第12章 觸發(fā)器與時序邏輯電路

第12章觸發(fā)器與時序邏輯電路12.1觸發(fā)器12.2寄存器12.3計數器12.4555定時器及其應用12.1觸發(fā)器概述它是具有記憶功能的邏輯單元。1、觸發(fā)器的定義2、觸發(fā)器的基本特征3）有兩個互補輸出端，分別用Q和Q表示。1）它有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；2）在輸入信號作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)由原態(tài)（初態(tài)）Qn轉變到新態(tài)（次態(tài)）Qn+1；按功能分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等。3、觸發(fā)器的分類按結構分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。12.1.1RS觸發(fā)器&D2&D1反饋兩個輸入端兩個輸出端1、基本RS觸發(fā)器&D2&D1輸入時輸出為110001置0輸入時&D2&D1001110輸出為置1若原狀態(tài)：輸出保持：&D2&D100110111輸入時&D2&D111001110若原狀態(tài)：輸出保持：保持輸出全是10011&D2&D1輸入時但當RD=SD=0同時變?yōu)?時，翻轉快的門輸出變?yōu)?，另一個不得翻轉。禁止基本RS觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表邏輯符號輸入約束總結1、觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)器件，只要令，觸發(fā)器即保持原態(tài)。穩(wěn)態(tài)情況下，兩輸出互補。一般定義Q為觸發(fā)器的狀態(tài)。2、時，使Q=1，稱為“置位”或“置1”端。時，使Q=0，

稱為“復位”或“清0”端。3、當同時由0變?yōu)?，輸出狀態(tài)不定。&D2&D1&D4&D3CP時鐘信號2、同步RS觸發(fā)器CP=0時110觸發(fā)器保持原態(tài)&D2&D1&D4&D3CP&D2&D1&D4&D3CPCP=1時1工作情況與基本RS觸發(fā)器相同同步RS觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表禁止保持置1置0輸入約束主要特點（1）時鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號，CP＝0時狀態(tài)保持不變。（2）R、S之間有約束。邏輯符號同步RS觸發(fā)器存在的問題當S、R同時由1變?yōu)?，輸出狀態(tài)不定。12.1.2JK觸發(fā)器1、同步JK觸發(fā)器&D2&D1&D4&D3CPcdJK觸發(fā)器的功能（1）CP=0時觸發(fā)器保持原態(tài)（2）CP=1時&D2&D1&D4&D3CPcd10101保持J=K=0時：J=1，K=0時：若，則&D2&D1&D4&D3CPcd01110000111置1101J=1，K=0時：若，則&D2&D1&D4&D3CPcd01111111000置1J=0，K=1時：若，則&D2&D1&D4&D3CPcd01100011111置0J=0，K=1時：&D2&D1&D4&D3CPcd01111100001置0若，則110J=1，K=1時：若，則翻轉&D2&D1&D4&D3CPcd10111100011011J=1，K=1時：若，則翻轉&D2&D1&D4&D3CPcd01000111111101同步JK觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表CP脈沖不能太長，否則觸發(fā)器將產生空翻現象（CP=1期間，輸出狀態(tài)翻轉若干次）。為了解決空翻現象，可以采用主從方式觸發(fā)的觸發(fā)器。同步JK觸發(fā)器存在的問題反相，不能同時工作R2S2CF從R1S1CF主2、主從JK觸發(fā)器(1)電路結構CP110F主打開F從關閉輸出到F主R2S2CF從CPR1S1CF主(2)工作原理JK11輸出到F從0CPF主關閉F從打開0R2S2CF從R1S1CF主JK上升沿，輸出到F主。下降沿，輸出傳遞到F從，翻轉完成。CPCP=1期間輸入端控制信號不允許變化主從觸發(fā)器在一個CP脈沖周期只能翻轉一次。主從JK觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表邏輯符號RDSDCQKJCP下降沿翻轉邏輯符號RDSDCQKJCP下降沿翻轉邏輯狀態(tài)表TT觸發(fā)器12.1.3D觸發(fā)器1.同步D觸發(fā)器&D2&D1&D4&D3CPD（1）CP=0時觸發(fā)器保持原態(tài)（2）CP=1時01001&D2&D1&D4&D3CP1D=1時：10110D=0時：D觸發(fā)器邏輯狀態(tài)表2、邊沿D觸發(fā)方式觸發(fā)器只在時鐘跳轉時發(fā)生翻轉，而在CP=1或CP=0期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。如果翻轉發(fā)生在上升沿就叫“上升沿觸發(fā)”。如果翻轉發(fā)生在下降沿就叫“下降沿觸發(fā)”。維持阻塞D觸發(fā)器（上升沿觸發(fā)）邏輯符號CQD上升沿觸發(fā)邏輯狀態(tài)表總結邊沿觸發(fā)抗干擾能力強，且不存在空翻，應用較廣泛。維持阻塞D觸發(fā)器邏輯符號CQD上升沿觸發(fā)邏輯狀態(tài)表時序邏輯電路的基本單元是觸發(fā)器。時序邏輯電路任一時刻的輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且還和電路原來的狀態(tài)有關（即具有記憶性）。12.2寄存器若各觸發(fā)器有統一的觸發(fā)脈沖（時鐘脈沖），稱為同步時序電路，否則稱為異步時序電路。觸發(fā)器控制輸入D觸發(fā)器狀態(tài)輸出QCP輸出Y組合電路存儲電路..................輸入X存儲電路可以由多個觸發(fā)器組成時序邏輯電路的結構常見的時序邏輯電路有寄存器、計數器、順序脈沖發(fā)生器等。寄存器

