模擬與數(shù)字電路：第21章 時序邏輯電路

1、觸發(fā)觸發(fā)。 原來的狀態(tài)原來的狀態(tài) 下面介紹下面介紹，“0”和和“1”態(tài)態(tài)；2、；“0”或或“1”兩互補(bǔ)輸出端兩互補(bǔ)輸出端兩輸入端兩輸入端&.G1&.G2反饋線反饋線 觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關(guān)系觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關(guān)系101設(shè)觸發(fā)器原態(tài)設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為為“1”態(tài)。態(tài)。翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)態(tài)(1) SD=1，RD = 0.G1&.&G2設(shè)原態(tài)為設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)態(tài)10觸發(fā)器保持觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變態(tài)不變復(fù)位復(fù)位結(jié)論結(jié)論: 不論觸發(fā)器不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，原來為何種狀態(tài)，當(dāng)當(dāng) SD=1，RD=0時時，將使將使觸發(fā)器置觸發(fā)器置“0”或稱為或稱為復(fù)位復(fù)位。.G1&am

2、p;.&G2設(shè)原態(tài)為設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)態(tài)0翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)態(tài)(2) SD=0，RD = 1.G1&.&G2設(shè)原態(tài)為設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)態(tài)01觸發(fā)器保持觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變態(tài)不變置位置位結(jié)論結(jié)論: 不論觸發(fā)器不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，原來為何種狀態(tài)，當(dāng)當(dāng) SD=0，RD=1時時，將使將使觸發(fā)器置觸發(fā)器置“1”或稱為或稱為置位置位。.G1&.&G2設(shè)原態(tài)為設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)態(tài)1保持為保持為“0”態(tài)態(tài)(3) SD=1，RD = 1.G1&.&G2設(shè)原態(tài)為設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)態(tài)11觸發(fā)器保持觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變態(tài)不變當(dāng)當(dāng) SD=1，RD=1時時，觸發(fā)

3、器保持原來的觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)，狀態(tài)，即即觸發(fā)器具觸發(fā)器具有保持、記憶功能有保持、記憶功能。.G1&.&G2110011111110若若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)態(tài)“1”態(tài)態(tài)(4) SD=0，RD = 0 當(dāng)信號當(dāng)信號SD= RD = 0同時變?yōu)橥瑫r變?yōu)?時，由時，由于與非門的翻轉(zhuǎn)于與非門的翻轉(zhuǎn)時間不可能完全時間不可能完全相同，觸發(fā)器狀相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是態(tài)可能是“1”態(tài)，態(tài)，也可能是也可能是“0”態(tài)，態(tài)，不能根據(jù)輸入信不能根據(jù)輸入信號確定。號確定。.G1&.&G210邏輯符號邏輯符號QQSDRDSDRDQ1 0 0 置置00 1 1

4、置置11 1 不變不變 保持保持0 0 同時變同時變 1后不確定后不確定功能功能R SnQ1nQ功 能0 0 00 0 1不 用不 用不 允 許0 1 00 1 10001nQ置 01 0 01 0 11111nQ置 11 1 01 1 101nnQQ1保 持特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。 Qn0001111000011011RS次態(tài)次態(tài)Qn+1的卡諾圖的卡諾圖約束條件 1)(1SRQRSQRSQnnn特性方程特性方程 觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Q Qn+1n+1

5、與輸入及現(xiàn)態(tài)與輸入及現(xiàn)態(tài)Q Qn n之間的邏輯關(guān)系式之間的邏輯關(guān)系式狀態(tài)圖狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖011/1/10/01/當(dāng)觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時，若輸入信號 01或11，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；RS當(dāng)觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時，若輸入信號 10或11，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；RSRS若 10，觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。RS若 01，觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。波形圖波形圖反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形稱為反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖波形圖RSQQ置置1置置0置置1置置1

6、置置1保持保持不允許不允許基本基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在無外來觸發(fā)信號作用時，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號有效時，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件?；镜腞S觸發(fā)器動作特點(diǎn)是當(dāng)R、S端的置0信號或置1信號一出現(xiàn)，輸出狀態(tài)就可能隨之發(fā)生變化。觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換沒有一個統(tǒng)一的節(jié)拍，這不僅使電路的抗干擾能力下降，也不便于多個觸發(fā)器同步工作。在實際使用中，經(jīng)常要求觸發(fā)器按一定的節(jié)拍翻轉(zhuǎn)，為此，需要加入一個時鐘控制端CP，只有

