ch觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路實(shí)用本章要求1.掌握RS、JK、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;第13章觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路第1頁/共110頁

電路的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號，而且與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)輸入信號消失后，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。第2頁/共110頁13.1

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)輸入信號將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；

3.輸入信號消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來，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。第3頁/共110頁為便于對觸發(fā)器邏輯功能的討論，先介紹幾個(gè)術(shù)語：現(xiàn)態(tài)Qn：觸發(fā)器在輸入信號作用前的穩(wěn)定狀態(tài)。信號輸入端：如對RS觸發(fā)器而言，信號輸入端為R和S；如JK觸發(fā)器，信號輸入端為J和K；如D觸發(fā)器，信號輸入端為D。次態(tài)Qn+1：觸發(fā)器在輸入信號作用下新的穩(wěn)定狀態(tài)。時(shí)鐘輸入端CP：為控制觸發(fā)器同步工作，在鐘控觸發(fā)器中，通常輸入周期性時(shí)鐘脈沖CP作為同步控制信號，只有當(dāng)CP信號到來時(shí)，輸入信號才能進(jìn)入觸發(fā)器，否則對觸發(fā)器不起作用。第4頁/共110頁分析觸發(fā)器邏輯功能，常用的方法有：激勵(lì)表：它是表示觸發(fā)器從現(xiàn)態(tài)Qn向次態(tài)Qn+1轉(zhuǎn)換所需的輸入信號狀態(tài)的表格。功能真值表：它以表格的形式表達(dá)了在一定的控制輸入下，觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn向次態(tài)Qn+1轉(zhuǎn)換的規(guī)律。實(shí)際上它就是以次態(tài)為邏輯函數(shù)，以輸入和現(xiàn)態(tài)為邏輯變量的真值表。特性方程：描述觸發(fā)器邏輯功能的邏輯函數(shù)表達(dá)式。狀態(tài)圖：它是一種描述觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn向次態(tài)Qn+1轉(zhuǎn)換的規(guī)律和輸入、輸出信號取值關(guān)系的圖形。時(shí)序圖：觸發(fā)器輸入信號與輸出信號之間對應(yīng)關(guān)系的工作波形圖，可直觀地說明觸發(fā)器的特性。第5頁/共110頁&QQG1&G2SR13.1.1基本R－S觸發(fā)器兩互補(bǔ)輸出端兩輸入端

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)，稱為“1”態(tài)；反之為“0”態(tài)。反饋線第6頁/共110頁

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)R=0，S=11010&QQG1&G2SR第7頁/共110頁設(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)器原來為何種狀態(tài)，當(dāng)R=0，

S=1時(shí)，

將使觸發(fā)器置“0”或稱為復(fù)位。&QQG1&G2SR第8頁/共110頁01設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)011100翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)(2)R=1，S=0&QQG1&G2SR第9頁/共110頁設(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)器原來為何種狀態(tài)，當(dāng)R=1，

S=0時(shí)，

將使觸發(fā)器置“1”或稱為置位。&QQG1&G2SR第10頁/共110頁11設(shè)原態(tài)為“0”態(tài)010011保持為“0”態(tài)(3)R

=1，S=1&QQG1&G2SR第11頁/共110頁設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變1

當(dāng)R=1，

S=1時(shí)，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)，

即觸發(fā)器具有保持、記憶功能。&QQG1&G2SR第12頁/共110頁&QQG1&G2SR110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)(4)R=0，S

=0

當(dāng)信號R=S=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，由于與非門的翻轉(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)輸入信號確定。10若先翻轉(zhuǎn)第13頁/共110頁基本RS

觸發(fā)器真值表邏輯符號QQSRRSQ010置0101置111不變保持00同時(shí)變1后不確定功能低電平有效(ResetDirect)-直接置“0”端(復(fù)位端)

(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)第14頁/共110頁13.1.2鐘控觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器導(dǎo)引電路&G4SR&G3CP&G1&G2SDRDQQ時(shí)鐘脈沖1.同步RS觸發(fā)器第15頁/共110頁當(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&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP

SD，RD用于預(yù)置觸發(fā)器的初始狀態(tài)，

不作用時(shí)應(yīng)處于高電平，對電路工作狀態(tài)無影響。被封鎖被封鎖第16頁/共110頁當(dāng)CP=1時(shí)1打開觸發(fā)器狀態(tài)由R，S

輸入狀態(tài)決定。11打開觸發(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&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP第17頁/共110頁當(dāng)CP=1時(shí)1打開(1)R=0,S=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&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP第18頁/共110頁1101010(2)R=1,S=0觸發(fā)器置“0”(3)R=0,S=1觸發(fā)器置“1”11&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP第19頁/共110頁1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)R=1,S=1

當(dāng)時(shí)鐘由1變0后觸發(fā)器狀態(tài)不定11&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP第20頁/共110頁同步RS觸發(fā)器真值表00RS01110011不定Qn+1QnQn—時(shí)鐘到來前觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1—時(shí)鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號QQSRCPSDRDCP高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定第21頁/共110頁例：畫出同步RS

觸發(fā)器的輸出波形RSCP不定不定

同步RS觸發(fā)器真值表CP高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ0100RS01110011不定Qn+1Qn第22頁/共110頁存在問題：時(shí)鐘脈沖不能過寬，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00RS01110

011

不定Qn+1QnQ=SQ=R第23頁/共110頁2.主從觸發(fā)器（1）電路結(jié)構(gòu)從觸發(fā)器主觸發(fā)器反饋線CP

CP1互補(bǔ)時(shí)鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時(shí)翻轉(zhuǎn)RS

C從觸發(fā)器QQQSDRD

C主觸發(fā)器JK第24頁/共110頁（2）工作原理主觸發(fā)器打開

主觸發(fā)器狀態(tài)由J、K決定，接收信號并暫存。從觸發(fā)器封鎖

從觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。01CPCP011RS

C從觸發(fā)器QQQSDRD

C主觸發(fā)器JK第25頁/共110頁10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，因此稱之為主從觸發(fā)器。從觸發(fā)器打開主觸發(fā)器封鎖0C01CP0101RS

從觸發(fā)器QQQSDRD

JKCP

主觸發(fā)器第26頁/共110頁010CP=1時(shí)觸發(fā)器接收信號并暫存(即主觸發(fā)器狀態(tài)由J、K決定，從觸發(fā)器狀態(tài)保持不變）。

要求CP高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。CP下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(主、從觸發(fā)器狀態(tài)一致)。CP=0時(shí),主觸發(fā)器封鎖,J、K不起作用1RS

從觸發(fā)器QQQSDRD

JKCP

主觸發(fā)器01CP第27頁/共110頁CP010(1)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

C從觸發(fā)器QQQSDRD1

CJKCP

從觸發(fā)器設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”態(tài)第28頁/共110頁01CP010(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)1RS

從觸發(fā)器QQQSDRD

JKCP

主觸發(fā)器第29頁/共110頁01CP010(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

從觸發(fā)器QQQSDRD1

JKCP

從觸發(fā)器第30頁/共110頁01CP010(4)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主從狀態(tài)一致狀態(tài)不變011RS

從觸發(fā)器QQQSDRD

JKCP

主觸發(fā)器狀態(tài)不變第31頁/共110頁CP01010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。(4)J=1,K=1跳轉(zhuǎn)1RS

從觸發(fā)器QQQSDRD

JKCP

主觸發(fā)器第32頁/共110頁CP01001結(jié)論：CP高電平時(shí)主觸發(fā)器狀態(tài)由J、K決定，從觸發(fā)器狀態(tài)不變。CP下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(主、從觸發(fā)器狀態(tài)一致）。RS

從觸發(fā)器QQQSDRD1

JKCP

從觸發(fā)器第33頁/共110頁（3）JK觸發(fā)器的邏輯功能Qn10011100Qn01J

K

Qn

Qn+1

00011011JK觸發(fā)器真值表01010101CP高電平時(shí)，主觸發(fā)器狀態(tài)由J、K決定，從觸發(fā)器狀態(tài)不變。CP下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(主、從觸發(fā)器狀態(tài)一致）。00011100Qn+1QnR'S'第34頁/共110頁J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器真值表(保持功能)

