《电子技术及应用》课件-项目7 时序逻辑模式控制电路设计路

任务7.1防抖动RS触发开关电路设计任务说明项目7时序逻辑模式控制电路设计路项目描述

010为停机

032为市电

互补1为光伏023为市电

模式04市电互补控制器中共有4种工作模式项目描述01当停机模式时，市电和光伏电不导入；02当光伏工作模式，市电不导入，光伏电导入；03当市电互补模式，市电和光伏电都导入；04当市电模式，市电导入，光伏发电不导入。项目描述我们有时需要在这4种模式中进行选择，我们利用开关来产生数字脉冲信号，再利用触发器构建4进制计数器，并利用数码显示器件将模式显示出来。电路如下图7.1所示。图7.1

项目七互补模式时序控制任务引领在互补模式时序控制电路中,我们使用机械式开关进行模式的切换,此时机械式的开关在触点断开、闭合时会产生抖动现象，并由此引起错误信息，因此需要进行去抖处理。任务引领我们可以采用基本RS触发器实现机械开关去抖处理，电路如下图7.2所示。图7.2防抖动RS触发开关电路7.1.1触发器概述7.1.1触发器概述一、触发器的概念逻辑门电路和组合电路的输出状态时刻随输入状态而变，但在某些电路中，还需要将输出0、1的二值信号保存起来，不随输入信号变化，因此要有记忆的功能，触发器就是具有记忆功能的基本逻辑单元电路。7.1.1触发器概述一、触发器的概念数字电路的两大类组合逻辑电路时序逻辑电路7.1.1触发器概述一、触发器的概念任一时刻电路的输出状态不仅与该时刻的输入状态有关，而且与电路原来所处的状态有关。时序逻辑电路逻辑功能的特点7.1.1触发器概述一、触发器的概念与门电路相比，触发器具有两个稳定的状态0状态和1状态，属于双稳态电路。任何具有两个稳定状态且可以通过适当的信号注入方式使其从一个稳定状态转换到另一个稳定状态的电路都称为触发器。7.1.1触发器概述二、触发器的分类从结构上来看，触发器由逻辑门加反馈电路组成，有一个或几个输入端，两个互补输出端，通常标记为Q和。以Q这个输出端的状态作为触发器的状态，如我们将触发器输出Q=0（＝1）的状态称为触发器的“0”态，将触发器输出Q=1（＝0）

的状态称为触发器的“1”态。触发器都具有两个稳定状态，但使输出状态从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态的方法却有多种，由此构成了具有各种功能的触发器。7.1.1触发器概述二、触发器的分类按照触发

信号的控制类型分为01是非时钟控制触发器（基本触发器），它的输入信号可在不受其他时钟控制信号的作用下，按某一逻辑关系改变触发器的输出状态；时钟控制触发器（钟控触发器），它必须在时钟信号的作用下，才能接收输入信号从而改变触发器的输出状态。027.1.1触发器概述二、触发器的分类时钟控制

触发器按时钟

类型又分为两种

类型电平触发边沿触发7.1.1触发器概述二、触发器的分类根据逻辑功能的

不同，可将触发器分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T′

触发器等。根据电路结构的

不同，可将触发器分为基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器等。7.1.2RS触发器一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器它是各种触发器中结构最简单的一种，通常作为构成各种功能触发器的最基本单元，所以也称为基本触发器。基本的

RS触发器又称为

置0置1触发器一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器（1）电路结构基本的RS触发器由两个与非门的输入端与输出端交叉连接而成。电路结构如图7.3（a）所示，逻辑符号如图7.3（b）所示。

（a）电路结构（b）逻辑符号图7.3与非门构成的基本RS触发器

一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器（1）电路结构1Q端状态通常定义为触发器的输出状态。2

5

一、基本RS触发器

1.“与非”门构成的基本触发器（2）逻辑功能一、基本RS触发器

1.“与非”门构成的基本触发器（2）逻辑功能一、基本RS触发器

1.“与非”门构成的基本触发器（2）逻辑功能一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器（3）逻辑功能描述功能表特征

方程时序图状态图触发器的逻辑功能可用一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器（3）逻辑功能描述01功能表

（特性表）与非门构成的基本RS触发器的功能表如表7-1所示输入输出功能说明Q00不定不定禁止1001置00110置111保持保持保持一、基本RS触发器1.“与非”门构成的基本触发器（3）逻辑功能描述02波形图

