触发器PPT课件

1、.,(4-1),第七章触发器和时序逻辑电路,7.1概述,7.2触发器的基本形式,7.3触发器按逻辑功能的分类,7.4触发器逻辑功能的转换,7.5触发器应用举例,7.6寄存器,7.7计数器的分析与设计,7.8单稳态触发器,.,(4-2),7.1概述,触发器,触发器输出有两种可能的状态：0、1；,输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；,触发器是有记忆功能的逻辑部件。,按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。,.,(4-3),7.2触发器的基本形式,反馈,.,(4-4),输入RD=0,SD=1时,若原状态：,1,1,0,0,1,0,1,0,输出仍保持：,.,(4-5

2、),输入RD=0,SD=1时,若原状态：,0,1,1,1,1,0,1,0,输出变为：,.,(4-6),输入RD=1,SD=0时,若原状态：,1,0,1,0,1,0,1,1,输出变为：,.,(4-7),输入RD=1,SD=0时,若原状态：,0,0,1,1,0,1,0,1,输出保持：,.,(4-8),输入RD=1,SD=1时,若原状态：,1,0,1,1,1,0,0,1,输出保持原状态：,.,(4-9),输入RD=1,SD=1时,若原状态：,1,1,0,1,1,0,输出保持原状态：,.,(4-10),输入RD=0,SD=0时,输出全是1,但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不

3、得翻转。,.,(4-11),基本触发器的功能表,.,(4-12),.,(4-13),1、触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。,2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。,.,(4-14),7.3触发器按逻辑功能的分类,一、RS触发器(可控RS触发器）,.,(4-15),CP=0时,0,触发器保持原态,.,(4-16),CP=1时,1,.,(4-17),RS触发器的功能表,.,(4-18),简化的功能表,

4、Qn+1-下一状态（CP过后）,Qn-原状态,.,(4-19),逻辑符号,.,(4-20),例：画出RS触发器的输出波形。,CP,R,S,Q,使输出全为1,CP撤去后状态不定,.,(4-21),二、D触发器,.,(4-22),CP=0时，a、b门被堵，输出保持原态：,0,.,(4-23),CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：,若D=0,1,0,1,1,0,0,1,.,(4-24),CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：,若D=1,1,1,0,0,1,1,0,.,(4-25),D触发器具有在时钟脉冲上升沿触发的特点。其逻辑功能为：输出端Q的状态随着输入端D的状态而变化，但总比输入端状态

5、的变化晚一步，即某个时钟来到之后Q的状态和该脉冲来到之前D的状态一样。Qn+1=Dn,.,(4-26),功能表,逻辑符号,.,(4-27),CP,D,Q,例：画出D触发器的输出波形。,.,(4-28),三、T和T触发器,（1）T触发器,来一个时钟脉冲翻转一次，也叫计数器。,R,S,.,(4-29),工作原理,1,假设Q=0,来一个时钟翻转一次,.,(4-30),T触发器存在的问题,1、计数脉冲必须严密配合，CP脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象（CP=1期间，输出状态翻转若干次）。,2、为了解决空翻现象，可以采用主从方式触发的触发器。,.,(4-31),电路结构,.,(4-32),工作原理

6、,1,0,F主打开,F从关闭,输出反馈到F主,.,(4-33),1,输出反馈到F从,0,工作原理,F主关闭,F从打开,0,.,(4-34),由此可见，主从触发器一个CP只能翻转一次。,翻转时刻描述：,前沿处，输出交叉反馈到F主。,后沿处，输出传递到F从翻转完成。,CP,.,(4-35),逻辑符号,.,(4-36),时序图,CP,Q,下降沿翻转！,.,(4-37),（2）T触发器,T触发器与T触发器无本质区别，只是加入了控制端T。,T,.,(4-38),功能表,T,逻辑符号,.,(4-39),时序图,CP,Q,T,.,(4-40),（3）JK触发器,JK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。,

7、.,(4-41),JK触发器的功能,被封锁,保持原态,J=K=0时：,.,(4-42),JK触发器的功能,相当于T触发器T=1,J=K=1时：,.,(4-43),JK触发器的功能,Qn=0时,Qn+1=1,J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）,.,(4-44),JK触发器的功能,Qn=1时,F主被封保持原态,Qn+1=1,.,(4-45),JK触发器的功能,Qn+1=0,同样原理：,J=0，K=1时：,.,(4-46),功能表,逻辑符号,K,J,.,(4-47),由以上功能可以看出：它既有记忆功能（当J=K=0时），又能置0（J=0,K=1）、置1（J=1,K=0),而且还能计数（J