(置“0”功能)

(置“1”功能)(計(jì)數(shù)功能)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CPQJKSDRDQ第35頁/共110頁3.邊沿觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)器的電路形式有多種，如維持阻塞型邊沿觸發(fā)器和利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器，它們的邊沿觸發(fā)或控制的特點(diǎn)是相同的。

主從觸發(fā)器雖然解決了觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象，但存在一次變化現(xiàn)象，為提高觸發(fā)器的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，引出了邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器是指只在CP脈沖上升沿或下降沿時(shí)刻，觸發(fā)器根據(jù)該時(shí)刻的輸入決定其次態(tài)。而在CP=0和CP=1期間，輸入信號的任何變化都不會(huì)引起觸發(fā)器的變化，從而大大提高了觸發(fā)器的抗干擾能力。第36頁/共110頁基本RS觸發(fā)器導(dǎo)引電路&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CPD維持阻塞D

觸發(fā)器反饋線3.邊沿觸發(fā)器第37頁/共110頁D觸發(fā)器真值表D

Qn+10101上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)邏輯符號DCPQQRDSDCP上升沿前接收信號，上升沿時(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：第38頁/共110頁例：D

觸發(fā)器工作波形圖CPDQ上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)第39頁/共110頁

利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等。利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)，是當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP的下降沿到來時(shí)，觸發(fā)器才接受輸入信號并由此確定輸出狀態(tài)，稱為下降沿觸發(fā)。

利用傳輸延遲的JK觸發(fā)器與同步JK觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、維持阻塞JK觸發(fā)器的邏輯功能相同、特性方程相同，只是電路結(jié)構(gòu)與觸發(fā)方式有各自的特點(diǎn)。第40頁/共110頁J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器真值表(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CPQJKSDRDQ第41頁/共110頁例：JK

觸發(fā)器工作波形CPJKQ下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)第42頁/共110頁4.觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換（1）將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D

觸發(fā)器

當(dāng)J=D，K=D時(shí)，兩觸發(fā)器狀態(tài)相同。D觸發(fā)器狀態(tài)表D

Qn+1

0101J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器狀態(tài)表D1CPQJKSDRDQ仍為下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)第43頁/共110頁（2）將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T

觸發(fā)器T

CPQJKSDRDQT觸發(fā)器狀態(tài)表T

Qn+1

01QnQn(保持功能)(計(jì)數(shù)功能)J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器狀態(tài)表當(dāng)J=K時(shí)，兩觸發(fā)器狀態(tài)相同第44頁/共110頁(3)將D

觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T′觸發(fā)器觸發(fā)器僅具有計(jì)數(shù)功能

即要求來一個(gè)CP，觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次。CPQD=QD觸發(fā)器狀態(tài)表D

Qn+1

0101CPQQD第45頁/共110頁13.2

時(shí)序邏輯電路

時(shí)序邏輯電路在任一時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻電路的輸入，而且還與電路原來狀態(tài)有關(guān)，可見時(shí)序邏輯電路具有記憶功能。按照時(shí)序邏輯電路中所有觸發(fā)器狀態(tài)的變化是否同步，時(shí)序邏輯電路可分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路。若電路中所有觸發(fā)器的控制信號都是使用的同一個(gè)時(shí)鐘脈沖，稱為同步時(shí)序邏輯電路；否則，稱為異步時(shí)序邏輯電路。

第46頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析根據(jù)電路，寫出每個(gè)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程（即觸發(fā)器輸入端邏輯函數(shù)表達(dá)式）、電路的輸出方程、每個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘方程（即CP脈沖邏輯函數(shù)表達(dá)式），如果是同步時(shí)序邏輯電路則可不寫時(shí)鐘方程。將各觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程，得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程（即各觸發(fā)器次態(tài)Qn+1的邏輯函數(shù)表達(dá)式）。根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程，列出邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表或畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或畫出時(shí)序波形圖，以直觀地反映該時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)變化規(guī)律。若電路存在著無效狀態(tài)（即電路未使用的狀態(tài)），應(yīng)檢查電路能否自啟動(dòng)。文字?jǐn)⑹鲈摃r(shí)序邏輯電路的邏輯功能。第47頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析【例13.2.1】分析圖示的時(shí)序邏輯電路，設(shè)初始狀態(tài)Q2Q1Q0=000

