電工學(xué)-第13章時序邏輯電路.ppt

1、第13章 時序邏輯電路,13.1 基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,13.2鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,13.3寄存器,13.4計數(shù)器,13.5集成定時器,下一章,上一章,返回主頁,大連理工大學(xué)電氣工程系,2,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器： 由門電路加上適當(dāng)?shù)姆答伓鴺?gòu)成的一種新 的邏輯部件。,雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與門電路區(qū)別： 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出電平的高低不僅取決于 當(dāng)時的輸入，還與以前的輸出狀態(tài)有關(guān)，是有 記憶功能的邏輯部件。,13.1 基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,大連理工大學(xué)電氣工程系,3,邏輯狀態(tài)相反,觸發(fā)器的狀態(tài)：,Q = 0,Q = 1,規(guī)定: Q 端的狀態(tài)為 觸發(fā)器的狀態(tài)。,一、輸入為低電平有效的基本 RS 觸發(fā)器,復(fù)位狀態(tài),置位狀態(tài),1.

2、電路,大連理工大學(xué)電氣工程系,4,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,0,1,2. 邏輯功能,Qn,1 1,保持原態(tài),大連理工大學(xué)電氣工程系,5,0,0,：直接置 0 端 直接復(fù)位端,0,1 0,置 0,0 1,大連理工大學(xué)電氣工程系,6,1,1,：直接置 1 端 直接置位端,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,Qn,Qn+1,Qn,0,1,0 1,置 1,1 0,大連理工大學(xué)電氣工程系,7,1,1,負(fù)脈沖有效,0 1 0 1 0 1 0 1,1 1 0 1 1 0 0 0,Qn,Qn+1,Qn,0,1,不定,0 0,不定,1 1,大連理

3、工大學(xué)電氣工程系,8,0 0 不定 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn,3. 真值表,4. 邏輯符號,大連理工大學(xué)電氣工程系,9,二、輸入為高電平有效的基本 RS 觸發(fā)器,1. 電路,2. 真值表,3. 邏輯符號,R 和 S 端部不加一個小 圓圈，表示輸入信號為 高電平有效。,大連理工大學(xué)電氣工程系,10,一、RS 觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),四門鐘控型電路結(jié)構(gòu) 門 1、2 組成基本 RS 觸發(fā)器，門 3、4 組成 導(dǎo)引電路。,13.2 鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,時鐘脈沖：指揮各觸發(fā)器動作的信號。 鐘控觸發(fā)器：又稱同步觸發(fā)器。,按邏輯功能分類： RS 觸發(fā)器、JK 觸發(fā)器、 D 觸發(fā)器、T 觸發(fā)器。,大

4、連理工大學(xué)電氣工程系,11,2. 邏輯功能,(1) CP = 0 時,0,導(dǎo)引門 3、4 被封鎖。,觸發(fā)器保持原態(tài)： Qn+1 = Qn,設(shè)置初態(tài)為 1,設(shè)置初態(tài)為 0,大連理工大學(xué)電氣工程系,12,1,(2) CP = 1 時,導(dǎo)引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。,0 0,1 1,Qn,保持原態(tài),大連理工大學(xué)電氣工程系,13,1,(2) CP = 1 時,導(dǎo)引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。,1 0,0 1,Qn,1 0,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,14,1,(2) CP = 1 時,導(dǎo)引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。,0 1,1 0,Qn,0 1,1,0,大

5、連理工大學(xué)電氣工程系,15,1,(2) CP = 1 時,導(dǎo)引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。,1 1,0 0,Qn,1 1,1,0,不定,大連理工大學(xué)電氣工程系,16,3. 觸發(fā)方式,電平觸發(fā)方式,CP 1 接受信號，并立即輸出相應(yīng)信號：高電平觸發(fā) CP 0 接受信號，并立即輸出相應(yīng)信號：低電平觸發(fā),大連理工大學(xué)電氣工程系,17,例 13.2.1 已知高電平觸發(fā) RS 觸發(fā)器，R 和 S 端的輸入 波形如圖所示，而且已知觸發(fā)器原為 0 態(tài)，求輸出端 Q 的波形。,R,S,CP,Q,多次翻轉(zhuǎn),解,大連理工大學(xué)電氣工程系,18,二、JK 觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),R = K Qn,主從型

6、電路結(jié)構(gòu),從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定,CP：0 1 主觸發(fā)器打開 接受信號 從觸發(fā)器關(guān)閉 輸出狀態(tài) 不變 CP：1 0 主觸發(fā)器關(guān)閉 不接受信號 從觸發(fā)器打開 輸出相應(yīng)狀態(tài),大連理工大學(xué)電氣工程系,19,2. 邏輯功能,Qn,1,0 0,0 0,保持不變,R = K Qn,大連理工大學(xué)電氣工程系,20,2. 邏輯功能,Qn,0,1,0 1,0 1,0 1,R = K Qn,大連理工大學(xué)電氣工程系,21,2. 邏輯功能,Qn,0,1,1 0,1 0,1 0,R = K Qn,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,22,2. 邏輯功能,Qn,0,1,1 1,1 0,原態(tài)：0 1,R = K Qn

