电工电子学_触发器和时序逻辑电路（PPT87页)

电工电子学B第13章触发器和时序逻辑电路13.1触发器13.2时序逻辑电路13.3555定时器及其应用电工电子学B本章要求1.掌握R－S、J－K、D触发器的逻辑功能及不同结构触发器的动作特点;2.掌握寄存器、移位寄存器、二进制计数器、十进制计数器的逻辑功能，会分析时序逻辑电路;3.学会使用本章所介绍的各种集成电路;第13章触发器和时序逻辑电路电工电子学B电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，当输入信号消失后，电路状态仍维持不变。这种具有存贮记忆功能的电路称为时序逻辑电路。时序逻辑电路的特点：下面介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的基本逻辑单元。电工电子学B13.1触发器特点：1.有两个稳定状态“0”态和“1”态；2.能根据输入信号将触发器置成“0”或“1”态；3.输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能保存下来，即具有记忆功能。双稳态触发器：是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。电工电子学B&QQG1&G2SR13.1.1基本RS触发器两互补输出端两输入端正常情况下，两输出端的状态保持相反。通常以Q端的逻辑电平表示触发器的状态，即Q=1，Q=0时，称为“1”态；反之为“0”态。反馈线QRQQSQ电工电子学B触发器输出与输入的逻辑关系1001设触发器原态为“1”态。翻转为“0”态(1)S=1，R=01010&QQG1&G2SR电工电子学B设原态为“0”态1001110触发器保持“0”态不变复位0结论:不论触发器原来为何种状态，当S=1，R=0时，将使触发器置“0”或称为复位。&QQG1&G2SR电工电子学B01设原态为“0”态011100翻转为“1”态(2)S=0，R=1&QQG1&G2SR电工电子学B设原态为“1”态0110001触发器保持“1”态不变置位1结论:不论触发器原来为何种状态，当S=0，R=1时，将使触发器置“1”或称为置位。&QQG1&G2SR电工电子学B11设原态为“0”态010011保持为“0”态(3)S=1，R=1&QQG1&G2SR电工电子学B设原态为“1”态1110001触发器保持“1”态不变1当S=1，R=1时，触发器保持原来的状态，即触发器具有保持、记忆功能。&QQG1&G2SR电工电子学B&QQG1&G2SR110011111110若G1先翻转，则触发器为“0”态“1”态(4)S=0，R=0当信号S=R=0同时变为1时，由于与非门的翻转时间不可能完全相同，触发器状态可能是“1”态，也可能是“0”态，不能根据输入信号确定。10若先翻转电工电子学B基本R－S触发器状态表逻辑符号QQSRSRQ100置0011置111不变保持00同时变1后不确定功能低电平有效(ResetDirect)-直接置“0”端(复位端)(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)SR11RSQRSQn电工电子学B13.1.2钟控触发器基本R-S触发器导引电路&G4SR&G3CP&G1&G2SDRDQQ时钟脉冲1.同步RS触发器电工电子学B当CP=0时011R，S输入状态不起作用。触发器状态不变11&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CPSD，RD用于预置触发器的初始状态，不作用时应处于高电平，对电路工作状态无影响。被封锁被封锁QQn1电工电子学B当CP=1时1打开触发器状态由R，S输入状态决定。11打开触发器的翻转时刻受C控制（CP高电平时翻转），而触发器的状态由R，S的状态决定。&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP电工电子学B当CP=1时1打开(1)S=0,R=00011触发器保持原态触发器状态由R，S输入状态决定。11打开&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CPQQn1电工电子学B1101010(2)S=0,R=1触发器置“0”(3)S=1,R=0触发器置“1”11&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP01nQ11nQ电工电子学B1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)S=1,R=1当时钟由1变0后触发器状态不定11&G1&G2SDRDQQ&G4SR&G3CP电工电子学B同步RS状态表00SR01010111不定Qn+1QnQn—时钟到来前触发器的状态Qn+1—时钟到来后触发器的状态逻辑符号QQSRCPSDRDCP高电平时触发器状态由R、S确定01RSQRSQn电工电子学B例：画出同步R－S触发器的输出波形RSCP不定不定同步R－S状态表CP高电平时触发器状态由R、S确定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn电工电子学B存在问题：时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。CP克服办法：采用JK触发器或D触发器00SR01010111不定Qn+1QnQ=SQ=R电工电子学B2.主从触发器（1）电路结构从触发器主触发器反馈线CPCPKQRQJS1互补时钟控制主、从触发器不能同时翻转RSC从触发器QQQQSDRDRC主触发器QJKQS0''QKQJSR电工电子学B（2）工作原理主触发器打开主触发器状态由J、K决定，接收信号并暂存。从触发器封锁从触发器状态保持不变。01CPCP011RSC从触发器QQQQSDRDRC主触发器QJKQSQKQJQRSQn''1主电工电子学B10状态保持不变从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。从触发器打开主触发器封锁0C01CP0101RS从触发器QQQQSDRDRQJKQSCP主触发器QKQJQQnn11主电工电子学B010CP=1时触发器接收信号并暂存(即主触发器状态由J、K决定，从触发器状态保持不变）。要求CP高电平期间J、K的状态保持不变。CP下降沿()触发器翻转(主、从触发器状态一致)。