电阻式传感器性能测试及应用

1、第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.1 同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的分析 14.5.2 二进制同步计数器二进制同步计数器14.5 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 14.5.3 BCD2421码同步计数器码同步计数器14.5.4 二进制异步计数器二进制异步计数器第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 时序数字电路分两类时序数字电路分两类: :同步时序数字电路同步时序数字电路 异步时序数字电路异步时序数字电路。 同步时序数字电路同步时序数字电路的特点是电路中起存储作用的特点是电路中起存储作用的触发器是时钟

2、触发器，时钟触发器的状态是在同的触发器是时钟触发器，时钟触发器的状态是在同一个时钟的控制下，一一个时钟的控制下，一 齐翻转的。齐翻转的。 异步时序数字电路异步时序数字电路中触发器的状态不是由同一中触发器的状态不是由同一个时钟源控制，触发器的翻转可以有先有后；有的个时钟源控制，触发器的翻转可以有先有后；有的异步时序电路可以没有时钟触发器。异步时序电路可以没有时钟触发器。第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.1 同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的分析 试分析图试分析图14.5.1所示同步逻辑电路的功能。分析逻辑功能，所示同步逻辑电路的功能。分析逻辑功

3、能，是在已知逻辑图的前提下，做出逻辑电路的状态转换表，画出是在已知逻辑图的前提下，做出逻辑电路的状态转换表，画出状态转换图和做出逻辑说明。状态转换图和做出逻辑说明。图图14.5.1 同步时序逻辑电路分析例同步时序逻辑电路分析例第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 14.5.1.1 确定组成部分确定组成部分 图图14.5.1所示同步逻辑电路是由两个所示同步逻辑电路是由两个JK触发器作为存储单触发器作为存储单元，同步方式工作。组合逻辑电路部分由与门、反相器和或非元，同步方式工作。组合逻辑电路部分由与门、反相器和或非门构成，门构成，X是外部输入信号，是外部输入信号，

4、F是输出信号。时序电路的状态是是输出信号。时序电路的状态是由触发器由触发器Q端状态的集合来表示的，对于同步时序数字电路而端状态的集合来表示的，对于同步时序数字电路而言它的状态数言它的状态数N2n 14.5.1.2 确定触发器数据端的驱动方程和输出端确定触发器数据端的驱动方程和输出端 的逻辑表达式的逻辑表达式触发器的驱动方程触发器的驱动方程 112JXQQ1KX2JX22KQ12FXQQ第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 14.5.1.3 确定触发器新状态的逻辑表达式确定触发器新状态的逻辑表达式 由由JK触发器的特性方程式和数据端的逻辑表达式求出。触发器的特性

5、方程式和数据端的逻辑表达式求出。JK触发器的特性方程式如下触发器的特性方程式如下nnnn1nQKQJQ可得可得 n 1nnnnnnnn111111112QJ QK QQ XQ XQ Qn 1nnnnnnnn222222222QJ QK QQ XQ QQ X14.5.1.4 做出状态转换表做出状态转换表 由由 可知，电路的输出取决于输入信号与触发可知，电路的输出取决于输入信号与触发器的状态器的状态Q1 Q2，共有，共有00、01、10、11四种组态，加上四种组态，加上X=0、X=1两种情况，整个电路共有八种状态两种情况，整个电路共有八种状态 12FXQQ第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和

6、时序逻辑电路 2010.03表表14.12 状态转换表状态转换表输入输入原状态原状态触发器控制信号触发器控制信号新状态新状态输出输出XQ1 Q2J1 K1J2 K2Q1n+1 Q2 n+1000011110 00 11 01 10 00 11 01 11 11 11 11 10 01 00 00 00 00 10 00 11 01 11 01 11 01 00 00 00 11 01 11 000000010 表表14.12称为状态转换表，有时将触发器的控制信号去掉称为状态转换表，有时将触发器的控制信号去掉也称为状态转换表。由表可知，触发器的控制信号、电路的输也称为状态转换表。由表可知，触发器

7、的控制信号、电路的输出取决于输入出取决于输入X和触发器的原状态和触发器的原状态Q1、Q2，故在时钟作用后就，故在时钟作用后就可以决定触发器的新状态，从而就可以确定电路状态转换后的可以决定触发器的新状态，从而就可以确定电路状态转换后的新状态。新状态。第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 有时为了更加醒目，将表有时为了更加醒目，将表14.12精简成表精简成表14.13的形式。的形式。 表表14.13 状态转换表状态转换表 表表14.14 状态表状态表 如果用数字编号来代替状态的二进制编码，可得到表如果用数字编号来代替状态的二进制编码，可得到表14.14，表，表14

