第九章 觸發(fā)器和時序邏輯電路-new

第九章觸發(fā)器和時序邏輯電路9.1

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2

寄存器9.3

計數(shù)器9.4555定時器及其應(yīng)用時序邏輯電路的特點：組合邏輯電路的特點：由門電路組成，不具有記憶功能特點：輸出變量的狀態(tài)完全由當時的輸入變量的狀態(tài)決定，與電路原狀態(tài)無關(guān)。由觸發(fā)器組成，具有記憶功能特點：輸出變量的狀態(tài)由當時的輸入變量的狀態(tài)和電路原態(tài)共同決定。觸發(fā)器按穩(wěn)定工作狀態(tài)可分：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D、T觸發(fā)器9.1

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：1、有兩個穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；2、能根據(jù)輸入信號將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；3、輸入信號消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來，即具有記憶功能。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：是一種具有記憶功能的邏輯單元電路，它能儲存一位二進制碼。一、R－S

觸發(fā)器兩互補輸出端1.基本

R－S觸發(fā)器兩輸入端&QQ.G1&.G2SDRD反饋線(1)電路結(jié)構(gòu)和工作原理一般所說的觸發(fā)器的狀態(tài)指Q的狀態(tài)101)SD=1，RD=0；1010QQ.G1&.&G2SDRDQ=0，

Q=1；Q=0，

Q=1稱為復(fù)位狀態(tài)對應(yīng)的輸入端RD稱為置0端工作原理：011100QQ.G1&.&G2SDRD2)SD=0，RD=1；Q=1，

Q=0；Q=1，

Q=0稱為置位狀態(tài)對應(yīng)的輸入端SD稱為置1端3)SD=1，RD=1；保持原態(tài)11設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)010011QQ.G1&.&G2SDRD設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)QQ.G1&.&G2SDRD11100011保持為“0”態(tài)保持為“1”態(tài)110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)當信號SD=RD

=0同時變?yōu)?時，由于與非門的翻轉(zhuǎn)時間不可能完全相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是“1”態(tài)，也可能是“0”態(tài)，不能根據(jù)輸入信號確定。QQ.G1&.&G2SDRD10若先翻轉(zhuǎn)4)SD=0，RD=0；基本

R－S

觸發(fā)器狀態(tài)表邏輯符號QQSDRD低電平有效SDRDQ100置0011置111不變保持00同時變1后不確定功能2.可控

RS

觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器控制電路&G4SR&G3C.&G1&G2.SDRDQQ時鐘脈沖當CP=0時011

R，S

輸入狀態(tài)不起作用。

觸發(fā)器狀態(tài)不變11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP

SD，RD為直接置位和直接復(fù)位端。不受CP控制。不用時接高電平。被封鎖被封鎖當CP=1時1打開觸發(fā)器狀態(tài)由R、S

輸入狀態(tài)決定。11打開.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP(1)S=0,R=00011觸發(fā)器保持原態(tài)1101010(2)S=0,R=1觸發(fā)器置“0”(3)S=1,R=0觸發(fā)器置“1”11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)S=1,R=1當時鐘由

1變0后觸發(fā)器狀態(tài)不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP可控RS狀態(tài)表00SR01010111不定Qn+1QnQn—時鐘到來前觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1—時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號QQSR

CPSDRDCP高電平時觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定例：畫出可控R－S

觸發(fā)器的輸出波形RSC不定不定可控R－S狀態(tài)表C高電平時觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn存在問題：時鐘脈沖不能過寬，否則出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，即在一個時鐘脈沖期間觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次以上。C克服辦法：采用JK觸發(fā)器或D

觸發(fā)器00SR

010

10

1

11

不定Qn+1QnQ=SQ=R二、主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)從觸發(fā)器主觸發(fā)器反饋線C

C

CF主JKRS

CF從QQQSDRD1互補時鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時翻轉(zhuǎn)2.工作原理01F主打開F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號并暫存。F從封鎖F從狀態(tài)保持不變。01CRS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C0110狀態(tài)保持不變。從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，并保持主、從狀態(tài)一致，因此稱之為主從觸發(fā)器。F從打開F主封鎖0RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C01C01010010C高電平時觸發(fā)器接收信號并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)保持不變）。要求C高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。C低電平時,F主封鎖J、K不起作用CRS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010分析JK觸發(fā)器的邏輯功能(1)J=1,K=1設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)110110101001狀態(tài)不變主從狀態(tài)一致狀態(tài)不變01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(1)J=1,K=110設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”狀態(tài)J=1,K=1時，每來一個時鐘脈沖，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，即具有計數(shù)功能。(1)J=1,K=1跳轉(zhuǎn)01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(2)J=0，K=1設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)01100101011001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)為“？”態(tài)01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(3)J=1，K=0設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)10011010100101設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”態(tài)RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(4)J=0，K=0設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)保持原態(tài)00010001保持原態(tài)保持原態(tài)RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C01001結(jié)論：C高電平時F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。3.JK觸發(fā)器的邏輯功能Qn10011100Qn00010101Qn+1QnS'R'01C高電平時F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。