解：根據(jù)電路可知，該電路為同步時(shí)序邏輯電路，故不需寫出時(shí)鐘方程。（1）驅(qū)動(dòng)方程為

輸出方程為

第48頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析（2）將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程中，得到狀態(tài)方程為第49頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析（3）根據(jù)狀態(tài)方程和輸出方程列出邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表第50頁/共110頁同步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作波形CP12345Q0Q1Q2第51頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析（4）電路用了3個(gè)觸發(fā)器，電路應(yīng)該有8個(gè)狀態(tài)，由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖均可知，電路只使用了5個(gè)狀態(tài)：000、001、010、011、100，這5個(gè)狀態(tài)稱為有效狀態(tài)。電路在CP脈沖作用下，在有效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為有效循環(huán)。電路還有3個(gè)狀態(tài)（101、110、111）沒有使用，這3個(gè)狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。電路在CP脈沖作用下，在無效狀態(tài)之間的循環(huán)，稱為無效循環(huán)。所謂電路能夠自啟動(dòng)，是指當(dāng)電源接通或由于干擾信號的影響，電路進(jìn)入到了無效狀態(tài)，在CP脈沖作用下，電路能夠進(jìn)入到有效循環(huán)；否則，電路不能夠自啟動(dòng)。由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可知，電路具有自啟動(dòng)功能。電路由無效狀態(tài)轉(zhuǎn)換到有效狀態(tài)過程中的輸出為無效輸出。第52頁/共110頁13.2.1

時(shí)序邏輯電路的分析（5）綜合以上分析，電路每經(jīng)過5個(gè)時(shí)鐘脈沖，電路狀態(tài)循環(huán)變化一次，輸出端輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖，所以這個(gè)電路具有對時(shí)鐘信號計(jì)數(shù)的功能。因此該電路是一個(gè)能夠自啟動(dòng)的同步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。第53頁/共110頁例:分析圖示邏輯電路的邏輯功能,說明其用處。

設(shè)初始狀態(tài)為“000”。RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2CP計(jì)數(shù)脈沖第54頁/共110頁1.寫出各觸發(fā)器J、K端和CP端的邏輯表達(dá)式（驅(qū)動(dòng)方程和時(shí)鐘方程）

CP0=CP

K0=1

J0=Q2K1=1

J1=1CP1=Q0J2=Q1Q0K2=1CP2=CP

RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2CP計(jì)數(shù)脈沖第55頁/共110頁將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程中，得到狀態(tài)方程為RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2CP計(jì)數(shù)脈沖第56頁/共110頁011111CPJ2=Q0Q1K2=1J1=K1=1K0=1

J0=Q2Q2Q1Q0011111011111111111011101011111000010012010301141005000由表可知，經(jīng)5個(gè)脈沖循環(huán)一次，為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。3.列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，分析其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程由于計(jì)數(shù)脈沖沒有同時(shí)加到各位觸發(fā)器上，所以該電路為具有自啟動(dòng)功能的異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。。第57頁/共110頁異步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作波形CP12345Q0Q1Q2第58頁/共110頁13.2.2

寄存器

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

位二進(jìn)制時(shí)，要n個(gè)觸發(fā)器。按功能分?jǐn)?shù)碼寄存器移位寄存器第59頁/共110頁RDQDFF0d0Q0QDFF1d1Q1d2QDFF2Q2QDFF3d3Q31.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RS觸發(fā)器組成并行輸入方式00001101寄存數(shù)碼1101觸發(fā)器狀態(tài)不變第60頁/共110頁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10101111第61頁/共110頁2.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。按移位方式分類單向移位寄存器雙向移位寄存器第62頁/共110頁寄存數(shù)碼（1）單向移位寄存器清零D1移位脈沖23410111QQ3Q1Q2RD0000000100101011010110111011QJKFF0Q1QJKFF2QJKFF1QJKFF3

