實用電工電子技術(shù)教程第08章

1、第第8 8章章 實用時序邏輯電路實用時序邏輯電路8. 48. 4、時序邏輯電路的分析、時序邏輯電路的分析 8. 28. 2、實用觸發(fā)器、實用觸發(fā)器 8. 8. 、 8. 18. 1、觸發(fā)器基礎(chǔ)知識、觸發(fā)器基礎(chǔ)知識8. 58. 5、異步時序電路的分析、異步時序電路的分析 8. 8. 、555555定時器的應(yīng)用定時器的應(yīng)用.、數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換8. 1、基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)知識 一一.觸發(fā)器概述觸發(fā)器概述 觸發(fā)器（Flip Flop，簡寫為FF）是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元電路。觸發(fā)器具有記憶功能，能存儲一位二進制數(shù)碼。觸發(fā)器有三個基本特性： （1）有兩個穩(wěn)態(tài)，可分別表示二進制數(shù)碼0

2、和1，無外觸發(fā)時可維持穩(wěn)態(tài)； （2）外觸發(fā)下，兩個穩(wěn)態(tài)可相互轉(zhuǎn)換（稱翻轉(zhuǎn)）； （3）有兩個互補輸出端。二、二、 基本基本RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-1與非門組成的基本RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 Reset為置0端（或復(fù)位端） Set為置1端（或置位端）非號“”：表示低電平有效表 示 低 電平有效1. 電路組成及邏輯符號 與非門實現(xiàn)的基本與非門實現(xiàn)的基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1狀態(tài)：Q1、 Q 0 0狀態(tài)：Q0、 Q 1 約定Q端為狀態(tài)端口三、觸發(fā)器的邏輯功能描述三、觸發(fā)器的邏輯功能描述nnQRSQ11 RS方法點撥方法點撥 1. 約定約定Qn為觸發(fā)器的初態(tài)（或稱為觸發(fā)器的初態(tài)（或

3、稱“原態(tài)原態(tài)”），），Qn+1為次態(tài)（為次態(tài)（“新態(tài)新態(tài)”） 2. 由于觸發(fā)器的狀態(tài)不僅取決于輸入信號，而且與其原狀態(tài)有關(guān)，所以把由于觸發(fā)器的狀態(tài)不僅取決于輸入信號，而且與其原狀態(tài)有關(guān)，所以把Qn也作為輸入變量處理；因此輸入變量按三變量列出，共有八種取值（也作為輸入變量處理；因此輸入變量按三變量列出，共有八種取值（000111） 3. 列出輸入變量后，將各種輸入取值置于電路輸入端和列出輸入變量后，將各種輸入取值置于電路輸入端和Qn端，其數(shù)值交叉反饋端，其數(shù)值交叉反饋后置于輸入端口，然后根據(jù)電路的后置于輸入端口，然后根據(jù)電路的“與非與非”特性決定特性決定Qn+1的值。的值。特性方程特性方程 二根

4、交叉反二根交叉反饋線是電路饋線是電路性質(zhì)發(fā)生根性質(zhì)發(fā)生根本變化的關(guān)本變化的關(guān)鍵。鍵。 2. 工作原理(仿真運行圖81)表 8-1 與非門組成的基本RS觸發(fā)器的功能表仿真仿真 3. 功能表 4狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（特性表）現(xiàn)態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化前的狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示。特性表：次態(tài)Qn+1與輸入信號和現(xiàn)態(tài)Qn之間關(guān)系的真值表。表 8-2 與非門組成的基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 .狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8- RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：表示觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形。它是觸發(fā)器從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)或保持原狀不變時，對輸入信號（R、S）提出的要求。 兩個圓圈

5、表示狀態(tài)0和1 箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向 在箭頭旁邊用文字或符號表示實現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必備的條件 1; 0RS10SR；1SR1SR通常用虛線或陰影表示觸發(fā)器處于不定狀態(tài)。 輸入同時由1 1變?yōu)?時，輸出不能確定觸發(fā)器的不定狀態(tài)有兩種含義：一、Q= Q =1時，觸發(fā)器既不是0狀態(tài)，也不是1狀態(tài)；二、R、S 同時從0回到1時，觸發(fā)器的新狀態(tài)不能預(yù)先確定。 6.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 利用基本RS觸發(fā)器的記憶功能消除機械開關(guān)振動引起的干擾脈沖。 圖8- 機械開關(guān)的干擾脈沖干擾脈沖 （a）電路 (b)輸出電壓波形圖8-利用基本RS觸發(fā)器消除機械開關(guān)振動的影響（a）電路 （b）電壓波形 觸發(fā)器的分類： 按邏輯功能不同

6、：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。 按觸發(fā)方式不同：電平觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器和主從觸發(fā)器等。 按電路結(jié)構(gòu)不同：基本RS觸發(fā)器，同步觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。 四、觸發(fā)器的四、觸發(fā)器的分類分類 觸發(fā)器的邏輯功能通常用功能表、時序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、特性方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。1 1 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器1）電路組成及邏輯符號圖8-5 同步RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 在CP=0期間，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器狀態(tài)不變。在CP=1期間，由R和S端信號決定觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。結(jié)論：觸發(fā)器的動作時間是由時鐘脈沖CP控制的。 觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式

7、 只有CP=1時（高電平有效），觸發(fā)器的狀態(tài)才由輸入信號R和S來決定。 2） 工作原理(仿真運行圖84)3） 功能表（在CP=1期間有效）現(xiàn)態(tài)：CP脈沖作用前觸發(fā)器的原狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：CP脈沖作用后觸發(fā)器的新狀態(tài)，用Qn+1表示。表8-4 同步RS觸發(fā)器功能表R為高電平有效觸發(fā) S為高電平有效觸發(fā) R、S不允許同時有效5) 特性方程（又稱為狀態(tài)方程） 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到Qn+1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。圖8-6 RS觸發(fā)器的Qn+1卡諾圖 進一步可寫出Qn+1的表達式。 S RQnQn+1000 00101010 10100101 001111 11 101約束條件，表示不允許將R、S同時取為1

