图5-3 基本RS触发器的波形图

第五单元时序逻辑电路

课题一制作四人抢答电路课题二计数电路的制作1课题一制作四人抢答电路

RS触发器钟控触发器制作四人抢答电路了解各类触发器的逻辑符号、逻辑功能，提高电子技术的应用能力技能训练2一根本RS触发器的根本特点1、什么是触发器具有能存储一位二进制数的根本单元电路统称为触发器。触发器的特点是具有两个稳定的状态，即“0〞状态和“1〞状态。32、根本RS触发器的根本结构根本RS触发器是由两个与非门或两个或非门交叉连接构成的。如如图5—1所示由两个与非门构成的RS触发器。两个与非门各有一个输入端与对方的输出端连接，形成反响。另一个输入端用于接受外界的输出信号。接受外界信号的端子为触发器的输入端，如上图中的、。两个门电路的输出端就是触发器的输出端，如上图中的Q和。4图5—1与非门组成的基本RS触发器的基本结构图53、根本RS触发器的根本功能和特点触发器的显著特点就是具有记忆保存功能，其当前的输出状态不仅和输入信号的状态有关，而且还和该触发器在上一时刻的状态〔即原态〕相关。在不同的输入情况下，两个输出端Q和会产生不同的状态变化，其中Q的状态就称为触发器的状态。工作原理及真值表见5-1表。6由根本RS触发器的工作原理可以得知，根本RS触发器的输出状态完全由输入信号状态控制，因此又称为直接复位—置位触发器。这种触发器电路简单，是构成其他各种触发器的根底。根本RS触发器的电路符号如图5—2所示。7图5—2基本RS触发器的电路符号8对触发器的逻辑功能进行描述的语言除了真值表以外，还有波形图也是经常使用的另一种语言，根本RS触发器的波形图如图5—3所示。9图5—3基本RS触发器的波形图10二钟控触发器的根本特点一类触发器的输出状态可以在时钟脉冲的控制下发生改变。统称为钟控触发器〔可控触发器或同步触发器〕。常用的钟控触发器有钟控RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等。111、钟控RS触发器的管脚及逻辑功能具有时钟脉冲控制端的RS触发器称为钟控RS触发器，也称同步RS触发器。钟控RS触发器的状态变化不仅取决于输入信号的变化，还受时钟脉冲CP的控制。钟控RS触发器的结构如图5—4所示：12图5—4钟控RS触发器结构示意图13钟控RS触发器的电路符号如图5—5所示。

图5—5钟控RS触发器的电路符号14SD和RD是直接置“1〞和直接置“0〞端，即这两个端子不受时钟脉冲控制，只要SD或RD出现低电平有效信号，触发器状态将立即被置“1〞或“0〞。CP端子称为时钟脉冲控制端，由它决定触发器状态是否受输入端信号控制。在CP=0时无论R、S为何态，触发器均保持原态；CP=1时触发器输出状态由R和S状态决定。钟控RS触发器的逻辑关系如表5-2所示：15根据钟控RS触发器的真值表，我们还可以总结出它的特征方程，掌握触发器的特征方程，可以很好地为我们应用和设计电路提供很大地帮助。钟控RS触发器的特征方程为：Q=S+R·Qn禁止状态为方程的约束条件：S·R=0时钟RS触发器解决了同步工作的问题，但并没有解决禁止状态出现的问题，而且触发器在CP=1期间，还存在易受外界干扰的问题。如图5—6所示波形图：16图5—6钟控RS触发器的状态波形图172、常用触发器的种类和特点〔1〕JK触发器JK触发器是目前功能较为完善，使用较灵活和通用性较强的一种触发器。其电路符号如图5—7所示。18图5—7JK触发器电路符号19JK触发器的结构是在钟控RS触发器上做了改进。采用了脉冲下降沿触发方式，使得触发器的状态仅在CP脉冲由“1〞变“0〞时发生动作，在其余时刻，即使输入端有信号变化，输出端状态也均保持不变。两个输入端分别是J和K，为高电平有效。SD和RD仍是直接置“1〞和直接置“0〞端。JK触发器很好地解决了“空翻〞和存在禁止状态的问题。在CP下降沿到来的时刻，描述JK触发器的状态口诀为：J、K不同，与J相同；J、K相同时，为“0〞保持，为“1〞翻转。其真值表如表5—3所示。20JK触发器的特征方程为：5—2常用的JK触发器集成JK触发器的波形图如图5—8所示。21图5—8JK触发器的波形图22实际应用中大多采用集成JK触发器。常用的集成芯片型号有下降沿触发的双JK触发器74LS112、上升沿触发的双JK触发器CC4027和共用置1、清0端的74LS276四JK触发器等。74LS系列的JK触发器管脚功能见附表。23〔2〕D触发器D触发器是在JK触发器的根底上扩展出的一种触发器。它采用脉冲上升沿触发，只有一个信号输入端D，D触发器只具有置“0〞和置“1〞的功能。D触发器的电路符号如图5—9所示。24图5—9D触发器的电路符号25