二、“或非”门构成的基本RS触发器基本RS触发器

也可由两个或非门的

输入端与输出端交叉

连接而成。图7.6或非门构成的基本RS触发器[视频：或非门构成的基本RS触发器.mp4]二、“或非”门构成的基本RS触发器电路结构如图7.5（a）所示，图7.5（b）是逻辑符号。Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4SRCP（a）同步RS触发器电路（b）逻辑符号图7.5同步RS触发器二、“或非”门构成的基本RS触发器或非门构成的基本RS触发器的功能表如表7-2所示，和与非门构成的基本RS触发器相似，但输入信号为高电平有效。二、“或非”门构成的基本RS触发器020103在实际中，触发器输入信号的变化是需要一定时间的延迟才能引起触发器状态变化，这是使用中应考虑的实际问题。对或非门构成的基本RS触发器，不允许出R=S=1，否则回出现混乱，无法确定输出状态。在以后画波形时，如无特殊说明均不考虑门电路的传输延迟时间。三、同步RS触发器

1在实际工作中，触发器的工作状态不仅由输入决定，而且还要求触发器按一定的节拍翻转，为此需要加入个时钟控制端CP，只有在CP端上出现过钟脉冲时，触发器的状态才能变化。2带有时钟信号的触发器叫时钟触发器，又称同步触发器。3三、同步RS触发器1.电路结构主从RS触发器是时钟触发器的一种。由与非门构成的时钟RS触发器电路结构如图7.5所示，CP为时钟脉冲输入端。Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4SRCP（a）同步RS触发器电路（b）逻辑符号图7.5同步RS触发器三、同步RS触发器2.功能分析

三、同步RS触发器2.功能分析而随后S=0、R=0时，输出状态可能是1也可能是0，出现了不定状态，这在触发器工作时是不允许出现的。R、S控制输出状态转换，CP控制何时发生状态转换。时钟RS触发器是在CP=1时发生状态转换，称为高电平触发。三、同步RS触发器3.功能表示方法（1）功能表时钟RS触发器的功能表如表7-3。RSQnQn+1功能说明00000101保持00110111置111000100置0111101不定不定禁止三、同步RS触发器3.功能表示方法（1）功能表时钟RS触发器的功能与基本RS触发器功能相似，但在CP=1到来时状态才能变化。Qn为CP脉冲到来前触发器的状态，称为现态Qn+1为CP脉冲到来后触发器的状态，称为次态。三、同步RS触发器3.功能表示方法（2）特征方程表示触发器次态与触发器输入及现态的逻辑关系式称为触发器的特征方程根据功能表画出卡诺图，如图7.6，经过化简，得到时钟RS触发器在CP=1时的特征方程：图7.6时钟RS触发器卡诺图RS=0为约束条件，表示S、R不能同时为1。

三、同步RS触发器3.功能表示方法（3）状态转换图用两个圆表示触发器的两种稳态0和1。箭头表示由现态到次态的转换方向，箭尾表示原态，箭头线上的数字标注出了原态转换成次态所需的触发条件。如图7.7所示。图7.7

时钟RS触发器

状态转换图三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图触发器的功能可以通过输入输出波形表示。图7.8为RS触发器的波形图。图7.8时钟RS角触发器的波形图三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图通常按键开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号小型如图7.9。图7.9机械触点波形三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图由于机械触点的弹性作用,一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通,在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，如图。图7.9机械触点波形三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图21这是一个很

重要的时间参数，在很多场合都要

用到。抖动时间的

长短由按键的机械特性决定，一般为

5ms～10ms。三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图1111101键抖动会引起一次按键被误读多次。1111102为确保按键一次操作仅作一次处理，必须去除键抖动。1111103在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图按键去抖的硬件电路如下图7.10所示。（a）电路图（b）单脉冲波形图7.10按键去抖电路三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图

三、同步RS触发器3.功能表示方法（4）波形图直到开关S到达A或B点为止。同理，当开关S在A点附近或B点附近发生抖动时，也不会影响触发器的输出状态，即触发器同样会保持原状态不变。由此可见，该电路能在输入开关的作用下产生一个理想的单脉冲信号，消除了抖动现象。其脉冲波形如图7.10（b)所示。图中，tA1为S第一次打到A的时刻，tB1为S第一次打到B的时刻，tA2为S第二次打到A的时刻，tB2为S第二次打到B的时刻。任务7.2触发器模式控制电路设计任务引领市电互补控制器中共有4种

工作模式1为光伏2为市电互补0为停机3为市电模式编号任务引领需要进行模式切换时，我们点击开关就行了，开关将产生数字脉冲信号，如何将这些信号转换成模式控制所需的信号呢？任务引领我们可以通过2个触发器的组合将数字脉冲信号按照脉冲的个数转换成

