的现象。

例13.2.2已知后沿主从触发的JK触发器，J和K端的输入信号波形如图所示，而且已知触发器原为0

态，求输出端Q的波形。1234CP[解]JQK

注意：25&&DSRAB置0维持线置1维持线置0阻塞线置1阻塞线&&SDRDQQ三、D

触发器1.电路结构维持阻塞型输出电路导引电路输入电路123456&&CP

特点：在CP=1期间，即使输入信号变化，输出状态不会改变，只有等下一个CP＝1，输出状态由输入信号决定。262.逻辑功能(1)当CP=0

时0S=R=111门5和门6打开，可接受输入信号DB=DA=DD

=11门3和门4关闭=DD&&SRAB&&SDRDQQ123456&&CPD27D110(2)当CP由0变1

时

门3和门4打开

则

Q=DS=

DR=DD==D=D

DD11&&SRAB&&SDRDQQ123456&&CPD28(3)当CP=1

时

输入信号被封锁门3和门4始终打开，S和R的状态是互补的。如果：

R

=D=0门6被关闭！

D的变化不能传递到S、R端。1110

1011

0D&&SRAB&&SDRDQQ123456&&CPD291010如果

S

=D=0门4和门5同时被关闭！

D的变化不能传递到S、R端。0

111&&SRAB&&SDRDQQ123456&&CPD30真值表01DQn+101CPQQRDSDDCDCPRDSDDCDCPQQ3.触发方式在跳变沿触发。(a)上升沿触发(b)下升沿触发31[例13.2.3]已知上升沿触发D触发器D端的输入信号波形，而且触原为0

态，求输出端Q的波形。1234QCPDD的变化对Q无影响[解]32四、T

触发器真值表T

Qn+101Qn

相同逻辑功能的触发器，电路结构不同，触发方式就不同。不同逻辑功能的触发器可相互转换，但是逻辑功能改变,触发方式不变。Qn33(1)将主从型JK触发器改接成T

触发器TJ=K=01——Qn+1=Qn——Qn+1=Qn逻辑符号主从触发T

触发器SDTCRDTCPQQCPQQKJCSDRD34(2)将维持阻塞型D

触发器改接成T

触发器边沿触发T

触发器T=1(a)改接方法(b)逻辑符号RDSDTCTCPQQCPSDRDDCQQ35[例13.2.4]是供四组人员参加智力竞赛的抢答电路。其中采用了四个D触发器的集成电路，试分析电路的工作过程。[解]比赛之前，先闭合电源开关，使触发器与电源接通。然后给RD

加上清零负脉冲，使四个D触发器都预置在0态。这时，作指示灯用的发光二极管D都不亮，或非门的输入皆为0，输出为1，与门被打开，时钟脉冲进入CP端。四位参赛者分别手控按钮SB1~SB4，都不按按钮，则四个D触发器输入皆为0，输出端Q为0。抢答时，谁先按下按钮，他所属的D触发器输入为1，输出Q为1，相应的指示灯亮。同时，或非门因一个输入为1，其输出为0，与非门关闭，输出始终为0，时钟脉冲不能进入CP端，其他人再按下按钮不起作用。36+UCC清零1D2D3D4DUCCCP1Q2Q3Q4QRDR×4&时钟脉冲>10000发光二极管不亮1370000111010+UCC清零1D2D3D4DUCCCP1Q2Q3Q4QRDR×4&时钟脉冲>1按其它按钮不起作用38A4A3A2A1O4O3O2O1一、数码寄存器预先清零0000清零指令0010000&&&&11110000Q4Q3Q2Q1RDRDRDRDSCRFF4FF3FF2SCRSCRFF1SCR13.3寄存器3900000000寄存数码取出数码110111011101并行输入并行输出寄存指令取出指令A4A3A2A1O4O3O2O1&&&&1111Q4Q3Q2Q1RDRDRDRDSCRFF4FF3FF2SCRSCRFF1SCR40二、移位寄存器

按移位方向的不同右移位寄存器左移位寄存器双向移位寄存器数码取出端数码存入端移位1101101100001000010

0101

01101CPQ4Q3Q2Q1D4DCRDRDDCDCDCRDRDD3D2D1清零41CPD4Q4Q3Q2Q1存取过程0Ø0000清零111000存入1位200100存入2位311010存入3位411100存入4位500110取出1位600011取出2位700001取出3位800000取出4位移位寄存器状态表→→→→串行输入串行输出42Q1CP12345678Q2Q3Q4D

