電子技術(shù)新第7章時(shí)序邏輯電路的課件

1、第 7 章時(shí)序邏輯電路1第7章 時(shí)序邏輯電路 第1節(jié) 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 第2節(jié)寄存器 第3節(jié)計(jì)數(shù)器 第4節(jié)555定時(shí)器及其應(yīng)用 第5節(jié)時(shí)序邏輯電路應(yīng)用舉例2第7章 重點(diǎn)各種觸發(fā)器，包括符號(hào)、功能、觸發(fā)方式數(shù)碼寄存器、移位寄存器的電路組成和工作原理計(jì)數(shù)器的電路組成和工作原理（加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器、二進(jìn)制、十進(jìn)制、其它進(jìn)制）555定時(shí)器的三種基本應(yīng)用3觸發(fā)器：它的輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功能，是一種存儲(chǔ)元件，它是組成時(shí)序電路的基本元件。 觸發(fā)器按穩(wěn)定工作狀態(tài)可分為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又稱多諧振蕩器。按電路的結(jié)構(gòu)形式可分為

2、基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。按功能可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等等。觸發(fā)器狀態(tài)的改變受外部觸發(fā)信號(hào)的控制。不同的結(jié)構(gòu)形式有不同的觸發(fā)方式，這些觸發(fā)方式分為直接電平觸發(fā)方式、電平觸發(fā)方式、脈沖觸發(fā)方式和邊沿觸發(fā)方式等。我們在學(xué)習(xí)觸發(fā)器時(shí)，應(yīng)注意掌握觸發(fā)器的邏輯符號(hào)、邏輯功能和觸發(fā)方式，這樣才能知道觸發(fā)器的狀態(tài)何時(shí)發(fā)生變化，以及變成何種狀態(tài)。 第1節(jié) 觸發(fā)器4一、RS觸發(fā)器&DG1&DG1反饋兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸出端QQSDRD1、基本RS觸發(fā)器5&DG1&DG2輸入RD=0, SD=1時(shí)若原狀態(tài)：11001010輸出仍保持：6&DG1&DG2輸入RD=0,

3、SD=1時(shí)若原狀態(tài)：01111010輸出變?yōu)椋?輸入RD=1, SD=0時(shí)若原狀態(tài)：10101011輸出變?yōu)椋?DG1&DG28輸入RD=1, SD=0時(shí)若原狀態(tài)：00110101輸出保持：&DG1&DG29輸入RD=1, SD=1時(shí)若原狀態(tài)：10111001輸出保持原狀態(tài)：&DG1&DG210輸入RD=1, SD=1時(shí)若原狀態(tài)：01110110輸出保持原狀態(tài)：&DG1&DG211輸入RD=0, SD=0時(shí)0011輸出全是1但當(dāng)RD=SD=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，翻轉(zhuǎn)快的門輸出變?yōu)?，另一個(gè)不得翻轉(zhuǎn)。&DG1&DG212基本觸發(fā)器的功能表 基本RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時(shí)隨輸入狀態(tài)的變化而變化，是由輸入端

4、直接以電平的方式觸發(fā)改變觸發(fā)器的狀態(tài)，是直接低電平觸發(fā)方式，邏輯符號(hào)中輸入端靠近矩形框處的非號(hào)“”說明它是用低電平觸發(fā)。 132、鐘控 RS觸發(fā)器&DG1&DG2&DG3&DG4CP時(shí)鐘信號(hào)直接置0或置1RDSDRSCQ14&DG1&DG2&DG3&DG4CPCP=0時(shí)011觸發(fā)器保持原態(tài)15CP=1時(shí)1&DG1&DG2&DG3&DG4CP16RS觸發(fā)器的功能表17簡化的功能表Qn+1 -下一狀態(tài)（CP過后） Qn -原狀態(tài) 同步RS觸發(fā)器是電平觸發(fā)方式，在CP的高電平期間，觸發(fā)器的輸出隨輸入的變化而變化；在CP的低電平期間，輸入信號(hào)被封鎖，觸發(fā)器保持不變。由于控制門的倒相作用，同步RS觸發(fā)器