8、 4） 工作波形（又稱為時序圖， ） 圖8-7 同步RS觸發(fā)器的時序圖 時序圖作法點撥（1）以）以CP信號為基準(zhǔn)，從每一個電平變化時刻引一根垂直虛線至輸信號為基準(zhǔn)，從每一個電平變化時刻引一根垂直虛線至輸入信號波形處，與入信號波形處，與S、R信號波線的交點可以取得信號波線的交點可以取得R和和S的值的值 。如：右。如：右邊第一根虛線取得邊第一根虛線取得R=0、S=1。 （2）根據(jù)特征方程決定）根據(jù)特征方程決定Qn+1的值。如：據(jù)的值。如：據(jù)R=0、S=1可以求得可以求得Qn+1=1（或直接用端口性質(zhì)決定輸出，如：（或直接用端口性質(zhì)決定輸出，如：S=1時，置位，即時，置位，即Qn+1=1）CPRSQ

9、Q1 1 1 1 00 0 0 01 1 1 10 0.v 上面介紹的上面介紹的RSRS觸發(fā)器都有一個共同的缺陷，觸發(fā)器都有一個共同的缺陷，即輸入受到即輸入受到“約束條件約束條件”的限制，使用上的限制，使用上很不方便；另外還有一個要考慮的問題是，很不方便；另外還有一個要考慮的問題是，在實際工作中，時鐘信號在實際工作中，時鐘信號CPCP是控制時序電是控制時序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般是矩形波。同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時刻，是矩形波。同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時刻，受受CPCP輸入控制。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)卻輸入控制。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)卻由觸發(fā)輸入信號決定。

10、由觸發(fā)輸入信號決定。v 我們下面學(xué)習(xí)二種常用的改進型觸發(fā)器，我們下面學(xué)習(xí)二種常用的改進型觸發(fā)器，就是圍繞著這二個中心進行討論的。就是圍繞著這二個中心進行討論的。. .、實用觸發(fā)器、實用觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動作特點）：邏輯電平直接觸發(fā)。（由輸入信號直接控制） 在實際工作中，要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的節(jié)拍進行狀態(tài)更新。措施： 同步觸發(fā)器（時鐘觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器）：具有時鐘脈沖CP控制的觸發(fā)器。該觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖同步。 CP：控制時序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般是矩形波。 同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時刻：受CP輸入控制。 觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)：由觸發(fā)輸入信號決定。1、 JK觸發(fā)器

11、 &QSRQ&CPSDJKCPRDSDQQ(a)(b)KJ1)、圖、圖8-8 K觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號 2)、電路結(jié)構(gòu)和功能分析、電路結(jié)構(gòu)和功能分析 &QSRQ&CPSDJKCPRDSDQQ(a )(b )KJRDnnKQQCPKR同步同步JK觸發(fā)器的功能分析：當(dāng)觸發(fā)器的功能分析：當(dāng)CP=0時，時，R=S=1，Qn+1=Qn觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。的狀態(tài)保持不變。 nnQJQCPJS當(dāng)當(dāng)CP=1時，時，代入代入 nnRQSQ1可得可得 nnnnnQKQJQKQQJQn14） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 3） 功能表 表8-5 JK觸發(fā)器功能表 表8

12、-6 JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 2、D和和觸發(fā)器觸發(fā)器1CPD S RQQ J KQQTCP(a)(b)圖8-9 同步D觸發(fā)器和T觸發(fā)器 D觸發(fā)器觸發(fā)器 1）.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 表8-7 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 DQnQn+10000101011112）特性方程 Qn+1=D 3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-10 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 電位式觸發(fā)器至命的缺點電位式觸發(fā)器至命的缺點 -空翻現(xiàn)象空翻現(xiàn)象同步觸發(fā)器在一個CP脈沖作用后，出現(xiàn)兩次或兩次以上翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為空翻。圖8-11 同步RS觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象 下面介紹幾種能克服空翻的觸發(fā)器。3、主從RS觸發(fā)器： 1)、主從、主從RS觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號觸發(fā)器的電路圖

13、和邏輯符號 2)主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器 電路組成及邏輯符號圖8-12 主從RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 仿真仿真 主觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF2），其狀態(tài)由輸入信號決定 從觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF1），其狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定 表示觸發(fā)器靠CP下降沿觸發(fā) 表 示 主 從觸發(fā)方式 、主從RS觸發(fā)器工作原理&S2 Q2C2R2 Q2從觸發(fā)器S1 Q1C1R1 Q1主觸發(fā)器1 JCP K SD RDQQ 雙拍工作原理：雙拍工作原理：“第一拍第一拍”CP=1時，由于時，由于 CP =0，從觸發(fā)器，從觸發(fā)器FF1的輸出的輸出狀態(tài)保持不變，主觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，主觸發(fā)器F

14、F2的輸出狀態(tài)由的輸出狀態(tài)由R和和S來決定。來決定?！暗诙牡诙摹?當(dāng)當(dāng)CP由由1跳到跳到0時（或稱時（或稱CP脈沖下降沿到來時），主觸發(fā)器脈沖下降沿到來時），主觸發(fā)器FF2的輸出狀態(tài)保持不變，的輸出狀態(tài)保持不變，從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定。此時，由于從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定。此時，由于CP=0，輸入信號，輸入信號R和和S被封鎖。被封鎖。 主從觸發(fā)器雖然解決了主從觸發(fā)器雖然解決了CPCP期間的多次，但由于雙拍工作方式的原因，發(fā)生在期間的多次，但由于雙拍工作方式的原因，發(fā)生在CPCP下降沿時刻的狀態(tài)變化并不一定反映當(dāng)時的輸入情況，對于有些數(shù)字系統(tǒng)而言，下降沿時刻的狀態(tài)

15、變化并不一定反映當(dāng)時的輸入情況，對于有些數(shù)字系統(tǒng)而言，可能會導(dǎo)致工作不可靠。實際數(shù)字系統(tǒng)一般應(yīng)用邊沿型觸發(fā)器?？赡軙?dǎo)致工作不可靠。實際數(shù)字系統(tǒng)一般應(yīng)用邊沿型觸發(fā)器。非門造成非門造成雙拍工作雙拍工作功能表（只在CP從1變?yōu)?時有效）表8-7 主從RS觸發(fā)器功能表 S和R都為高電平有效觸發(fā) 功能與同步RS觸發(fā)器完全相同 。4 工作波形（又稱為時序圖，設(shè)初態(tài)為0 ） 圖8-11主從RS觸發(fā)器的時序圖 Q主主從從前沿前沿采樣采樣后沿后沿定局定局8.3 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器v觸發(fā)器僅在觸發(fā)器僅在CP脈沖的某個規(guī)定的時刻（上升脈沖的某個規(guī)定的時刻（上升沿或下降沿）才接收輸入信號，并根據(jù)該時沿或下降沿）才