00，01，10，11四种状态，四种状态分别对应一种模式。电路如下所示，

利用D触发器构建4进制计数，实现互补控制器4种模式状态控制。图7.11

触发器模式控制电路

【视频：16NR03080248触发器模式控制电路设计】一、集成运算放大器认识7.2.1D触发器一、同步D触发器

时钟RS触发器R、S之间的约束问题图7.11同步D触发器

（动画7.5同步D触发器）一、同步D触发器1.功能分析当CP=0时，D触发器保持原状态不变。当CP=1时，如果D=0，无论原状态为0或为1，D触发器均输出0；如果D=1，无论原状态为0或为1，D触发器均输出1。一、同步D触发器2.功能表示方法（1）功能表D触发器的功能表如表7-4。表7-4D触发器的功能表DQnQ1n+1功能说明101置1111000置0010一、同步D触发器2.功能表示方法（2）特征方程由功能表可得到D触发器在CP=1时的特征方程：Qn+1=D。一、同步D触发器2.功能表示方法（3）特征方程状态转换图D触发器状态转换如图7.12所示。图7.12D触发器状态转换图一、同步D触发器2.功能表示方法（4）波形图如果已知CP和D的波形，则可画出D触发器的波形图，

图7.13为D触发器的波形图。

设触发器初始状态为0。CPDQ图7.13D触发器的波形图二、带有异步控制端的同步触发器当功能异步输入端S有效，输出立刻变成高电平，也不受CP时钟的影响。同步D触发器在CP有效电平期间，输出会随输入变化而变化。在实际应用中同步触发器的输入端存在异步控制输入端，即异步输入端R有效，输出立刻变成低电平，不受CP时钟的影响；二、带有异步控制端的同步触发器下图7.14为具有异步控制端的同步触发器，异步端低电平有效。图7.14具有异步控制端的同步D触发器三、边沿D触发器同步D触发器为电平触发方式，即在CP为高电平

（低电平）期间，输出端的状态与输入信号有关。如果是低电平触发，则在逻辑符号的CP端加一小圆圈表示。三、边沿D触发器电平触发的触发器在整个有效电平期间如果输入信号发生了变化，输出状态也可能发生变化，有可能出现在一个CP作用下发生多次翻转的现象(称为空翻)，电平D触发器，其CP及D的波形如图7.15所示，输出端Q的波形可分析画出。图7.14D触发器的空翻波形图三、边沿D触发器图7.14D触发器的空翻波形图在图中第一个CP=1期间，由于D信号变化3次导致输出信号变化4次，在第二个CP=1期间，由于D信号变化2次导致输出信号变化2次。电平触发方式的时钟触发器都可能存在这种空翻现象。为克服这种现象，应改变触发方式。三、边沿D触发器图7.14D触发器的空翻波形图边沿触发器只能在时钟脉冲CP上升沿(或下降沿)时刻接收输入信号，因此，电路状态只能在CP上升沿(或下降沿)时刻翻转。在CP的其他时间内，电路状态不会发生变化，这样就提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力。三、边沿D触发器边沿D触发器也叫维持阻塞D触发器。图7.14D触发器的空翻波形图三、边沿D触发器1.电路结构电路图7.16由六个与非门组成。其中G1、G2组成基本RS触发器，G3、G6组成控制门。引入置1维持线L1、置0维持线L3、置1阻塞线L4、置0阻塞线L2。D为输入信号。图7.16维持阻塞D触发器三、边沿D触发器2.功能分析在CP=0时，G3、G4、门被封锁，输入信号D的状态虽然能反映到G5、G=门的输出端，但不能作用到G3、G4门上，触发器状态保持不变。三、边沿D触发器2.功能分析

三、边沿D触发器2.功能分析无论CP上升沿到来前触发器状态如何，只要D=0，但CP上升沿到来后，触发器状态变为0。同时Q4=0通过置0维持L3反馈到G6门的输入端，将G6门封锁，即在CP=1期间，无论D如何变化，触发器状态保持0不变。三、边沿D触发器2.功能分析若在CP上升沿到来前D=1，因G3、G4门被封锁，使Q3=1、Q4=1、Q6=0、Q5=1。此时Q6、Q5的状态不能通过G3、G4门反映到触发器上。触发器保持原状态。

三、边沿D触发器2.功能分析无论CP上升沿到来前触发器状态如何，只要D=1，CP上升沿到来后，触发器状态变为1。同时Q3=0通过置0阻塞线L2反馈到G4门的输入端，将G4门封锁，通过置1维持线L1反馈到G5门的输入端，将G5门封锁，即在CP=1期间，无论D如何变化，触发器状态保持1不变。三、边沿D触发器2.功能分析例如图7.17，已知维持阻塞D触发器的CP和D的波形，画出触发器Q的波形。初始状态为0。图7.17例题四、CMOS主从结构的边沿D触发器主从触发器由两级触发器构成，其中一级直接接受信号，称为主触发器，另一级接收主触发器的输出信号，称为从触发器。用两个触发器时钟信号互补克服空翻现象。四、CMOS主从结构的边沿D触发器1.电路结构图7.18为CMOS主从结构的边沿D触发器，传输门TG1、TG2和非门G1、G2组成主触发器，传输门TG3、TG4和非门G3、G4组成从触发器，传输门的控制端由一对互补的时钟脉冲控制。具有边沿触发器的特性。主触发器从触发器图7.18CMOS主从结构的边沿D触发器四、CMOS主从结构的边沿D触发器2.功能分析01