8、.14称为状态表。称为状态表。 14.5.1.5 画出状态转换图画出状态转换图 根据表根据表14.13可以做出状态转换图。图中圆圈代表一个状可以做出状态转换图。图中圆圈代表一个状态，状态中的态，状态中的00、01、10、11与与Q1Q2对应。状态的转换方向对应。状态的转换方向用箭头表示，转换的条件和输出以用箭头表示，转换的条件和输出以X/F的形式标注在箭头旁。的形式标注在箭头旁。第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03图图14.5.2 状态转换图状态转换图14.5.1.6 做出状态转换的说明做出状态转换的说明 同步时序电路随时钟节拍动作，输入也应该随时钟节拍按同步

9、时序电路随时钟节拍动作，输入也应该随时钟节拍按一定的序列输入数据。例如一定的序列输入数据。例如 CP序列序列 1 2 3 4 5 X序列序列 1 0 1 0 0第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.031. 设设Q1Q2=00为初始状态，即初态为为初始状态，即初态为1号，此时输出号，此时输出F=0。 CP序列序列 1 2 3 4 5 X序列序列 1 0 1 0 0 状态序列状态序列 输出序列输出序列 0 0 0 1 0 0第第3号时钟来到，号时钟来到，X=1，电路从状态，电路从状态转换到状态转换到状态，电路输，电路输出出F=1。在其他情况下电路的输出等于。在其他情况

10、下电路的输出等于0。第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.032. 设设Q1Q2=01为初始状态，即初态为为初始状态，即初态为2号，此时输出号，此时输出F=0。 CP序列序列 1 2 3 4 5 X序列序列 1 0 1 0 0 状态序列状态序列 输出序列输出序列 0 0 0 0 0 0 若若为初始状态，那么在输入序列为初始状态，那么在输入序列10100作用下，电路的作用下，电路的状态虽然有转移，但输出始终为状态虽然有转移，但输出始终为0。由此可见，对于同一个输。由此可见，对于同一个输入序列，不同的初始状态，状态转换序列和输出序列将不同；入序列，不同的初始状态，状态转

11、换序列和输出序列将不同；当输入序列当输入序列X不同时，显然状态转换序列和输出序列也将不同。不同时，显然状态转换序列和输出序列也将不同。 由状态转换图可知，要想输出为由状态转换图可知，要想输出为“1”，输入序列必须将电，输入序列必须将电路的状态路的状态Q1Q2引导到引导到，如果输入序列仅将电路的状态，如果输入序列仅将电路的状态在在之间转换，电路的输出不会出现之间转换，电路的输出不会出现“1”。 第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.2 二进制同步计数器二进制同步计数器 二进制同步计数器有采用小规模集成电路触发器和逻辑门二进制同步计数器有采用小规模集成电路

12、触发器和逻辑门构成，也有中规模集成电路计数器。计数器的计数周期，也称构成，也有中规模集成电路计数器。计数器的计数周期，也称计数长度计数长度N=2n式中式中N为计数周期，为计数周期，n为触发器的级数。所以，二进制计数器为触发器的级数。所以，二进制计数器利用了触发器的全部状态。利用了触发器的全部状态。1.1.确定电路是否是同步时序数字电路确定电路是否是同步时序数字电路 分析步骤：分析步骤： 2.2.确定触发器的驱动方程和状态方程确定触发器的驱动方程和状态方程 3.3.做出状态转换表做出状态转换表 HIT集成电子技术电子教案集成电子技术电子教案- SSIC同步时序数字电路同步时序数字电路 的分析的分

13、析 2006.064.4.做出分析结论做出分析结论 第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.2.1 确定电路是否是同步时序数字电路确定电路是否是同步时序数字电路图图14.5.3 二进制同步加法计数器二进制同步加法计数器 结论：同步时序数字电路结论：同步时序数字电路第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.2.2 确定触发器的驱动方程和状态方程确定触发器的驱动方程和状态方程 J1=1 K1=1 J2= Q1 K2= Q1 J3= Q2Q1 K3= Q2Q1 J4= Q3Q2Q1 K4= Q3Q2Q1 将触发器的驱动方程

14、代入将触发器的驱动方程代入JK触发器的特性方程式中，得触发器的特性方程式中，得到状态方程式到状态方程式第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03n11n1QQn2n1n2n11n2QQQQQn3n1n2n3n1n21n3QQQQQQQn4n1n2n3n4n1n2n31n4QQQQQQQQQ 14.5.2.3 列出状态转换表列出状态转换表 时序电路的状态时序电路的状态用触发器用触发器Q端状态的集合来表示的，端状态的集合来表示的，对于同步时序数字电路而言它的状态数与触发器的级对于同步时序数字电路而言它的状态数与触发器的级数有关，若触发器级数为数有关，若触发器级数为n，时