16、接收輸入信號，并根據(jù)該時刻的輸入確定觸發(fā)器的狀態(tài)，這種觸發(fā)器稱刻的輸入確定觸發(fā)器的狀態(tài)，這種觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器。為邊沿觸發(fā)器。 v邊沿觸發(fā)器有二種實現(xiàn)方案，一是利用內(nèi)部邊沿觸發(fā)器有二種實現(xiàn)方案，一是利用內(nèi)部電路時延的差異來實現(xiàn)；另一種是利用電路電路時延的差異來實現(xiàn)；另一種是利用電路內(nèi)部維持一阻塞線的作用來實現(xiàn)，典型實例內(nèi)部維持一阻塞線的作用來實現(xiàn)，典型實例是下降沿觸發(fā)的是下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，上升沿觸發(fā)的觸發(fā)器，上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的發(fā)展觸發(fā)器的發(fā)展 圖8-12 JK觸發(fā)器的邏輯符號（a）下降沿觸發(fā) （b）上升沿觸發(fā) JK觸發(fā)器是一種多功能觸發(fā)器，在實際中應(yīng)用很廣。 J

17、K觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上改進而來，在使用中沒有約束條件。 常見的JK觸發(fā)器有主從結(jié)構(gòu)的，也有邊沿型的。 1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器 1&A&B1&C&D&QSRQCPKJQ3Q4G1G2G4G3CPQQKJJKCP(a )(b ).1nnnnQKQJRQSQ（2）CP到來，到來，CP=0，由于，由于 tpd1 tpd2,則與或非門中的則與或非門中的A、D與門結(jié)果為與門結(jié)果為0，與或非門變?yōu)榛?，與或非門變?yōu)榛綬S觸發(fā)器，輸出為：觸發(fā)器，輸出為：.1nnnnQKQJRQSQ(3) CP=0期間，與非門期間，與非門G3、G4輸出結(jié)果輸出結(jié)果Q4 =Q3

18、=1，此時，此時觸發(fā)器的輸出觸發(fā)器的輸出Qn+1將保持狀態(tài)不變。將保持狀態(tài)不變。 (4) CP到來，到來，CP=1，則與或非門恢復(fù)正常，則與或非門恢復(fù)正常，Qn+1= Qn，保持狀態(tài)不變。，保持狀態(tài)不變。nnQQ=1+由上述分析得出此觸發(fā)器是在CP脈沖下降沿 特征方程式進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，故稱此觸發(fā)器為負(fù)邊沿觸發(fā)器。其狀態(tài)表、狀態(tài)圖與同步JK觸發(fā)器相同，只是邏輯符號和時序圖不同。 nnnQKQJQ1nnnnQSQQQ 11.工作工作原理原理（1）CP=1期間，期間，與或非與或非門輸出門輸出 ，所以，所以觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)的狀態(tài)保保 持不持不變。此變。此時與非時與非門輸門輸出出 。)=,=(=+=34

19、1+QSQRQRQQQnnnnnKQQ4nQJQ3G3、G4的平均的平均延遲時間延遲時間tpd1比比 G1、G2的平均的平均延遲時間延遲時間tpd2要要長長 3） 特性方程4） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-13 JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 5） 時序圖（以CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器為例）圖8-14 JK觸發(fā)器的時序圖 邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿或下降沿進行觸發(fā)。正邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿觸發(fā)。負(fù)邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖下降沿觸發(fā)。觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)方式?？商岣哂|發(fā)器工作的可靠性，增強抗干擾能力。 2 2、維持阻塞觸發(fā)器邊沿邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-15、維持維持阻塞邊沿阻塞邊沿D D觸發(fā)器觸發(fā)器 （a）

20、 邏輯電路 （b）邏輯符號仿真仿真 表示觸發(fā)器靠CP上升沿觸發(fā) 表示CP為邊 沿 觸 發(fā)方式 1）電路組成及邏輯符號置置0維維持線持線置置1維維持線持線置置0阻阻塞塞線線置置1阻阻塞塞線線2） 工作原理當(dāng)CP=0時，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP從0變?yōu)?時，G3、G4打開，它們的輸出由G5、G6決定。此瞬間，若D=0，觸發(fā)器被置為0狀態(tài)；若D=1，觸發(fā)器被置為1狀態(tài)。當(dāng)CP從0變?yōu)?之后，雖然CP=1，門G3、G4是打開的，但由于電路中幾條反饋線的維持阻塞作用，輸入信號D的變化不會影響觸發(fā)器的置1和置0，使觸發(fā)器能夠可靠地置1和置0。因此，該觸發(fā)器稱為維持阻塞觸發(fā)器。 可

21、見，該觸發(fā)器的觸發(fā)方式為：在CP脈沖上升沿到來之前接受D輸入信號，當(dāng)CP從0變?yōu)?時，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。 由于觸發(fā)器接受輸入信號及狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)均是在CP脈沖上升沿前后完成的，故稱為邊沿觸發(fā)器。 3） 時序圖 圖8-16維持阻塞邊沿D觸發(fā)器時序圖 當(dāng)CP從0變?yōu)?時，Q將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。 4.4. 集成集成JK觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-17 集成JK觸發(fā)器74LS112(a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 常用的有74LS112、CC4027等。 74LS112為負(fù)邊沿觸發(fā)的雙JK觸發(fā)器。SD、RD分別為異步置1端和異步置0端，均為低電平有效

22、。 1） 74LS112的外引腳圖和邏輯符號 2） 邏輯功能 表8-8 74LS112的功能表 3） 時序圖圖8-18 74LS112的時序圖5 5 集成集成D觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-18 雙D觸發(fā)器74LS74(a) 外引腳圖 (b)邏輯符號 1）雙D觸發(fā)器74LS74外引腳圖和邏輯符號 2） 邏輯功能 表8-9 雙D觸發(fā)器74LS74的功能表 觸 發(fā) 方 式為CP上升沿觸發(fā)。 低電平有效的異步置0端和異步置1端 3） 時序圖圖8-19 74LS74的時序圖 目前市場上出售的集成觸發(fā)器產(chǎn)品通常為JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器兩種類型。 6 6 集成觸發(fā)器及其應(yīng)用集成觸發(fā)器及其應(yīng)用 表8-10 常用集成觸發(fā)

