电工电子学_触发器和时序逻辑电路

1、电工电子学1131 触发器 在复杂的数字电路中，要连续进行各种复杂的运算和控制，就必须将曾经输入过的信号以及运算的结果暂时保存起来，以便与新的输入信号进一步运算，共同确定电路新的输出状态。这就要求数字电路中必须包含具有记忆功能的电路单元，触发器就是具有记忆功能的基本单元。 触发器的功能特点为：有两个互补的输出端 ，具有两个稳定的状态即0状态和1状态，能存储一位二进制信息；如果外加输入信号为有效电平，触发器将发生状态转换，即可以从一种稳定状态翻转到另一种稳定状态；当输入信号有效电平消失后，触发器保持状态不变，因此说触发器具有记忆功能。2 触发器的种类很多，通常按照两个标准进行分类，一是从逻辑功能

2、上分类，有 触发器、 触发器、D 触发器和T 触发器等；二是从结构上分类，有基本触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。3RSJK 13.1.1 基本 RS 触发器基本RS触发器可以由两个与非门组成，其逻辑电路和电路符号如图13.1.1所示。它是各种触发器电路结构形式中最简单的一种，同时它又是组成其它类型触发器的基础。 （a）逻辑电路图 （b）逻辑符号 图13.1.1 由与非门组成的基本 触发器4由基本 触发器的电路可得 （13.1.1） （13.1.2）基本RS 触发器的功能真值表如表13.1.1所示。5QSQ QRQ 根据功能真值表可得基本 触发器的特性方程为 （13.1.3） 基本R

3、S触发器的状态也可用时序图表示，下面通过一道例题说明波形图的画法。 【例13.1.1】 基本RS 触发器输入信号波形如图13.1.2所示，画出输出 和 端的波形。 解：根据基本 触发器的功能真值表，画出如下波形图。图中阴影部分表示状态不定。6QQ11nSRQRSQ 利用基本RS触发器可以组成一些实际应用电路。如用基本RS 触发器和与非门组成数码寄存器。数码寄存器是用来存放数码的部件，触发器是具有记忆功能的单元电路，可存储一位二进制码，若要存储多位二进制码，可用多个触发器完成，由四个基本RS触发器和与非门组成的四位二进制数码寄存器如图13.1.3所示。78 数字电路中的脉冲信号的产生通常是利用接

4、通机械开关产生的，由于机械开关触点的金属片有弹性，所以接通开关时触点常发生抖动，使产生的电压或电流波形产生毛刺，如图13.1.4所示，影响脉冲信号的质量。在电子电路中，一般不允许出现这种现象，因为这种干扰信号会导致电路工作出错。9利用基本RS触发器消除机械开关振动影响的电路如图13.1.5所示。10 11.1.2 钟控触发器 基本RS触发器的状态无法从时间上加以控制，只要输入端有触发信号，触发器就立即作相应的状态变化。而在实际的数字系统中，往往是由多个触发器组成，这时常常需要各个触发器按一定的节拍同步工作，因此必须给电路加上一个统一的控制信号，用以协调各触发器的同步翻转，这个统一的控制信号叫做

5、时钟脉冲CP。用CP作控制信号的触发器称为钟控触发器。111. 同步RS触发器同步触发器按逻辑功能可分为RS、JK、D、T触发器等。同步 触发器的逻辑电路和逻辑符号如图13.1.6所示。12同步RS触发器的功能真值表如表13.1.2所示。根据功能真值表可得同步RS触发器的特性方程为 （13.1.4）1301nRSQRSQ2. 主从触发器主从触发器有主从RS触发器、主从JK触发器、主从T触发器等。 主从JK触发器的逻辑电路和逻辑符号如图13.1.9所示。14主从JK触发器具有保持功能、置0功能、置1功能和翻转功能，JK触发器功能齐全，故称为全功能触发器。主从JK触发器的功能真值表如表13.1.3

6、所示。根据功能真值表可得主从 触发器的特性方程为 （13.1.7）15QKQJQ1n3. 边沿触发器 主从触发器虽然解决了触发器的空翻现象，但存在一次变化现象，为提高触发器的可靠性，增强抗干扰能力，引出了边沿触发器。边沿触发器是指只在CP脉冲上升沿或下降沿时刻，触发器才依据该时刻的输入决定其次态。而在CP=0和CP=1期间，输入信号的任何变化都不会引起触发器状态的变化，从而大大提高了触发器的抗干扰能力。16 边沿触发器的电路形式有多种，如维持阻塞型边沿触发器和利用传输延迟的边沿触发器，它们的边沿触发或控制的特点是相同的。 维持阻塞D触发器的逻辑符号如图13.1.11所示，功能真值表如表13.1