寄存器是計算機的主要部件之一，它用來暫時存放數據或指令。寄存器是由具有存儲功能的觸發(fā)器組合起來構成的。一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制代碼，存放n位二進制代碼的寄存器，需用n個觸發(fā)器來構成。按照功能的不同，寄存器分為數碼寄存器和移位寄存器兩大類。Q3Q2Q1Q0&&&&QQDQQDQQDQQDD0D1D2D3CLR取數脈沖接收脈沖(CP)四位數碼寄存器1、數碼寄存器數碼寄存器只能并行送入數據，只能并行輸出。2、移位寄存器

所謂“移位”，就是將寄存器所存各位數據，在每個移位脈沖的作用下，向左或向右移動一位。根據移位方向，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)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。FFFFFFFF串入－串出FFFFFFFF串入－并出（1）輸入－輸出方式FFFFFFFF并入－串出FFFFFFFF并入－并出設初始狀態(tài)：

Q3Q2Q1Q0

＝1011（2）四位左移寄存器QQDQQDQQDQQD移位脈沖CP0串行輸出321010110110

0110

110011001000100000000000000000000000Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0設初始狀態(tài)Q3Q2Q1Q0

＝1011Q3Q2Q1Q0CP110100110011000100000000用波形圖表示如下：（3）4位右移寄存器并行輸出在存數操作之前，先用RD（負脈沖）將各個觸發(fā)器清零。在4個移位脈沖作用下，寄存器中的4位數碼同時右移4次，待存的4位數碼便可存入寄存器。12.3計數器

1）計數器的功能記憶輸入脈沖的個數；用于定時、分頻、產生節(jié)拍脈沖及進行數字運算等等。2）計數器的分類同步計數器和異步計數器。加法計數器、減法計數器和可逆計數器。根據計數容量(或稱模數)不同，分為二進制計數器、十進制計數器、N進制計數器等等。能夠記憶輸入脈沖個數的電路稱為計數器。12.3.1異步二進制計數器的分析例1.三位二進制異步計數器。Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計數脈沖（1）寫出各輸入端的邏輯表達式分析步驟:CPQ0Q1Q2（2）用波形圖表示狀態(tài)轉換關系在時鐘脈沖的上升沿設初始狀態(tài)（3）狀態(tài)表CP十進制數

011171110621015310044011350102600117000081117b）計數從111開始到000結束，然后循環(huán)，所以稱減法計數。a）各觸發(fā)器間時鐘不一致，所以稱異步計數器；結論：優(yōu)點：電路簡單、可靠缺點：速度慢異步計數器的優(yōu)缺點：12.3.2同步二進制計數器的分析例2.三位二進制同步加法計數器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計數脈沖CPQ0：來一個CP的下降沿，翻轉一次；Q1：當Q0＝1時，可隨CP翻轉；Q2：只有當Q1Q0＝11時，才能隨CP翻轉。分析步驟:（1）寫出各輸入端的邏輯表達式J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1（2）列寫狀態(tài)轉換表，分析其狀態(tài)轉換過程。40111111002001011010100000100130100010115100001101610101111071100011118111111000CPJ2=K2＝J1＝K1＝

J0＝K0＝Q1Q0Q0

原狀態(tài)輸入端

新狀態(tài)1CPQ0Q1Q2（3）用波形圖表示狀態(tài)轉換關系注意：各觸發(fā)器均在CP的下降沿翻轉。（1）電路計數循環(huán)由000到111，所以為八進制加法計數器。（2）各觸發(fā)器的CP一致，所以為同步計數器。結論：12.3.3任意進制計數器的分析（1）寫出輸入端的邏輯表達式：J2=Q1Q0，K2＝1

J0=Q2，K0＝1

J1=Q0，K1＝1

Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0計數脈沖CP例3（2）用波形圖表示狀態(tài)轉換關系CPQ0Q1Q2（3）狀態(tài)表CP

000010112100301040015000（1）電路輸出每5個狀態(tài)為一次循環(huán)，所為五進制計數器。（2）各觸發(fā)器間CP一致，所以為同步計數器。結論：例4RDQ2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0CPRRRQ1Q0（1）寫出輸入端的邏輯表達式：J0=Q2

，K0

＝Q2

J1=Q0

，K1

＝Q0J2=Q1，K2

＝

Q1（2）用波形圖表示狀態(tài)轉換關系CPQ0Q1Q2（3）狀態(tài)表CP

000010012011311141105100

6000六進制計數器12.3.4同步二進制加法計數器

構成方法:采用T觸發(fā)器(邊沿或主從）電路舉例——同步4位二進制加法計數器（1）電路——計數脈沖——計數狀態(tài)輸出——進位輸出輸入端邏輯式:輸出端邏輯式:（2）分析①.寫出輸入及輸出端邏輯式CPQ3Q2Q1Q0T3T2T1T0QC000000001010001001102001000010300110111040100000105010100110601100001070111111108100000010910010011010101000010111011011101211000001013110100110141110000101511111111116000000010②.列出狀態(tài)轉換表00100011010000010000010000001010110100010101001101111000111111111101101000000000③.畫出狀態(tài)轉換圖Q4Q3Q2Q1QC

每輸入16個計數脈沖計數器工作一個循環(huán)，并在輸出端QC產生一個進位輸出信號，所以又把這個電路叫十六進制計數器。00100011010000010000010000001010110100010101001101111000111111111101101000000000Q4Q3Q2Q1QC④.說明計數器功能Q0的輸出的波形的頻率是CP的1/2。Q1的輸出的波形的頻率是CP的1/4。Q2的輸出的波形的頻率是CP的1/8。Q3的輸出的波形的頻率是CP的1/16。二分頻四分頻八分頻十六分頻CPQ0Q1Q2Q3QC12345678910111213141516(3)實際電路舉例——4位同步二進制加法計數器74LS161(T4161)

74LS161為中規(guī)模集成的4位同步二進