时序逻辑电路课件

时序逻辑电路

16.2触发器

触发器具有以下基本特点：1.有两个稳定状态---0状态和1状态，能存储一位二进制信息（数或代码）2.能根据输入信号置成0状态和1状态3.输入信号消失以后，能将置成的状态保存下来。触发器是具有记忆功能的基本单元电路。2工作原理1.两个稳定状态没有输入信号即S＝R＝1时，电路有两个稳定状态——0状态和1状态，Q＝0、Q＝1称为0状态，Q＝1、Q＝0称为1状态，都可以自动保持。Q和Q是一对互补的输出信号（见教材p162倒数第4行）6.2.1基本RS触发器3

信号作用之前触发器的状态称为现在状态（简称现态），用Qn表示信号作用之后触发器的状态称为下一状态（简称次态），用Qn+1表示2.接收信号过程①S＝0、R＝1时，不论电路原来处在0状态或1状态，都有Q＝1，随之Q＝0。01

结论：S＝0、R＝1时，电路实现了置1功能.Qn+1＝142.接收信号过程②S＝1、R＝0时，不论电路原来处在0状态或1状态，都有Q＝1，随之Q＝0。01

结论：S＝1、R＝0时，电路实现了置0功能.Qn+1＝053.不允许R,S端同时加信号若R,S端同时加信号，即S＝R＝0时，有Q＝1、Q＝1，在两个输入信号同时撤消（回到高电平）后，触发器的状态将不能确定是1还是0。约束方程6②R＝0（S＝1）使触发器置0，置0的必要条件是R＝0，故R端称为复位端。①S＝0（R＝1）使触发器置1，置1的必要条件是S＝0，故S端称为置位端。（见教材p164第1、2行）7次态Qn+1和现态Qn、输入R、S之间的逻辑关系可以用状态转换真值表即功能表表示。89输入信号（R，S）在全部作用时间里都能直接控制和改变输出端的状态的变化，所以R，S端不能出现任何干扰信号。基本RS触发器的动作特点10在基本RS触发器的基础上，增加了两个控制门G3、G4，输入端增加了一个使能信号E。11①E＝0时，与非门G3、G4被封锁，触发器保持原来状态不变。②E＝1时，与非门G3、G4打开，触发器输出Q根据输入R、S改变状态，须满足

RS＝0注意门控RS触发器输入高电位有效，而基本RS触发器输入低电位有效12①E＝0时，与非门G3、G4被封锁，触发器保持原来状态不变。②E＝1时，与非门G3、G4打开，触发器输出Q随输入D变化而变化，没有约束问题101001131415在E＝1期间，输入信号（R，S或D）的改变都能引起输出状态的变化，E＝0期间，触发器锁存在E由1到0瞬间的状态，并保持不变。门控触发器的动作特点p16716CP＝1时，CP＝0。门G7、G8打开，主触发器输出Q’根据输入R、S改变状态。门G3、G4被封锁，从触发器输出Q保持原来状态不变。工作原理1.CP＝1时10时钟信号CP（ClockPulse）17CP＝0时，CP＝1。门G7、G8被封锁，主触发器处于保持状态。门G3、G4打开，从触发器输出Q根据主触发器输出Q’改变状态。2.CP由1跳变到0之后0118接收翻转时钟信号CP的上升沿时钟信号CP的下降沿1910101120212223P170“一次翻转”现象;一般要求CP=1期间，输入不变24分两步动作。第一步，在CP＝1时，由输入信号决定主触发器的状态，从触发器保持不变；第二步，CP下降沿到达时从触发器的状态由主触发器的状态决定，因此触发器输出Q的变化一定发生在CP下降沿。对于主从JK触发器，若在CP＝1期间，输入信号的状态发生多次变化，可能导致输出逻辑错误。主从型触发器的动作特点p17025边沿触发型触发器（维持-阻塞型D触发器）①CP＝0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3＝Q4＝1，触发器输出状态保持不变。同时，G5和G6两个门打开，准备接受输入数据D43561126②CP上升沿到来时，G3和G4打开，触发器翻转Q＝D。DD4356QQ27

