电子技术ch3时序逻辑电路—80学时XXXX(修改版)

(5-1)第3章时序逻辑电路§3.2时序逻辑电路的分析§3.4寄存器§3.3计数器的分析和设计§3.1触发器（2-2）一、概述§3.1触发器触发器输出有两种可能的状态：0、1；输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。（2-3）二、触发器的基本形式&a&bQQDRDS反馈两个输入端两个输出端（2-4）&a&bQQDRDS输入RD=0,SD=1时若原状态：1Q0Q11001010输出仍保持：1Q0Q（2-5）&a&bQQDRDS输入RD=0,SD=1时若原状态：0Q1Q01111010输出变为：1Q0Q（2-6）输入RD=1,SD=0时若原状态：1Q0Q10101011输出变为：0Q1Q&a&bQQDRDS（2-7）输入RD=1,SD=0时若原状态：0Q1Q00110101输出保持：0Q1Q&a&bQQDRDS（2-8）输入RD=1,SD=1时若原状态：10111001输出保持原状态：0Q1Q0Q1Q&a&bQQDRDS（2-9）输入RD=1,SD=1时若原状态：1Q0Q01110110输出保持原状态：1Q0Q&a&bQQDRDS（2-10）输入RD=0,SD=0时0011输出全是1但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。&a&bQQDRDS（2-11）基本触发器的功能表RDSDQ11保持原状态0101101000同时变为1后不确定Q（2-12）1、触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。（2-13）三、触发器按逻辑功能的分类1同步RS触发器&c&dQQDRDS&a&bRSCP时钟信号直接置0或置1（2-14）&c&dQQDRDS&a&bRSCPCP=0时011触发器保持原态（2-15）CP=1时1RS&c&dQQDRDS&a&bRSCP（2-16）同步RS触发器的功能表CPRSQ0φφ保持100保持1011011001111不确定Q（2-17）简化的功能表RSQn+100Qn01110011不确定Qn+1---下一状态（CP过后）Qn---原状态同步RS触发器的状态方程：0,)(1RSQQSRQSRQnnnn同步RS触发器的功能表CPRSQ0φφ保持100保持1011011001111不确定QnnnnQSRSQRQSRQ1nnQSRSSQR)(nnQSRQRSRQRnRSSRQRnRSSRQRnSQRn0,1RSSQRQnn（2-19）RDSDRSCQQ逻辑符号：同步RS触发器0,1RSSQRQnn状态方程：同步RS触发器功能：当C=1时0;,0;,11RSQQSRSQSRnnn动作特点是高电平触发（2-20）例：画出RS触发器的输出波形。CPRSQQSetReset使输出全为1CP撤去后状态不定（2-21）（3）JK触发器QQR2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJJK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。（2-22）JK触发器的功能=0=0被封锁保持原态J=K=0时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ（2-23）JK触发器的功能=1=1相当于T触发器T=1J=K=1时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ（2-24）JK触发器的功能=0=1Qn=0时01Qn+1=11J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ（2-25）JK触发器的功能=0=1Qn=1时1000F主被封保持原态Qn+1=1R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ（2-26）JK触发器的功能=1=0Qn+1=0同样原理：J=0，K=1时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ（2-27）JKQn+100Qn01010111nQ功能表逻辑符号RDSDCQQKJNNNnnQJKQQKJQKJQ)(1NNNnQJKQKJQKJQKJQJQKN状态方程:(5-28)逻辑符号：主从JK触发器nnnQKQJQ1状态方程：同步RS触发器功能：当C为下降沿时nnnnnQQSJQQSJJQKJ111,1;,0;,动作特点是下降沿触发RDSDCQQKJ（2-29）时序图CPKJQJQ保持T（2-30）Ｄ触发器的功能RDSDCQQKJ１Ｄ（2-31）1.JK触发器转换成D触发器CQQKJDCP四触发器之间的转换（2-32）2.JK触发器转换成T触发器CQQKJTCP（2-33）3.D触发器转换成T´触发器CQQDCP（2-34）五、应用举例例1：写出下图电路输出逻辑表达式CY1＝（2-35）例2：写出下图电路输出逻辑表达式CDABY2＝（2-36）例3：图中各触发器的初始状态Q＝0，试画出在CP信号连续作用下触发器Q端的电压波形。（2-37）例4：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。（2-38）CLRDCPQQCLRDCPQQCLRDCPQQCLRDCPQQ1QQ11D2QQ22DGND4QQ44D3QQ33D时钟请零USC公用清零公用时钟74LS175管脚图（2-39）+5V1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4CLRCP&1&2&2清零CP赛前先清零0输出为零发光管不亮（2-40）1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4CLRCP+5V&1&2&2清零CP1反相端都为11开启（2-41）1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4QD1D2D3D4CLRCP&1&2&2清零CP+5V若有一按钮被按下，比如第一个钮。=1=000被封这时其它按钮被按下也没反应(5-42)§3.2时序逻辑电路的分析1、时序逻辑电路的结构及特点时序电路的特点：（1）含有具有记忆元件（最常用的是触发器）。