觸發(fā)器與時序邏輯電路

1、 第22章 觸發(fā)器與時序邏輯電路 返回122.1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器22.2寄存器22.3計數(shù)器22.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器22.5多諧振蕩器 目 錄2時序邏輯電路的輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)時的輸入狀態(tài)，而且與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功能。觸發(fā)器是時序邏輯電路的基本單元組合邏輯電路的輸出狀態(tài)完全由當(dāng)時的輸入變量的組合狀態(tài)決定，與電路的原狀態(tài)無關(guān)。概述返回3觸發(fā)器按邏輯功能可分為：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（多諧振蕩器）。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中又包含RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。 22.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 返回422.1.1 R S 觸 發(fā) 器1.基本RS觸發(fā)器&G1&G2由兩個與非門交叉連

2、接而成QQ返回50 11 01 10 010不變不定Q&G1&G2QQ返回6輸入SD=0, RD=1 時若原狀態(tài)：10101011輸出變?yōu)椋?G1&G2返回7輸入SD=0, RD=1時若原狀態(tài)：00110101輸出保持：&G1&G2返回8 時，觸發(fā)器原狀態(tài)若為“0”，則新狀態(tài)為“1”。若原狀態(tài)為“1”，則新狀態(tài)仍為“1”。即無論原狀態(tài)如何，基本RS觸發(fā)器都輸出“1”，所謂“置位”狀態(tài)。返回9時 考慮到電路的對稱性，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)應(yīng)為“0”，即所謂“復(fù)位”狀態(tài)。直 接 復(fù) 位 端（RESET）直 接 置 位 端（SET）低電平有效返回10輸入RD=1, SD=1時若原狀態(tài)：10111001輸出

3、保持原狀態(tài)：&G1&G2返回11輸入RD=1, SD=1時若原狀態(tài)：01110110輸出保持原狀態(tài)：&G1&G2返回12結(jié) 論 時，觸發(fā)器原狀態(tài)若為“0”，則新狀態(tài)為“0”。若原狀態(tài)為“1”，則新狀態(tài)仍為“1”。即無論原狀態(tài)如何，基本RS觸發(fā)器輸出都保持原狀態(tài)不變。返回13輸入RD=0, SD=0時0011輸出全是1與邏輯功能相矛盾且當(dāng) 同時變?yōu)?時，速度快的門首先變化。輸出狀態(tài)由偶然因素決定。&G1&G2返回14結(jié) 論 輸入RD=0, SD=0時，基本RS觸發(fā)器的輸出不定，屬于禁止出現(xiàn)的狀態(tài)。 基本RS觸發(fā)器的置位、復(fù)位和保持不變的邏輯功能，可實現(xiàn)數(shù)碼的存儲和記憶。由于有禁態(tài)，所以使用受到一

4、定限制 。返回15圖形符號低電平有效QQ返回162.可控RS觸發(fā)器（時鐘RS觸發(fā)器）&c&d&a&b C時鐘信號 直接復(fù)位端 直接置位端返回17 注意 （直接復(fù)位端）和 （直接置位端）可以不受時鐘信號的控制直接給輸出 復(fù)位（輸出0） 或置位（輸出1）。一般用于在開始工作時設(shè)定初始工作狀態(tài) ，而在工作過程中一般不使用 。因為它們都是低電平有效的信號，所以不用時應(yīng)接高電平。返回18&c&d&a&b CC=0及R=S=0時011觸發(fā)器保持原態(tài)返回19C=1，R=0、S=1時1&c&d&a&b C0110110新狀態(tài)是1返回20C=1，R=1、S=0時1&c&d&a&b C1001011新狀態(tài)是0返回

5、21C=1，R=1、S=1時1&c&d&a&b C1100111新狀態(tài)不定返回22邏輯功能表Qn+1 -第n+1個時鐘脈沖到來后的新狀態(tài)Qn -第n+1個時鐘脈沖到來之前的原狀態(tài)返回23邏 輯 符 號SRCQQ返回24例：畫出RS觸發(fā)器的輸出波形 。 CRSQSetReset使輸出全為1C撤去后狀態(tài)不定返回25可控RS觸發(fā)器的計數(shù)功能工作原理100101110假設(shè)Q=010來一個時鐘翻轉(zhuǎn)一次&c&d&a&bC返回26可控RS觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象10010111010&c&d&a&bC若C一直是高電平Q的狀態(tài)會不斷翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生空翻現(xiàn)象。返回27結(jié) 論 1. 可控RS觸發(fā)器輸出的變化發(fā)生在C信號高 電平