8、=K=1时)，所以它的功能最完善。,.,(4-48),时序图,CP,K,J,Q,保持,T,.,(4-49),1.JK触发器转换成D触发器,7.4触发器逻辑功能的转换,.,(4-50),2.JK触发器转换成T触发器,.,(4-51),3.D触发器转换成T触发器,.,(4-52),7.5应用举例,例：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。,电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。,.,(4-53),1Q,1D,2Q,2D,GND,4Q,4D,3Q,3D,时钟,清零

9、,USC,公用清零,公用时钟,74LS175管脚图,.,(4-54),+5V,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,赛前先清零,输出为零发光管不亮,.,(4-55),D1,D2,D3,D4,CLR,CP,+5V,CP,反相端都为1,1,.,(4-56),D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,+5V,若有一按钮被按下，比如第一个钮。,0,0,这时其它按钮被按下也没反应,.,(4-57),时序电路必然具有记忆功能，因而组成时序电路的基本单元是触发器。,时序逻辑电路的特点,在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关者，都叫做时序逻辑电路，简称时

10、序电路。,.,(4-58),7.6寄存器,寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。一个触发其只能寄存一位二进制数。寄存器存取数据分为：并行和串行两种。数码寄存器和移位寄存器。,.,(4-59),四位数码寄存器,一、数码寄存器(寄存数码和清除原有数码的功能）,.,(4-60),二、移位寄存器,所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器和双向移位寄存器三种：,.,(4-61),根据移位数据的输入输出方式，又可将它分为串行输入串行输出、串行输入并行输出、并行输入串行输出和并行输入并行输出四种电路结

11、构：,串入串出,串入并出,并入串出,并入并出,.,(4-62),四位串入-串出的左移寄存器,初始状态：设A3A2A1A01011,在存数脉冲作用下，也有Q3Q2Q1Q01011。,D00,D1Q0,D2Q1,D3Q2,下面将重点讨论兰颜色的那部分电路的工作原理。,.,(4-63),D00,D1Q0,D2Q1,D3Q2,1011,0110,0110,1100,1100,1000,1000,0000,0000,0000,0000,0000,设初态Q3Q2Q1Q01011,.,(4-64),用波形图表示如下：,设初态Q3Q2Q1Q01011,.,(4-65),四位串入-串出的左移寄存器：,四位串入-

12、串出的右移寄存器：,D1Q2,D2Q3,D30,D0Q1,.,(4-66),四位串入-串出的左移寄存器：,四位串入-串出的右移寄存器：,“L”即需左移的输入数据,“R”即需右移的输入数据,.,(4-67),右移串行输入,左移串行输入,并行输入,.,(4-68),0,1,1,1,1,00,01,10,11,直接清零,保持,右移(从QA向右移动),左移(从QD向左移动),并入,.,(4-69),7.7计数器的分析与设计,一、计数器的功能和分类,1.计数器的功能,记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。,2.计数器的分类,同步计数器和异步计数器。,加法计数器、减法计数器和

13、可逆计数器。,有时也用计数器的计数容量(或称模数)来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。,（一）、计数器的分析,.,(4-70),二、异步计数器的分析,在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“异步计数器”。,三位二进制异步加法计数器,例1.三位二进制异步加法计数器。,.,(4-71),1010101010,00,1,01,0,1,10,1,11,0,0,00,0,1,01,思考题：,试画出三位二进制异步减法计数器的电路图，并分析其工作过程。,优点

14、：电路简单、可靠,缺点：速度慢,.,(4-72),小结：,1、三级触发器组成的计数器，每8个脉冲循环一次，所以称三位二进制计数器（或称8进制、模8计数器）。退而广之，n个触发器串联，则可组成模数为2n的计数器。2、由波形图可见，Q波形的频率是CP波形频率的一半，为分频器。3、计数顺序，每经一个时钟，自动加1，因此称加法计数器；4、构成减法计数器。,.,(4-73),三、同步计数器的分析,例2.三位二进制同步加法计数器,三位二进制同步加法计数器,.,(4-74),分析步骤:,1.先列写控制端的逻辑表达式：,J2=K2=Q1Q0,J1=K1=Q0,J0=K0=1,Q0：来一个CP，它就翻转一次；,

