第十二章时序逻辑电路

第十二章时序逻辑电路12.1基本双稳态触发器12.2钟控双稳态触发器12.4计数器12.5集成555定时器12.3

寄存器第12章目录数字电路按照功能的不同分为两类：组合逻辑电路；时序逻辑电路.时序逻辑电路的特点：由逻辑门、触发器构成，它在某一时刻的输出状态不仅与该时刻的输入信号有关，还与电路原来的输出状态有关。组合逻辑电路的特点：只由逻辑门电路组成，它在某一时刻的输出状态仅由该时刻的输入信号状态决定。概述概述（一）基本R-S

触发器&&RSQQ••101010

触发器有两个重要的特点：（1）触发器有两个可能的稳定工作状态（2）触发器具有记忆功能电路组成及工作原理Qn=1，Qn=0则

Qn+1=0，Qn+1=1Q和Q的逻辑状态相反，Q=0，Q=1时称触发器为0态。(1)设

S

=1，R

=012.1基本双稳态触发器第12章12

1&&RSQQ••011010&&RSQQ••110110则

Qn=Qn+1(3)设

S

=R

=1（一）基本R-S

触发器(2)设

S

=0，R

=1Qn=0，Qn=1则

Qn+1=1，Qn+1=0第12章12

1&&RSQQ••0011禁用110011111010100001010111000不定001不定(4)S

=R

=00

0不定，禁止

SRQ简化真值表1

00

0

11

1

1不变

SRQnQn+1R—S触发器真值表（一）基本R-S

触发器第12章12

1基本R-S触发器符号SRQQABQQRS11或非门组成的基本触发器输入信号高电平有效SRSRQQ逻辑符号SR低电平有效（一）基本R-S

触发器第12章12

1CP&&RCDS时钟脉冲未到，即CP=0时，C、D门被封锁，无论S、R端加什么信号它们输出全是1，触发器保持原来状态不变。时钟脉冲时钟脉冲到来，即在CP=1时,R、S的变化才能引起触发器翻转。为高电平触发。&&ABQQRS（一）R

S触发器12.2钟控双稳态触发器有时钟脉冲的触发器称为钟控触发器1.电路结构第12章12

2(2)S

=1，R

=0，Qn+1=10&&RS•01010(3)S

=0,R

=1，Qn+1=0

(4)S

=R

=1(1)S

=R

=0Qn=Qn+1禁用&&RDSDQQ••11010ABCDCPRDSDCPQQSR1符号2.逻辑功能（一）R

S触发器第12章12

2&&ABQQRD&&RSDCDSCP000000111001101101000110110禁用111禁用SRQnQn+1真值表Qn10（当CP=1时）RD、SD不受CP控制，直接将触发器置1或置0。SD置1、RD置0，并低电平有效。2.逻辑功能（一）R

S触发器第12章12

21

1禁止

SRQn+1简化真值表0

0Qn

0

10

1

01

000000111001101101000110110禁用111禁用SRQnQn+1真值表Qn10重点放在：逻辑功能和触发方式上2.逻辑功能（一）R

S触发器第12章12

2CP例：初态Q=0，画出在CP作用下Q端的波形。SRQ不定禁止出现1

1不定，禁止

SRQn+1真值表0

0Qn

0

10

1

01

存在的问题：空翻现象注意：触发器的输出状态由CP脉冲高电平时对应的R和S决定（一）R

S触发器第12章12

2（二）J-K触发器1

电路结构：由两个同步RS触发器和一个非门构成。SRSDRDCQQSRSDRDCQQ&&主从JK1CPQQ主触发器R=KQnS=JQn主从型触发器的特点：CP=1时，输入信号进入主触发器，从触发器CP=0被封锁；当CP=0时，主触发器被封锁，从触发器开启。SDRD第12章12

