第十一章時(shí)序邏輯電路6

電工電子技術(shù)烏海職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系ElectricTechnique&ElectronicTechnique電工電子技術(shù)第11章時(shí)序邏輯電路一、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、寄存器三、計(jì)數(shù)器四、時(shí)序邏輯電路分析

學(xué)習(xí)指導(dǎo)教學(xué)要求：

1、掌握：基本R--S觸發(fā)器、Jk觸發(fā)器、D觸發(fā)器的工作原理；

2、熟悉：基本R--S觸發(fā)器、可控R--S觸發(fā)器的構(gòu)成；

3、熟悉：寄存器的工作過(guò)程；計(jì)數(shù)器的工作原理。本章要求1.掌握R－S、J－K、D

觸發(fā)器的邏輯功能及不同結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。2.掌握寄存器、移位寄存器、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能，會(huì)分析時(shí)序邏輯電路。3.學(xué)會(huì)使用本章所介紹的各種集成電路。4.了解集成定時(shí)器及由它組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的工作原理。

電路的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，而且與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)輸入信號(hào)消失后，電路狀態(tài)仍維持不變。這種具有存貯記憶功能的電路稱(chēng)為時(shí)序邏輯電路。時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：

下面介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它是構(gòu)成時(shí)序電路的基本邏輯單元。一、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點(diǎn)：1、有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；2、能根據(jù)輸入信號(hào)將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；3、輸入信號(hào)消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來(lái)，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(chǔ)存一位二進(jìn)制碼。1R－S

觸發(fā)器兩互補(bǔ)輸出端1）.基本R－S觸發(fā)器兩輸入端&QQ.G1&.G2SDRD

正常情況下，兩輸出端的狀態(tài)保持相反。通常以Q端的邏輯電平表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即Q=1，Q=0時(shí)，稱(chēng)為“1”態(tài)；反之為“0”態(tài)。反饋線

觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關(guān)系1001設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)。翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)(1)SD=1，RD=01010QQ.G1&.&G2SDRD

設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)1001110觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變復(fù)位0

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來(lái)為何種狀態(tài)，當(dāng)SD=1，

RD=0時(shí)，

將使觸發(fā)器置“0”或稱(chēng)為復(fù)位。QQ.G1&.&G2SDRD01

設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)011100

翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)(2)SD=0，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD

設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)0110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變置位1

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來(lái)為何種狀態(tài)，當(dāng)SD=0，

RD=1時(shí)，

將使觸發(fā)器置“1”或稱(chēng)為置位。QQ.G1&.&G2SDRD11

設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)010011

保持為“0”態(tài)(3)SD=1，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD

設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變1

當(dāng)SD=1，

RD=1時(shí)，觸發(fā)器保持原來(lái)的狀態(tài)，

即觸發(fā)器具有保持、記憶功能。QQ.G1&.&G2SDRD110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)(4)SD=0，RD=0

當(dāng)信號(hào)SD=RD

=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，由于與非門(mén)的翻轉(zhuǎn)時(shí)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(hào)確定。QQ.G1&.&G2SDRD10若先翻轉(zhuǎn)基本R－S

觸發(fā)器狀態(tài)表邏輯符號(hào)RD(ResetDirect)-直接置“0”端(復(fù)位端)SD(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)QQSDRDSDRDQ100置0011置111不變保持00同時(shí)變1后不確定功能低電平有效2）.同步RS

觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器&G4SR&G3CP.&G1&G2.SDRDQQ時(shí)鐘脈沖當(dāng)CP=0時(shí)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用于預(yù)置觸發(fā)器的初始狀態(tài)，

工作過(guò)程中應(yīng)處于高電平，對(duì)電路工作狀態(tài)無(wú)影響。被封鎖被封鎖當(dāng)CP=1時(shí)1打開(kāi)觸發(fā)器狀態(tài)由R，S

輸入狀態(tài)決定。11打開(kāi)觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻受CP控制（CP高電平時(shí)翻轉(zhuǎn)），而觸發(fā)器的狀態(tài)由R，S的狀態(tài)決定。.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP當(dāng)CP=1時(shí)1打開(kāi)(1)S=0,R=00011觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)由R，S

輸入狀態(tài)決定。11打開(kāi).&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP1101010(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&G3CP1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)S=1,R=1

當(dāng)時(shí)鐘由1變0后觸發(fā)器狀態(tài)不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CP

同步RS狀態(tài)表00SR01010111不定Qn+1QnQn—時(shí)鐘到來(lái)前觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1—時(shí)鐘到來(lái)后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號(hào)QQSR