15、Q1：当Q01时，它可翻转一次；,Q2：只有当Q1Q011时，它才能翻转一次。,.,(4-75),2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程。,2001001111010,1000000011001,3010000011011,4011111111100,5100000011101,6101001111110,7110000011111,8111111111000,.,(4-76),3.还可以用波形图显示状态转换表,.,(4-77),该计数器经8个循环一周，所以是同步八进制计数器（计数器的模数为8）。,.,(4-78),思考题：试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。,.,(4-

16、79),任意进制的计数器，其计数状态的转换次序未必按二进制，各触发器的时钟来源也不一定相同。对这类计数器的分析，也可采用列表法。只是在分析过程中，要特别注意个触发器的翻转时刻。,四、任意进制计数器的分析,.,(4-80),举例说明：例1,1.写出控制端的逻辑表达式：,J2=Q1Q0，K21,J1=K11,.,(4-81),2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程：,1000011111001,2001011111010,3010011111011,4011111111100,5100011101000,.,(4-82),如前所述，右图电路为异步五进制加法计数器。,3.还可以用波形图显示状态转换

17、表(略),.,(4-83),另有三种状态111、110、101不在计数循环内，如果这些状态经若干个时钟脉冲能够进入计数循环，称为能够自行启动。,4.检验其能否自动启动？,111111101000,110011101010,101011101010,结论：经检验，可以自动启动。,.,(4-84),5、状态转换图,.,(4-85),例2、十进制计数器,1、同步十进制计数器,2、二-五-十进制计数器,用四位二进制数来代表十进制数的每一位数，所以也称二-十进制计数器（最常用的是8421编码方式）。,.,(4-86),二-五-十进制计数器74LS290,74LS290内部含有两个独立的计数电路：一个是模

18、2计数器(CP0为其时钟，Q0为其输出端)，另一个是模5计数器(CP1为其时钟，Q3Q2Q1为其输出端)。,外部时钟CP是先送到CP0还是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1这四个输出端会形成不同的码制。,(1).74LS290的介绍,.,(4-87),74LS290原理电路图,下面将给出它的原理电路图：,.,(4-88),1.只输入计数脉冲CP0，由Q0输出，为二进制计数器。,2.只输入计数脉冲CP1，由Q3Q2Q1输出，为五进制计数器。,.,(4-89),3.将Q0与CP1连接，输入计数脉冲CP0，由逻辑图得出各位触发器的J,K端的逻辑关系式：,J0=1，K01,J2=1，K21,J3=Q2Q

19、1，K31,为8421码十进制计数器。,.,(4-90),分析：计数时钟先进入CP0时的计数编码。,结论：上述连接方式形成8421码。,00000,00011,00102,00113,01004,01015,01106,01117,10008,10019,00000,十进制数,.,(4-91),再分析：计数时钟先进入CP1时的计数编码。,结论：上述连接方式形成5421码。,Q0Q3Q2Q1CP0,.,(4-92),CP0,CP1,R0(1),R0(2),S9(2),S9(1),VCC,Q0,Q2,Q1,Q3,GND,1,2,3,4,5,6,7,14,13,12,11,10,9,8,QA,QD,

20、QB,QC,S9(2),SR9(1),R0(2),R0(1),CPB,CPA,74LS290,74LS290管脚分布图,.,(4-93),74LS290功能表,.,(4-94),（二）、计数器的设计,计数器的设计方法很多，大抵可分为两类：一是根据要求用触发器(Flip-Flop)构成，二是利用具有特定功能的中规模集成组件适当连接而成。,一、利用触发器设计某计数电路,举例说明其设计步骤：,数字控制装置中常用的步进电动机有A、B、C三个绕组。电动机运行时要求三个绕组以AABBBCCCA再回到A的顺序循环通电，试设计满足这一控制要求的计数电路。,.,(4-95),设计步骤如下：,(1).根据任务要求