7、,1,新態(tài)：1 0,大連理工大學(xué)電氣工程系,23,2. 邏輯功能,Qn,0,1,1 1,0 1,原態(tài)：1 0,R = K Qn,1,新態(tài)：0 1,大連理工大學(xué)電氣工程系,24,真值表,JK 觸發(fā)器具有功能： 記憶 置數(shù) (置 0 和置 1) 計數(shù),3. 觸發(fā)方式 (1) CP = 1 ( 或 0 ) 時主觸發(fā)器接收信號，從觸發(fā)器關(guān)閉。 (2) CP = 0 ( 或 1 ) 時主觸發(fā)器關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸 發(fā)器的信號。, 主從觸發(fā)。,大連理工大學(xué)電氣工程系,25,(a) 后沿主從觸發(fā),(b) 前沿主從觸發(fā),后沿主從觸發(fā) 前沿主從觸發(fā),大連理工大學(xué)電氣工程系,26, 觸發(fā)器輸出的狀態(tài)，由 CP

8、前沿所對應(yīng)的 J 和 K 決定。 觸發(fā)器輸出相應(yīng)狀態(tài)的時間卻在 CP 后沿到來時。 在 CP 有效期間輸入信號不應(yīng)變化，不發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。,例13.2.2 已知后沿主從觸發(fā) 的 JK 觸發(fā)器， J 和 K 端的輸入信號波形如圖所示，而且已知觸發(fā)器原 為 0 態(tài)，求輸出端 Q 的波形。,解,注意：,大連理工大學(xué)電氣工程系,27,三、D 觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu),維持阻塞型,特點： 在 CP = 1 期 間，即使輸入信 號變化，輸出狀 態(tài)不會改變，只 有等下一個 CP 1，輸出狀態(tài) 由輸入信號決定。,大連理工大學(xué)電氣工程系,28,2. 邏輯功能 (1) 當(dāng)CP = 0 時,S = R = 1,門

9、5 和門 6 打開， 可接受輸入信號D,A=D,門 3 和門 4 關(guān)閉,0,大連理工大學(xué)電氣工程系,29,D,1,(2) 當(dāng)CP 由 0變1 時 門 3 和門 4 打開,則 Q = D,R = D,D =,= D,大連理工大學(xué)電氣工程系,30,(3) 當(dāng) CP = 1 時 輸入信號被封鎖,門 3 和門 4 始終 打開，S 和 R 的 狀態(tài)是互補(bǔ)的。 如果： R = D = 0,門 6 被關(guān)閉！ D 的變化不能傳 遞到 S、R 端。,1,0,1,0,0,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,31,1,0,1,0,如果,門 4 和門 5 同時 被關(guān)閉！ D 的變化不能傳 遞到 S、R 端。,1,0,1,0,

10、大連理工大學(xué)電氣工程系,32,真值表,0 1,0 1,3. 觸發(fā)方式 在跳變沿觸發(fā)。,(a) 上升沿觸發(fā),(b)下升沿觸發(fā),大連理工大學(xué)電氣工程系,33,例13.2.3 已知上升沿觸發(fā) D 觸發(fā)器 D 端的輸入 信號波形，而且 觸原為 0 態(tài)，求輸出端 Q 的波形。,1 2 3 4,Q,CP,D,D 的變化對 Q 無影響,解,大連理工大學(xué)電氣工程系,34,四、T 觸發(fā)器,0 1,Qn,相同邏輯功能的觸發(fā)器，電路結(jié)構(gòu)不同， 觸發(fā)方式就不同。 不同邏輯功能的觸發(fā)器可相互轉(zhuǎn)換，但是 邏輯功能改變,觸發(fā)方式不變。,大連理工大學(xué)電氣工程系,35,(1) 將主從型 JK 觸發(fā)器改接成 T 觸發(fā)器,J =

11、K =,0,1, Qn+1 = Qn,邏輯符號,主從觸發(fā) T 觸發(fā)器,大連理工大學(xué)電氣工程系,36,(2) 將維持阻塞型 D 觸發(fā)器改接成 T 觸發(fā)器,邊沿觸發(fā) T 觸發(fā)器,(a) 改接方法,(b) 邏輯符號,大連理工大學(xué)電氣工程系,37,例13.2.4 是供四組人員參加智力競賽的搶答電路。其中采用了四個D 觸發(fā)器的集成電路，試分析電路的工作過程。,大連理工大學(xué)電氣工程系,38,+UCC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,時鐘脈沖,1,0 0 0 0,發(fā)光二極管不亮,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,39,0 0 0 0,1,1,1,0,1,0,+U

12、CC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,時鐘脈沖,1,按其他按鈕不起作用,大連理工大學(xué)電氣工程系,40,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,一、數(shù)碼寄存器,預(yù)先清零,0 0 0 0,清零指令,0,0,1,0 0 0 0,0 0 0 0,13.3 寄 存 器,大連理工大學(xué)電氣工程系,41,0 0 0 0,0 0 0 0,寄存數(shù)碼,取出數(shù)碼,1 1 0 1,1 1 0 1,1 1 0 1,并行輸入 并行輸出,寄存指令,取出指令,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,大連理工大學(xué)電氣工程系,42,二、移位寄存器,按移位方向的不同

