電子技術(shù)第19章jk觸發(fā)器、計數(shù)器

清華大學電機系唐慶玉編1997年10月18日此課件系清華大學電機系唐慶玉于1997年制作，如發(fā)現(xiàn)有人剽竊必究法律責任！千島湖風光千島湖畫面屬唐慶玉個人創(chuàng)作，青山緑水藍天白云，剽竊必究第19章時序邏輯電路19.3計數(shù)器19.1.3JK觸發(fā)器清華大學電機系電工學教研室唐慶玉編第19章時序邏輯電路19.1觸發(fā)器

19.1.1鎖存器

19.1.2D觸發(fā)器

19.1.3JK觸發(fā)器19.2寄存器

19.2.1并行數(shù)碼寄存器

19.2.2串行移位寄存器

19.2.3集成電路移位寄存器19.3計數(shù)器

19.3.1二進制加法計數(shù)器

19.3.2十進制加法計數(shù)器

19.3.3任意進制計數(shù)器

19.3.3集成電路計數(shù)器

19.3.3計數(shù)器應用舉例1.邊沿觸發(fā)J-K觸發(fā)器—類型及符號

有2種類型:19.1.3J-K觸發(fā)器JCPKCP下升沿觸發(fā)CP上升沿觸發(fā)JCPK復位端，置位端的功能：工作時要使：甩空或吊高電平小圈表示：低電平有效小圈表示：反相輸出端小圈表示：下降沿觸發(fā)

邊沿觸發(fā)的J-K觸發(fā)器J、K控制端的功能

CP

下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器J、K功能相同，只是在CP下降沿觸發(fā)。CP上升沿觸發(fā)JCPKJK

CP

Qn+1說明00

Qn

保持010清0101置111

Qn翻轉(zhuǎn)

0,1,

Qn保持邊沿觸發(fā)JK觸發(fā)器功能表特性方程用J-K觸發(fā)器構(gòu)成2分頻器CP當JK=11時，在CP上升沿翻轉(zhuǎn)JCPK

，，J，K

甩空或吊高電平CPQQ0122分頻器CPQCP2個2分頻器級聯(lián)組成4分頻器2Q1Q44分頻器CP2QJCPKJCPK當JK=11時，在CP下升沿翻轉(zhuǎn)

，，J，K

甩空或吊高電平CPQQ01用CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器構(gòu)成2分頻器CPJCPK2.主從型J-K觸發(fā)器

在CP高電平時，接收J、K

信息,，Q不變化

在CP下降沿時，根據(jù)接收到的J、K信息，Q變化J

K

Qn+100Qn01010111QnCP符號JCPK

功能表與特性方程都與邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器相同。特性方程

若JK變化，要在CP的上升沿之前變化完畢，在CP高電平時，要使JK保持不變。否則，Q的變化要根據(jù)具體情況分析。使用主從型JK觸發(fā)器應注意：主從型J－K觸發(fā)器工作波形圖舉例J

K

Qn+100Qn01010111QnCP接收JK信息Q狀態(tài)轉(zhuǎn)變CPJKQt置1清0翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)設(shè)初始值為0接收信息Q變化功能表有多個J、K控制端的J-K觸發(fā)器CP&KJ1K1J2K2&J還可能有其它邏輯關(guān)系CPJ1K1J2K2JK這種畫法是“與”邏輯關(guān)系觸發(fā)器課堂練習

題目:

時鐘CP及輸入信號D

的波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)各輸出端Q的初始狀態(tài)=0.JKQ1DCPQ1JKQ1DCPQ2邊沿觸發(fā)J-K觸發(fā)器主從型J-K觸發(fā)器注意：畫符號時CP、Q、常省缺不標。CPDQ1(J)KQ2tJ=0、K=1時，CP

Q=0J=1、K=0時，CP

Q=119.3計數(shù)器19.3.1二進制加法計數(shù)器4位二進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CP

Q3

Q2

Q1

Q0

000001000120010300114010050101601107011181000要求:每來一個CP,計數(shù)器加1CP

Q3

Q2

Q1

Q0

910011010101110111211001311011411101511111600001.異步二進制加法計數(shù)器例:

用上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器組成異步二進制加法計數(shù)器CP上升沿觸發(fā)JCPKJ