CP=0时,主触发器封锁,J、K不起作用1RS从触发器QQQQSDRDRQJKQSCP主触发器01CP电工电子学BCP01001结论：nQJSnKQRCP高电平时主触发器状态由J、K决定，从触发器状态不变。CP下降沿()触发器翻转(主、从触发器状态一致）。RS从触发器QQQQSDRD1RQJKQSCP从触发器电工电子学B（3）JK触发器的逻辑功能nQJSnKQRQn10011100Qn01JKQnQn+100011011JK触发器状态表01010101CP高电平时，主触发器状态由J、K决定，从触发器状态不变。CP下降沿()触发器翻转(主、从触发器状态一致）。00010101Qn+1QnS'R'QKQJQn1主电工电子学BJKQn+100Qn01010111QnJK触发器状态表(保持功能)(置“0”功能)(置“1”功能)(计数功能)SD、RD为直接置1、置0端，不受时钟控制，低电平有效，触发器工作时SD、RD应接高电平。逻辑符号CPQJKSDRDQ电工电子学BD触发器状态表DQn+10101上升沿触发翻转逻辑符号DCPQQRDSDCP上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，(其Q的状态与D状态一致；但Q的状态总比D的状态变化晚一步，即Qn+1=Dn；上升沿后输入D不再起作用，触发器状态保持。即(不会空翻)3.边沿触发器DQn1维持阻塞D触发器电工电子学B例：D触发器工作波形图CPDQ上升沿触发翻转电工电子学BJKQn+100Qn01010111QnJK触发器状态表(保持功能)(置“0”功能)(置“1”功能)(计数功能)C下降沿触发翻转SD、RD为直接置1、置0端，不受时钟控制，低电平有效，触发器工作时SD、RD应接高电平。逻辑符号CPQJKSDRDQ电工电子学B例：JK触发器工作波形CPJKQ下降沿触发翻转电工电子学B4.触发器逻辑功能的转换（1）将JK触发器转换为D触发器当J=D，K=D时，两触发器状态相同D触发器状态表DQn+10101JKQn+100Qn01010111QnJK触发器状态表D1CPQJKSDRDQ仍为下降沿触发翻转电工电子学B（2）将JK触发器转换为T触发器TCPQJKSDRDQT触发器状态表TQn+101QnQn(保持功能)(计数功能)JKQn+100Qn01010111QnJK触发器状态表当J=K时，两触发器状态相同QTQTQn1电工电子学B(3)将D触发器转换为T´触发器T触发器仅具有计数功能即要求来一个CP，触发器就翻转一次。CPQD=QD触发器状态表DQn+10101CPQQDQQn1电工电子学B13.2时序逻辑电路时序逻辑电路在任一时刻的输出不仅取决于该时刻电路的输入，而且还与电路原来状态有关，可见时序逻辑电路具有记忆功能。按照时序逻辑电路中所有触发器状态的变化是否同步，时序逻辑电路可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。若电路中所有触发器的控制信号都是使用的同一个时钟脉冲，称为同步时序逻辑电路；否则，称为异步时序逻辑电路。电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析1.根据电路，写出每个触发器的驱动方程（即触发器输入端逻辑函数表达式）、电路的输出方程、每个触发器的时钟方程（即脉冲逻辑函数表达式），如果是同步时序逻辑电路则可不写时钟方程。2.将各触发器的驱动方程代入相应触发器的特性方程，得到各触发器的状态方程（即各触发器次态的逻辑函数表达式）。3.根据状态方程和输出方程，列出逻辑状态转换真值表或画出状态转换图或画出时序波形图，以直观地反映该时序逻辑电路的状态变化规律。4.若电路存在着无效状态（即电路未使用的状态），应检查电路能否自启动。5.文字叙述该时序逻辑电路的逻辑功能。电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析【例13.2.1】分析图13.2.1所示的时序逻辑电路，设初始状态。1020KQJ011QKJ12012KQQJ2QF解：根据电路可知，该电路为同步时序逻辑电路，故不需写出时钟方程。（1）驱动方程为输出方程为电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析（2）将驱动方程代入JK触发器的特性方程中，得到状态方程为021n0QQQ0101011n1QQQQQQQ0121n2QQQQ电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析（3）根据状态方程和输出方程列出逻辑状态转换真值表电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析（4）电路用了3个触发器，电路应该有个状态，由状态转换真值表和状态转换图均可知，电路只使用了5个状态：000、001、010、011、100，这5个状态称为有效状态。电路在脉冲作用下，在有效状态之间的循环，称为有效循环。电路还有3个状态（101、110、111）没有使用，这3个状态称为无效状态。电路在脉冲作用下，在无效状态之间的循环，称为无效循环。所谓电路能够自启动，是指当电源接通或由于干扰信号的影响，电路进入到了无效状态，在脉冲作用下，电路能够进入到有效循环；否则，电路不能够自启动。由状态转换真值表和状态转换图可知，电路具有自启动功能。电路由无效状态转换到有效状态过程中的输出为无效输出。电工电子学B13.2.1时序逻辑电路的分析（5）综合以上分析，电路每经过5个时钟脉冲，电路状态循环变化一次，输出端输出一个进位脉冲，所以这个电路具有对时钟信号计数的功能。因此该电路是一个能够自启动的同步五进制加法计数器。电工电子学B同步五进制计数器工作波形CP12345Q0Q1Q2电工电子学B例:分析图示逻辑电路的逻辑功能,说明其用处。设初始状态为“000”。RDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2CP计数脉冲电工电子学B解：1.写出驱动方程、时钟方程CP0=CPK0=1J0=Q2K1=1J1=1CP1=Q0J2=Q0Q1K2=1CP2=CPRDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2CP计数脉冲2QF输出方程为电工电子学B（2）将驱动方程代入JK触发器的特性方程中得到状态方程为021n0QQQ11n1QQ0121n2QQQQRDQJKQQ0FF0QJKQQ1FF1QJKQQ2FF2