如Q3＝0，一是使触发器置0；二是封住G5，保证Q5＝1，从而维持Q3＝0，即维持置0信号。同时，Q5＝1又会使Q6继续为低电位，阻止出现Q4＝0，即阻塞产生置1信号。DD0143564356③CP上升沿以后输入被封锁。QQQQ28

如Q3＝1（Q4＝0），一是使触发器置1；二是封住G3，阻止Q3变成低电位，即阻塞产生置0信号。同时，Q4＝0又保证Q6＝1，从而在CP＝1期间维持Q4＝0，即维持置1信号。DD1043564356③CP上升沿以后输入被封锁。QQQQ29异步复位:无论CP＝0或CP＝1，只要RD＝0，都能立即将触发器复位。RD＝0信号撤消后，触发器保持0状态，直到下一个CP有效的边沿到来时为止30313233输出状态的变化发生在CP时钟信号的边沿（或），而且仅仅取决于时钟信号CP的边沿到达时输入信号的状态。边沿触发型触发器的动作特点p17334353637386.2.6触发器的逻辑功能分类触发器的逻辑功能和结构形式的关系触发器的逻辑功能和结构形式是两个不同的概念。所谓逻辑功能，是指触发器的次态同输入信号和现态之间的逻辑关系。根据逻辑功能的不同，我们把触发器分成RS、D、JK等类型。同样一种类型的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现。39门控触发器主从结构触发器边沿触发器RS型D型JK型RS触发器D锁存器RS触发器D触发器JK触发器D触发器JK触发器电路结构形式逻辑功能类型40定义：在CP操作下，根据输入信号R、S的不同，凡是具有置0、置1和保持功能的电路，都叫做RS触发器。6.2.6触发器的逻辑功能分类RSQn+1说明00Qn保持011置1100置011不允许不允许RS触发器功能表

一、RS触发器41SRQnQn+1000000110100011010011011110不允许111不允许0001111001

111φφSRQn（约束方程）42状态图：两个圆圈分别代表触发器的两个状态，箭头表示状态转换的方向，箭头线旁边标注的是输入信号取值（即转换条件）43定义：在CP操作下，根据输入信号J、K的不同，凡是具有置0、置1、翻转和保持功能的电路，称为JK触发器。JK触发器功能表JKQn+1说明00Qn保持010置0101置111Qn翻转

二、JK触发器44JKQnQn+1000000110100011010011011110111100001111001

1111JKQn4546定义：在CP操作下，根据输入信号D的不同，凡是具有置0、置1功能的电路，称为D触发器。D触发器功能表DQn+1说明00置011置1

三、D触发器47DQnQn+1000010101111特性方程48特性方程49定义：在CP操作下，根据输入信号T的不同，凡是具有保持、翻转功能的电路，称为T触发器。T触发器功能表

三、T触发器TQn+1说明0Qn保持1Qn翻转506.1时序逻辑电路的特点逻辑功能的特点：任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关。电路结构的特点：除了包含有组合电路外，一定包含具有记忆功能的触发器所组成的存储电路。51输出方程驱动方程状态方程a3a2a1a0b3b2b1b0P16152P183同步时序电路中，各个触发器都受同一个时钟信号的控制，各个触发器状态的变化都是在同一个时钟信号作用下同时发生的。53P183异步时序电路中，各个触发器的时钟信号不是同一个，因而各个触发器状态的变化并不都是同时发生的，有先有后。54

逻辑电路图驱动方程状态表状态图电路的功能计算同步时序电路的一般分析方法触发器的特性方程状态方程输出方程55⑴根据所给的逻辑电路图写出组成时序电路各个触发器的驱动方程（即每个触发器输入信号的逻辑函数式）和时序电路的输出方程；⑵将每个触发器的驱动方程代入特性方程，求出每个触发器的状态方程；⑶假设现态代入状态方程，计算出次态，再以得到的次态作为新的现态代入状态方程求出下一个次态，依此类推得到状态表。⑷画出状态图。⑸说明电路的逻辑功能。分析同步时序电路的步骤：56①驱动方程②状态方程D1Q1D0Q01157XQ1nQ0nQ1n+1Q0n+1