2SRSDRDCQQSRSDRDCQQ&&主从JKSDRD1CPQQ（1）J=K=0，Qn+1=Qn（2）J=0，K=1

Qn=0，S=JQn=0，R=KQn=0，

Qn+1=Qn=0Qn=1，S=JQn=0，R=KQn=1，

Qn+1=02.逻辑功能

Qn+1=0主触发器R=KQnS=JQn第12章12

2SRSDRDCQQSRSDRDCQQ&&主从JKSDRD1CPQQ（3）J=1，K=0Qn=0，S=JQn=1，R=KQn=0，Qn+1=1

Qn=1，S=JQn=0，R=KQn=0，Qn+1=Qn=1

Qn+1=12.逻辑功能主触发器R=KQnS=JQn第12章12

2SRSDRDCQQSRSDRDCQQ&&主从JKSDRD1CPQQ（4）J=K=1，Qn=0，S=1，R=0，Qn+1=1

Qn+1=QnQn=1，S=0，R=1，Qn+1=02.逻辑功能主触发器R=KQnS=JQn第12章12

2JKQnQn+1100110111010001100JK触发器真值表11011110Qn00000011Qn保持功能置1功能置0

功能计数功能Qn+1跟随

J变化1

1Qn

JKQn+10

0Qn

0

10

1

01

JK触发器简化真值表2.逻辑功能主从触发器符号第12章12

2KJSDRDCQQ

3.

触发方式：触发器在时钟脉冲的什么时间接受输入信号和输出相应的状态。B、后沿主从触发：CP前沿到来时开始输入信号，延迟至CP后沿到来时输出相应状态。KJSDRDCQQ

C、前沿主从触发：CP后沿到来时开始输入信号，延迟至CP前沿到来时输出相应状态。KJSDRDCQQ

A、电平触发：在CP脉冲为规定的电平时，触发器都能接受输入信号并立即输出相应状态的触发方式。第12章12

2D、边沿触发型J-K触发器CP为什么能防止空翻?Q主Q从J=K=1KJSDRDCQQ

前沿（上升沿）触发并翻转KJSDRDCQQ

后沿（下降沿）触发并翻转第12章12

23.

触发方式例：已知后沿触发的J-K触发器，J和K端的输入信号波形如图，而且已知触发器原为0态，求输出端Q的波形。JKQCP1234注意：触发器的输出状态由CP脉冲后沿对应的J和K决定，并在后沿翻转。第12章12

23.

触发方式（三）D触发器结构形式：维持阻塞型第12章12

2&&ABQQRD&&SDD&&置0维持线置1维持线置0阻塞线置1阻塞线CPRS（三）D触发器SDRDCQQ

D符号000

010101111DQnQn+1D触发器真值表10置

1置

0Qn+1跟随D触发方式：边沿触发型，且上升沿触发。第12章12

2下降沿触发SDRDCQQ

D符号CP例：已知维持阻塞型D触发器CP和D端的波形，

D触发器为上升沿触发，试画出输出端Q的波形。DQ注意：触发器的输出状态由CP脉冲上升沿对应的D决定。

并在CP脉冲上升沿翻转。在其它时间输出状态不会发生变化。（三）D触发器第12章12

2例：用D触发器构成计数器SDRDCQQ

DD=

Qn计数功能要求：Qn+1=Qn（三）D触发器第12章12

2KJSDCQQ

SDRDCQQ

DACP已知CP和A的波形，画出Q1、Q2的波形。CPARD1=SD2=AF1F2C1=C2=CPD1=Q2J2=Q1K2=Q1Q1Q2(D1）Q1（J2）例：第12章12

2（四）T触发器SDRDCQQ

T符号T触发器

000

011101110TQnQn+1T触发器真值表QnQn

保持功能计数功能当T=1时Qn+1=Qn具有计数功能第12章12

2（五）触发器逻辑功能的转换1.J-K触发器转换为D触发器1JKDCP2.J-K触发器转换为T触发器TQQJKCPQQ第12章12

2（六）触发器应用举例1.同步单脉冲发生器JRDSDK

CPQQJRDSDK

CPQQ单脉冲输出SB•

•CPQ1Q1Q2Q2SBQ1Q2Q2该电路的特点：每按动一次启动按钮SB（常闭）就可以在Q1端输出一个单脉冲，且宽度等于时钟脉冲的周期。第12章12

2DCPRDDCPRDDCPRDDCPRD&+5VCLR&&Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4SB1SB2SB3SB41010112301••••••CLR端加入清零脉冲后

Q1=Q2=Q3=Q4=0，

Q1=Q2=Q3=Q4=1，2.四人抢答器电路与非门2输出为1，时钟脉冲加到四个D触发器的CP端，SB未按下，D触发器的零状态不变。按下SB1

SB4中任一个按钮，对应触发器的D端为高电平。D第12章12

2

（一）数码寄存器CRDDCRDDCRDDCRDD&&&&••••Q3'Q2'Q1'Q0'Q3Q2Q1Q0••输出清零存入F3F2F1F0A3A2A1A0•••D触发器组成的数码寄存器数码寄存器：存放二进制数码的逻辑部件，一个触发器存放一个二进制数码，N个触发器可寄存N位二进制数码。并行输入并行输出方式12.3