K

Qn+100Qn01010111Qn方法：由JK=11控制觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)計數(shù)JKJKJKJKCPCP的上升沿Q0翻轉(zhuǎn)Q0的上升沿Q1翻轉(zhuǎn)Q1的上升沿Q2翻轉(zhuǎn)Q2的上升沿Q3翻轉(zhuǎn)清0脈沖進位脈沖計數(shù)脈沖進位脈沖進位脈沖CPQ0Q1Q2Q3t12345678910111213141516CP的上升沿Q0翻轉(zhuǎn)Q0的上升沿Q1翻轉(zhuǎn)Q1的上升沿Q32翻轉(zhuǎn)Q2的上升沿Q3翻轉(zhuǎn)4位異步二進制加法計數(shù)器時序圖100011110000二進制加法:計數(shù)器輸出端的狀態(tài)與輸入脈沖的個數(shù)一致000010001000異步:各觸發(fā)器不同時翻轉(zhuǎn),從低位到高位依次翻轉(zhuǎn)

思考題：計數(shù)器可以作為分頻器。若CP的頻率是8000Hz，Q0、Q1、Q2、Q3的頻率各是多少？2.同步二進制加法計數(shù)器同步:每個觸發(fā)器都用同一個CP觸發(fā)，要翻轉(zhuǎn)時同時翻轉(zhuǎn)設(shè)計方法:

用低位的Q控制高位的J、K，決定其翻轉(zhuǎn)還是不翻轉(zhuǎn)。

JK＝00時，不翻轉(zhuǎn)(保持原狀)

JK＝11時，翻轉(zhuǎn)J-K觸發(fā)器真值表J

K

Qn+100Qn01010111QnCP

Q3

Q2

Q1

Q0

000001000120010300114010050101601107011181000CP

Q3

Q2

Q1

Q0

91001101010111011121100131101141110151111160000(1)Q0的翻轉(zhuǎn)：每來一個CP，Q0翻轉(zhuǎn)一次(2)Q1的翻轉(zhuǎn):

Q0=1時，再來一個CP

，Q1翻轉(zhuǎn)一次

根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，找出規(guī)律性：(3)Q2的翻轉(zhuǎn):

Q1Q0=11時,再來一個CP,Q2翻轉(zhuǎn)一次(4)Q3的翻轉(zhuǎn):Q2Q1Q0=111時,再來一個CP,Q3翻轉(zhuǎn)一次用上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器組成同步二進制加法計數(shù)器CPJ,K=Q0J,K=(Q1?Q0)J,K=(Q2?Q1?Q0)JK=11(1)Q0的翻轉(zhuǎn)：每來一個CP，Q0翻轉(zhuǎn)一次(2)Q1的翻轉(zhuǎn):

Q0=1時，再來一個CP

，Q1翻轉(zhuǎn)一次(3)Q2的翻轉(zhuǎn):

Q1Q0=11時,再來一個CP,Q2翻轉(zhuǎn)一次(4)Q3的翻轉(zhuǎn):Q2Q1Q0=111時,再來一個CP,Q3翻轉(zhuǎn)一次JKJKJKJK清0脈沖&Q1Q0&Q2Q1Q0

同步二進制加法計數(shù)器的波形圖與異步二進制加法計數(shù)器的畫法相同,狀態(tài)轉(zhuǎn)換表也相同，但是...CPQ0Q1Q2Q3t123456789101112131415164位同步二進制加法計數(shù)器時序圖同步計數(shù)器各觸發(fā)器在同一時刻翻轉(zhuǎn)

而異步計數(shù)器各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時刻不同,低位的領(lǐng)先,高位的遲后,延遲時間為納秒(ns)級。

十進制數(shù)用0~9十個數(shù)字表示,而數(shù)字電路中使用二進制,所以須用二進制數(shù)給十進制數(shù)編碼。19.3.2十進制加法計數(shù)器編碼方法用4位二進制數(shù)表示1位十進制數(shù),稱為二—十進制編碼,又稱BCD碼(BCD—BinaryCodedDecimal)。二進制數(shù)用8421碼，又稱8421－BCD碼。CP

Q3

Q2

Q1

Q0

00000100012001030011401005010160110701118100091001CP

Q3

Q2

Q1

Q0

101010111011121100131101141110151111160000異步十進制加法計數(shù)器設(shè)計(用下降沿觸發(fā)的J-K觸發(fā)器實現(xiàn))在CP

時,根據(jù)JK狀態(tài)Q變化CPJCPKCP

Q3

Q2

Q1

Q0

00000100012001030011401005010160110701118100091001十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表J

K

Qn+100Qn01010111QnJK觸發(fā)器功能表

分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,找出JK的控制規(guī)律:(1)CP

時,Q0翻轉(zhuǎn),JK=11(2)Q0

時,Q1翻轉(zhuǎn)(3)Q1

時,Q2翻轉(zhuǎn),JK=11(4)Q0時,Q3翻轉(zhuǎn),且

Q2Q1=11時,Q3由0翻轉(zhuǎn)成1

10101000Q2Q1=00時,Q3被清成00(5)當Q3=1(Q3=0)且Q0

時,將Q1清00異步十進制加法計數(shù)器設(shè)計(用下降沿觸發(fā)的J-K觸發(fā)器實現(xiàn))JKJKJKJK清0Q0Q1Q2Q3(1)CP