5、是用高電平去復(fù)位和置位的。 18例：畫出RS觸發(fā)器的輸出波形 。CPRSQSetReset使輸出全為1CP撤去后狀態(tài)不定19KJJK觸發(fā)器的功能最完善，有兩個(gè)控制端J、K。二、 JK觸發(fā)器R2S2CF從R1S1CF主CP120JK觸發(fā)器的功能=0=0被封鎖保持原態(tài)J=K=0時(shí)：KJR2S2CF從R1S1CF主CP121JK觸發(fā)器的功能=1=1相當(dāng)于T觸發(fā)器T=1J=K=1時(shí)：KJR2S2CF從R1S1CF主CP122JK觸發(fā)器的功能=0=1 Qn=0時(shí)01Qn+1=11J=1，K=0時(shí)：分兩種情況（Q=0,Q=1）KJR2S2CF從R1S1CF主CP123JK觸發(fā)器的功能=0=1 Qn=1時(shí)1

6、000F主被封保持原態(tài)Qn+1 =1KJR2S2CF從R1S1CF主CP124JK觸發(fā)器的功能=1=0Qn+1=0同樣原理：J=0，K=1時(shí)：KJR2S2CF從R1S1CF主CP125功能表邏輯符號(hào)RDSDCQKJ26時(shí)序圖CPKJQJQ 保持翻轉(zhuǎn)27思考題1、什么是雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？2、觸發(fā)器有哪幾種觸發(fā)方式？3、什么是空翻現(xiàn)象？習(xí)題：P372 7.6.2， 7.6.3 , 7.6.528三、 D觸發(fā)器D&c&d&a&bCP輸入端29CP=0時(shí)，a、b門被堵，輸出保持原態(tài)：011保持D&c&d&a&bCP30CP=1時(shí)，a、b門被打開，輸出由D決定：若D=01011001D&c&d&a&bCP3

7、1CP=1時(shí)，a、b門被打開，輸出由D決定：若D=11100110D&c&d&a&bCP32功能表邏輯符號(hào)RDSDDCQ例：畫出D觸發(fā)器的輸出波形。CPDQ33RDSDDCQT觸發(fā)器RDSDCQKJTT觸發(fā)器34集成D觸發(fā)器及其應(yīng)用例：四人搶答電路。四人參加比賽，每人一個(gè)按鈕，其中一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈亮。并且，其它按鈕按下時(shí)不起作用。電路的核心是74LS175四D觸發(fā)器。它的內(nèi)部包含了四個(gè)D觸發(fā)器，各輸入、輸出以字頭相區(qū)別，管腳圖見下頁。35CLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQ1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3D時(shí)鐘請零UCC公用清零公用時(shí)鐘74LS175

8、管腳圖36+5VD1D2D3D4 CLRCP& 1& 2& 2清零CP賽前先清零0輸出為零發(fā)光管不亮37D1D2D3D4 CLRCP+5V& 1& 2& 2清零CP1反相端都為11開啟38D1D2D3D4 CLRCP& 1& 2& 2清零CP+5V若有一按鈕被按下，比如第一個(gè)鈕。=1=000被封這時(shí)其它按鈕被按下也沒反應(yīng)39第2節(jié) 寄存器 一、 數(shù)碼寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取數(shù)脈沖接收脈沖( CP )四位數(shù)碼寄存器并行輸入并行輸出40二、 移位寄存器 所謂“移位”，就是將寄存器所存各位 數(shù)據(jù)，在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右移動(dòng)一位。根據(jù)移位方向

9、，常把它分成左移寄存器、右移寄存器 和 雙向移位寄存器三種：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器雙向移位(c)41 根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，又可將它分為串行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出、并行輸入串行輸出和并行輸入并行輸出四種電路結(jié)構(gòu)：FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF串入串出串入并出并入串出并入并出42QQDQQDQQDQQD&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位脈沖CP0串行輸出數(shù) 據(jù) 預(yù) 置 3210存數(shù)脈沖清零脈沖四位串入 - 串出的左移寄存器初始狀態(tài)： 設(shè)A3A2A1A0 1011 在存數(shù)脈沖作用下，也有 Q3Q2Q1Q0 1011 。D0