移位寄存器的波形图：4313.4计数器

按计数方式加法计数器、减法计数器、可逆计数器。按触发方式同步计数器、异步计数器。按进位制二进制计数器、十进制计数器、任意进制计数器。一、二进制计数器440

0

0

1(1)Q4TCQ4FF4Q3TCQ3FF3Q1TCQ1FF2Q1TCQ1FF1CPRD=1=1T0

0

0

0(0)0

0

1

0(2)0

1

0

0(4)0

1

1

0(6)1

0

0

0(8)0

0

1

1(3)0

1

0

1(5)0

1

1

1(7)异步二进制加法计数器45Q1Q2Q3Q414710131516CP11001110010111110000

十六分频

四分频

八分频

二分频

二进制加法计数器波形图：46CPQ4Q3Q2Q1Q4Q3Q2Q1012…6789…1516000000010010

……0110011110001001……11110000111111101101

……1001100001110110……00010000移位寄存器状态表47二、十进制计数器0000000100100011010001010110011110001001CPQ3Q2Q1Q0012345678910

十进制数0123456789进位0000十进制计数器状态表48J1＝K1＝11J2＝Q4Q1，J3＝K3＝Q2Q1J4＝Q3Q2Q1，K4＝Q1K2＝Q1CPQ4KJCKJCQ3KJCQ2KJCQ1RD49Q0Q1Q2Q312345678910CP

十进制加法计数器波形图：50

一、555集成定时器13.5集成定时器

电源端

放电端GND

低电平触发端

高电平触发端电压控制端

复位端

输出端UDDDTHCOG

TLuoRD87655551234518△8△RSQQ+UDDTHCOTLDMOSuO8745321RD++－+RRR6+－

UDD13

UDD23U6＞23UDD

时：R=0→Q=0→Q=1→

MOS管导通U2＜13UDD时：S=0→Q=1→Q=0→MOS管截止52U6U2RSQQMOS管0101101011保持

导通截止保持555集成定时器状态表23UDD＞23UDD＜23UDD＜13UDD＞13UDD＜13UDD＞53T°CR1U6、U2uO=0[例13.5.1]如图所示是利用集成定时器组成的温度控制电路。试分析该电路的工作原理。

U6＞23UDD13UDD

、U2＞切断加热器T°CR1U6、U2

uO=1

U6＜23UDD13UDD

、U2＜接通加热器。84156237R1R2R3555+UDDuo0.01Fθ[解]54二、单稳态触发器

特点：在外来触发信号的作用下，能够由稳态翻转成另一暂稳状态，暂稳状态维持一定时间后，又会自动返回到稳态。

只有一个稳态的触发器。84153uOuI+UDDRC55562755

无输入信号时：

uI=1①设Q=1→Q=0→Q=1

，MOS管导通→7端接通，C放电→U6＜23UDD②设Q=0

Q维持0态。

Q=0→MOS管截止，7端断开23UDD→U6＞→电容C充电→uC=u6→Q=0→Q=1，MOS管导通→7端接地，C不能充电，触发器的稳态为:

uO=Q=084153uOuI+UDDRC55562756(1)t=0~t1时，uI未输入：OtuIOtuCOtuOt1uO=0(2)t=t1~t2时，输入触发脉冲uI：u2=ui13UDD→uO=1→C充电:uC=u6t2(3)t

t2时，uI消失，u2=uI

13UDDC

继续充电：uC=u623UDD，uO=Q=123UDD→u6=uC=84153uOuI+UDDRC55562757t3(4)t

t3时,→uO=Q

=023UDDu6=uC→Q=1

，MOS管导通→C放电→U6＜23UDD→uO=Q=0暂稳态tWtW=tln3=1.1RC84153uOuI+UDDRC555627OtuIOtuCOtuOt1t223UDD58时间uiuCu6=uCu2=uiRSuC＝QMOS状态0~t1高电平011保持0导通稳态t1低电平0101截止跳变t1~t2低电平充电101截止暂态t2~t3高电平充电01保持1截止暂稳t3高电平010导通跳变t3后高电平放电11保持0导通稳态