7、在CP端出現(xiàn)時鐘脈沖時，觸發(fā)器的狀態(tài)才能變化。具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器，又稱為同步觸發(fā)器，因為觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖同步。基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器導(dǎo)引電路導(dǎo)引電路& G4SR& G3C.& G1& G2.SDRDQQ當(dāng)當(dāng)C=0時時01111.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C當(dāng)當(dāng) C = 1 時時1打開打開11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C當(dāng)當(dāng) C = 1 時時1(1) S=0, R=00011觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)由觸發(fā)

8、器狀態(tài)由R，S 輸入狀態(tài)決定。輸入狀態(tài)決定。11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C1101010(2) S = 0, R= 1觸發(fā)器置觸發(fā)器置“0”(3) S =1, R= 0觸發(fā)器置觸發(fā)器置“1”11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C1110011110Q=1Q=011(4) S =1, R= 1當(dāng)時鐘由當(dāng)時鐘由 1變變 0 后后 觸發(fā)器狀態(tài)不定觸發(fā)器狀態(tài)不定11.& G1& G2.SDRDQQ& G4SR& G3C0 0 SR0 1 01 0 11 1 不

9、定不定Qn+1QnQn+1時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號邏輯符號QQSR CSDRD跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)不定不定不定不定QQ10 0 SR0 1 01 0 11 1 不定不定Qn+1QnG3 G4G1 G2 S RDG1 G2CPQ Q(a) D 觸發(fā)器的構(gòu)成1D D CP 1D C1Q Q(c) 邏輯符號CPG3 G4&Q Q(b) D 觸發(fā)器的簡化電路SR&將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：DQDDQRSQnnn1CP=1期間有效期間有效4、同步、同步JK觸發(fā)器觸發(fā)器G3 G4G1 G2J CP KJ CP KJ CP KQ

10、QJ CP KQ QQ Q(a) 邏輯電路(b) 曾用符號1J C1 1KQ Q(c) 國標(biāo)符號&將S=JQn、R=KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步JK觸發(fā)器的特性方程：nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ1CP=1期間有效期間有效CP J K QnQn+1功能0 QnnnQQ1保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1保持1 0 1 01 0 1 10001nQ 置 01 1 0 01 1 0 11111nQ 置 11 1 1 01 1 1 110nnQQ1翻轉(zhuǎn)特性表特性表JK=00時不變時不變JK=01時置時置0JK=10時置時置1JK=11時翻轉(zhuǎn)時翻轉(zhuǎn)C0 0

11、SR 0 1 0 1 0 1 1 1 不定不定Qn+1QnQ=SQ=R從觸發(fā)器從觸發(fā)器主觸發(fā)器主觸發(fā)器C CR CF主主QJKQSRS CF從從QQQQSDRD1互補(bǔ)時互補(bǔ)時鐘控制鐘控制主、從主、從觸發(fā)器觸發(fā)器不能同不能同時翻轉(zhuǎn)時翻轉(zhuǎn)nSJQnRKQ0101RS CF從從QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C0110F主主封鎖封鎖0RS CF從從QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC C01C01010010C高電平時觸發(fā)器接高電平時觸發(fā)器接收信號并暫存（即收信號并暫存（即F主主狀態(tài)由狀態(tài)由J、K決定，決定，F(xiàn)從從狀態(tài)保持不變）。狀態(tài)保持不變）。要求要求C高電平期間高電平期間J、K

12、的狀態(tài)保持不變。的狀態(tài)保持不變。C下降沿下降沿( )觸發(fā)器翻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)（ F從從狀態(tài)與狀態(tài)與F主主狀狀態(tài)一致）。態(tài)一致）。C低電平時低電平時,F主主封鎖封鎖J、K不起作用不起作用CRS CF從從QQQQSDRD1R CF主主QJKQSC 電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)邏輯符號邏輯符號主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號直接控制的問題，具有CP1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。輸入信號J、K之間沒有約束。存在一次變化問題。1、邊沿觸發(fā)器的邏輯符號在每一個CP上升沿時刻，觸發(fā)器均根據(jù)當(dāng)時輸入信號D的狀態(tài)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，其他時刻觸發(fā)器維持原態(tài)不變。 D Qn+1 0101J K Q

13、n+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 QnD1 CQJKSDRDQ仍為下降沿仍為下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)T CQJKSDRDQ(保持功能保持功能)(計數(shù)功能計數(shù)功能)J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 QnTCQD=QD Qn+1 0101 CQQD 時序邏輯電路又稱時序電路，它主要由存儲電路和組合邏輯電路兩部分組成。 根據(jù)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況的不同，時序邏輯電路分為: 同步時序邏輯電路：觸發(fā)器的時鐘輸入端CP都連在一起。 異步時序邏輯電路：時鐘脈沖只觸發(fā)部分觸發(fā)器，其余觸發(fā)器則是由電路內(nèi)信號觸發(fā)的。 基本分析步驟如下:1寫方程式：輸出方程 、驅(qū)動方程 、