在CP脉冲的上升沿时刻到来时，D触发器的输出端状态为Q与D相同，其余时刻Q均保持不变，其真值表如表5—4所示。

表5—4D触发器逻辑真值表CPDQ功能↑

00置0↑

11置126D触发器的特征方程为：Dn=Q5—3常用的集成D触发器有双D触发器74LS74、四D触发器74LS175和六D触发器74LS174等。74LS系列D触发器的管脚功能见附表。273〕电路举例例：由一个D触发器构成的电路，如图5—10所示。问输出端Q的状态将如何变化？

图5—10例题电路281〕分析电路构成：该电路只使用了一个D触发器，并将输出端的状态引回至信号输入端作为信号输入。2〕分析电路工作状态：在分析电路的工作状态时，比较简便的方法那么是运用其特性方程进行分析。例如此电路，的状态被反响回了输入端D，即有D=；代入D触发器的特性方程后，可得：29Q的波形图图5—11例题波形图观察波形图，CP脉冲每翻转两次，该电路中Q的状态就翻转一次，因此该电路被称为二分频电路。30想一想，如图5—12的电路，Q的状态会怎么变化？分析后用仿真软件验证。图5—12电路图31三、四人抢答电路的制作1、关于抢答器的要求〔1〕抢答器设有4个抢答按钮，同时供4名选手或4个代表队比赛。〔2〕有一个系统去除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。〔3〕抢答器具有显示功能。设有4个LED灯，即选手按动按钮，抢答器通过LED灯显示相应选手的位置。〔4〕抢答器具有锁存功能。只有最先抢答选手的LED灯可以点亮，随后按动抢答按钮的选手的LED灯不得点亮。〔5〕最先抢答选手的亮灯能一直保持到主持人用按钮关闭为止。322、关于抢答电路的分析〔1〕这个抢答器有4个抢答按钮〔信号的输入〕和4个表示选手位置的LED灯〔信号的输出〕，并且按动按钮后，相应的LED灯可以点亮。〔2〕在进行抢答时，可能会有好几个选手同时按动按钮，这时就要求在某选手最先按下抢答按钮后，抢答器不光要及时点亮相应的LED灯，同时它还要能屏蔽随后其他选手的输出信号〔LED灯不亮〕，而且点亮的灯要能一直保持住。33〔3〕钟控触发器一般都有一个清零复位端，让主持人控制这个复位端，就可以满足这个抢答器的要求了。3、阅读抢答器电路图四人抢答电路如图5—13所示。34图5—13四人抢答器电路35电路中的核心元件是74LS175集成电路，外形及管脚排列如图5—14所示。它是一个将4个D触发器集成在一起的芯片。图5—1474LS175外形图36具体工作过程如下：〔1〕清零过程。〔2〕抢答过程。〔3〕抢答判决完毕后，主持人通过清零按钮清零，准备下次抢答37【技能训练】在技能训练中我们将学习相关的仿真及根据原理进行电路连接，实现电路应具有的功能RS触发器仿真JK、D触发器仿真四人抢答器仿真38一、根本RS触发器的仿真练习1、实验条件装有数字电路仿真系统2006SE的电脑一台2、任务目标3、实验步骤〔1〕翻开仿真软件，进入仿真界面。〔2〕从元件库中选取由与非门构成的根本RS触发器，如图5—15所示。39图5—15选取根本RS触发器40〔3〕将选取的根本RS触发器放入工作界面后，分别选取上下电平作为输入信号，选取LED灯作为输出状态显示。如图5—16所示。〔4〕将选取的元器件如图5—17所示连接后，按下仿真运行按钮。此时，Q=0，=141图5—16高、低电平及LED灯的选取42图5—17电路连接图43〔5〕操作S、R端的上下电平，观察触发器输出端LED灯的变化。〔6〕在图中参加4个输入、输出监测点，如图5—18所示。〔7〕点击工具栏中的真值表图标，出现真值表记录框，在真值表记录框中选择“记录项设置〞后选择“自动设置〞。如图5—19所示。44图5—18参加监测点45图5—19真值表记录设置46〔8〕在真值表记录框中选择记录方式设置，在记录方式对话框中选择“状态改变时设置〞。〔9〕操作输入端上下电平，并将真值表中显示的各项数值填入任务书的相应表格中。〔10〕点击波形图图标，出现波形显示设置框后，选择“记录项设置〞，在设置记录项对话框中选择“自动设置〞。关闭设置记录对话框。如图5—20所示。〔11〕调整最适合的显示速度，操作输入端上下电平，在任务书中描绘出所要求的输出端波形。47图5—20波形图记录设置484、任务书的填写49二、JK触发器和D触发器的仿真练习1、实验条件