6、期間. 2. 除了具有置位、復(fù)位和保持功能之外，還 可對輸入的時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)。但是對時鐘脈沖 的寬度（高電平期間）要求比較苛刻。 3. 仍存在禁止?fàn)顟B(tài)（R=S=1）。返回2822.1.2 JK觸發(fā)器從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCCJKSRRDSD1由兩個可控RS觸發(fā)器和一個非門構(gòu)成返回29SDRDJKC邏輯符號邏輯狀態(tài)表J0011K0101Qn+1Qn+1 0 1QnQQ返回30從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=0011SRC=0時，若主觸發(fā)器輸出為0，01則從觸發(fā)器輸出也為0。返回31若主觸發(fā)器輸出為1，則從觸發(fā)器輸出也為1從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=0101

7、SR10返回32在C=0期間，從觸發(fā)器與主觸發(fā)器狀態(tài)一致。結(jié) 論返回33從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1邏輯功能分析(1) J=1, K=1 Q = 0C=00111101SRC=0,主觸發(fā)器狀態(tài)不變從觸發(fā)器狀態(tài)也不變且與主觸發(fā)器狀態(tài)相同，01返回34從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=10111100SR10C=1主觸發(fā)器輸出Q從0變?yōu)?,從觸發(fā)器不變.返回35從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=01110SR101C=0主觸發(fā)器輸出不變,從觸發(fā)器輸出變?yōu)?,與主觸發(fā)器狀態(tài)相同。1001返回36主從結(jié)構(gòu)的jk觸發(fā)器在c=1時，先把信號存在主觸發(fā)器中。在C從

8、1下跳為0時，從觸發(fā)器輸出發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)或保持原狀態(tài)不變，即下降沿觸發(fā)。從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=10111100SR10J=K=1時,每來一個時鐘脈沖輸出狀態(tài)變化一次.即所謂“計數(shù)”狀態(tài).返回37(2) J=0, K=0 由于主觸發(fā)器的R=S=0, 所以主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)永遠(yuǎn)不會變化, 從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)也不會發(fā)生變化,觸發(fā)器此時為“不變”狀態(tài).返回38（3）J=1，K=0從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQQQCJKSRRDSD1C=110100SR100設(shè)原狀態(tài)為“0”1當(dāng)C=1時,主觸發(fā)器先翻轉(zhuǎn)為“1”，然后當(dāng)C=0時，從觸發(fā)器在由0翻轉(zhuǎn)為1。返回39從觸發(fā)器主觸發(fā)器QQCSRRD

9、SD1C=110100SR01若原狀態(tài)為1，則主觸發(fā)器因S=0，R=0，C=1時，主觸發(fā)器輸出不變，所以C=0時，從觸發(fā)器狀態(tài)也不變。01即不管原狀態(tài)如何，當(dāng)J=1，K=0時，時鐘脈沖過后的新狀態(tài)為1。返回40（4）J=0，K=1考慮到電路的對稱性，可以知道無論原狀態(tài)如何，下一個狀態(tài)一定是0。返回41cJKQ時序圖返回4222.1.3 D 觸發(fā)器DCRDSDQQ返回43邏輯功能表D01Qn+101返回44&e&f&c&d&a&bDCP設(shè)原態(tài)Q=0并設(shè)D=11C=0期間，c 、d被鎖，輸出為1。00110返回451c=1 、d=1反饋到a、b的輸入，a、b輸出為0、1。001111010&e&f

10、&c&d&a&bDCP返回46C正沿到達(dá)時c、d開啟，使c=1，d=0。11110110Q翻轉(zhuǎn)為101&e&f&c&d&a&bDC返回47C正沿過后，d=0將c封鎖,并使b=1，維持d=0。11001因此以后C=1期間D的變化不影響輸出。001&e&f&c&d&a&bDC返回4822.1.5 觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換1. JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器DSDRDJKCQQ1Dn Qn+1 0 0 1 1返回492. JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器SDRDJKCQQT T Qn+1 0 Qn 1 Qn返回50CDQQ3. D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為 觸發(fā)器每來一個脈沖Q翻轉(zhuǎn)一次返回5122.2寄存器用于存放參與運算的數(shù)據(jù)和