J

K

Qn

Qn+1

00

01

10

11

JK觸發(fā)器狀態(tài)表01010101J

K

Qn+1

00Qn

010

101

11

Qn

JK觸發(fā)器狀態(tài)表(保持功能)

(置“0”功能)

(置“1”功能)

(計數(shù)功能)C下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)SD

、RD為直接置1、置0端，不受時鐘控制，低電平有效，觸發(fā)器工作時SD

、RD應(yīng)接高電平。邏輯符號

CQJKSDRDQ特征方程：Qn+1=JQn+KQn例：JK

觸發(fā)器工作波形CJKQ下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)基本R-S觸發(fā)器導(dǎo)引電路&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD三、維持阻塞D

觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)反饋線&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD2.邏輯功能01（1）D

=01觸發(fā)器狀態(tài)不變0當C

=0時110當C

=1時0101觸發(fā)器置“0”封鎖在C

=1期間，觸發(fā)器保持“0”不變&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD2.邏輯功能01（1）D

=10觸發(fā)器狀態(tài)不變1當C

=0時111當C

=1時0110觸發(fā)器置“1”封鎖在C

=1期間，觸發(fā)器保持“1”不變封鎖D觸發(fā)器狀態(tài)表D

Qn+1

0101上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)邏輯符號DCQQRDSDC上升沿前接收信號，上升沿時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，（其Q的狀態(tài)與D狀態(tài)一致；但Q的狀態(tài)總比D的狀態(tài)變化晚一步，即Qn+1=Dn；上升沿后輸入D不再起作用，觸發(fā)器狀態(tài)保持。即(不會空翻)結(jié)論：例：D

觸發(fā)器工作波形圖CDQ上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)四、觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換1.將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D

觸發(fā)器

當J=D，K=D時，兩觸發(fā)器狀態(tài)相同D1

CQJKSDRDQ仍為下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)D：Qn+1=JQn+KQnJK：

Qn+1=D

當D=1即J=1，K=0時Qn+1=1當D=0即J=0，K=1時Qn+1=02.將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為

T

觸發(fā)器T

CQJKSDRDQT：當J=K時，兩觸發(fā)器狀態(tài)相同Qn+1=JQn+KQnJK：

Qn+1=TQn+TQn

3.將D

觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T′觸發(fā)器

CQQDD：Qn+1=QnT′：

Qn+1=D

9.2

寄存器一個觸發(fā)器只能存放一位二進制數(shù)，存放n

位二進制時，要n個觸發(fā)器。按功能分數(shù)碼寄存器移位寄存器寄存器：暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果組成：由觸發(fā)器和門電路組成存入數(shù)碼方式取出數(shù)碼方式并行串行并行串行四種組合寄存器分類：并行輸入/并行輸出串行輸入/并行輸出并行輸入/串行輸出串行輸入/串行輸出F3F2F1F0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3F3F2F1F0dQ0Q1Q2Q3F3F2F1F0d0d1d2d3Q3Q3F3F2F1F0d一、數(shù)碼寄存器僅有寄存數(shù)碼的功能。

清零寄存指令通常由D觸發(fā)器或R-S觸發(fā)器組成并行輸入方式RD..QDF0d0Q0.Q.DF1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q300001101寄存數(shù)碼1101觸發(fā)器狀態(tài)不變RDSDd3RDSDd2RDSDd1RDSDd010清零1100寄存指令&Q0&Q1&Q2&Q3取數(shù)指令1100并行輸出方式&&&&QQQQ00000011狀態(tài)保持不變10101111二、移位寄存器不僅能寄存數(shù)碼，還有移位的功能。