四、CMOS主从结构的边沿D触发器2.功能分析02

03

一、集成运算放大器认识7.2.2JK触发器7.2.2JK触发器

RS触发器的特征方程中有一约束条件RS=0，这一条件使得RS触发器在应用时不方便，JK触发器克服了RS触发器的禁用状态，并且具有保持功能、置位功能和复位功能、翻转功能，是一种使用灵活、功能强、性能好的触发器。一、同步JK触发器

（a）同步JK触发器电路（b）逻辑符号图7.19同步JK触发器[动画同步JK触发器]一、同步JK触发器1.功能分析1当CP=0时，J、K的变化对输出端状态没有影响，JK触发器保持原状态不变。2

一、同步JK触发器1.功能分析4

3

一、同步JK触发器1.功能分析6

5

一、同步JK触发器2.功能表示方法（1）功能表根据电路结构及功能分析得出CP=1时JK触发器功能表如表7-5所示。表7-5JK触发器功能表JK

QnQ1n+1功能说明00000101保持00110100置011000111置111110110翻转一、同步JK触发器2.功能表示方法（2）特征方程

图7.20JK触发器卡诺图一、同步JK触发器2.功能表示方法（3）状态转换图JK触发器状态转换图如图7.21所示。图7.21JK触发器状态转换图一、同步JK触发器2.功能表示方法（4）波形图图7.22为JK触发器的波形图。设触发器初始状态为0。CPJKQ图7.22JK触发器的波形图二、主从JK触发器同步触发器都具有空翻现象，为了克服空翻现象，实现触发器状态的可靠翻转，可用主从触发器电路。二、主从JK触发器主从JK触发器电路是在主从RS触发器基础上引两条反馈线：Q反馈到R端，反馈到S端，外加信号从J、K输入。如图7.23a所示。（1）电路结构图7.23主从JK触发器[动画]二、主从JK触发器（2）工作原理当CP=1时，CP′=0，从触发器被封锁，保持原状态不变。主触发器的状态由输入端J、K的信号和从触发器状态来决定。当CP从1跃变为0时，即CP=0，主触发器被封锁，但由于CP′=1，从触发器接收主触发器输出端的状态。主从JK触发器的状态变化是在CP从1变为0时发生的。主从JK触发器的逻辑功能和前面的时钟JK触发器相同。二、主从JK触发器J=0、K=0，时钟脉冲触发后，触发器的状态保持不变，即Qn+1=Qn。01J=0、K=1，不论触发器原来是何种状态，时钟脉冲触发后，触发器的输出为0态。02J=1、K=0，不论触发器原来是何种状态，时钟脉冲触发后，触发器的输出为1态。03二、主从JK触发器

图7.23主从JK触发器[动画]三、边沿JK触发器边沿触发器只是在CP的某一边沿（上升沿或下降沿）时刻才能对所作用的输入信号产生响应，即只有在CP边沿时输入信号才有效（输出状态与输入有关），而其他时间触发器都处于保持状态。边沿触发器有上升沿触发和下降沿触发两种。三、边沿JK触发器图中为边沿JK触发器的逻辑符号，在C1的一端加动态符号“＞”表示为边沿触发器，并且为上升沿触发，如果在“＞”处又带小圆圈“○”则表示为下降沿触发。图7.26（a）为下降沿JK触发器时序图。（a）边沿JK触发器（b）上升沿触发的JK触发器时序图图7.26边沿JK触发器逻辑符号及上升沿触发的JK触发器时四、不同触发器的相互转换由于市售的大多为D或JK功能的触发器，当我们需要其它类型触发器时需要将某种触发器通过改接或增加一些电路后转换为另一种功能的触发器，因此要学会不同触发器逻辑功能的转换。转换的方法较为简单，就是利用两种待转换触发器的特征方程进行联立比较，求其转换逻辑。四、不同触发器的相互转换

1.JK触发器转换为D触发器

图7.27JK触发器转换成D触发器的电路图

（动画7.6JK触发器转换成D触发器）四、不同触发器的相互转换2.D触发器转换为JK触发器

图7.28D触发器转换为JK触发器的电路[动画]一、集成运算放大器认识7.2.3时序逻辑电路分析方法一、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图7.29所示。图7.29时序逻辑电路的机构框图图中外部输入信号用X（x1，x2，…，xn）表示；电路的输出信号用Y（y1，y2，…，ym）表示；一、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图7.29所示。图7.29时序逻辑电路的机构框图存储电路的输入信号用Z（z1，z2，…，zk）表示；存储电路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q（q1，q2，…，qj）表示。一、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图7.29所示。图7.29时序逻辑电路的机构框图可见，为了实现时序逻辑电路的逻辑功能，电路中必须包含存储电路，而且存储电路的输出还必须反馈到输入端，与外部输入信号一起决定电路的输出状态。存储电路通常由触发器组成。二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法，一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能，主要有以下几种。二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法1.逻辑表达式