13、,右移位寄存器 左移位寄存器 雙向移位寄存器,數(shù)碼 取出端,數(shù)碼存入端,1 1 0 1,0 0 0 0,1 0 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 1 0 1,清零,大連理工大學(xué)電氣工程系,43,移位寄存器狀態(tài)表,串行輸入 串行輸出,大連理工大學(xué)電氣工程系,44,移位寄存器的波形圖：,大連理工大學(xué)電氣工程系,45,13.4 計 數(shù) 器,按計數(shù)方式 加法計數(shù)器、減法計數(shù)器、可逆計數(shù)器。 按觸發(fā)方式 同步計數(shù)器、異步計數(shù)器。 按進(jìn)位制 二進(jìn)制計數(shù)器、十進(jìn)制計數(shù)器、 任意進(jìn)制計數(shù)器。,一、二進(jìn)制計數(shù)器,大連理工大學(xué)電氣工程系,46,1 0 0 0 (8),0 1 1 1 (7),異步二進(jìn)制加

14、法計數(shù)器,大連理工大學(xué)電氣工程系,47,Q1 Q2 Q3 Q4,1 4 7 10 13 15 16,十六分頻,四分頻,八分頻,二分頻,二進(jìn)制加法計數(shù)器波形圖：,大連理工大學(xué)電氣工程系,48,CP,Q4 Q3 Q2 Q1,Q4 Q3 Q2 Q1,0 1 2 6 7 8 9 15 16,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0,移位寄存器狀態(tài)表,大連理工大

15、學(xué)電氣工程系,49,二、十進(jìn)制計數(shù)器,0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 進(jìn)位,0 0 0 0,十進(jìn)制計數(shù)器狀態(tài)表,大連理工大學(xué)電氣工程系,50,J1K11,J3K3Q2Q1 J4Q3Q2Q1， K4Q1,K2Q1,大連理工大學(xué)電氣工程系,51,十進(jìn)制加法計數(shù)器波形圖：,大連理工大學(xué)電氣工程系,52,一、555集成定時器,13.5 集成定時器,電源端,放電端,GND,低電平 觸發(fā)端,高電平 觸發(fā)端,電壓 控制端,復(fù)位端,輸出端,大連

16、理工大學(xué)電氣工程系,53,8,8,R S,Q,Q,+UDD,TH,CO,TL,D,MOS,uO,8,7,4,5,3,2,1,RD,+,+ ,+,R R R,6,+ ,U6 ,時：R = 0,Q = 0, MOS 管導(dǎo)通,U2 ,時：S= 0,Q = 1,MOS 管截止,大連理工大學(xué)電氣工程系,54,555 集成定時器狀態(tài)表,大連理工大學(xué)電氣工程系,55,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 0,例13.5.1 如圖所示是利用 集成定時器組成的溫度控制電路。 試分析該電路的工作原理。,切斷加熱器,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 1,接通加熱器。,8 4,1 5,6 2 3 7,R1 R

17、2 R3,555,+UDD,uo,0.01F,解,大連理工大學(xué)電氣工程系,56,二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,特點： 在外來觸發(fā)信號 的作用下，能夠由穩(wěn) 態(tài)翻轉(zhuǎn)成另一暫穩(wěn)狀 態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一 定時間后，又會自動 返回到穩(wěn)態(tài)。,只有一個穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器。,大連理工大學(xué)電氣工程系,57,無輸入信號時： uI = 1, 設(shè) Q = 1,Q = 0, 7 端接通，C 放電, U6, 設(shè) Q = 0,Q 維持 0 態(tài)。,MOS管截止，7 端斷開,電容 C 充電, uC = u6, Q = 0, 7 端接地，C 不能充電，,觸發(fā)器的穩(wěn)態(tài)為: uO = Q = 0,大連理工大學(xué)電氣工程系,58,(1) t = 0 t1時

18、，uI 未輸入：,uO = 0,(2) t = t1 t2時，輸入觸發(fā)脈沖 uI ：,u2 = ui , uO= 1,C充電:,uC = u6 ,(3) t t2 時，uI 消失，,u2=uI ,C 繼續(xù)充電：uC = u6 ,，uO= Q = 1,大連理工大學(xué)電氣工程系,59,(4) t t3 時, uO= Q = 0,C 放電, uO= Q = 0,暫穩(wěn)態(tài),tW = t ln3= 1.1RC,大連理工大學(xué)電氣工程系,60,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)表,3,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,61,例13.5.2 洗相曝光定時電路。它是在集成定時器 組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出端接一繼電器 KA 的線圈， 并用繼電器的動合和動斷觸點控制曝光用的紅燈和白燈。 控制信號由按鈕 SB 發(fā)出。圖中二極管 D1 起隔離作用， D2 起防止繼電器線圈