14、狀態(tài)方程;2列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表;3邏輯功能的說明;4畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖20nnYQ Q00120120210201,1;,;,;nnnnnnnJKJQ QKQ QJQ QKQ100000011111 121020112222221020;nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQJ QK QQQJ QK QQ Q QQ Q QQJ QK QQ Q QQ Q 驅(qū)動方程： 狀態(tài)方程： 輸出方程：該電路在輸入第6個計數(shù)脈沖CP后，返回原來的狀態(tài)，同時輸出端Y輸出一個進(jìn)位脈沖。因此，該電路為同步6進(jìn)制加法計數(shù)器（有自啟動功能）。 按功能分按功能分清零清零寄存指令寄存指令RD.QDF0d0Q0.Q.D

15、F1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q3000011011101觸發(fā)器狀態(tài)不變觸發(fā)器狀態(tài)不變動畫動畫清零清零D1移位脈沖移位脈沖23410111QQ3Q1Q2RD000000010011101110111 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ從高位向低從高位向低位依次輸入位依次輸入動畫動畫111010110011000輸出輸出清零清零D10111QQ3Q1Q2RD10111 1QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脈沖移位脈沖786動畫動畫0001123移位脈沖移位脈沖Q2 Q1 Q0移位過程移位過程Q3寄寄 存存 數(shù)數(shù) 碼碼 D001110000清清

16、 零零110左移一位左移一位001011左移二位左移二位01011左移三位左移三位10114左移四位左移四位101并并 行行 輸輸 出出1 清零清零0DQ2SDRDd2&F2Q1SDRDd1&F1Q0SDRDd0&F0DDQ3SDRDd3&F3DDCF3F2F1F0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3F3F2F1F0dQ0Q1Q2Q3F3F2F1F0d0d1d2d3Q3Q3F3F2F1F0d既能左移也能右移。既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ01&111&1&.RDCS左移輸入左移輸入 待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由 低位至高低位至高 位依次輸入位依次

17、輸入待輸數(shù)據(jù)由待輸數(shù)據(jù)由高位至低位高位至低位依次輸入依次輸入101右移輸入右移輸入移位控制端移位控制端000000&010動畫動畫右移右移串行串行輸入輸入左移左移串行串行輸入輸入UCCQ0Q1Q2Q3M1M0 CP16151413121110913456782D0D1D2D3DSRDSL CRGNDCT74LS194并行輸入并行輸入1010清零清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖三位異步二進(jìn)制加法計數(shù)器三位異步二進(jìn)制加法計數(shù)器在電路圖中在電路圖中J、懸空表示懸空表示J、K=1 當(dāng)相鄰低位觸發(fā)當(dāng)相鄰低位觸發(fā)器由器由1變變 0 時翻轉(zhuǎn)時翻轉(zhuǎn)異步二進(jìn)制加

18、法器工作波形異步二進(jìn)制加法器工作波形 每個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時間有先后，每個觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時間有先后，與計數(shù)脈沖不同步與計數(shù)脈沖不同步C12345678Q0Q1Q2？思考思考1、各觸發(fā)器、各觸發(fā)器C應(yīng)如何連接？應(yīng)如何連接？CRDQDQQ0F0QDQQ0F0QDQQ3F3nnnnQQQQCO0123nnnnnnQQQKJQQKJQKJKJ0123301220110011000000111111010112222210210213333321032103nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQJ QK QQQJ QK QQ QQ QQJ QK QQ Q QQ Q QQJ QK QQ

19、 Q Q QQ Q Q Q電路在輸入第十六個計數(shù)脈沖CP后返回到初始的0000狀態(tài)，同時進(jìn)位輸出端CO輸出一個進(jìn)位信號。因此，該電路為十六進(jìn)制計數(shù)器。68二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0脈沖數(shù)脈沖數(shù)(C)十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)0123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 10 0 0 001234567890RDQJKQF0QJKQF1C計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖QJKQF2QJKQQ3F3Q2Q1Q0Q0Q1Q2Q3C12345678910ROA和ROB為置0輸入端，R9A和R9B為置9輸入端 用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意模值計數(shù)器：用集成計數(shù)器實現(xiàn)任意模值計數(shù)器：MM為要為要設(shè)計的計數(shù)值，設(shè)計的計數(shù)值，N N為集成計數(shù)器的計數(shù)值，為集成計數(shù)器的計數(shù)值，則存在