装有数字电路仿真系统2006SE的电脑一台502、任务目标本次练习的主要目的是熟练掌握JK触发器和D触发器的逻辑功能，并了解电路的分析方法。为后续抢答电路的制作打下根底。513、实验步骤〔1〕翻开仿真软件，进入仿真界面。〔2〕从元件库中选取JK触发器，如图5—21所示。52图5—21选取JK触发器53〔3〕再从元件库中分别选取CP脉冲、电源Vcc和高、低电平。如图5—22所示。图5—22选取CP脉冲、电源和高、低电平54〔4〕选取LED灯，并按图5—23所示连接电路。图5—23选取CP脉冲、电源和高、低电平55〔5〕启动仿真，操作高、低电平，结合JK触发器的逻辑功能观察LED灯的变化。〔6〕分别在在CP端、J、K端和Q端建立监测点，分别启动真值表和波形图，观察数值和波形变化，并完成任务书中相关任务的填写。〔7〕新建一个文件，并从元件库中选取上升沿触发的D触发器。如图5—24所示。并再次按〔3〕～〔6〕的操作步骤完成D触发器的相关任务。56图5—24选取上升沿触发的D触发器57〔8〕再新建一个文件，连接出图5—12所示电路。运行电路并启动波形图监测，验证分析结果，完成任务书中相关任务的填写。图5—12电路图58三四人抢答电路的制作阅读抢答器电路图图5—13四人抢答器电路59图5—1474LS175外形图60图5—23选取CP脉冲、电源和高、低电平61图5—24选取上升沿触发的D触发器6263本课题主要介绍了一些常用计数器集成电路和555集成电路的功能和特点。通过本课题的学习可以掌握几种常用计数器的根本特点，熟悉异步计数和同步计数电路的特点，了解555集成电路的根本使用方法。通过计时电路的制作，可以更进一步提高电子技术的应用能力。课题二计数电路的制作计数器特点555集成器60S计时电路64一、熟悉计数器的根本特点1、常用计数器的种类和特点图5—26JK触发器构成的四位二进制异步计数器65JK触发器的特性方程对电路进行分析，有：66图5—27JK触发器构成的四位二进制同步计数器67JK状态为1J＝1K＝1，2J＝2K＝1Qn，3J＝3K＝2Qn，4J＝4K＝3Qn各个触发器的状态有:68图5—2874LS161集成计数器的外形及管脚示意图69图5—2974LS290集成计数器的外形及管脚示意图702、任意进制计数器的组成方法图5—3074LS161用预置数复位法构成的十进制计数器71图5—3174LS161用清零复位法构成的十进制计数器72想一想，如图5—32的电路，是多少进制的计数器？分析