《数字电子产品设计与制作》课件-项目3 时序逻辑电路核心单元

1.基本RS触发器数字电子产品设计与制作一、了解基本RS触发器的电路结构二、掌握基本RS触发器的工作原理学习目标一、触发器触发器RS触发器D触发器触发器是时序逻辑电路的单元电路，具有记忆功能，能存储一位二进制信息。JK触发器T触发器T'触发器二、基本RS触发器的电路结构基本RS触发器是集成触发器的单元电路，凡是具有非逻辑功能的门电路均可以交叉耦合构成基本RS触发器。1.两个”与非门“构成的RS电路二、基本RS触发器的电路结构2.两个”或非门“构成的RS电路设定初始状态反馈到达稳定过程递推三、基本RS触发器的工作原理1.由两个与非门组成的RS触发器工作原理真值表输入输出000001010011100101110111不定不允许真值表输入输出000001010011100101110111不定不允许1置1三、基本RS触发器的工作原理三、基本RS触发器的工作原理真值表输入输出000001010011100101110111不定不允许1置10置0三、基本RS触发器的工作原理真值表输入输出000001010011100101110111不定不允许1置10置0保持三、基本RS触发器的工作原理特性表输入输出

000001010011100101110111不定不允许1置10置0保持&&1111111111→000000→→→→→→→→→

2.同步触发器数字电子产品设计与制作一、掌握同步RS、D、JK触发器的电路结构二、能够正确分析同步RS、D、JK触发器的功能学习目标一、同步RS触发器基本RS触发器控制电路000111.电路结构分析CP=0基本RS触发器输入都为1，输出保持不变SR一、同步RS触发器基本RS触发器控制电路111CP=1特性表输入基本RS输入现态输出特性表输入基本RS输入现态输出SR0011000111011000011011001011001111000不定11001001100011111000不定110010110000110110010110011一、同步RS触发器2.同步RS触发器功能分析

CP时钟信号：在数字电路中通常是矩形脉冲，它是由一系列的高低电平组成。当触发器CP=0时：输出状态保持不变。当触发器CP=1时：触发器的状态随RS的变化而变化。一、同步RS触发器3.RS触发器的逻辑符号二、同步D触发器CP=0输出状态保持不变CP=1特性方程：二、同步D触发器D触发器的逻辑符号三、同步JK触发器特性方程逻辑符号3.钟控触发器数字电子产品设计与制作一、了解钟控触发器的概念二、了解触发器的时钟脉冲学习目标三、掌握钟控触发器的种类一、钟控触发器的概念在数字系统中，为协调各个部分的动作，常常要求某些触发器的翻转时刻要受一个时钟信号控制，这样的触发器就叫做钟控触发器。钟控信号：一般情况下都会采用矩形脉冲波形作为钟控信号。低电平状态高电平状态上升边沿下降边沿电平触发高电平触发低电平触发边沿触发上升沿触发下降沿触发脉冲触发正脉冲触发负脉冲触发二、钟控触发器的动作过程123451.电平触发二、钟控触发器的动作过程2.边沿触发二、钟控触发器的动作过程3.脉冲触发4.触发器逻辑功能描述方法数字电子产品设计与制作一、掌握各种触发器的逻辑功能二、能够正确写出各种触发器的特性方程学习目标三、能够画出触发器的特性转换图一、RS触发器1.功能表一、RS触发器2.真值表一、RS触发器3.特性方程特性方程：约束条件：一、RS触发器S=1R=0S=0R=110S=0R=XS=XR=04.状态转换图一、RS触发器S=1R=0S=0R=110S=0R=XS=XR=05.激励表1.功能表二、D触发器D触发器功能表D00112.特性方程特性方程

二、D触发器D=1D=010D=0D=13.状态转换图二、D触发器4.激励表三、JK触发器

1.功能表三、JK触发器2.真值表三、JK触发器3.特性方程特性方程：三、JK触发器J=1K=XJ=KK=110J=0K=XK=0J=K4.状态转换图三、JK触发器5.激励表四、T触发器1.功能表2.真值表3.特性方程四、T触发器T=1T=110T=0T=04.状态转换图五、T‘触发器1.功能表T'触发器功能表01102.特性方程特性方程

小结一、常见触发器的逻辑功能触发器的常见描述方法二、5.触发器之间的转换数字电子产品设计与制作学习目标一、掌握不同类型触发器之间的转换方法二、能够按照要求完成触发器之间的转换一、触发器之间转换的必要性01触发器按照逻辑功能的不同可以分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T’触发器。02现在市售的触发器多为JK触发器和D触发器，没有T触发器和T’触发器。03在数字电路中，常常用到各种不同功能的触发器。二、触发器之间相互转换的方法01写出已有触发器的特性方程。02写出代求触发器的特性方程。03结合两个特性方程，求出转换逻辑关系，得到已有触发器的驱动方程。04绘制代求触发器的逻辑图。三、D触发器转换成其他类型的触发器1.D触发器转换成JK触发器