數(shù)據(jù)依次向左移動(dòng)，稱左移寄存器，輸入方式為串行輸入。QQQ從高位向低位依次輸入數(shù)碼輸入第63頁/共110頁1110010110011000輸出清零D10111QQ3Q1Q2RD10111011QJKFF0Q1QJKFF2QJKFF2QJKFF3QQQ5移位脈沖786數(shù)碼輸入0000再輸入四個(gè)移位脈沖，1011由高位至低位依次從Q3端輸出。串行輸出方式第64頁/共110頁左移寄存器波形圖12345678CP1111011DQ0Q3Q2Q11110待存數(shù)據(jù)1011存入寄存器0111從Q3取出第65頁/共110頁四位左移移位寄存器狀態(tài)表0001123移位脈沖Q2Q1Q0移位過程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)碼動(dòng)畫右移移位寄存器第66頁/共110頁寄存器分類并行輸入/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FF3FF1FF0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3FF2dQ0Q1Q2Q3FF3FF1FF0FF2d0d1d2d3Q3FF3FF1FF0FF2Q3dFF3FF1FF0FF2第67頁/共110頁（2）雙向移位寄存器既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ0>1&11>1&>1&.RDCPS左移輸入

待輸數(shù)據(jù)由低位至高位依次輸入待輸數(shù)據(jù)由高位至低位依次輸入101右移輸入移位控制端000000&&&&&&010第68頁/共110頁右移串行輸入左移串行輸入U(xiǎn)CCQ0Q1Q2Q3S1S0

CP16151413121110913456782D0D1D2D3DSRDSL

RDGND74LS194并行輸入第69頁/共110頁0111100011011直接清零(異步)保持右移(從Q0向右移動(dòng))左移(從Q3向左移動(dòng))并行輸入

RDCPS1

S0功能74LS194功能表UCCQ0Q1Q2Q3S1S0CP16151413121110974LS19413456782D0D1D2D3DSRDSL

RDGND第70頁/共110頁13.2.3

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)第71頁/共110頁1.二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

在輸入計(jì)數(shù)脈沖作用下，按二進(jìn)制規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器稱為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。一個(gè)計(jì)數(shù)器所能夠計(jì)入計(jì)數(shù)脈沖的數(shù)目，稱為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量、計(jì)數(shù)長度或計(jì)數(shù)器的模。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器按自然態(tài)序循環(huán)經(jīng)歷2n個(gè)獨(dú)立狀態(tài)（n為計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器的個(gè)數(shù)），因此也稱為模為2n的計(jì)數(shù)器。

第72頁/共110頁

同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)接到各位觸發(fā)器，各觸發(fā)器狀態(tài)的變換與計(jì)數(shù)脈沖同步。觸發(fā)器均構(gòu)成T觸發(fā)器，其驅(qū)動(dòng)方程分別為

第73頁/共110頁在計(jì)數(shù)脈沖作用下，電路中各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在各觸發(fā)器的Ti=1時(shí)刻，由此可知，同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的通用驅(qū)動(dòng)方程為：三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表該三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的時(shí)序波形圖第74頁/共110頁由時(shí)序波形圖可看出，若輸入計(jì)數(shù)脈沖的頻率為f，則觸發(fā)器輸出端Q0、Q1、Q2的脈沖頻率依次為f/2、f/4、f/8，可見計(jì)數(shù)器具有分頻功能，故也稱為分頻器。綜上所述，n位（模2n）同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器可由n個(gè)T觸發(fā)器構(gòu)成。通過觸發(fā)器之間邏輯功能的轉(zhuǎn)換方法，T觸發(fā)器可用JK觸發(fā)器構(gòu)成，也可以用D觸發(fā)器構(gòu)成。同理，可得n位同步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的通用驅(qū)動(dòng)方程為:第75頁/共110頁異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖CP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，只有在前級觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后,后級觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。第76頁/共110頁異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器第77頁/共110頁異步二進(jìn)制加法器工作波形2分頻4分頻8分頻

每個(gè)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時(shí)間有先后，與計(jì)數(shù)脈沖不同步CP12345678Q0Q1Q2第78頁/共110頁