11、運算結(jié)果數(shù)碼的輸入方式有并行和串行之分,輸出也有并行和串行之分。返回52并行輸入、并行輸出：數(shù)碼從各輸入、輸出 端同時輸入、輸出。串行輸入、串行輸出：數(shù)碼從一個輸入、輸 出端逐位輸入、輸出。返回5322.2.1 數(shù)碼寄存器取出清零寄存1&1&1&QQQQ2Q1101SDRD010101101Q0并行輸入/輸出的數(shù)碼寄存器返回54d3d2d1d0DQ寄存清零RDQ3Q2Q1Q0由D觸發(fā)器構(gòu)成的并行輸入/輸出數(shù)碼寄存器RDRDRDDDDQQQ返回5522.2.2 移位寄存器即可存放數(shù)碼又可在移位脈沖控制下依次移動位置.QQJKJKKKJJD數(shù)碼輸入RD清零移位脈沖CQ3Q2Q1Q0由JK觸發(fā)器組成

12、的四位移位寄存器返回56 移位寄存器的狀態(tài)表(設(shè)寄存的二進(jìn)制數(shù)為“1011”）CQ3Q2Q1Q00 0 0 0 0 清零1 0 0 0 1 左移一位2 0 0 1 0 左移二位3 0 1 0 1 左移三位4 1 0 1 1 左移四位移位過程返回57存放的二進(jìn)制數(shù)碼1011隨時鐘脈沖從高位到低位依次串行輸入到數(shù)據(jù)輸入端。輸出數(shù)據(jù)時，既可從最高位觸發(fā)器輸出端在移位脈沖控制下依次串行輸出，也可以從四個觸發(fā)器的輸出端同時并行輸出。顯而易見，并行工作方式的速度較快，但需要的輸入輸出端子數(shù)相應(yīng)較多。返回58 由D觸發(fā)器組成的并行、串行輸入/串行輸出的移位寄存器&串行輸出d3d0d1d2并行輸入寄存移位脈沖

13、C清零SDSDSDSDRDRDRDRDQ3Q2Q1Q0DDDD串行輸入返回5922.3 計數(shù)器基本邏輯功能:計數(shù)器能夠累計輸入時鐘脈沖的個數(shù)22.3.1二進(jìn)制計數(shù)器 計數(shù)器的輸出碼按照二進(jìn)制加法或減法的規(guī)律變化,如二進(jìn)制加法計數(shù)器,其規(guī)律是“逢二進(jìn)一”。 一個觸發(fā)器可以表示一位二進(jìn)制數(shù)，如要表示n位二進(jìn)制數(shù)，就需要n個觸發(fā)器。 n位二進(jìn)制計數(shù)器所能表示的狀態(tài)數(shù)最多為N=2n個，而所能表示的最大十進(jìn)制數(shù)為2n -1個。如n=4，則狀態(tài)數(shù)最多為16個，最大十進(jìn)制數(shù)為15。返回601.異步二進(jìn)制加法計數(shù)器 所謂異步,是指當(dāng)多位觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化時,在時間上不同步。其原因是各觸發(fā)器的時鐘脈沖端沒有連接

14、在一起，這一點可從下面的異步方式四位二進(jìn)制加法計數(shù)器的工作原理中加深體會。返回610000001000112001023001134010045010156011067011178100089100191010101011101111121100121311011314111014151111151600000C二 進(jìn) 制 數(shù)Q3Q2Q1Q0十進(jìn)制數(shù)四位二進(jìn)制加法計數(shù)器狀態(tài)表返回62Q3Q2Q1Q0JJJJKKKK計數(shù)脈沖CRD清零Q3Q2Q1Q0C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16由主從型JK觸發(fā)器組成的四位異步二進(jìn)制加法計數(shù)器QQQQ返回632.同

15、步二進(jìn)制加法計數(shù)器Q2Q3Q1Q0JJJJKKKK清零計數(shù)脈沖J0=K0=1 ; J1=K1=Q0 ; J2=K2=Q1Q0 ; J3=K3=Q2Q1Q0 ;F0F1F2F3返回64Q3Q2Q1Q0C1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16各觸發(fā)器的狀態(tài)變換與時鐘脈沖同步返回65例1: 分析圖示邏輯電路的邏輯功能,說明其用途.設(shè)初始狀態(tài)為“0000”。JJJKKK清零計數(shù)脈沖Q2Q1Q0F0F1F2返回66解：分析： 從各觸發(fā)器的C端連接來看，這是一個異步工作方式的計數(shù)器。其中，F(xiàn)0 和 F2的C與計數(shù)脈沖相連，F(xiàn)1 的時鐘端C = Q0 ，即F1只有在Q0