23、器 1、定義：時序邏輯電路在任何時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，而且還取決于電路的原來狀態(tài)。 2、電路構(gòu)成： 存儲電路（主要是觸發(fā)器，必不可少） 組合邏輯電路（可選）。 時序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲電路來記憶和表示的。8.48.4、時序邏輯電路的分析、時序邏輯電路的分析圖8-20 時序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖 按各觸發(fā)器接受時鐘信號的不同分類：同步時序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化都在同一時鐘信號作用下同時發(fā)生。 異步時序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同步發(fā)生的，可能有一部分電路有公共的時鐘信號，也可能完全沒有公共的時鐘信號。 同步時序電路的分析方法和組合邏輯電路的分析目的相同，分析時序電路的目的是確定已知

24、電路的邏輯功能和工作特點。具體步驟如下 (1) 寫相關(guān)方程式。 (2) 求各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程。將時鐘方程和驅(qū)動方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程式中，求出觸發(fā)器的狀態(tài)方程。 (3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值(例題例題8.1 分析如圖分析如圖8.22所示的時序電路的邏輯功能所示的時序電路的邏輯功能 Q1J1F1CK1Q0J0F0CK0CP&Z圖圖8.218.21 例題例題8.1圖圖 (2) 求各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程，J K觸發(fā)器特性方程為：) (=+=+=10101011111+1CPQQQQQQQKQjQnnnnnnnnn)(1100010CPQQQQnnnn點撥點撥 將對應(yīng)驅(qū)動將對應(yīng)驅(qū)動方程分別代入

25、特性方程分別代入特性方程，進行化簡變方程，進行化簡變換可得狀態(tài)方程。換可得狀態(tài)方程。3、解:(1) 寫相關(guān)方程式： 時鐘方程 CP0=CP1=CP 驅(qū)動方程 J0= K0=1 K1=J1=Q0 輸出方程:Z=Q1Q0根據(jù)信號根據(jù)信號來源列出來源列出J1=K1=Q0J0J0，K0K0空置？空置？相當(dāng)于高電相當(dāng)于高電平（置平（置1）(3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值。 CPZ 0 00 10 0 11 00 1 1 1 0 0 nQ1noQ1noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQ CPZ 0 00 10 0 11 00 1 1 1 0 0 nQ

26、11noQ11nQnoQ方法點撥方法點撥 狀態(tài)表的列表原則是狀態(tài)表的列表原則是“先易后難先易后難”，意思是先填入比較容易確定的，意思是先填入比較容易確定的項目，比如：上表填入的順序是項目，比如：上表填入的順序是“CP原態(tài)值原態(tài)值次態(tài)值次態(tài)值輸出值輸出值”。注意：初。注意：初學(xué)者最好加填輸入驅(qū)動值，這樣可以根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動條件（學(xué)者最好加填輸入驅(qū)動值，這樣可以根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動條件（CP下降沿條件，下降沿條件，J、K和原態(tài)的值），直接求得相應(yīng)的觸發(fā)器次態(tài)，輸出值則根據(jù)輸出方程決定和原態(tài)的值），直接求得相應(yīng)的觸發(fā)器次態(tài)，輸出值則根據(jù)輸出方程決定根據(jù)狀態(tài)方程決定次態(tài)根據(jù)狀態(tài)方程決定次態(tài)值：值：nnnn

27、nQQQQQ0101011(4) 畫出狀態(tài)圖和時序圖， Q1Q0(a)(b)CPQ0Q1Z0 01 10 11 0從狀態(tài)圖可知：從狀態(tài)圖可知： 隨著隨著CP脈沖的遞增脈沖的遞增, 不不論從電路輸出的哪一個論從電路輸出的哪一個狀態(tài)開始，觸發(fā)器輸出狀態(tài)開始，觸發(fā)器輸出Q1Q0的變化都會進入的變化都會進入同一個循環(huán)過程，而且同一個循環(huán)過程，而且此循環(huán)過程中包括四個此循環(huán)過程中包括四個狀態(tài)，并且狀態(tài)之間是狀態(tài)，并且狀態(tài)之間是遞增變化的。遞增變化的。在在Q1Q0變化一個變化一個循環(huán)過程中，循環(huán)過程中，Z = 1只出現(xiàn)一只出現(xiàn)一次，故次，故Z為進位為進位輸出信號輸出信號。此電路是帶進位輸出此電路是帶進位輸

28、出的同步四進制加法計的同步四進制加法計數(shù)器電路。所謂數(shù)器電路。所謂“同同步步”是指電路中各個是指電路中各個觸發(fā)器的時鐘信號是觸發(fā)器的時鐘信號是同一個同一個CP信號信號。0010011100 例題例題8.2分析圖8.22所示電路的邏輯功能。設(shè)起始狀態(tài)是Q3Q2Q1=000。C P&(1)JKQQ(2)JKQQ(3)JKQQ Z圖圖8.22 例題例題8.2圖圖解：解： （1）分析電路組成：該電路）分析電路組成：該電路 的存儲器件是的存儲器件是3個個JK觸發(fā)器，組觸發(fā)器，組 合器件是一個與門。無外輸入信合器件是一個與門。無外輸入信 號，輸出信號為號，輸出信號為Z，這是一個同，這是一個同 步時

29、序電路。步時序電路。 （2）寫驅(qū)動方程和輸出方程。）寫驅(qū)動方程和輸出方程。nnnnnnnQQQZKQQJQKJKQJ123312312213111；（3）求狀態(tài)方程：將驅(qū)動方程代入）求狀態(tài)方程：將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器觸發(fā)器的特性方程的特性方程 nnnQKQJQ+=1+可得：可得： nnnnQQQQ1231+3=2121211+2=+=QQQQQQQn根據(jù)信號根據(jù)信號來源列出來源列出驅(qū)動方程驅(qū)動方程311+1=QQQn(4）將輸入信號和現(xiàn)態(tài)的各種取值組合代入狀態(tài)方程，得到狀態(tài)表如表8.13所示。 Z 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1