時,Q0翻轉(zhuǎn),JK=11CP(2)Q0

時,Q1翻轉(zhuǎn)(3)Q1

時,Q2翻轉(zhuǎn),JK=11(4)Q0時,Q3翻轉(zhuǎn),且

Q2Q1=11時,Q3由0翻轉(zhuǎn)成1

Q2Q1=00時,Q3被清成0&(5)當Q3=1(Q3=0)且Q0

時,將Q1清0異步十進制加法計數(shù)器時序圖

(用下降沿觸發(fā)的J-K觸發(fā)器)CPQ0Q1Q2Q3t1234567891000001000100010001001000011000010101010101110十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和如何判斷自起動狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖0000001100010010010001010110011110001001有效循環(huán)判斷計數(shù)器能否自啟動上電后，計數(shù)器若沒有清0，而是從一個隨機狀態(tài)開始計數(shù)，計數(shù)器能否進入有效循環(huán)。其它6個狀態(tài)：1010，1011，1100，1101，1110，1111CP

Q3

Q2

Q1

Q0

00000100012001030011401005010160110701118100091001十進制加法計數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表每10個CP循環(huán)一周判斷計數(shù)器能否自啟動的方法設(shè)上電后初始狀態(tài)為11110000經(jīng)過一個CP后JKJKJKJKQ0Q1Q2Q3CP&1111111010111010110110100000001100010010010001010110011110001001有效循環(huán)判斷計數(shù)器能否自啟動的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖JKJKJKJKQ0Q1Q2Q3CP&2個十進制計數(shù)器組成1個100進制計數(shù)器異步十進制加法計數(shù)器Q3

Q2

Q1

Q0CP異步十進制加法計數(shù)器CLRQ3

Q2

Q1

Q0CP異步十進制加法計數(shù)器CLR進位脈沖個位的Q3由1變成0時，向十位數(shù)送一個進位脈沖，使十位數(shù)計一個數(shù)，同時個位數(shù)全變成0000。計數(shù)范圍：00000000～10011001(BCD碼)00~99(十進制數(shù)）個位數(shù)十位數(shù)CLRCP計數(shù)脈沖JKJKJKJKQ0Q1Q2Q3CP&19.3.3任意進制計數(shù)器將十進制計數(shù)器改為6進制計數(shù)器&異步十進制加法計數(shù)器計數(shù)到0110時就立即清00110只出現(xiàn)一瞬間反饋清0法6個CP循環(huán)一周000000110001001001000101狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖異步六進制加法計數(shù)器思考題：如何改為9進制計數(shù)器？19.3.4數(shù)字集成電路計數(shù)器常用數(shù)字集成電路計數(shù)器芯片舉例:74LS1604位同步十進制加法計數(shù)器，直接清除74LS1614位同步二進制加法計數(shù)器，直接清除74LS1624位同步十進制加法計數(shù)器，同步清除74LS1634位同步二進制加法計數(shù)器，同步清除74LS1904位同步十進制加/減法計數(shù)器74LS1914位同步二進制加/減法計數(shù)器74LS1924位同步十進制加/減法計數(shù)器，帶清除74LS1934位同步二進制加/減法計數(shù)器，帶清除1.集成二-五進制計數(shù)器74LS290(1)74LS290的邏輯結(jié)構(gòu)及功能控制信號輸出二進制計數(shù)器功能表CP0

Q0n+1

Q0n五進制計數(shù)器功能表CP1Q3

Q2

Q10000100120103011410050003位五進制計數(shù)器1位二進制計數(shù)器&&CP0CP1S9(1)S9(2)R0(2)R0(1)Q3Q0Q2Q1R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)功能

11任一為0清0(Q3Q2Q1Q0=0000)

任意11置9(Q3Q2Q1Q0=1001)

任一為0任一為0計數(shù)控制端功能表

由一個1位二進制計數(shù)器和一個三位五進制計數(shù)器組成，有公共清0端和置9端。時鐘(下降沿觸發(fā))(2)由74LS290構(gòu)成任意進制計數(shù)器(a)用一片74LS290組成BCD碼異步十進制計數(shù)器CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290CP0Q3Q2