图7.29中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：Y=F(X，Qn)Z=G(X，Qn)Qn+1=H(Z，Qn)图7.29时序逻辑电路的机构框图二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法1.逻辑表达式

图7.29中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关，而且与存储电路的状态Qn有关。图7.29时序逻辑电路的机构框图二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法2.状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Qn+1与其输入X、现态Qn的对应关系，又称状态转换表。状态转换表可由逻辑表达式获得。二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法3.状态转换图状态转换图又称状态图，是状态转换表的图形表示，它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。二、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法4.波形图波形图又称为时序图，是电路在时钟脉冲序列CP的作用下，电路的状态、输出随时间变化的波形。应用波形图，便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。三、时序逻辑电路的分类0102在同步时序逻辑电路中，所有的触发器都由同一个时钟脉冲CP控制，状态变化同时进行。而在异步时序逻辑电路中，各触发器没有统一的时钟脉冲信号，状态变化不是同时发生的，而是有先有后。时序逻辑电路按存储电路中的触发器是否同时动作分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两种。四、时序逻辑电路的分析步骤分析时序逻辑电路就是找出给定时序逻辑电路的逻辑功能和工作特点。分析步骤如下：01分析逻辑电路组成。02根据给定电路的连线写出各触发器时钟方程、驱动方程、输出方程。四、时序逻辑电路的分析步骤分析时序逻辑电路就是找出给定时序逻辑电路的逻辑功能和工作特点。分析步骤如下：03求状态方程：将各触发器的驱动方程代入特性方程得到。04进行状态计算。把电路的输入和现态各种可能取值组合代入状态方程和输出方程进行计算，得到相应的次态和输出。四、时序逻辑电路的分析步骤分析时序逻辑电路就是找出给定时序逻辑电路的逻辑功能和工作特点。分析步骤如下：05列状态转换表。画状态图或时序图。06用文字描述电路的逻辑功能。一、集成运算放大器认识7.2.4同步时序逻辑电路设计方法7.2.4同步时序逻辑电路设计方法前述市电互补控制器有4种工作模式，那么我们就用两个D触发器产生的4种数字状态与之对应，其中00状态为编号0停机模式，01状态为编号1光伏模式，10状态为编号2市电互补模式，11状态为编号3市电模式。利用按动开关产生的脉冲信号可以使两个D触发器按照00，01，10，11，00这样的顺序进行模式之间的转换。7.2.4同步时序逻辑电路设计方法下面分析同步时序逻辑电路的设计方法。一、同步时序逻辑电路的设计方法01根据设计要求，设定状态，画出状态转换图。02状态化简。03状态分配，列出状态转换编码表。04选择触发器的类型，求出状态方程、驱动方程、输出方程。05根据驱动方程和输出方程画逻辑图。06检查电路有无自启动能力。二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。

(1)设计步骤解由于串行输出脉冲序列为10100，故电路应有5种工作状态，将它们分别用S0、S1

、×××、S4表示；将串行输出信号用Y表示，则可列出下图所示的状态转换图。根据设计要求设定状态，画状态转换图01二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。根据设计要求设定状态，画状态转换图01由于上述5个状态中无重复状态，因此不需要进行状态化简。图状态转换图

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。由于电路有5个状态，因此宜采用三位二进制代码。现采用自然二进制码进行如下编码：

S0=000，S1=001，×××，S4=100，由此可列出电路状态转换编码表如下：状态分配，列出状态转换编码表02

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。

(1)设计步骤解状态转换顺序现态次态输出Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1YS00000011S10010100S20100111S30111000S41000000二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。Q2n+1卡诺图，Q1n+1卡诺图，Q0n+1卡诺图，Y卡诺图分别

如下图所示：根据状态转换编码表求输出方程和状态方程03图卡诺图

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。

根据状态转换编码表求输出方程和状态方程03

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。选择触发器类型，并求驱动方程04

将它与状态方程进行比较，可得驱动方程

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。根据驱动方程和输出方程画逻辑图05图序列脉冲发生器[动画88脉冲序列同步时序逻辑电路设计]

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。检查电路有无自启动能力06将3个无效状态101、110、111代入状态方程计算后，获得的次态010、010、000均为有效状态。因此，该电路能自启动。

(1)设计步骤解二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解01.根据设计要求设定状态，画状态转换图图7.19状态转换图二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解02.列出状态卡诺图由于电路有4个状态，因此宜采用2位二进制代码。现采用自然二进制码进行如下编码：

S0=00，S1=01，S2=10，S3=11，由此可列出电路状态转换编码表如下：二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解02.列出状态卡诺图状态转换顺序现态次态Q1nQ0nQ1n+1Q0n+1S00001S10110S21011S31100二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解03.根据状态转换编码表求输出方程和状态方程Q2n+1