30、 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0表表8.13 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表nQ2nQ3nQ113 nQ12 nQ11nQ1. 1.先填原始先填原始狀態(tài)數(shù)值狀態(tài)數(shù)值（最容易）（最容易）2. 2.根據(jù)根據(jù)FF1FF1的狀的狀態(tài)方程決定其態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值次態(tài)數(shù)值311+1=QQQn3.根據(jù)根據(jù)FF2的的狀態(tài)方程決定狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值其次態(tài)數(shù)值2112QQQn4.根據(jù)根據(jù)FF3的狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值的狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值.nnnnQQQQ1231+3=5.最后根據(jù)輸出方最后根據(jù)輸出方程決定程決定Z的數(shù)值

31、的數(shù)值nnnQQQZ1235.畫狀態(tài)圖狀態(tài)圖例題例題8.2狀態(tài)圖Q3Q2Q1x/z011001010000100111/0/0/0/0/1/0/0/0由狀態(tài)表作狀態(tài)圖，確定由狀態(tài)表作狀態(tài)圖，確定電路的邏輯功能。電路是電路的邏輯功能。電路是一個模一個模5同步加法計數(shù)器。同步加法計數(shù)器。Z端為進位端，并且具有端為進位端，并且具有自啟動功能。自啟動功能。 101110所謂計數(shù)器所謂計數(shù)器的的“模?！?，又稱為計數(shù)又稱為計數(shù)器的長度器的長度（或計數(shù)器（或計數(shù)器的容量）的容量） 自啟動功能的意思是不自啟動功能的意思是不論電路從哪一個狀態(tài)開論電路從哪一個狀態(tài)開始工作，在始工作，在CP脈沖作脈沖作用下，觸發(fā)器

32、輸出的狀用下，觸發(fā)器輸出的狀態(tài)都會進入有效循環(huán)圈態(tài)都會進入有效循環(huán)圈內(nèi)。內(nèi)。 自啟動自啟動 自啟自啟動動 仿真仿真電路圖電路圖時鐘方程、時鐘方程、驅(qū)動方程和驅(qū)動方程和輸出方程輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)圖、狀態(tài)表或狀態(tài)表或時序圖時序圖判斷電路判斷電路邏輯功能邏輯功能1235時序電路的分析步驟：時序電路的分析步驟：計算計算4 時序邏輯電路的分析方法時序邏輯電路的分析方法18.5 異步計數(shù)器的分析異步計數(shù)器的分析異步計數(shù)器的特點異步計數(shù)器的特點：在異步計數(shù)器內(nèi)部，有的：在異步計數(shù)器內(nèi)部，有的觸發(fā)器直接受輸入計數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器觸發(fā)器直接受輸入計數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸

33、出信號作為自己的時鐘則是把其它觸發(fā)器的輸出信號作為自己的時鐘脈沖，因此各個觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不脈沖，因此各個觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不一，故被稱為一，故被稱為“ 異步計數(shù)器異步計數(shù)器 ”。異步計數(shù)器的分析異步計數(shù)器的分析QJCKRDQF2QJCKRDQF1QJCKRDQF0Q1Q0Q2 “1”CP 清 0 進 位)(+=1+CPQKQJQnnn) (=+=000001+0CPQQKQJQnnnn圖圖8.23 三位二進制異步加法計數(shù)器三位二進制異步加法計數(shù)器例例8.3、分析圖、分析圖8.23的邏的邏 輯功能輯功能分析步驟如下：分析步驟如下： (1) 寫相關(guān)方程式寫相關(guān)方程式 時鐘方程時鐘方

34、程 CP0=CP；CP1=Q0； CP2=Q1 驅(qū)動方程驅(qū)動方程 J0=1 ；K0=1 J1=1 ；K1=1 J2=1 ；K2=1 (2) 求各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程。求各個觸發(fā)器的狀態(tài)方程。 根據(jù)：根據(jù)：將對應(yīng)驅(qū)動方程式分別代入特性方程式將對應(yīng)驅(qū)動方程式分別代入特性方程式 ，進行化簡變換可得狀態(tài)方程，進行化簡變換可得狀態(tài)方程: )(=+=0111111+1QQQKQJQnnnn) (=+=1222221+2QQQKQJQnnnnCP0=CPCP1=Q0CP2=Q1 輸入全輸入全部空部空置？置？注意注意 和同步和同步時序電路相比，時序電路相比，寫各相應(yīng)方程寫各相應(yīng)方程時，必須加入時，必須加入相應(yīng)的

35、時鐘信相應(yīng)的時鐘信號條件。號條件。(3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值。 列狀態(tài)表如表8.12所示。 CP Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 1 1 0 7 1 1 0 1 1 1 8 1 1 1 0 0 012nQ11nQ10nQ標(biāo)注標(biāo)注八個八個填寫八填寫八種原始種原始狀態(tài)值狀態(tài)值按照狀態(tài)按照狀態(tài)方程決定方程決定各個觸發(fā)各個觸發(fā)器的次態(tài)器的次態(tài)12nQ11nQ10nQ圖圖8.30: 例題例題8.3計數(shù)器狀態(tài)圖和時序圖計數(shù)器狀態(tài)圖和時序圖Q2Q1Q00 0 01 1 1

36、0 0 10 1 00 1 1C PQ0Q1Q2(a )(b )1 1 01 0 11 0 0 0 0 0（a）狀態(tài)圖）狀態(tài)圖（b）時序圖）時序圖從狀態(tài)圖可知隨著從狀態(tài)圖可知隨著CP脈沖的遞增脈沖的遞增, 觸發(fā)器輸出觸發(fā)器輸出Q2Q1Q0值是遞值是遞增的增的, 經(jīng)過八個經(jīng)過八個CP脈沖完成一個循環(huán)過程。所以，此電路是異脈沖完成一個循環(huán)過程。所以，此電路是異步三位二進制（或一位八進制步三位二進制（或一位八進制“模八模八”）加法計數(shù)器。）加法計數(shù)器。Q2Q1Q0 QQ010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1思考題思考題：試畫出三位二進試畫出三位二進制

37、異步減法計數(shù)器的電路制異步減法計數(shù)器的電路圖，并分析其工作過程。圖，并分析其工作過程。異步計數(shù)器優(yōu)點異步計數(shù)器優(yōu)點：電路簡單、可靠。電路簡單、可靠。異步計數(shù)器缺點異步計數(shù)器缺點：速度慢。速度慢。Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計數(shù)脈計數(shù)脈沖沖圖圖8.24三位二進制異步加法計數(shù)器三位二進制異步加法計數(shù)器例例8.3：三位二進制：三位二進制異步異步加法計數(shù)器。加法計數(shù)器。簡單的時序電路簡單的時序電路,直接列真值表或直接列真值表或畫時序波形圖就能分析清楚其畫時序波形圖就能分析清楚其邏輯功能。邏輯功能。計數(shù)器：用以統(tǒng)計輸入時鐘脈沖CP個數(shù)的電路。計數(shù)器的分類： 1）按計數(shù)進制分 二進制計數(shù)器：按