7、.4所示。 维持阻塞D触发器的特性方程为 （13.1.8）17DQ1nJK触发器的特性方程为 T触发器的特性方程为 （13.1.9） 比较两式可得 ，即把JK触发器的J、K输入端联结并用T表示，则构成了T触发器。转换电路如图13.1.15所示。 触发器逻辑符号如图13.1.16所示。18QKQJQ1nQTQTQ1nTKJ13. 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CP都是使

8、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。1913.2.1 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路分析步骤为u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CP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。u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）。u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。u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

9、动。u文字叙述该时序逻辑电路的逻辑功能。201nQ13.2.2 寄存器 能够暂时存放一组二进制数码的时序逻辑电路称为寄存器。寄存器是由触发器和门电路组成的，一个触发器就是一个能存放1位二进制数码的寄存器，存放n位二进制数码就需要n个触发器，从而构成n位寄存器。寄存器按功能特点分为数码寄存器（也称基本寄存器）和移位寄存器。1. 数码寄存器数码寄存器可以接收、暂存和传递数码。它是在时钟脉冲（接收脉冲） 作用下，将数据存入对应的触发器。下面以4位集成数码寄存器74LS175为例介绍。212. 移位寄存器 移位寄存器除具有寄存数码的功能外还具有移位的功能。移位功能是指在移位脉冲作用下使寄存器所存放的数

10、码向左或向右逐位移动。通过对数码的移位，可以实现数据的串行并行的相互转换、数值的运算及数据处理等。22 13.2.3 计数器 数字电路中使用最多的时序逻辑电路就是计数器。计数器的应用十分广泛，不仅能用于记录时钟脉冲的个数，还可用于分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列等，并且利用计数器可以实现其它一些时序逻辑电路。 计数器种类很多，按计数脉冲输入方式可分为同步计数器和异步计数器；按计数的进制可分为二进制计数器、十进制计数器和任意进制计数器；按计数器中数值增减趋势不同可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器。231. 二进制计数器 图13.2.7是由三个JK触发器组成的同步三位二进制加法计数器，输出

11、C为进位信号。24 该计数器的状态转换表如表13.2.5所示。25该三位二进制加法计数器的时序波形图如图13.2.8所示。262. 十进制计数器 在十进制计数器中，广泛采用的是用四位二进制数表示一位十进制数，即用四位二进制计数器构成一位十进制计数器，通常也称这种计数器为二十进制计数器，其中使用最多的是8421BCD码十进制计数器。与二进制计数器一样，十进制计数器也分为同步十进制加法计数器、减法计数器、可逆计数器。273. 中规模集成计数器 中规模集成计数器种类较多、功能较完善并且可扩展。常用的集成计数器如四位二进制计数器74LS161、74LS163、74LS191、74LS193等，十进制计

12、数器74LS160、74LS162、74LS190、74LS192、74LS290等。现以74LS161为例，介绍其功能特点及其应用。 74LS161为集成四位同步二进制加法计数器，其引脚图和逻辑符号如图13.2.12所示。2813.3 555集成定时器及其应用 13.3.1 555集成定时器 555集成定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路，该电路功能灵活，适用范围广。只要在外部配上少量的阻容元件，就可以很方便地构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等电路，在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、电子玩具等领域得到广泛应用。 555定时器根据内部器件类型可分为双极型和单极

13、型，均有单或双定时器集成电路。双极型型号为555（单）和556（双），电源电压使用范围为515V，输出电流可达200mA，可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等；单极型型号为7555（单）和7556（双），电源电压使用范围为318V，但输出电流仅1mA。291. 电路结构302. 基本功能 表13.3.1所示是555定时器的功能表，它全面反映了555定时器的基本功能，该表是后面分析555定时器各种应用电路的重要理论依据。31 13.3.2 555集成定时器的应用1. 555定时器构成单稳态触发器单稳态触发器是一种常用的脉冲整形电路。与一般双稳态触发器的不同点在于：它只有一个稳态，另外有一个暂稳态。暂稳态是一种不能长久保持的状态，这时电路的电压和电流会随着电容器的充电与放电发生变化，而稳态时它们是不变的。 在单稳态触发器中，没有外加信号的