卡诺图，Q1n+1卡诺图如下图所示：

二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解04.写出状态方程和输出方程

二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解05.检查能否自启动所有状态都被使用，不存在自启动问题。二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解06.写出驱动方程

二、JK触发器同步时序逻辑电路设计例设计一个脉冲序列为10100的序列脉冲发生器。(2)

D触发器构成同步时序模式控制电路解07.由驱动方程和输出方程画出逻辑图图7.19D触发器组成模式控制电路

（动画D触发器构建互补同步时序逻辑电路）二、JK触发器同步时序逻辑电路设计下图7.20也是由D触发器组成互补模式控制电路（4进制计数器），但是两个D触发器的时钟信号不是同一个信号，低位触发器的输出端信号为高位触发器时钟信号，构成了异步时序逻辑电路。图7.20触发器D组成模式控制异步时序逻辑电路略【动画】任务7.3计数器模式控制电路设计01任务5.3蓄电池迟滞比较器充放电电路设计【任务引领】市电互补控制器中共有4种工作模式，编号0为停机、1为光伏、2为市电互补、3为市电模式。02上个任务中我们利用触发器实现了4种模式的控制，而利用

计数器电路能更方便的进行模式控制。03利用二进制计数器的计数功能，将按动开关所产生的脉冲信号经过4进制计数器就可以产生0,1,2,3这4种输出状态，正好与我们工作模式编号相对应。任务5.3蓄电池迟滞比较器充放电电路设计探针1探针27.3.1同步与异步计数器一、计数器的功能和分类1.计数器功能用以统计输入计数脉冲CP个数的电路称为计数器。计数器是数字系统中应用最广泛的时序逻辑部件之一，除了计数功能以外，还可以用作定时、分频、信号产生和执行数字运算等,是数字设备和数字系统中不可缺少的组成部分。它主要由触发器组成，其基本功能就是对输入脉冲的个数进行计数。7.3.1同步与异步计数器2.计数器的分类一、计数器的功能和分类1计数器种类很多，分类方法也不相同。2根据计数脉冲的输入方式不同可把计数器分为同步计数器和异步计数器。3计数器是由若干个基本逻辑单元——触发器和相应的逻辑门组成的。7.3.1同步与异步计数器2.计数器的分类一、计数器的功能和分类如果计数器的全部触发器共用同一个时钟脉冲而且这个脉冲就是计数输入脉冲时，这种计数器就是同步计数器。如果计数器中只有部分触发器的时钟脉冲是计数输入脉冲，另一部分触发器的时钟脉冲是由其他触发器的输出信号提供时，这种计数器就是异步计数器。7.3.1同步与异步计数器一、计数器的功能和分类按二进制运算规律进行计数的电路称为二进制计数器。2.计数器的分类根据计数进制的不同又可分为二进制、十进制和任意进制计数器。各计数器按其各自计数进位规律进行计数。其中其它进制的计数器统称为任意进制计数器。按十进制运算规律进行计数的电路称为十进制计数器。7.3.1同步与异步计数器一、计数器的功能和分类根据计数过程中计数的增减不同又分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。对输入脉冲进行递增计数的计数器叫做加法计数器，进行递减计数的计数器叫做减法计数器。如果在控制信号作用下，既可以进行加法计数又可以进行减法计数，则叫可逆计数器。7.3.1同步与异步计数器二、异步二进制计数器1、异步二进制加法计数器探针5探针6探针1探针27.3.1同步与异步计数器二、异步二进制计数器图中各触发器的D和触发器的反相端连接，构成翻转状态。低位触发器的输出作为高位触发器的时钟信号。当低位触发器由0态变为1态时，Q就输出一个上降沿信号，这个信号正好作为进位输出。当计数脉冲CP输入后，计数器就从Q3Q2Q1Q0=0000状态开始计数。（1）（2）7.3.1同步与异步计数器1111101当第1个CP脉冲上降沿到达时，FF0由0态变为1态，给下级脉冲信号为1态变为0，不触发下级触发器。1111102当FF0由1态变为0态，给下级脉冲信号为0态变为1，触发下级触发器。1111103当前级触发器从1态变成0态时，下级触发将发生状态改变。每输入1个计数脉冲，FF0翻转一次。每输入2个计数脉冲，FF1翻转一次。依次类推每输入15个计数脉冲后，计数器的状态为“1111”。7.3.1同步与异步计数器N=Q3×23+Q2×22+Q1×21+Q0×20显然，计数器所累计的输入脉冲数可用下式表示：7.3.1同步与异步计数器由于各触发器的翻转时刻不同，所以这种计数器又称为异步计数器。第16个脉冲作用后，四个触发器均复位到0态。从第17个CP脉冲开始，计数器又进入新的计数周期。可见一个四位二进制计数器共有24=16个状态，所以四位二进制计数器可组成一位十六进制计数器。0201037.3.1同步与异步计数器各触发器状态的变化及计数情况见表7-9所示。输入脉冲序号Q3Q2Q1Q0000001000120010300114010050101601107011181000910011010101110111211001311011411101511117.3.1同步与异步计数器各级触发器的状态可用如图7.33所示的波形图表示。由图示波形可以看出，每个触发器状态波形的频率为其相邻低位触发器状态波形频率的二分之一，即对输入脉冲进行二分频。所以，相对于计数输入脉冲而言，FF0、FF1、FF2、FF3的输出脉冲分别是二分频、四分频、八分频、十六频，由此可见N位二进制计数器具有2N分频功能，可作分频器使用。7.3.1同步与异步计数器7.3.1同步与异步计数器用D触发器也可以组成异步二进制减法计数器。探针1探针2探针3探针47.3.1同步与异步计数器其逻辑功能分析与图7.32所示计数器相同。探针5探针6探针1探针27.3.1同步与异步计数器2、异步二进制减法计数器12减法计数器按照二进制减法规则进行计数。四位二进制减法计数规则如表7-10所示。7.3.1同步与异步计数器构成减法计数器要满足下列条件：该阶跃脉冲可作为高位触发器的计数脉冲CP的信号。