10、0D1 Q0D2 Q1D3 Q2QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出3210 下面將重點(diǎn)討論 蘭顏色的 那部分電路的工作原理。43D0 0D1 Q0D2 Q1D3 Q2QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出32101 0 1 10 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設(shè)初態(tài) Q3Q2Q1Q0 1011CP11010011001100010000000044QQDQQDQQDQQD移位脈沖CPL串行輸出3210四

11、位串入 - 串出的左移寄存器：D0 LD1 Q0D2 Q1D3 Q2QDQQ3DQDQD移位脈沖CPR串行輸出Q1Q2Q0四位串入 - 串出的右移寄存器：D1 Q2D2 Q3D3 RD0 Q1循環(huán)右移能否一次移位兩位?45VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零保 持右移(從QA向右移動(dòng))左移(從QD向左移動(dòng))并入 CLRCPS1 S0功 能46思考題1、JK觸發(fā)器能否轉(zhuǎn)變成D觸發(fā)器？2、什么是寄存器？有哪幾種類型的寄存器?47計(jì)

12、數(shù)器的功能 記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)；用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。計(jì)數(shù)器的分類同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。有時(shí)也用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量(或稱模數(shù))來區(qū)分各種不同的計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、二十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。第3節(jié) 計(jì)數(shù)器 48一、二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器Q2Q1Q0 0 0 00 010 1011 0 11 10001CPQ0Q1Q2優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、可靠缺點(diǎn)：速度慢CP計(jì)數(shù)脈沖三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器Q2D2Q2Q2D2Q2Q2D2Q249 在異步計(jì)數(shù)器中，有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號(hào)作為自己的時(shí)鐘脈沖，

13、因此各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，故被稱為“ 異步計(jì)數(shù)器 ”。思考題： 試畫出三位二進(jìn)制異步減法計(jì)數(shù)器的電路圖，并分析其工作過程。優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、可靠缺點(diǎn)：速度慢50三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖CPJ2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1驅(qū)動(dòng)方程Q0Q1Q2CP51狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 2 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 3 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 5 1 0 0 0 0

14、 0 0 1 1 1 0 1 6 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 7 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0CP Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J01 K01 Q2 Q1 Q0 Q1Q0Q1Q0Q0Q0 原狀態(tài) 控 制 端 下狀態(tài),52 在同步計(jì)數(shù)器中，各個(gè)觸發(fā)器都受同一時(shí)鐘脈沖輸入計(jì)數(shù)脈沖的控制，因此，它們狀態(tài)的更新幾乎是同時(shí)的，故被稱為 “ 同步計(jì)數(shù)器 ”。思考題： 試設(shè)計(jì)一個(gè)四位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器電路，并檢驗(yàn)其正確性。53二、十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)脈沖C

15、PQ3Q3K3J3Q0Q1CP10234567891Q2Q354三、 任意進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計(jì)數(shù)脈沖CPCPQ2Q1Q0000010012010301141005000異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。自行畫出波形圖。驅(qū)動(dòng)方程55另有三種狀態(tài)111、110、101不在計(jì)數(shù)循環(huán)內(nèi)，如果這些狀態(tài)經(jīng)若干個(gè)時(shí)鐘脈沖能夠進(jìn)入計(jì)數(shù)循環(huán)，稱為能夠自行啟動(dòng)。檢驗(yàn)其能否自動(dòng)啟動(dòng) ？CP Q2 Q1 Q0 J2 = K2 = J1 = K1 = J0 = K0 = Q2 Q1 Q0 Q1Q0 1

16、1 1 原狀態(tài) 控 制 端 下狀態(tài), 1Q2 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0結(jié)論： 經(jīng)檢驗(yàn)，可以自動(dòng)啟動(dòng)。560 0 01 0 00 1 10 0 10 1 01 1 01 0 11 1 1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖57集成計(jì)數(shù)器介紹1. 二 - 五 - 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74LS90 74LS90 內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的 計(jì)數(shù)電路：一個(gè)是模 2 計(jì)數(shù)器(CPA為其時(shí)鐘，QA為其輸出端)，另一個(gè)是模 5 計(jì)數(shù)器(CPB為其時(shí)鐘，QDQCQB為其輸出端)。 外部時(shí)鐘CP是先送到CPA還 是先送到CPB，在QD