三、D触发器转换成其他类型的触发器2.D触发器转换成T触发器

三、D触发器转换成其他类型的触发器3.D触发器转换成T’触发器

四、JK触发器转换成其他类型的触发器1.JK触发器转换成D触发器

四、JK触发器转换成其他类型的触发器2.JK触发器转换成T触发器

四、JK触发器转换成其他类型的触发器3.JK触发器转换成T‘触发器6.寄存器与移位寄存器数字电子产品设计与制作寄存器基本概念寄存器是用来存放数据、运算结果或指令等数字信号的时序逻辑电路。它由具有存储功能的触发器构成，具有记忆功能。一个触发器能够存储一位二进制信息，N个触发器构成的寄存器能够存储N位二进制信息。寄存器按功能分类，可分为基本寄存器和移位寄存器。由D触发器构成的寄存器由边沿D触发器组成的四位数据寄存器逻辑图如下图所示。

由D触发器构成的寄存器

由于接收数据时所有触发器都是同时输入和输出的，称为并行输入、并行输出方式。常用的由4个D触发器组成的集成芯片有74LS173、74LS175和74HC175等。74LS17574LS175是常用的四D触发器集成电路，其内部具有四组D触发器，可以用来构成寄存器等功能部件。74LS175外形与引脚分布图74LS175名称功能数据输入CP时钟信号输入（上升沿有效）复位输入（低电平有效）输出端互补输出端引脚功能与逻辑符号74LS175内部结构图移位寄存器移位寄存器不但具有存储代码的功能，而且还具有移位功能。移位功能就是使寄存器里存储的代码在移位指令脉冲的作用下逐位左移或右移。移位寄存器不仅可以用于存储代码，还可以用于数据的串行-并行转换、数据的运算和数据的处理等。按照移位情况的不同，移位寄存器可分为单向移位寄存器和双向移位寄存器两大类。移位寄存器四个边沿D触发器组成的四位左移位寄存器单向移位寄存器根据数据移位方向可分为左移、右移两种。（1）单向移位寄存器设串行输入数据D=1011，在每次有效的移位脉冲CP到来后，寄存器中的数据向左移动一位。经过四个有效移位脉冲后，1011全部移入寄存器，再经过四个有效移位脉冲后，数据全部由Q3依次串行输出。设1011后的数据全为0，其时序波形图如图所示。四位左移位寄存器移位寄存器10111011101110111011四位左移位寄存器波形图移位寄存器移位寄存器（2）双向移位寄存器由前面讨论单向移位寄存器工作原理时可知，右移位寄存器和左移位寄存器的电路结构基本上是相同的，如果适当加入一些控制电路和控制信号，就可以将右移位寄存器和左移位寄存器结合在一起，构成双向移位寄存器。以74LS194为例介绍74LS19474LS194是一个4位双向移位寄存器，最高时钟脉冲为36MHZ。可以用在数据左移、数据右移和串行并行转换电路中74LS194外形与引脚分布图74LS194名称功能模式选择输入端并行数据输入端右移串行数据输入左移串行数据输入CP时钟信号输入（上升沿有效）复位输入（低电平有效）并行输出端引脚功能与逻辑符号74LS194真值表74LS194功能简介（1）异步清零功能（2）保持功能（3）右移串行送数功能（4）左移串行送数功能（5）同步并行置数功能7.集成移位寄存器数字电子产品设计与制作集成移位寄存器逻辑符号引脚图集成移位寄存器说明输入输出S1S0CPDSLDSRD0D1D2D3清零0XXXXXXXXX0000保持1XX0XXXXXX保持并行置数111⬆XXd0d1d2d3d0d1d2d3右移输入1101⬆X1XXXX1右移输入0101⬆X0XXXX0左移输入1110⬆1XXXXX1左移输入0110⬆0XXXXX0保持100XXXXXXX保持74HC194功能表集成移位寄存器的应用环形计数器例1：分析图示电路的功能。集成移位寄存器的应用序列检测器例2：分析图示电路的功能。实现了1101序列检测器小结一、集成移位寄存器环形计数器二、序列检测器三、8.移位寄存器的应用数字电子产品设计与制作移位寄存器的应用用寄存器可以存储数据，可以进行数据的串并行转换、数据的运算和数据的处理等。移位寄存器还可构成环形计数器、扭环计数器和序列脉冲发生器。一、构成环形计数器环形计数器每当时钟信号上升沿到来时，会将其中的元素循环移位，即将最后一个元素移动到第一个位置，其他元素依次移动一位。如图所示为使用双向移位寄存器74LS194构成的4位环形计数器。一、构成环形计数器波形图一、构成环形计数器状态转换表计数脉冲顺序计数器状态0100010100200103000141000一、构成环形计数器环形计数器特点电路结构简单，可以直接由各触发器的输出端Q输出，不需要译码器，不存在竞争冒险现象。优点

缺点示例中的计数器由4个触发器组成，共有16中状态组合，只利用了其中4个。一、构成环形计数器二、构成扭环计数器（约翰逊计数器）约翰逊计数器（JohnsonCounter），也称为扭环计数器（TwistedRingCounter）是环形计