16、的狀態(tài)從1變?yōu)?時才能翻轉(zhuǎn)。（1）各J、K端的邏輯式（ Q0每從1變?yōu)?時， 翻轉(zhuǎn)一次）Q1返回67（2）列表注意到F1只有在Q0的狀態(tài)從1變?yōu)?時才能翻轉(zhuǎn)C012345K2111111J1111111J2000100K1111111J0111101K0111111Q2 Q1 Q00 0 00 0 10 1 00 1 11 0 00 0 0返回68這是一個五進(jìn)制的異步加法計數(shù)器。時序圖如下CQ0Q1Q21 2 3 4 5返回6922.3.2 十進(jìn)制計數(shù)器用四位二進(jìn)制數(shù)來代表十個十進(jìn)制數(shù)碼09四位二進(jìn)制數(shù)共有16個狀態(tài)，用于代表09時會多余出6個狀態(tài)。編碼方式的不同，決定了狀態(tài)的取舍。最常用的編

17、碼方式為8421碼返回708421碼十進(jìn)制加法計數(shù)器的狀態(tài)表0 000001 000112 001023 001134 010045 010156011067011178100089100191000000CQ3Q2Q1Q0十進(jìn)制數(shù)返回71Q3Q2Q1Q0JJJJKKKK計數(shù)脈沖J0=K0=1 ； J1 = Q3Q0，K1 = Q0 ； J2=K2 = Q1Q0 ； J3=Q2Q1Q0 ， K3 =Q0 1.同步十進(jìn)制加法計數(shù)器返回72J0=K0=1 ； J1 = Q3Q0， K1 = Q0 ；J2=K2 = Q1Q0 ； J3=Q2Q1Q0 ， K3 =Q0 C 0 1 2 3 4 5 6

18、7 8 910J3K3J2K2J1K1K0J0Q3Q2 Q1 Q00 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 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1返回73S9（1）CT 74

19、LS2901 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8S9（2）Q2Q1Q3Q0C0C1R0（1）R0（2）UCCGNDR0（1）R0（2）S9（1）S9（2）Q3Q2Q1Q01 10 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 計數(shù) 計數(shù) 計數(shù) 計數(shù)CT74LS290的管腳圖和功能表2.二五十進(jìn)制計數(shù)器返回74Q3Q2Q1Q0F3F2F1F0&C0C1JKJKKJJKS9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CT74LS290的內(nèi)部邏輯圖返回751.只接C0時,由Q0輸出,為二進(jìn)制計數(shù)器。2.只接C1時，由Q3、Q2、Q1輸出，為五進(jìn)制計數(shù)器。3

20、.將Q0與C1連接, 由C1輸入計數(shù)脈沖,可得十進(jìn)制計數(shù)器。4.利用“反饋清零法”,可得到小于十的任意進(jìn)制計數(shù)器。邏輯功能返回76 用反饋清零法將CT74LS290連接成6進(jìn)制計數(shù)器。Q3Q2Q1Q0C0C1S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)1.首先將Q0與C1連接組成十進(jìn)制計數(shù)器。2.將置位端接0, Q2和Q1端反饋至清零端。例2：返回77原理分析：設(shè)初始狀態(tài)為00001.因為R0(1)=R0(2)=S9(1)=S9(2)=0，所以電路為計數(shù)狀態(tài)，從0000開始計數(shù)。2.當(dāng)?shù)谖鍌€計數(shù)脈沖過后，輸出為 0101。再來一個計數(shù)脈沖時，輸出變?yōu)?110，由于Q1和Q2分別接R0(1)和R0(

21、2)清零端，所以0110這個狀態(tài)，剛一出現(xiàn)，馬上又變?yōu)?000。返回78 22.4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器22.4.1 CMOS積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+UDD11ARuo1uiuoC返回795K5K5K8 +UCC562731 GND41 GND2 低電平觸發(fā)端3 輸出端4 復(fù)位端6 高電平觸發(fā)端7 放電端8 正電源端518VC1C222.4.2 由555集成定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1. 555集成定時器返回802. 由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5K5K5K8 +UCC5627314+UCC+UCC0.01Fuiu0RCucucuiu0tpttttp=RC ln3=1.1RCC1C2返回81單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要用途:1.用作定時控制,改變RC參數(shù)大小,可改變輸出高電平時間寬度,即改變定時時間.2.用于脈沖整形。返回8222.5 多諧振蕩器22.5.1 RC環(huán)形振蕩器111uoRRSC返回8322.5.2 由5