寄存器第12章12

3串行输出（二）移位寄存器CRDDCRDDCRDDCRDDDO数码输入清零移位脉冲CP•••

••

••Q0Q1Q2Q3并行输出CPD0Q0Q1Q2Q3CP011

1D0Q0Q1Q2Q31101•••F0F1F2F3

每加入一个CP脉冲，每个触发器中所存储的数码就依次向左或向右移一位。四位右移寄存器QQQQ第12章12

3CPQ0Q2Q31101Q1Q0Q1Q2Q3CP0000

01000

10100

21010

31101

41101

高位状态表波形图串行输入串行输出（二）移位寄存器第12章12

31.异步二进制加法计数器JRDK

CPQQJRDK

CPQQJRDK

CPQQ清零计数脉冲CPF0F1F2Q0Q1Q2（一）二进制计数器一个触发器有两个稳态，N个触发器共有2N个稳态，若计数器有N个触发器，称该计数器为模数2N计数器，计数容量是（2N-1）各触发器J=K=1低位的Q端接高位的CP。CP脉冲不同时加到CP端12.4计数器用来累计脉冲数目第12章12

4CQ2Q1Q0000011100011110100101101012345678000加法计数器状态表JRDK

CPQQJRDK

CPQQJRDK

CPQQ清零计数输入CPF0F1F2Q0Q1Q2CPQ0Q1Q2（一）二进制计数器1.异步二进制加法计数器000010011100101110111001000第12章12

4•JRDK

CPQQ••JRDK

CPQQ••JRDK

CPQQ••JRDK

CPQQ••••1••计数输入清零Q0Q1Q2Q3

34561278910111213141516

CPQ0Q1Q2Q3F0F1F2F3分频的概念？1.异步二进制加法计数器00000001001000110100010101100111100010011010101111001101111011110000SDRDCQQ

DSDRDCQQ

DSDRDCQQ

D用D触发器构成的异步二进制加法计数器计数输入CP清零Q0Q1Q2CPQ0Q1Q2F0F1F2低位的Q端接高位触发器的CP端（一）二进制计数器1.异步二进制加法计数器第12章12

42.异步二进制减法计数器CQ2Q1Q0000012345678000减法计数器状态表111110101100011010001Q2JRDSDK

CPQQJRDSDK

CPQQJRDSDK

CPQQ置数计数输入CPQ0Q1F0F1F2第12章12

4•JK

CPQQ

•JK

CPQQ

•JK

CPQQ&&••JK

CPQQ&&•••••CP1••••J0=K0=1J1=K1=Q0J3=K3=Q2•Q1•Q0Q0Q1Q2Q3J2=K2=Q1•Q0

••F0F1F2F33.同步二进制加法计数器计数脉冲同时加到触发器的时钟端CPQ3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001101010111011121100131101141110151111160000十六进制加法计数器状态表8421码J0=K0=1J1=K1=Q0J3=K3=Q2•Q1•Q0J2=K2=Q1•Q03.同步二进制加法计数器第12章12

4••J0=K0=1J2=K2=Q0n•Q1n（二）十进制加法计数器J3=Q2n•Q1n•Q0nK3=Q0nJ1=Q0n•Q3nK1=Q0nJKCPQQ

•

•JK

CPQQ&&•••CP1•JK

CPQQ&&••Q0Q1Q2Q3JK

CPQQ&&••••••1&CC=Q0n•Q3nF0F1F2F38421码十进制加法计数器驱动方程：进位信号将十进制数的每一位数用二进制数来表示第12章12

4J0=K0=1J1=Q0n•Q3nK1=Q0nJ2=K2=Q0n•Q1n十进制加法计数器波形图J3=Q2n•Q1n•Q0nK3=Q0n

Q1Q2C=Q0n•Q3n34561278910CP

Q0Q3C0000100001001100001010100110111000011001驱动方程：（二）十进制加法计数器第12章12

4CPQ3Q2Q1Q000000100012001030011401005010160110701118100091001100000十进制加法计数器状态表8421码8421码十进制加法计数器波形图Q0Q1Q2Q3CP12345678910J0=K0=1J2=K2=Q0n•Q1nJ3=Q2n•Q1n•Q0nK3=Q0nC=Q0n•Q3nJ1=Q0n•Q3nK1=Q0n（二）十进制加法计数器第12章12