該電路的結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)是：每個(gè)觸發(fā)器均構(gòu)成T觸發(fā)器；最低位觸發(fā)器FF0的狀態(tài)在每一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP下降沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)；相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端與相鄰低位觸發(fā)器的輸出端Q相連，因此相鄰高位觸發(fā)器的狀態(tài)在相鄰低位觸發(fā)器輸出端Q由1變0時(shí)翻轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)诎藗€(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP到來后，觸發(fā)器均翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)Q2Q1Q0=000，計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初始狀態(tài)；此時(shí)輸出C=Q2Q1Q0=1，產(chǎn)生進(jìn)位信號；計(jì)數(shù)器完成一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)。該計(jì)數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和時(shí)序波形圖與同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器相同。異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器線路聯(lián)接簡單。各觸發(fā)器是逐級翻轉(zhuǎn)，因而工作速度較慢。同步計(jì)數(shù)器由于各觸發(fā)器同步翻轉(zhuǎn)，因此工作速度快。但接線較復(fù)雜。第79頁/共110頁2.十進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)規(guī)律：“逢十進(jìn)一”。它是用四位二進(jìn)制數(shù)表示對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，所以又稱為二-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

四位二進(jìn)制可以表示十六種狀態(tài)，為了表示十進(jìn)制數(shù)的十個(gè)狀態(tài)，需要去掉六種狀態(tài)，具體去掉哪六種狀態(tài)，有不同的安排，這里僅介紹廣泛使用8421編碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。1.同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器第80頁/共110頁十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)表二進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0脈沖數(shù)(CP)十進(jìn)制數(shù)0123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890第81頁/共110頁十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器第82頁/共110頁第83頁/共110頁8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表第84頁/共110頁Q0Q1Q2Q3CP12345678910十進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作波形

常用74LS160型同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,其外引腳排列及功能表與74LS161型計(jì)數(shù)器相同。第85頁/共110頁74LS161型四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(a)外引線排列圖；(b)邏輯符號3.中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器種類很多，功能完善且可擴(kuò)展。常用的有四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160等。

第86頁/共110頁01111110

0

CPCTPCTT74LS161型同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能表0111LD輸入輸出Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0d3d2d1d0d3d2d1d0計(jì)數(shù)保持保持000074LS161四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，同步計(jì)數(shù)，同步予置，異步清零第87頁/共110頁二進(jìn)制數(shù)QDQCQBQA脈沖數(shù)(C)十進(jìn)制數(shù)0123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890十種狀態(tài)如何利用74LS161構(gòu)成N進(jìn)制計(jì)數(shù)器例：用74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第88頁/共110頁例：用74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。將狀態(tài)1010反饋到清零端歸零將狀態(tài)1001反饋到置數(shù)端歸零000010011010瞬間出現(xiàn)00001001第89頁/共110頁用74LS161構(gòu)成十二進(jìn)制計(jì)數(shù)器將狀態(tài)1100反饋到清零端歸零將狀態(tài)1011反饋到置數(shù)端歸零000010111100瞬間出現(xiàn)00001011第90頁/共110頁13.3555集成定時(shí)器及其應(yīng)用13.3.1555集成定時(shí)器555集成定時(shí)器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。用它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等多種電路。555定時(shí)器在工業(yè)控制、定時(shí)、波形產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換、檢測、報(bào)警等方面有廣泛應(yīng)用。1.電路結(jié)構(gòu)分壓器：由三個(gè)等值電阻構(gòu)成比較器：由電壓比較器C1和C2構(gòu)成基本R-S觸發(fā)器放電開關(guān)管T輸出緩沖器第91頁/共110頁