Q1Q00000010001200103001140100CP0Q3Q2

Q1Q0

50101

60110701118100091001100000轉(zhuǎn)換狀態(tài)表每一個CP0的下降沿,Q0翻轉(zhuǎn)一次每一個Q0的下降沿(1→0),Q1翻轉(zhuǎn)一次Q0輸出是二進制計數(shù)器，Q3Q2Q1輸出是五進制計數(shù)器，合起來Q3Q2Q1Q0就是十進制計數(shù)器。(b)用一片74LS290組成六進制計數(shù)器CP0Q2

Q1

Q00000100120103011410051016110當Q2Q1=11時,將輸出清0先接成十進制計數(shù)器反饋清0法000CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290用一片74LS290組成六進制計數(shù)器波形圖Q1出現(xiàn)一個窄脈沖CPQ0Q1Q2123456000100100110001101000tCP0Q2

Q1

Q00000100120103011410051016110000總結(jié):用一片74LS290設(shè)計N進制計數(shù)器的一般方法第N個CP脈沖后,由輸出端的“1”去控制清0端R0(1)、R0(2),將輸出端全部清0。練習1:下圖是幾進制計數(shù)器?答:8進制輸出端狀態(tài)的變化范圍:0000~0111共8個狀態(tài)CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290練習2:下圖是幾進制計數(shù)器?答:7進制&CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290練習3:九進制計數(shù)器如何設(shè)計?第9個CP脈沖后,Q3Q2Q1Q0=1001時,用Q3和Q0的1去R0(1)、R0(2)將輸出清0CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290(c)用2片74LS290組成100進制計數(shù)器方法:用2個十進制計數(shù)器級聯(lián),框圖如下:個位向十位的進位脈沖個位十位十進制計數(shù)器(74LS290)十進制計數(shù)器(74LS290)Q3CP計數(shù)脈沖Q3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290詳細電路圖如下:100進制計數(shù)器,計數(shù)范圍:00~99(d)用2片74LS290組成24進制計數(shù)器，輸出BCD碼

方法:

先將每片74LS290構(gòu)成十進制計數(shù)器,然后級聯(lián),組成100進制計數(shù)器，當輸出出現(xiàn)：十位=2個位=4

即用十位的Q1和個位的Q2送R0(1)和R0(2)，這樣，計數(shù)范圍變?yōu)?0～23，即24進制計數(shù)器Q3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290CPQ3Q2Q1Q0S9(1)S9(2)R0(1)R0(2)CP1

CP074LS290先接成100進制計數(shù)器R0(1)、R0(2)同時為1時，輸出清0計數(shù)范圍為00～23（BCD碼）00100100時，將輸出同時清0。思考題1:如何用2片74LS290組成77進制的計數(shù)器?思考題2:如何用2片74LS290組成11~99任意進制的計數(shù)器?2.集成計數(shù)器74LS160，74LS161，

74LS162，74LS163（1）功能74LS161四位加法二進制，同步計數(shù)，同步預置，異步清074LS163四位加法二進制，同步計數(shù)，同步預置，同步清0（2）引腳圖允許控制端PENABLEP允許控制端TENABLET串行進位輸出RIPPLECARRYOUTPUT清除CLEAR預置LOAD時鐘CLOCK十進制加法二進制加法同步預置，直接清0同步預置，同步清0預置數(shù)Q3Q2Q1Q0RCOD3D2D1D0CPPTLDCLR74LS16174LS163輸出集成計數(shù)器74LS161，74LS163（續(xù)）（3）74LS161功能表

輸入輸出說明CLR

LD

P

T

CP

D3D2D1D0

Q3Q2Q1Q00

0000清010d3d2d1d0

d3d2d1d0

預置

1111計數(shù)計數(shù)

1101保持不計數(shù)

1110保持不計數(shù)74LS16374LS161四位二進制，同步計數(shù)，同步予置，直接清074LS163四位二進制，同步計數(shù)，同步予置，同步清0集成計數(shù)器74LS161，74LS163（續(xù)）（4）接為4位二進制計數(shù)器

思考題：每個輸出端信號頻率是輸入CLK的多少分頻？Q3Q2Q1Q0CPPT74LS16174LS163+5VCLKCLR集成計數(shù)器74LS161，74LS163（續(xù)）異步清0（5）74LS161利用反饋清0法，接為12進制計數(shù)器&Q3Q2Q1Q0CPPT74LS161+5VCLKCLRCLKQ0Q1Q2Q31112Q2出現(xiàn)一個窄脈沖000010111100瞬間出現(xiàn)（6）74LS163利用反饋清0法，接為12進制計數(shù)器同步清0&Q3Q2Q1Q0CPPT74LS161+5VCLKCLRCLKQ0Q1Q2Q3111200001011集成計數(shù)器7