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

觸發(fā)器的輸出波形RSCP不定不定可控R－S狀態(tài)表CP高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn存在問(wèn)題：時(shí)鐘脈沖不能過(guò)寬，否則出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，即在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次以上。CP克服辦法：采用JK

觸發(fā)器或D

觸發(fā)器00SR01010

111

不定Qn+1QnQ=SQ=R2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CP

CP

CF主JKRS

CF從QQQSDRD1互補(bǔ)時(shí)鐘控制主、從觸發(fā)器,不能同時(shí)翻轉(zhuǎn)2).工作原理01F主打開(kāi)F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號(hào)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(chēng)之為主從觸發(fā)器。F從打開(kāi)F主封鎖0RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C01C01010010C高電平時(shí)觸發(fā)器接收信號(hào)并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(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(shí),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?tīng)顟B(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(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，即具有計(jì)數(shù)功能。(1)J=1,K=101RS

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(shí)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Qn10011100Qn01J

K

Qn

Qn+100011011JK觸發(fā)器狀態(tài)表01010101J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器狀態(tài)表(保持功能)

(置“0”功能)

(置“1”功能)(計(jì)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(shí)鐘控制，低電平有效，觸發(fā)器工作時(shí)SD

、RD應(yīng)接高電平。邏輯符號(hào)

CQJKSDRDQ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&G6CD1).電路結(jié)構(gòu)反饋線3D

觸發(fā)器

&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(dāng)C

=0時(shí)110當(dāng)C

=1時(shí)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&G6CD01（2）D

=10觸發(fā)器狀態(tài)不變1當(dāng)C

=0時(shí)111當(dāng)C

=1時(shí)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(hào)DCQQRDSDC上升沿前接收信號(hào)，上降沿時(shí)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(huì)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)二、寄存器

寄存器是數(shù)字系統(tǒng)常用的邏輯部件，它用來(lái)存放數(shù)碼或指令等。它由觸發(fā)器和門(mén)電路組成。一個(gè)觸發(fā)器只能存放一位二進(jìn)制數(shù)，若要存放n

位二進(jìn)制，需要n個(gè)觸發(fā)器。按功能分?jǐn)?shù)碼寄存器移位寄存器1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101011112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(lái)一個(gè)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(dòng)一位。按移位方式分類(lèi)單向移位寄存器雙向移位寄存器寄存數(shù)碼1）.單向移位寄存器清零D1移位脈沖23410111QQ3Q1Q2RD0000000100101011010110111011QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3數(shù)據(jù)依次向左移動(dòng)，稱(chēng)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輸出再輸入四個(gè)移位脈沖，1011由高位至低位依次從Q3端輸出。串行輸出方式清零D10111QQ3Q1Q2RD10111011QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脈沖786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(guò)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并行輸出再繼續(xù)輸入四個(gè)移位脈沖,從Q3端串行輸出1011數(shù)碼寄存器分類(lèi)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三、計(jì)數(shù)器

計(jì)數(shù)器是數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)中廣泛應(yīng)用的一種邏輯部件，可累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，可用于定時(shí)、分頻、時(shí)序控制等。分類(lèi)加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器(按計(jì)數(shù)功能)異步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器(按計(jì)數(shù)脈沖引入方式)

二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器

N

進(jìn)制計(jì)數(shù)器(按計(jì)數(shù)制)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

按二進(jìn)制的規(guī)律累計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，它也是構(gòu)成其它進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)。要構(gòu)成n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，需用n個(gè)具有計(jì)數(shù)功能的觸發(fā)器。1）.異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖C不是同時(shí)加到各位觸發(fā)器。最低位觸發(fā)器由計(jì)數(shù)脈沖觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，其他各位觸發(fā)器有時(shí)需由相鄰低位觸發(fā)器輸出的進(jìn)位脈沖來(lái)觸發(fā)，因此各位觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，只有在前級(jí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后,后級(jí)觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。

二進(jìn)制數(shù)

Q2

Q1

Q0

000010012010301141005101611071118000脈沖數(shù)(C)二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表

從狀態(tài)表可看出：最低位觸發(fā)器來(lái)一個(gè)脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，每個(gè)觸發(fā)器由1變?yōu)?時(shí)，要產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào),

這個(gè)進(jìn)位信號(hào)應(yīng)使相鄰的高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。1010

當(dāng)J、K=1時(shí)，具有計(jì)數(shù)功能，每來(lái)一個(gè)脈沖觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次。在電路圖中J、Ｋ懸空表示J、K=1清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計(jì)數(shù)脈沖三位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)每來(lái)一個(gè)C翻轉(zhuǎn)一次

當(dāng)相鄰低位觸發(fā)器由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)異步二進(jìn)制