0102每来一个计数脉冲，最低位的触发器要翻转一次。低位触发器由0变为1时，要向相邻高位触发器产生一个阶跃脉冲作为借位信号。7.3.1同步与异步计数器用JK触发器组成的二进制减法计数器及工作波形如图7.35所示。除最低位触发器由计数脉冲触发外，其他各级触发器均由相邻低位的触发器输出信号触发。01当计数脉冲输入时，计数器里所存的数依次减少。027.3.1同步与异步计数器三、同步二进制计数器1.同步二进制加法计数器下面以同步四位二进制加法计数器为例说明其计数原理。1异步二进制计数器结构简单，但由于触发器的翻转逐级进行，因而计数速度较低。2若使计数器状态转换时，将所有需要翻转的触发器同时翻转，则可以提高计数速度。7.3.1同步与异步计数器2.异步二进制减法计数器利用四位加法计数器的状态表（即表7-9），可以找到构成同步二进制加法计数器的方法。输入脉冲序号Q3Q2Q1Q0000001000120010300114010050101601107011181000910011010101110111211001311011411101511117.3.1同步与异步计数器由表可知最低位触发器每输入一个计数脉冲翻转一次，其它各触发器都是在其所有低位触发器输出端Q全为1时，在下一计数脉冲触发沿到来时翻转。若采用主从D触发器(上升沿有效)，则可得到四个触发器D端的逻辑表达式为：7.3.1同步与异步计数器以上讨论的是四位，如果位数更多，控制进位的规律可以依次类推。第n位触发器的D端逻辑表达式应为：Dn=(QngQn-1…..)Qn+D0=Q0D1=QnQ1+D2=(Q1gQ0)Q2

+D3=(Q2gQ1gQ0)Q3

+7.3.1同步与异步计数器由此得到同步四位二进制加法计数器的一种连接方式，如图7.36所示。观察会谈身体检查心理测试7.3.1同步与异步计数器各触发器受同一计数脉冲CP的控制，其状态翻转与CP脉冲同步，显然它比异步计数器的计数速度高。7.3.1同步与异步计数器2.异步二进制减法计数器利用二进制减法计数规则，可得到构成同步二进制减法计数器的方法。由表7-8可知：实现减法计数要求最低位触发器每输入一个计数脉冲翻转一次。其它各触发器都是在其所有低位触发器输出端Q全为0时，在下一计数脉冲触发沿到来时翻转。7.3.1同步与异步计数器2.异步二进制减法计数器只要将图7.36所示的二进制加法计数器的输出由Q端改为端，便构成了同步四位二进制减法计数器，电路如下图7.37所示。7.3.1同步与异步计数器3.同步二进制可逆计数器同步二进制可逆计数器是在加法计数器和减法计数器的基础上，再设置一些控制电路而组成的，它兼有加、减两种功能。7.3.2集成计数器因此，学习集成计数器，必须掌握用已有的计数器芯片构成其它任意进制计数器的连接方法。集成计数器具有功能完善、通用性强、功耗低、工作速度快、功能可扩展等许多优点，应用非常广泛。目前用得最多、性能较好的是高速CMOS集成计数器，其次是TTL计数器。在集成计数器中，只有二进制和十进制计数两大系列。1237.3.2集成计数器因此，学习集成计数器，必须掌握用已有的计数器芯片构成其它任意进制计数器的连接方法。1只有二进制在集成计数器中2十进制计数7.3.2集成计数器一、集成同步计数器1111101同步计数器电路复杂，但计数速度快，多用在计算机电路中。1111102目前生产的同步计数器芯片分为二进制和十进制两种。7.3.2集成计数器1.集成同步二进制计数器二进制计数器就是按二进制计数进位规律进行计数的计数器。由n个触发器组成的二进制计数器称为n位二进制计数器，它可以累计2n=N个有效状态。N称为计数器的模或计数容量。若n=1，2，3…，则N=2，4，8…，相应的计数器称为模2计数器、模4计数器和模8计数器等等。7.3.2集成计数器1.集成同步二进制计数器