38、二進制數(shù)運算規(guī)律進行計數(shù)的電路稱作二進制計數(shù)器。 十進制計數(shù)器：按十進制數(shù)運算規(guī)律進行計數(shù)的電路稱作十進制計數(shù)器。 任意進制計數(shù)器：二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器之外的其它進制計數(shù)器統(tǒng)稱為任意進制計數(shù)器。二進制計數(shù)器是結(jié)構(gòu)最簡單的計數(shù)器，但應(yīng)用很廣。 2）按數(shù)字的變化規(guī)律 加法計數(shù)器：隨著計數(shù)脈沖的輸入作遞增計數(shù)的電路稱作加法計數(shù)器。 減法計數(shù)器：隨著計數(shù)脈沖的輸入作遞減計數(shù)的電路稱作減法計數(shù)器。 加/減計數(shù)器：在加/減控制信號作用下，可遞增計數(shù)，也可遞減計數(shù)的電路，稱作加/減計數(shù)器，又稱可逆計數(shù)器。 也有特殊情況，不作加/減，其狀態(tài)可在外觸發(fā)控制下循環(huán)進行特殊跳轉(zhuǎn)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中構(gòu)成封閉的計數(shù)環(huán)。

39、 3）按計數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步分 異步計數(shù)器：計數(shù)脈沖只加到部分觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端上，而其它觸發(fā)器的觸發(fā)信號則由電路內(nèi)部提供，應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器狀態(tài)更新有先有后的計數(shù)器，稱作異步計數(shù)器。同步計數(shù)器：計數(shù)脈沖同時加到所有觸發(fā)器的時鐘信號輸入端，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)的計數(shù)器，稱作同步計數(shù)器。 圖8-25 同步計數(shù)器電路 *例8-4、試分析圖8-23所示計數(shù)器的邏輯功能。 解 ： （1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅(qū)動方程和輸出方程 J=? K=? （驅(qū)動方程） Y=? （輸出方程） 解 ： （1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅(qū)動方程和輸出方程 （2）將驅(qū)動方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，可以得到各觸發(fā)器的狀

40、態(tài)方程 （3）填Qn+1卡諾圖及計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖 圖8-26 計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖（a）Q2n+1卡諾圖 （b）Q1n+1卡諾圖（c）Q0n+1卡諾圖 （d）計數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖 （4）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 表8-13 例8-4電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表Qn3 Qn2 Qn1Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Y0 0 00 0 100 0 10 1 000 1 00 1 100 1 11 0 001 0 01 0 101 0 11 1 001 1 00 0 011 1 10 0 010 0 00 0 10畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-27 例8-4電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 畫時序圖（即工作波形圖） 圖8-28 例8-4電路的時序

41、圖 （5）說明計數(shù)器的邏輯功能 是一個同步七進制加法計數(shù)器，Y為進位脈沖，能夠自啟動。 仿真仿真 1.同步四位二進制計數(shù)器同步四位二進制計數(shù)器74LS1612 .異步異步2510進制計數(shù)器進制計數(shù)器74LS290 1 1） 同步四位二進制計數(shù)器同步四位二進制計數(shù)器74LS161 74LS161的邏輯功能圖8-29 74LS161的外引線圖 狀態(tài)輸出圖8-30 74LS161的邏輯符號 并行輸入CP輸入表8-14 74LS161的功能表 CO= Q3 Q2 Q1 Q0 CTT圖8-30 74LS161的時序圖 同步二進制加法計數(shù) 2）應(yīng)用舉例 實現(xiàn)四位二進制加法計數(shù) 構(gòu)成16以內(nèi)的任意進制加法計

42、數(shù)器： 設(shè)計思想：利用脈沖反饋法 用S0，S1，S2，SMSN表示輸入0，1，2，N個計數(shù)脈沖CP時計數(shù)器的狀態(tài)。SM可以為S0，但需小于SN。對于異步置數(shù)：在輸入第N個計數(shù)脈沖CP后，通過控制電路，利用狀態(tài)SN產(chǎn)生一個有效置數(shù)信號，送給異步置數(shù)端，使計數(shù)器立刻返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，即實現(xiàn)了SMSN-1計數(shù)。 對于同步置數(shù)：在輸入第N1個計數(shù)脈沖CP時，利用狀態(tài)SN-1產(chǎn)生一個有效置數(shù)信號，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個計數(shù)脈沖CP時，計數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，從而實現(xiàn)SMSN-1計數(shù)。 分析74LS161的置數(shù)功能： 反饋信號的拾取可利用與非門拾取狀態(tài)SN或SN1可利用進位

43、輸出CO拾取狀態(tài)1111十進制計數(shù)器的計數(shù)狀態(tài)順序表 電路舉例（以十進制計數(shù)器為例） 圖8-31 74LS161構(gòu)成十進制計數(shù)器 改變改變D3 D2 D1 D0的狀態(tài)，可以實現(xiàn)其它進制計數(shù)。的狀態(tài)，可以實現(xiàn)其它進制計數(shù)。 令令D3 D2 D1 D00110 利用進位輸出CO取狀態(tài)1111 實現(xiàn)十進制計數(shù)實現(xiàn)十進制計數(shù) （0110到到1111） 圖8-32用74LS161構(gòu)成從0開始計數(shù)的十進制計數(shù)器 改變與非門的輸入信號，改變與非門的輸入信號， 可以實現(xiàn)其它進制計數(shù)?？梢詫崿F(xiàn)其它進制計數(shù)。 令令D3 D2 D1 D00000 利用與非門拾取狀態(tài)1001 可實現(xiàn)從可實現(xiàn)從0開始計數(shù)的十進制計數(shù)開