所謂移位，就是每來一個移位脈沖，寄存器中所寄存的數(shù)據(jù)就向左或向右順序移動一位。左移：右移：d3d2d1d0高位先進d3d2d1d0低位先進d3d2d3d2d3d1d2d3d1d0d0d0d1d0d1d2d3d0d1d2寄存數(shù)碼左移寄存器清零D1移位脈沖23410111QQ3Q1Q2RD0000000100101011010110111011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3數(shù)據(jù)依次向左移動，稱左移寄存器，輸入方式為串行輸入。QQQ從高位向低位依次輸入1110010110011000輸出串行輸出方式清零D10111QQ3Q1Q2RD10111011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脈沖786再輸入四個移位脈沖，1011由高位至低位依次從Q3端輸出。左移寄存器波形圖12345678C1111011DQ0Q3Q2Q11110待存數(shù)據(jù)1011存入寄存器0111從Q3取出四位左移移位寄存器狀態(tài)表0001123移位脈沖Q2Q1Q0移位過程Q3寄存數(shù)碼D001110000清零110左移一位001011左移二位01011左移三位10114左移四位101串行輸出再繼續(xù)輸入四個移位脈沖,從Q3端串行輸出1011數(shù)碼環(huán)形移位寄存器Q1DF1Q2DF2Q3DF3Q0DF0CSDRDRDRD環(huán)形移位寄存器波形9.3

計數(shù)器功能：統(tǒng)計時鐘脈沖的個數(shù)。分類加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器

(按計數(shù)功能)異步計數(shù)器同步計數(shù)器(按計數(shù)脈沖引入方式)

二進制計數(shù)器十進制計數(shù)器

N

進制計數(shù)器(按計數(shù)制)要構(gòu)成n位二進制計數(shù)器，需用n個具有計數(shù)功能的觸發(fā)器。特點：各位觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不一，只有在前級觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后,后級觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。連線簡單，但速度慢。異步計數(shù)器：計數(shù)脈沖C不是同時加到各位觸發(fā)器。最低位觸發(fā)器由計數(shù)脈沖觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，其他各位觸發(fā)器需由相鄰低位觸發(fā)器輸出的進位脈沖來觸發(fā)。同步計數(shù)器：計數(shù)脈沖同時接到各位觸發(fā)器，特點：工作速度快。但接線較復(fù)雜。各觸發(fā)器狀態(tài)的變換與計數(shù)脈沖同步。三位同步計數(shù)器

計數(shù)脈沖同時加到各位觸發(fā)器上。RDQ0J0K0Q0Q0F0Q1J1K1Q1Q1F1Q2J2K2Q2Q2F2C計數(shù)脈沖一、同步計數(shù)器解題步驟：(1)分析電路組成：JK觸發(fā)器，下跳沿觸發(fā)，同步(2)寫出各輸入端驅(qū)動方程：F0：J0=K0=1F1：J1=K1=Q0F2：J2=K2=Q0Q1(3)列狀態(tài)表：12010301141008000001000011111111000011110000001111000051011111006110110000CJ1=K1=Q0Q2Q1Q0J2=K2=Q0Q1J0=K012345678Q0Q1Q2(4)分析邏輯功能：八進制同步加法計數(shù)器(5)畫波形圖：RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計數(shù)脈沖二、異步計數(shù)器

計數(shù)脈沖不是同時加到各位觸發(fā)器上。

C0=C

K0=1

J0=Q2K1=1

J1=1C1=Q0J2=Q0Q1K2=1C2=C

RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計數(shù)脈沖(1)分析電路組成：JK，下沿觸發(fā)，異步(2)寫出各輸入端驅(qū)動方程：CJ2=Q0Q1K2=1J1=K1=1K0=1

J0=Q2Q2Q1Q0011111011111111111011101011111000010012010301141005000五進制異步加法計數(shù)器。(3)列狀態(tài)表：(4)分析邏輯功能：（5）波形圖：C12345Q0Q1Q2三、中規(guī)模數(shù)字集成電路計數(shù)器

CT74LS290(T1290)二-五-十進制集成計數(shù)器Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF0邏輯功能及外引線排列110

10清零0000Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF0（1）R01、

R02：

置“0”輸入端邏輯功能邏輯功能及外引線排列0置“9”1100Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF0（1）S91、