其中TH為電壓比較器C1的閾值輸入端，為電壓比較器C2的觸發(fā)輸入端，CO為電壓控制端。電路功能主要取決于比較器，比較器的輸出控制觸發(fā)器和三極管的狀態(tài)，從而決定整個(gè)電路的輸出狀態(tài)。第92頁/共110頁（1）電阻分壓器由3個(gè)阻值均為的電阻串聯(lián)構(gòu)成分壓器（555因此而得名），為電壓比較器C1和C2提供參考電壓，當(dāng)電壓控制端CO不外加控制電壓UCO時(shí)，如果外加控制電壓UCO時(shí)，比較器的參考電壓將發(fā)生變化，相應(yīng)電路的閾值、觸發(fā)電平也將隨之改變，并進(jìn)而影響電路的定時(shí)參數(shù)；若工作中不使用端外加控制電壓時(shí)，一般都通過一個(gè)的電容接地，以旁路高頻干擾。第93頁/共110頁（2）電壓比較器C1和C2電壓比較器C1和C2是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的運(yùn)放構(gòu)成的。當(dāng)運(yùn)放的同相輸入U(xiǎn)+大于反相輸入U(xiǎn)-時(shí)，比較器輸出高電平；當(dāng)運(yùn)放的同相輸入U(xiǎn)+小于反相輸入U(xiǎn)-時(shí)，比較器輸出低電平。當(dāng)比較器C1的同相輸入端接參考電壓UR1，反相輸入端與閾值輸入端TH相連時(shí)，其輸出狀態(tài)取決于閾值輸入信號UTH與參考電壓UR1的比較結(jié)果；當(dāng)比較器C2的同相輸入端與觸發(fā)輸入端相連，反相輸入端接參考電壓UR2時(shí)，其輸出狀態(tài)取決于觸發(fā)輸入信號UTR與參考電壓UR2的比較結(jié)果。第94頁/共110頁（3）基本RS觸發(fā)器它是由兩個(gè)與非門組成的基本RS觸發(fā)器，觸發(fā)器輸入信號分別為比較器C1和C2的輸出，觸發(fā)器Q端狀態(tài)為555定時(shí)器輸出端OUT的狀態(tài)，觸發(fā)器端狀態(tài)控制放電三極管T的導(dǎo)通與截止。是專門設(shè)置的可從外部進(jìn)行置0的復(fù)位端，當(dāng)時(shí)，使Q=0，即U0=0，定時(shí)器輸出直接復(fù)位。正常工作時(shí)，。第95頁/共110頁（4）放電三極管T三極管起開關(guān)作用構(gòu)成泄放電路，T的集電極即輸出端D。如果將D端經(jīng)過一個(gè)外接電阻接至電源，即可組成一個(gè)反相器。當(dāng)時(shí)，T導(dǎo)通，D端輸出低電平0；當(dāng)時(shí)，D截止，D端輸出高電平1?？梢姡珼端的邏輯狀態(tài)與輸出端OUT的狀態(tài)相同。（5）輸出緩沖器反相器構(gòu)成輸出緩沖器，其作用是提高555定時(shí)器的帶負(fù)載能力，并隔離負(fù)載對定時(shí)器的影響。第96頁/共110頁2.基本功能555定時(shí)器的功能表反映了555定時(shí)器的基本功能，是分析555定時(shí)器應(yīng)用電路的重要理論依據(jù)，上表是當(dāng)電壓控制端CO不外接控制電壓時(shí)的功能表。第97頁/共110頁1）時(shí)，，則輸出U0=Q=0為低電平，放電晶體管飽和導(dǎo)通。2）時(shí)，比較器C1的輸出，比較器C2的輸出，基本RS觸發(fā)器置0，則輸出U0=Q=0為低電平，放電晶體管飽和導(dǎo)通。3）時(shí)，比較器C1的輸出，比較器C2的輸出，基本RS觸發(fā)器置1，則輸出U0=Q=1為高電平，放電晶體管截止。4）時(shí)，比較器C1的輸出，比較器C2的輸出，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，所以輸出電壓U0和放電晶體管工作狀態(tài)均保持不變。第98頁/共110頁13.3.2555集成定時(shí)器的應(yīng)用1.555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常用的脈沖整形電路。與一般雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的不同點(diǎn)在于：它只有一個(gè)穩(wěn)態(tài)，另外有一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)是一種不能長久保持的狀態(tài)，這時(shí)電路的電壓和電流會(huì)隨著電容器的充電與放電發(fā)生變化，而穩(wěn)態(tài)時(shí)它們是不變的。

在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中，沒有外加信號的觸發(fā)，電