图7.3774LS161符号及功能应用中规模同步四位二进制加法计数器74LS161具有计数、保持、预置、清零功能。7.3.2集成计数器1.集成同步二进制计数器

表7-11为74LS161的功能表。7.3.2集成计数器1.集成同步二进制计数器由表可知74LS161有如下功能

7.3.2集成计数器1.集成同步二进制计数器由表可知74LS161有如下功能

7.3.2集成计数器2.集成十进制计数器集成同步十进制加法计数器74LS160的管脚图和功能表与74LS161基本相同，唯一不同的是74LS160是十进制计数器，而74LS161是二进制计数器。7.3.2集成计数器二、集成异步计数器异步计数电路简单，但计数速度慢，多用于仪器、仪表中。

1.集成计数器74LS290图7.38是二-五-十进制集成计数器74LS290的逻辑结构图7.3.2集成计数器

1.集成计数器74LS290它兼有二进制、五进制和十进制三种计数功能。当十进制计数时，又有8421BCD和5421BCD码选用功能，表7-12是它的功能表。7.3.2集成计数器

1.集成计数器74LS290由表可知，74LS290具有如下功能：1异步置0当R0（1）=R0（2）=1且S9（1）或S9（2）中任一端为0，则计数器清零，即QDQCQBQA=0000。2异步置9当S9（1）=S9（2）=1，则计数器置9，即QDQCQBQA=1001。3计数当R0（1）、R0（2）和S9（1）、S9（2）均至少有一个为低电平时，计数器处于计数工作状态。7.3.2集成计数器

1.集成计数器74LS290计数时有以下四种情况：1111101若计数脉冲由CP1输入，从QA输出，则构成一位二进制计数器。1111102若计数脉冲由CP2输入，从QDQCQB输出，则构成五进制计数器。1111103若将QA接CP2，计数脉冲由CP1输入，输出为QDQCQBQA时，则构成8421BCD码十进制计数器。7.3.2集成计数器

1.集成计数器74LS290计数时有以下四种情况：1111104若将QD接CP1，计数脉冲由CP2输入，输出从高位到低位为QAQDQCQB时，则构成5421BCD码十进制计数器。在二、五、十进制的基础上，利用反馈控制置0或置9的方法，将QD、QC、QB、QA与R0（1）、R0（2）及S9（1）、S9（2）作适当连接，可得到二～十等九种进制的计数中的任一种。7.3.3N进制计数器N进制计数器也称为任意进制计数器。获得N进制计数器的常用方法是利用现成的集成集成二进制或十进制计数器，配合相应的门电路，通过反馈线进行不同的连接就可实现。01假设已有M进制计数器，要构成N进制计数器，有M＞N和M＜N这两种可能。027.3.3N进制计数器下面首先讨论N＞M时的情况。在N进制计数器的计数过程当中，设法跳过（M-N）个状态，就可得到N进制计数器。实现跳越的方法有置数法和清零法两种。7.3.3N进制计数器一、置数法通过预置数功能让计数器从某个预置状态开始计数，计满N个状态后产生置数信号。置数法适用于有预置数端的集成计数器。使计数器又进入预置数状态，然后重复上述过程。AB7.3.3N进制计数器一、置数法图7.39为由74LS161用置数法构成的十二进制计数器7.3.3N进制计数器二、清零法在异步清零端有效时，不受时钟脉冲及任何信号影响，直接使计数器清零。清零法适用于有异步置零输入端的集成计数器。因而可使计数器从全“0”状态开始计数，计满N个状态后产生清零信号。此清零信号为瞬间过渡状态，立刻使计数器回到初态。ABC7.3.3N进制计数器二、清零法图7.40为74LS161用清零法构成的十二进制计数器7.3.3N进制计数器二、清零法解:因为74LS160兼有异步置零和预置数功能，

所以置数法和清零法均可采用。例试用74LS160构成七进制计数器7.3.3N进制计数器二、清零法图7.41所示电路是用置数法由74LS160构成的七进制计数器。7.3.3N进制计数器当需要构建N进制计数器中M＜N时，一片计数器容量不够用时，可以多个集成计数器串接起来，以获得计数容量更大的N进制计数器。二、级联法各级之间的连接方式可分为串行进位方式、并行进位方式、整体置零方式和整体置数方式几种。7.3.3N进制计数器二、级联法则可采用串行进位方式或并行进位方式将一个N1