0000100110010110110010011111101100110100③列状态转换表58④画状态转换图⑤功能说明：X＝0时，四进制加法计数器；X＝1时，四进制减法计数器。59①驱动方程60②状态方程61③列状态转换表626364常见的时序电路6.4.1寄存器

寄存器可以用来存放二进制数据或代码。一个触发器可以存储一位二进制信息，n个触发器组成的寄存器可以存放n位二进制信息。65四位寄存器四个数据输入端D1、D2、D3、D4，一个异步复位端RD，低电位有效，一个送数控制端CP。66DQ0Q1Q2Q30000第一个CP上升沿11000第二个CP上升沿00100第三个CP上升沿11010第四个CP上升沿11101数据串行输入67移位寄存器中每个触发器的输出端Q依次接到下一个触发器的输入端D，只有第一个触发器的D端接受数据，数据串行输入。6.4.2移位寄存器68从上面的例子中可以看到，当来过四个CP时钟脉冲以后，1011这四位数据恰好全部移入寄存器中。这时，可以从四个触发器的Q端得到并行的数据输出。69

最后一个触发器的Q端可以作为串行输出端，再经过四个CP时钟脉冲，1011这四位数据便可依次从串行输出端送出去。这就是所谓的数据串行输出方式。因此也把这种电路叫做串行输入、串行输出、并行输出移位寄存器。700。有两个控制端S0、S1，四个并行输入数据端D0、D1、D2、D3，两个串行输入数据端DIR、DIL，复位端RD，时钟端CP.四个并行输出数据端。中规模集成双向移位寄存器在下图集成双向移位寄存器中，数据既可以从FF0向FF3逐位右移，也可以从FF3向FF0逐位左移。还附加了一些功能：数据的并行输入、保持、异步置71727374常见的时序电路6.4.3计数器

计数器：含有若干个触发器，并按预定顺序改变各个触发器的状态，累计输入脉冲个数的电路。

根据组成计数器的各个触发器在输入脉冲作用下是否同时翻转，分为同步计数器和异步计数器。

按照计数过程中数值的增减来分，有加法计数器、减法计数器和可逆计数器。

根据计数器计数长度的不同，分为二进制计数器和N进制计数器。计数长度包含2n个状态——n位二进制计数器计数长度包含N个状态——N进制计数器（N≤2nn为组成计数器的触发器的个数）P19275①驱动方程和输出方程76②状态方程77CPQ3nQ2nQ1nQ0n

Q3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1

000000001100010010200100011300110100401000101501010110输入现态

次态

③列状态转换出C0000007879①异步复位端RD②置数控制端LD③数据输入端D0～D3和进位输出端C④工作状态控制端EP和ET80P19581①驱动方程和输出方程82②状态方程83CPQ3nQ2nQ1nQ0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1

000000001100010010200100011300110100401000101810001001输入现态

次态

③列状态转换表9100100001输出C000000841CPQ3nQ2nQ1nQ0nQ3n+1Q2n+1Q1n+1Q0n+1

101010111011011011001101110101001110111111110010输入现态

次态

③列状态转换表输出C0101085……⑶假设现态代入状态方程，计算出次态，再以得到的次态作为新的现态代入状态方程求出下一个次态，依此类推得到状态表.分析同步时序电路的步骤：

假设现态代入状态方程计算次态，列状态表时，注意不能漏掉任何可能出现的取值组合。

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计数过程中使用了0000～1001十个状态，称为有效状态。1010～1111六个状态没有使用，称为无效状态。

