電工電子技術(shù)課程課件觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路

觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路歡迎來到觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路課程。本課程將深入探討數(shù)字電路的核心組件，為您打開電子世界的大門。課程簡(jiǎn)介基礎(chǔ)概念我們將從觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路的基本概念開始。深入探討深入研究各種類型的觸發(fā)器及其工作原理。實(shí)際應(yīng)用探索觸發(fā)器在寄存器、計(jì)數(shù)器等方面的應(yīng)用。高級(jí)主題學(xué)習(xí)狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以及各種脈沖電路。觸發(fā)器的基本概念定義觸發(fā)器是具有記憶功能的雙穩(wěn)態(tài)電路，能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。特點(diǎn)具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，可以保持狀態(tài)直到接收到新的輸入信號(hào)。功能在數(shù)字系統(tǒng)中用于存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，是構(gòu)建時(shí)序邏輯電路的基礎(chǔ)。時(shí)序邏輯電路的基本概念定義時(shí)序邏輯電路是輸出不僅依賴于當(dāng)前輸入，還依賴于電路先前狀態(tài)的電路。特點(diǎn)具有記憶功能，能夠存儲(chǔ)信息。輸出與輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)有關(guān)。觸發(fā)器的分類D觸發(fā)器數(shù)據(jù)觸發(fā)器，用于存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)。JK觸發(fā)器功能最強(qiáng)大的觸發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)置位、復(fù)位和翻轉(zhuǎn)。RS觸發(fā)器最基本的觸發(fā)器，用于置位和復(fù)位。T觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器，用于實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)。常見觸發(fā)器的工作原理1輸入信號(hào)觸發(fā)器接收輸入信號(hào)，可能包括數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。2狀態(tài)轉(zhuǎn)換根據(jù)輸入信號(hào)和當(dāng)前狀態(tài)，觸發(fā)器決定是否改變狀態(tài)。3輸出結(jié)果觸發(fā)器根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)。D型觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入D輸入端接收數(shù)據(jù)信號(hào)。時(shí)鐘觸發(fā)在時(shí)鐘上升沿，D端的數(shù)據(jù)被鎖存。輸出保持輸出Q保持D端的數(shù)據(jù)直到下一個(gè)時(shí)鐘沿。JK觸發(fā)器1多功能性2J輸入（置位）3K輸入（復(fù)位）4翻轉(zhuǎn)功能5時(shí)鐘控制JK觸發(fā)器是最versatile的觸發(fā)器，可實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能。RS觸發(fā)器1最基本的觸發(fā)器2R輸入（復(fù)位）3S輸入（置位）4禁止?fàn)顟B(tài)RS觸發(fā)器簡(jiǎn)單但有禁止?fàn)顟B(tài)，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意。T型觸發(fā)器1輸入只有一個(gè)T輸入端，用于控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)。2狀態(tài)每個(gè)時(shí)鐘周期，輸出狀態(tài)在0和1之間切換。1/2頻率輸出信號(hào)頻率是輸入時(shí)鐘信號(hào)頻率的一半。觸發(fā)器的應(yīng)用寄存器定義寄存器是由多個(gè)觸發(fā)器組成的存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)多位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。類型包括并行輸入并行輸出、串行輸入串行輸出等多種類型。應(yīng)用在CPU中用作數(shù)據(jù)暫存器、指令寄存器等，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。移位寄存器輸入接收串行或并行數(shù)據(jù)輸入。移位每個(gè)時(shí)鐘周期，數(shù)據(jù)向左或向右移動(dòng)一位。輸出可以串行或并行輸出數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)器加法計(jì)數(shù)器每個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)值加1。減法計(jì)數(shù)器每個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)值減1。可逆計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)加法和減法計(jì)數(shù)。環(huán)形計(jì)數(shù)器輸出循環(huán)變化的特定序列。時(shí)序邏輯電路的分類同步時(shí)序邏輯電路所有觸發(fā)器由同一時(shí)鐘信號(hào)控制，狀態(tài)變化同步發(fā)生。異步時(shí)序邏輯電路觸發(fā)器的狀態(tài)變化不受統(tǒng)一時(shí)鐘控制，可能在任意時(shí)刻發(fā)生。同步時(shí)序邏輯電路1時(shí)鐘同步所有狀態(tài)變化都在時(shí)鐘信號(hào)的控制下進(jìn)行。2可預(yù)測(cè)性電路行為更容易預(yù)測(cè)和控制。3設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單避免了競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單。4應(yīng)用廣泛在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用更為廣泛。異步時(shí)序邏輯電路無時(shí)鐘控制狀態(tài)變化不依賴于統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)。響應(yīng)速度快可以立即響應(yīng)輸入變化，不需等待時(shí)鐘。設(shè)計(jì)復(fù)雜需要考慮競(jìng)爭(zhēng)和冒險(xiǎn)問題，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。應(yīng)用場(chǎng)景適用于對(duì)速度要求高、對(duì)時(shí)序要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)表示圓圈代表狀態(tài)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換條件箭頭上標(biāo)注轉(zhuǎn)換條件，表示觸發(fā)狀態(tài)變化的輸入。輸出表示可在狀態(tài)或轉(zhuǎn)換上標(biāo)注輸出，分別對(duì)應(yīng)Moore型和Mealy型。狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程下一狀態(tài)方程描述下一狀態(tài)如何依賴于當(dāng)前狀態(tài)和輸入。Q(t+1)=f(Q(t),X(t))輸出方程描述輸出如何依賴于當(dāng)前狀態(tài)和輸入（Mealy型）或僅依賴于當(dāng)前狀態(tài)（Moore型）。狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)1問題分析明確設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。2狀態(tài)定義確定所有可能的狀態(tài)。3轉(zhuǎn)換確定定義狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換條件。4輸出設(shè)計(jì)確定每個(gè)狀態(tài)或轉(zhuǎn)換的輸出。狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)1硬件描述語言（HDL）2邏輯門電路3觸發(fā)器和組合邏輯4微控制器編程5FPGA實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的應(yīng)用脈沖序列的產(chǎn)生時(shí)鐘源產(chǎn)生基礎(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)。分頻電路調(diào)整脈沖頻率。計(jì)數(shù)器控制脈沖數(shù)量。波形整形調(diào)整脈沖寬度和形狀。多諧振蕩器雙穩(wěn)態(tài)兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，需要外部觸發(fā)切換。單穩(wěn)態(tài)一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)，可自動(dòng)返回穩(wěn)定狀態(tài)。無穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)定狀態(tài)，持續(xù)振蕩產(chǎn)生周期性波形。一穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1觸發(fā)輸入接收外部觸發(fā)信號(hào)。2進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)輸出高電平或低電平。3計(jì)時(shí)開始RC電路開始充電或放電。4返回穩(wěn)態(tài)達(dá)到閾值后自動(dòng)返回初始狀態(tài)。延遲電路RC延遲利用電容充放電特性實(shí)現(xiàn)延遲。簡(jiǎn)單但精度低。數(shù)字延遲使用計(jì)數(shù)器或移位寄存器實(shí)現(xiàn)。精度高，易于調(diào)整。脈沖成型電路方波成型將不規(guī)則波形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)方波。三角波成型生成線性上升或下降的三角波。正弦波成型通過濾波或非線性變換產(chǎn)生正弦波。窄脈沖成型產(chǎn)生寬度可控的窄脈沖信號(hào)。電子定時(shí)器1555定時(shí)器2微控制器定時(shí)3數(shù)字計(jì)數(shù)器定時(shí)4晶振控制定時(shí)電子定時(shí)器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家電和汽車電子等領(lǐng)域。小結(jié)與展