21、，确定计数器的模数和所需的触发器个数。,这个任务所需计数器的模数为6，触发器的个数为3。,(2).确定触发器的类型。,最常用的触发器有D触发器和JK触发器，本任务中选用JK触发器。,.,(4-96),以QCQBQA为序排列：,(3).列写状态转换表或转换图。,用三个触发器的输出端QA、QB、QC分别控制电动机的三个绕组A、B、C，并以“1”表示通电，“0”表示不通电。,.,(4-97),(4).根据所选触发器的激励表，确定各个触发器在状态转换时对控制端的电平要求。,0000,0011,0100,0110,1001,1011,1101,1110,000X,011X,10X1,11X0,注意：“X

22、”即可“0”可“1”。,.,(4-98),步进电动机绕组通电激励表,.,(4-99),(5).根据各状态下对控制端电平的要求，用卡诺图化简，写出各个控制端的逻辑表达式：,(6).画出计数器的逻辑电路图。,.,(4-100),(7).检验该计数电路能否自动启动。,本计数电路有三个触发器，可有八个状态组合，可是只用去六个，尚有两个未利用，因此需要检验一下能否自行启动。,.,(4-101),二、利用集成功能组件设计计数电路,74LS290内部含有两个独立的计数电路：一个是模2计数器(CP0为其时钟，Q0为其输出端)，另一个是模5计数器(CP1为其时钟，Q3Q2Q1为其输出端)。,外部时钟CP是先送到

23、CP0还是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1这四个输出端会形成不同的码制。,1.中规模计数器组件74LS290的介绍,.,(4-102),74LS290原理电路图,下面将给出它的原理电路图：,.,(4-103),74LS290功能表,归纳：,1.74LS290在“计数状态”或“清零状态”时，均要求S9(1)和S9(2)中至少有一个必须为“0”。,2.只有在R0(1)和R0(2)同时为“1”时，它才进入“清零状态”；否则它必定处于“计数状态”。,.,(4-104),2.采用不同的连接，可以构成任意进制计数器。,反馈归零（置“0”）法：为了获得任意模数M,在第M个脉冲作用下，将所有“输出为1”的触发

24、器的输出通过与门控制，直接接复位端，使计数器回到“0”态。,可以把大模数的计数器改造成小模数的。,.,(4-105),例1.构成BCD码六进制计数器。,CP0,CP1,Q0,Q3,Q1,Q2,S9(2),S9(1),R0(2),R0(1),74LS290,0000,CP,0110,3.74LS290的应用,.,(4-106),讨论：下述接法行不行?错在何处?,警示：切切不可将输出端相互短路！,.,(4-107),只有这样做才是正确的。,.,(4-108),例2.用两片74LS290构成36进制8421码计数器。,分析：1.如何解决片间进位问题？,从右面的状态转换表中可以看到：个位片的Q3可以给

25、十位片提供计数脉冲信号。,.,(4-109),分析：2.如何满足“36进制”的要求？,36,00,(00110110),.,(4-110),用两片74LS290构成36进制8421码计数器,.,(4-111),级连法：利用两个以上的计数器串联起来，获得任意进制计数器。N1进制与N2进制构成N进制（N=N1*N2)。,.,(4-112),例3.用74LS290构成5421码的六进制计数器。,至此结束,在此状态下清零,.,(4-113),承接前页的分析结果：,在Q0Q3Q2Q11001时清零。,.,(4-114),8421码制下：,在Q3Q2Q1Q00110时清零,同为六进制计数器，两种码制不同接

26、法的比较：,5421码制下：,在Q0Q3Q2Q11001时清零,.,(4-115),7.8单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳。,它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。,.,(4-116),一、555定时器的原理,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的中规模集成器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。,555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A1、A2;一个RS触发器;一个反相器

27、和一个晶体管T。具体的结构见后图。,.,(4-117),.,(4-118),.,(4-119),三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。,首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。,.,(4-120),1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,.,(4-121),附录:,.,(4-122),综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:,.,(4-123),二、555定时器的应用,(1).双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。,S1:起动按钮,S2:停车按钮,.,(4-124),仅按下起动按钮S1,则TRVCC/3,这时uo=0,电机停止运行。,如果松开S2,电机仍不转动。,.,(4-125),(2).单稳态触发器:洗相曝光定时器,若S打开,则ui=1;,若S合上,则ui=0。,.,(4-126),TH2VCC/3,TRVCC/3,按钮S处于打开状态时：,uo=0,555内的管T导通,电容CT被短路,TH=0.