44、始計數(shù)的十進制計數(shù) （0000到到1001） 用74LS161構(gòu)成從0開始計數(shù)的十進制計數(shù)器 改變與非門的輸入信號改變與非門的輸入信號 ，可以實現(xiàn)其它進制計數(shù)。，可以實現(xiàn)其它進制計數(shù)。 利用與非門拾取狀態(tài)1010 實現(xiàn)十進制計數(shù)實現(xiàn)十進制計數(shù) （0000到到1001） （3）利用多片74LS161實現(xiàn)大容量計數(shù) 先用級聯(lián)法 計數(shù)器的級聯(lián)是將多個集成計數(shù)器（如M1進制、M2進制）串接起來，以獲得計數(shù)容量更大的N（=M1M2）進制計數(shù)器。 一般集成計數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。 同步計數(shù)器實現(xiàn)的方法：低位的進位信號高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器的T端） 有進位時，高位計數(shù)功能T 1；無進

45、位時，高位保持功能T 0。 用兩片CT74LS161級聯(lián)成1616進制同步加法計數(shù)器 低位片高位片在計到1111以前，CO10，高位片保持原狀態(tài)不變在計到1111時，CO11，高位片在下一個CP加一 再用脈沖反饋法 例：用兩片74LS161級聯(lián)成五十進制計數(shù)器 00100011實現(xiàn)從0000 0000到0011 0001的50進制計數(shù)器十進制數(shù)50對應(yīng)的二進制數(shù)為0011 0010 2 2 異步異步2510進制計數(shù)器進制計數(shù)器74LS290 1) 74LS290的外引腳圖、邏輯符號及邏輯功能圖8-33 74LS290 2510進制計數(shù)器 (a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 輸出CP輸入異步置數(shù)

46、表8-15 74LS290功能表 2)基本工作方式 二進制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由CP0輸入，由Q0輸出圖8-34(a) 二進制計數(shù)器 計數(shù)順序計數(shù)器狀態(tài)CP0Q0001120 五進制計數(shù)：將計數(shù)脈沖由CP1輸入，由Q3 、Q2、 Q1 輸出圖8-34(b) 五進制計數(shù)器 計數(shù)順序計數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q1 00 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 8421BCD碼十進制計數(shù)：將Q0與CP1相連,計數(shù)脈沖CP由CP0輸入 圖8-34(c) 8421BCD碼十進制計數(shù)器 計數(shù)計 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q3 Q2 Q1 Q000 0 0 010 0 0 120 0 1

47、030 0 1 140 1 0 050 1 0 160 1 1 070 1 1 181 0 0 091 0 0 1100 0 0 0二進制五進制 5421BCD碼十進制計數(shù)：把CP0和Q3相連，計數(shù)脈沖由CP1輸入 圖8-34(d) 5421BCD碼十進制計數(shù)器 計數(shù)計 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q0 Q3 Q2 Q100 0 0 010 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0 051 0 0 061 0 0 171 0 1 081 0 1 191 1 0 0100 0 0 0五進制二進制8.6 實訓(xùn)一：實用數(shù)字電路分析技術(shù)實訓(xùn)一：實用數(shù)字電路分析技術(shù)v實用數(shù)字電路電路的分析技術(shù)是電器

48、技實用數(shù)字電路電路的分析技術(shù)是電器技術(shù)人員的基本能力，它又是進行數(shù)字電術(shù)人員的基本能力，它又是進行數(shù)字電路設(shè)計的基礎(chǔ)。下面我們從實用電路功路設(shè)計的基礎(chǔ)。下面我們從實用電路功能分析入手，介紹數(shù)字實用電路分析設(shè)能分析入手，介紹數(shù)字實用電路分析設(shè)計的基本要領(lǐng)。計的基本要領(lǐng)。 MSI時序邏輯電路的分析技術(shù)時序邏輯電路的分析技術(shù) 可以采用與分析MSI組合邏輯電路類似的劃分功能塊方法。 劃分的功能塊既有組合邏輯電路功能塊，又有時序邏輯電路功能塊。如有必要，在對整個電路進行整體功能分析時，可以畫出電路的工作波形。 圖8-35 分析MSI時序邏輯電路的流程圖 邏輯電路圖劃分功能塊分析各塊功能分析整體功能（1）

49、將電路按功能劃分成）將電路按功能劃分成3個功能塊個功能塊 分析舉例分析舉例 例8-5 分析圖8-36所示電路的邏輯功能。設(shè)輸出邏輯變量R、Y、G分別為紅、黃和綠燈的控制信號，時鐘脈沖CP的周期為10 S。 計數(shù)器計數(shù)器 譯碼器譯碼器 門電路門電路 （2）分析各功能塊電路的邏輯功能）分析各功能塊電路的邏輯功能 8進制計數(shù)器進制計數(shù)器 反碼輸出的數(shù)據(jù)分配電路反碼輸出的數(shù)據(jù)分配電路 輸出譯碼電路輸出譯碼電路 圖8-37 例5-2電路的工作波形 （3）分析總體邏輯功能）分析總體邏輯功能,畫出電路的工作波形。畫出電路的工作波形。 在CP作用下，計數(shù)器循環(huán)計數(shù)，輸出信號R持續(xù)30S，Y持續(xù)10S，G持續(xù)3

50、0 S，Y持續(xù)10S，周而復(fù)始?？傮w電路邏輯功能為交通燈控制電路。 該電路只是原理性的，與實用的電路有較大差距。實際的交通燈，黃燈（Y）通常只亮12秒，而紅燈（R）和綠燈（G）通常要亮60秒左右，故其控制電路要復(fù)雜一些。讀者可自行設(shè)計實際的交通燈控制電路。 例8-6 分析圖8-38所示電路的邏輯功能。 （1）將電路按功能劃分成）將電路按功能劃分成3個功能塊個功能塊 分析各功能塊電路的邏輯功能分析各功能塊電路的邏輯功能 4位二進制數(shù)位二進制數(shù)值比較器值比較器 門級組門級組合電路合電路 雙時鐘輸入雙時鐘輸入4位二進制可逆位二進制可逆計數(shù)器計數(shù)器 電路I：把輸入的二進制數(shù)DA與標(biāo)準(zhǔn)值DB比較 電路：

51、時鐘輸入控制電路。若YAB =0，CPCPU，加法計數(shù)；若YADB，計數(shù)器加1；若DADB，計數(shù)器做加法，從0001計到0111狀態(tài)，則計數(shù)器輸出Q3 Q2Q1Q0為0111；反之，若一直有DADB，計數(shù)器做減法，從1111計到1001狀態(tài)，則計數(shù)器輸出為1001( 1001狀態(tài)是7的補碼)。7個脈沖過后，CR信號使計數(shù)器清0，準(zhǔn)備下一次比較。在7個脈沖的作用期間，計數(shù)器輸出的正常值應(yīng)在一一77之間變化。 例如，需要在一段時間內(nèi)多次測量恒溫室的溫度誤差是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。小結(jié) 1 電子技術(shù)已經(jīng)進入了第五代，超大規(guī)模集成電路時代（VLSI），集成電路的分析和分立元件電路的區(qū)別在于“集成電路只重視