（2）具有反馈通道。组合电路触发器电路X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm…………输入信号信号输出触发器触发器输入信号输出信号CP图6.1.1时序逻辑电路框图(5-43)),(nnnQXFZ),(nnnQXGD),(1nnnQYHQ状态方程：驱动方程：输出方程：组合电路触发器电路X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm…………输入信号信号输出触发器触发器输入信号输出信号CP图6.1.1时序逻辑电路框图(5-44)2、时序逻辑电路的类型米利型（有输入信号X)和穆尔型(有输入信号X)P251x1J1KC1┌┌1J1KC1┌┌1Q0QCPXZ=1=1=1&FF1FF011米利型穆尔型(5-45)3、时序逻辑电路的功能描述１）逻辑方程２）状态转移表３）状态图４）时序图),(nnnQXFZ),(nnnQXGD),(1nnnQYHQ1Q0Q000110/0/0/16.2.3X=0时的状态图分析时序逻辑电路的一般步骤a．由逻辑图写出下列各逻辑方程式：（1）各触发器的时钟方程。（判断是同步还是异步）（2）时序电路的输出方程。（3）各触发器的驱动方程。b．将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路的状态方程。c．根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或时序图。d．根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。4、时序逻辑电路的一般分析方法(5-47)同步时序逻辑电路的分析举例例1：试分析下图所示的时序逻辑电路。解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。（1）写出输出方程：1J1KC1┌┌1J1KC1┌┌1Q0QCPXZ=1=1=1&FF1FF011nnQQXZ01)(（2）写出驱动方程：nQXJ1010KnQXJ0111K(5-48)（3）写出JK触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：（4）作状态转换表及状态图①当X=0时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：由此作出：状态表1Q0Q000110/0/0/16.2.3X=0时的状态图nnnnnQQXQKQJQ01000010)(nnnnnQQXQKQJQ10111111)(nnQQZ01nnnQQQ0110nnnQQQ1011状态图nQXJ1010KnQXJ0111KnnQQXZ01)(①当X=1时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。将X=0与X=1的状态图合并起来得完整的状态图。0001100/00/00/11/11/01/01QQ0001001/1/0/06.2.4X=1时的状态图nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01(5-50)根据状态表或状态图，可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。（5）画时序波形图。0001100/00/00/11/11/01/01Q0QXCPZ(5-51)（6）逻辑功能分析：当X=1时，按照减1规律从10→01→00→10循环变化，并每当转换为00状态（最小数）时，输出Z=1。该电路一共有3个状态00、01、10。当X=0时，按照加1规律从00→01→10→00循环变化，并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。所以该电路是一个0001100/00/00/11/11/01/0图6.2.5例6.2.1完整的状态图可控的3进制计数器(5-52)例2：分析图时序电路的逻辑功能：1.写出电路的驱动方程；2.状态方程；3.输出方程；4.画出电路的状态转换图；5.说明电路能否自启动（12分）1驱动方程QKQQJQKJQKJ33213122311,2状态方程QQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQnnn231332311321212112131313113输出方程QY34状态转换图5同步加法五进制计数器，且有自启动能力。(5-53)检查电路能否自启动用同样的分析的方法分别求出3种无效状态下的次态，得到完整的状态转换图。可见，该计数器能够自启动。由于电路中有3个触发器，它们的状态组合共有8种。而在该计数器中只用了5种，称为有效状态。其余3种状态称为无效状态。当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有自启动能力。(5-54)在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为“同步计数器”。Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲CP例3：试分析下图所示的同步时序逻辑电路。(5-55)Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲CP分析步骤:1.先列写控制端的逻辑表达式（驱动方程）：J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1Q0：来一个CP，它就翻转一次；Q1：当Q0＝1时，它可翻转一次；Q2：只有当Q1Q0＝11时，它才能翻转一次。（因为是同步可以不写时钟方程）(5-56)2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程。20010011110101000000011001301000001101140111111111005100000011101610100111111071100000111118111111111000CPQ2Q1Q0J2＝K2＝J1＝K1＝J0＝1K0＝1Q2Q1Q0Q1Q0Q1Q0Q0Q0原状态控制端下状态,,,最后由状态表得功能为：三位二进制同步加法计数一位八进