17、QCQBQA這四個(gè)輸出端會(huì)形成不同的碼制。5874LS 90原理電路圖 QCQAJKQBJKJKQDQDJKCPACPBR 0(1)R 0(2)R 9(2)R 9(1)QAQBQCQD&59CPACPBR 0(1)R 0(2)R 9(2)R 9(1)NCNCVCCQAQDQBQCGND1234567141312111098QAQDQBQCR 9(2)R 9(1)R 0(2)R 0(1)CPBCPA74LS9074LS 90管腳分布圖60R 0(1) R 0(2) R 9(1) R 9(2) QD QC QB QA X X 1 1 1 0 0 1 1 1 0 X 0 0 0 0 1 1 X 0

18、0 0 0 0 0 X 0 X 0 X X 0 X 0 0 X X 0 X 0 計(jì)數(shù)狀態(tài)74LS 90功能表歸納： 1. 74LS 90在“計(jì)數(shù)狀態(tài)”或“清零狀態(tài)”時(shí)，均要求R 9(1)和R 9(2)中至少有一個(gè)必須為“0”。 2. 只有在R 0(1)和R 0(2)同時(shí)為 “1”時(shí)，它才進(jìn)入“清零狀態(tài)”；否則 它必定處于“計(jì)數(shù)狀態(tài)”。 61計(jì)數(shù)時(shí)鐘先進(jìn)入CPA時(shí)的計(jì)數(shù)編碼。CPACPCPBQBQDQCQA25QD QC QB 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1

19、0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 結(jié)論：上述連接方式形成 8421 碼。QD QC QB CPB QA 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 0 0 0 0 0 十進(jìn) 制數(shù)62計(jì)數(shù)時(shí)鐘先進(jìn)入CPB時(shí)的計(jì)數(shù)編碼。CPACPQA2CPBQBQDQC5QD QC QB 0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 0結(jié)論：上述連接方式形成 5421 碼。 0 0 0 0 QA QD Q

20、C QB CPA 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 QA QD QC QB CPA 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 1 0 0 0 5 1 0 0 1 6 1 0 1 0 7 1 0 1 1 8 1 1 0 0 9 0 0 0 0 0 十進(jìn) 制數(shù)632. 四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器 74LS163 前面所講述的74LS 90其清零方式通常稱為“ 異步清零 ”，即只要 Q 0(1) = Q 0(2) = 1，不

21、管有無時(shí)鐘信號(hào)，輸出端立即為 0；而且它的計(jì)數(shù)方式是異步的，即CP不是同時(shí)送 到每個(gè)觸發(fā)器。 而下面將要講述的74LS163，不但 計(jì)數(shù)方式是同步的，而且它的清零方式 也是同步的：即使控制端CLR0，清零目的真正實(shí)現(xiàn)還需等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿到來以后才能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。這就是“ 同步清零 ”的含義。6416151413121110123456789QAQDQDQCQBQAQBQCVCCTTPPCPAABBCCDDCLRLOADENABLERC串行進(jìn) 位輸出 允許允許GND時(shí)鐘清除輸出數(shù)據(jù)輸入置入74LS16374LS 163 管腳圖65TPRCABCDQBQCQDQALOADCLR74LS16

22、374LS163功能表1 1 1 1 計(jì) 數(shù)0 1 1 1 X 保持 1 0 1 1 X 保持 ( RC=0 ) X X 0 1 并 行 輸 入X X X 0 清 零P T LOAD CLR CP 功 能 66清除置入ABCD時(shí)鐘允許 P允許 TQAQBQCQD串行進(jìn) 位輸出輸出數(shù)據(jù) 輸入67 例1. 用一片74LS163構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。QD QC QB QA0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 1六個(gè) 穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)備清零： 使 CLR 0(2). 74LS163 的應(yīng)用TPRCABCDQBQCQDQALOADCLR74LS163&+5VCP1168思考題1、什么是同步計(jì)數(shù)器？什么是異步計(jì)數(shù)器?2、加法計(jì)數(shù)器與減法計(jì)數(shù)器之間有什么聯(lián)系？習(xí)題：P373 7.6.14， 7.6.15 , 7.6.1669 555定時(shí)器是將模擬