4QQSDRDCJKQQSDRDCJKQQSDRDCJK&F1F2F3QBQCQDQQSDRDCJKF0QA计数输入CPCPACPB五进制加法计数器二进制（三）8421码二—五—十进制加法计数器第12章12

4J0K0

CPQQ

••CPJ2=Q1n•Q0nK2=Q1n（四）任意进制加法计数器Q0J1K1

CPQQ•Q1J2K2

CPQQ&&Q2&&

•J0=Q2n•Q1nK0=1J1=Q0nK1=Q2n•Q0n1•驱动方程：第12章12

43456127CP

Q0Q1Q2J2=Q1n•Q0nK2=Q1nJ0=Q2n•Q1n

K0=1J1=Q0n

K1=Q2n•Q0n000100010110001101011功能：同步七进制加法计数器驱动方程：000（四）任意进制加法计数器第12章12

4QQSDRDCJKQQSDRDCJKQQSDRDCJK&F1F2F3Q1Q2Q3计数输入CPJ1=Q3，K1=1，C1=CPJ2=1，K2=1，C2=Q1J3=Q1Q2，K3=1，C3=CP驱动方程：（四）任意进制加法计数器第12章12

4J1=Q3，K1=1，C1=CPJ2=1，K2=1，C2=Q1J3=Q1Q2，K3=1，C3=CP驱动方程：CPQ3Q2Q1J3K3C3J2K2C2J1K1C1CPQ1CP000001111110010111112010011111301111111141000111015000

功能：异步五进制加法计数器（四）任意进制加法计数器第12章12

4T4196功能表功能输入输出控制信号CT/LD时钟CP并行予置数ABCDQAQBQCQD清零Cr清零置数计数0

00001011

计数abcdabcd（五）中规模集成计数器T4196（74LS196）T4196CT/LDQCCAQAGNDVCCCrQDDBQBCPACPB二—五—十进制加法计数器第12章12

4模2模5QAQBQCQDCPACPB计数脉冲从CPA输入，从QA输出，是一个二进制计数器。计数脉冲从CPB输入，从QD、QC和

QB输出时，是一个五进制计数器。（五）中规模集成计数器第12章12

4模

2模

5QAQBQCQDCPACPB1234567141312111098+5VQDQBCPAQACPBQC+5VCT/LDT4196••Cr8421码二—五—十进制加法计数器（五）中规模集成计数器第12章12

4应用举例QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA&1•••8421码七进制计数器0111QAQBQCCrCP1234567七进制加法计数器波形图Cr=QCQBQA反馈置0法（五）中规模集成计数器110000第12章12

4应用举例两位十进制计数器QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•个位十位（五）中规模集成计数器第12章12

4应用举例&••QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•六十进制计数器0110QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•（五）中规模集成计数器第12章12

4应用举例&••QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•三十六进制计数器0011QDQCQBQACT/LDCrCPBCPA1•0110••（五）中规模集成计数器第12章12

4（一）集成555定时器工作原理+_

+_

RSQQ··5K

5K

5K

RUR1UR28(VCC)4(RD)5(CO)6(TH)2(TL)71(GND)3(UO)C1C2UR1=U+1=2/3VCCUR2=U

2=1/3VCCUTH>2/3VCC,R=0UTL>1/3VCC,S=1Q=0,UO=低电平,T导通0110置

0参考电压：12.5集成555定时器第12章12

5+_

+_

RSQQ··5K

5K

5K

RUR1UR28(VCC)4(RD)5(CO)6(TH)2(TL)71(GND)3(UO)C1C2UR1=U+1=2/3VCCUR2=U

2=1/3VCC

UTH<2/3VCC,R=1

UTL>1/3VCC,S=1

UO=原状态，T=原状态置

0（一）集成555定时器工作原理第12章12

5+_

+_

RSQQ··5K

5K

5K

RUR1UR28(VCC)4(RD)5(CO)6(TH)2(TL)71(GND)3(UO)C1C2UR1=U+1=2/3VCCUR2=U

2=1/3VCC01UTH<2/3VCC,R=1UTL<1/3VCC,S=0Q=1,UO=高电平,T截止10置

0（一）集成555定时器工作原理第12章12

5555集成定时器状态表UTH>2/3VCCUTL>1/3VCCR