有效状态和无效状态P198879108889160(十进制0000~1001）161（二进制0000~1111）P195900000~1000(C=0);1001(C=1)中规模集成计数器的应用(1)计数器的级联应用若一片计数器的计数容量不够用时，可取若干片扩展。同步式连接：以低位片的进位输出作为高位片的工作状态控制信号，各片共用同一时钟。91中规模集成计数器的应用(2)置数法构成任意进制计数器常用的计数器产品二进制和十进制两种。已有一个N进制集成计数器，现要实现M进制计数器，M＜N。要实现的M进制计数器有M个状态，它可以是S0～SN－1中任意相邻的M个状态，只要满足M个状态一次循环即可。92用74160实现六进制计数器93用74161实现十二进制计数器94移位寄存器型计数器(1)环形计数器

状态方程951000、0100、0010、0001是有效状态，其余十二个状态是不用的状态。

有效状态无效状态计数器在输入CP脉冲作用下，总是循环工作的。计数器在有效状态中的循环叫做有效循环。反之，计数器在无效状态中的循环称为无效循环。961000、0100、0010、0001是有用的状态，其余十二个状态是不用的状态。

有效状态无效状态若计数器进入无效状态后，在CP脉冲作用下可以返回到有效状态，称为能自启动。反之，称为不能自启动。9798(2)扭环形计数器状态方程99100脉冲波形的产生和整形

为了使时序逻辑电路正常工作，必须给予一定频率和幅度的时钟信号。在数字电路中大量出现的都是这种矩形脉冲信号，因此时钟脉冲的特性直接关系到系统整体的工作。(1)脉冲周期T：两个相邻脉冲之间的时间间隔。(2)振荡频率f=1/T(3)脉冲幅度：脉冲信号的高、低电平之差。(4)脉冲宽度tW(5)上升时间tr(6)下降时间tf

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数字系统需要各种频率、宽度和幅度且边沿陡峭的脉冲信号。这类信号来源于多谐振荡器或整形电路。凡能直接产生一定规格的脉冲波形的电路即为多谐振荡器。凡能将不符合数字电路要求的其他波形变换为具有一定宽度和幅度的脉冲波形的电路即为整形电路。6.5.2555定时器及其组成的脉冲产生和整形电路102①电阻分压器555定时器的电路结构555定时器及其功能103u+＞u－输出高电位②电压比较器u+＜u－输出低电位104③基本RS触发器④放电三极管TD

（三极管非门）105低电位触发端高电位触发端异步清零端电源端接地端放电端uI1>2/3UCC（上限阈值电压）

触发器置0uI2<

1/3UCC（下限阈值电压）触发器置11061.uI1>2/3UCC（上限阈值电压），

uI2>1/3UCC

触发器置0，U0=“0”;TD导通00101072.uI1<2/3UCCuI2<1/3UCC（下限阈值电压）触发器置1U0=“1”;TD截止11011083.uI1<2/3UCC（上限阈值电压），

uI2>1/3UCC（下限阈值电压）触发器保持原状态不变，U0和TD也保持原状态不变。11109110用555定时器构成施密特触发器当uI1<2/3UCCuI2<1/3UCC

触发器置1，U0=“1”当uI1<2/3UCC，uI2>1/3UCC

，U0保持不变当uI1>2/3UCC，uI2>1/3UCC

触发器置0，U0=“0”111UT2

称为正向阈值电压UT1

称为负向阈值电压ΔUT＝UT2－

UT1

称为回差电压滞回特性112113施密特触发器的应用1.波形变换：施密特触发器可以将正弦波、三角波或其他模拟信号转换成矩形脉冲信号输出。2.脉冲整形：数字系统中，矩形脉冲信号经过传输以后往往发生波形畸变，前、后沿变坏或在前、后沿有振荡或叠加了噪声，经过施密特触发器将不规则的脉冲波形变成了规则的符合要求的波形。114施密特触发器的应用1.波形变换：施密特触发器可以将正弦波、三角波或其他模拟信号转换成矩形脉冲信号输出。2.脉冲整形：数字系统中，矩形脉冲信号经过传输以后往往发生波形畸变，前、后沿变坏或在前、后沿有振荡或叠加了噪声，经过施密特触发器将不规则的脉冲波形变成了规则的符合要求的波形。115用555定时器构成单稳态触发器单稳态触发器的工作特点：①具有一个稳态和一个暂稳态两种工作状态。

②