S92：

置“9”輸入端邏輯功能1

1邏輯功能及外引線排列Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF0計數(shù)功能0011Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF00011輸入脈沖輸出二進制輸入脈沖輸出五進制Q1RDC0&R02R01S91S92&QJKQF1QJKQF2Q2QJKQF3Q3RDRDRDSDSDC1Q0QJKQF00011輸入脈沖輸出十進制CT74LS290功能表輸入輸出Q2Q3R01S92S91R02Q1Q011011011000000001010R01S92S91R02有任一為“0”有任一為“0”計數(shù)清零置9四、任意進制計數(shù)器例：用一片CT74LS290可構(gòu)成十進制計數(shù)器，如將十進制計數(shù)器適當改接，利用其清零端進行反饋清零，則可得出十以內(nèi)的任意進制計數(shù)器。利用反饋置“0”法可用已有的計數(shù)器得出小于原進制的計數(shù)器。反饋置“0”法：當滿足一定的條件時，利用計數(shù)器的復(fù)位端強迫計數(shù)器清零，重新開始新一輪計數(shù)。用一片CT74LS290構(gòu)成十以內(nèi)的任意進制計數(shù)器例：六進制計數(shù)器二進制數(shù)Q3Q2Q1Q0脈沖數(shù)(C)十進制數(shù)0123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890六種狀態(tài)例：六進制計數(shù)器Q3Q2Q1Q000000001001000110100010101100111100010010000六種狀態(tài)

當狀態(tài)0110（6）出現(xiàn)時，將Q2=1，Q1=1送到復(fù)位端R01和R02，使計數(shù)器立即清零。狀態(tài)0110僅瞬間存在。CT74LS290為異步清零的計數(shù)器反饋置“0”實現(xiàn)方法:1111六進制計數(shù)器：S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0計數(shù)脈沖計數(shù)器清零七進制計數(shù)器：S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0計數(shù)脈沖計數(shù)器清零&.二片CT74LS290可構(gòu)成100以內(nèi)的計數(shù)器例：六十進制計數(shù)器S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0計數(shù)脈沖十位個位六進制十進制S92S91Q3Q0Q2Q1R01R02C1C0計數(shù)脈沖21.4555定時器及其應(yīng)用

555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成電路。一、555定時器的結(jié)構(gòu)及工作原理(1)分壓器：由三個等值電阻構(gòu)成(2)比較器：由兩個運放C1和C2構(gòu)成(3)R-S觸發(fā)器(4)放電開關(guān)管T555定時器在工業(yè)控制、定時、檢測、報警等方面有廣泛應(yīng)用。按外部連接不同，可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。結(jié)構(gòu)構(gòu)成：當u+>u-時，輸出“1”當u+<u-時，輸出“0”VAVB輸出端電壓控制端高電平觸發(fā)端低電平觸發(fā)端放電端復(fù)位端UCC分壓器比較器R-S觸發(fā)器放電管地++C1++C2QQRDSD5K5K5KT24567831<2/3UCC<1/3UCC10>2/3UCC>1/3UCC01<2/3UCC>1/3UCC11>2/3UCC<1/3UCC00RDSDV6V2比較結(jié)果1/3UCC不允許2/3UCC++C1++C2..5K5K5KVAVBUCCRDSD562V6V2<2/3UCC<1/3UCC>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC>1/3UCCQT10保持導(dǎo)通截止保持綜上所述，555功能表為：QQRDSDT輸出RDSD101011QT10保持導(dǎo)通截止保持二、由555定時器組成的多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器。UCC++C1++C2QQRDSD...5K5K5KVAVBT13245678(復(fù)位端)(地)uO由555定時器組成的多諧振蕩器接通電源通電前uC=0011100>2/3UCCRD=1SD=0..uCR1R2.+–C充電C放電1<1/3UCC多諧振蕩器工作原理：接通電源，電容C兩端電壓不能突變，uC=0;VA=VB<1/3UCC，故C1=1，C2=0，所以Q=1，Q=0T截止，C、E之間相當于斷開，電源經(jīng)R1R2對C充電。(2)當C充電至uC>2/3UCC時，VA=VB>2/3UCC，故C1=0，

C2=1，所以Q=0，Q=1。T飽和，uC經(jīng)R2、T放電。(3)當uC放電到<1/3UCC時，回到步驟(1)，依次循環(huán)。48562713+UCCuO.uC..CR1R2tp1tp22/3UCC1/3UCCRD=1SD=0Q=1Q=0

T截止Q=0Q=1

T導(dǎo)通RD=0SD=1tp1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)Ctp2=R2Cln2=0.7R2CT=tp1+tp2=0.7(R1+2R2)C接通電源C充電C放電uCtOuOtO.uC.+UCC4876213CR1R25.例：多諧振蕩器構(gòu)成水位監(jiān)控