52、電路的外部特性，而不需要研究內(nèi)部電路的機理”。這為我們分析集成電路提供了極大的方便，分析前只要針對電路中所用的集成芯片，查集成電路手冊獲取芯片的各腳功能，再根據(jù)具體電路分析其實際功用。小結(jié) 2 例如例例如例8-4的電路輸入用到的的電路輸入用到的74LS161是一片同是一片同步步4位二進制計數(shù)器，具有位二進制計數(shù)器，具有“異步清異步清0”和同步預(yù)置和同步預(yù)置功能。所謂功能。所謂“異步清異步清0”是指是指“當(dāng)當(dāng) =0時，無論其他時，無論其他各輸入端的狀態(tài)如何，各個觸發(fā)器均被置各輸入端的狀態(tài)如何，各個觸發(fā)器均被置0”（所以（所以又稱為直接清又稱為直接清0控制端，例控制端，例8-4圖中為圖中為 ）。）

53、。74LS161具有計數(shù)功能，具有計數(shù)功能， 當(dāng)當(dāng) = =1，ET*EP=1 （或（或CPT*CPP=1）時，開始計數(shù)，例）時，開始計數(shù)，例8-4中中74LS161只用了只用了“QA、QB、QC”三個腳，所以計數(shù)循環(huán)是三個腳，所以計數(shù)循環(huán)是“000111”，即模八計數(shù)。，即模八計數(shù)。CRRDCRLD8.6.2 8.6.2 計數(shù)器的應(yīng)用實例計數(shù)器的應(yīng)用實例 1. 構(gòu)成分頻器 分頻器可用來降低信號的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號頻率fI與輸出信號頻率fO之比稱為分頻比N。N進制計數(shù)器可實現(xiàn)N分頻器。程序分頻器是指分頻比N隨輸入置數(shù)的變化而改變的分頻器。用集成計數(shù)器實現(xiàn)的程序分頻器，

54、在通信、雷達和自動控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。具有并行置數(shù)功能的計數(shù)器都可以構(gòu)成程序分頻器。 圖8-36 程序分頻器（分頻比N為1256 ） CD4516為可逆4位二進制計數(shù)器接成減法計數(shù)器（U/D0）當(dāng)高、低位計數(shù)器均減為0時 001分頻器的輸出信號fO改變預(yù)置數(shù)的值，可以改變分頻比。 當(dāng)前置數(shù)值S7S6S5S4S3S2S1S0為為10000011，則該程序分頻器的分頻比N=？ 13281631 2組成數(shù)字鐘計數(shù)顯示電路組成數(shù)字鐘計數(shù)顯示電路 通常數(shù)字鐘需要一個精確的時鐘信號，一般采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生，經(jīng)分頻后得到周期為1秒的脈沖信號CP。 圖8-37 數(shù)字鐘“秒”計數(shù)、譯碼、顯示電路 個位十進

55、制十位六進制六十進制加法計數(shù)器 BCD-七段顯示譯碼器7448，輸出為高電平有效 。 選共陰型數(shù)碼管BS201。仿真仿真 8.7 555定時器及其應(yīng)用v 在數(shù)字系統(tǒng)中，除了有數(shù)字信號在數(shù)字系統(tǒng)中，除了有數(shù)字信號“1”和和“0”以外，以外，一般還存在同步脈沖控制信號（一般還存在同步脈沖控制信號（CP信號），它是具信號），它是具有一定幅度和頻率的矩形波。通常得到矩形波的方有一定幅度和頻率的矩形波。通常得到矩形波的方法很多，目前應(yīng)用較多的是利用法很多，目前應(yīng)用較多的是利用555定時器來實現(xiàn)。定時器來實現(xiàn)。v555為數(shù)字為數(shù)字模擬混合集成電路，可產(chǎn)生精確的時模擬混合集成電路，可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩

56、，內(nèi)部有間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個個5k的電阻分壓器，故的電阻分壓器，故稱稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。.7.1 .7.1 555定時器定時器 1. 電路組成圖8-38 555定時器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器（1） 電阻分壓器 由3個5k的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 （2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時，UR12/

57、3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時，UR1UCO，UR21/2UCO （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時，必須使R處于高電平。 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個受控電子開關(guān)。 輸出為0時，T導(dǎo)通，輸出為1時，T截止。 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。2.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時置1）。 表8-18 55

58、5定時器的功能表 .7.7 555定時器的應(yīng)用舉例定時器的應(yīng)用舉例1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器 思考：施密特觸發(fā)器的特點？思考：施密特觸發(fā)器的特點？回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平換電平UT和和UT。 如何與如何與555定時器發(fā)生聯(lián)系？定時器發(fā)生聯(lián)系？ 內(nèi)部比較器有兩個不同的基準(zhǔn)電壓內(nèi)部比較器有兩個不同的基準(zhǔn)電壓UR1和和UR2。 圖8-39 555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路 （b）工作波形如果在如果在UIC加上控制電壓，加上控制電壓，則可以改變電路的則可以改變電路的UT+和和UT。 2.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時，UC1輸出

59、低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時置1）。 表8-17 555定時器的功能表 圖8-40 施密特觸發(fā)反相器(a) 原理框圖 (b) 電壓傳輸特性 (c) 邏輯符號 為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。 整形級整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，可以使輸出波形的邊沿更加陡峭， 輸出級輸出級可以提高電路的負(fù)載能力?？梢蕴岣唠娐返呢?fù)載能力。 回差特性：上升過程回差特性：上升過程和下降過程有

60、不同的和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電平UOH和和UOL。 3. 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖8-40 波形變換 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用回差特回差特性性模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱A/D轉(zhuǎn)換），實現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換），實現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。 圖8.41 計算機對生產(chǎn)過程進行實時控制原理示意圖控 制 對 象非 電 量傳 感 器電 模 擬 量ADC計 算 機數(shù) 字 量DAC數(shù) 字 量電 模 擬 量執(zhí) 行 元 件1.概述概述模模/ /數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器