15、序电路的状态数等于，时序电路的状态数等于或小于或小于2n。将时序电路的状态按照它的转换顺序排列。将时序电路的状态按照它的转换顺序排列成表格就是状态转换表，状态的转换是受时钟的控制，成表格就是状态转换表，状态的转换是受时钟的控制，状态的转换顺序称为状态的转换顺序称为态序态序。 第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 状态转换表的推导，先设一个电路的初态，一般是状态转换表的推导，先设一个电路的初态，一般是设全部触发器的状态为设全部触发器的状态为“0”0”，即全，即全“0”0”为初态。由此为初态。由此推导出在时钟作用下，电路状态是如何变化的，具体方推导出在时钟作用下，

16、电路状态是如何变化的，具体方法是将状态法是将状态“0”0”代入以上驱动方程式，得出对应态序代入以上驱动方程式，得出对应态序0 0时的数据端的真值，然后根据触发器的真值表，可以确时的数据端的真值，然后根据触发器的真值表，可以确定在下一个时钟作用后，对应态序定在下一个时钟作用后，对应态序1 1的电路的新状态。的电路的新状态。然后再将对应态序然后再将对应态序1 1的状态值代入驱动方程式，得到对的状态值代入驱动方程式，得到对应态序应态序1 1的数据端的真值，在第二个时钟来到时，电路的数据端的真值，在第二个时钟来到时，电路将转换到态序将转换到态序2 2，依次不断进行，直至电路状态出现循，依次不断进行，直

17、至电路状态出现循环为止。环为止。 态序 Q4 Q3 Q2 Q1 J4 K4 J3 K3 J2 K2 J1 K1表 二进制同步加法计数器的状态转换表 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 2 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 3 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 5 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1J1=1 K1=1J2=Q1 K2=Q1J4= Q1Q2Q3 K4= Q1Q2Q3 J3=Q1Q2 K3=Q1Q2 6 0 1 1 0 0 0

18、 0 0 0 0 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1J1=1 K1=1J2=Q1 K2=Q1J4= Q1Q2Q3 K4= Q1Q2Q3 J3=Q1Q2 K3=Q1Q2J1=1 K1=1J2=Q1 K2=Q1J4= Q1Q2Q3 K4= Q1Q2Q3 J3=Q1Q2 K3=Q1Q2 8 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 9 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 10 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 11 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 12 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 13 1 1 0 1 0 0

19、 0 0 1 1 1 1 14 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1J1=1 K1=1J2=Q1 K2=Q1J4= Q1Q2Q3 K4= Q1Q2Q3 J3=Q1Q2 K3=Q1Q2表表14.15 二进制同步加法计数器的状态转换表二进制同步加法计数器的状态转换表第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.2.4 结论结论1. 通过状态转换表可以确定该电路是按二进制码增加的方向转通过状态转换表可以确定该电路是按二进制码增加的方向转换的，它能根据

20、电路的状态判断出记下了几个时钟脉冲，换的，它能根据电路的状态判断出记下了几个时钟脉冲，所以这个电路称为同步二进制加法计数器，也称为四位二所以这个电路称为同步二进制加法计数器，也称为四位二进制加法计数器，共有进制加法计数器，共有16个状态，或称为个状态，或称为2-16进制加法计数进制加法计数器。器。2. 状态转换表也可以用图状态转换表也可以用图14.5.4和图和图14.5.5的形式表现，用于表的形式表现，用于表示计数器状态的转换顺序。图示计数器状态的转换顺序。图14.5.4中每一个圆圈表示一个中每一个圆圈表示一个状态，圆圈中数码表示计数器状态的二进制编码。状态，圆圈中数码表示计数器状态的二进制编

21、码。图图14.5.4 二进制加法计数器的状态转换图二进制加法计数器的状态转换图0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111CPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCPCP第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.3 BCD2421码同步计数器码同步计数器 分析步骤：分析步骤： 1.1.根据触发器数据输入端的联线写出驱动方程根据触发器数据输入端的联线写出驱动方程 2.做出状态转换表做出状态转换表 3.做出分析结论做出分析结论 有一个同步计数器，电路如图所示。试

22、分析是几进有一个同步计数器，电路如图所示。试分析是几进制计数器，列出它的状态转换表，并确定它的编码方式，制计数器，列出它的状态转换表，并确定它的编码方式，画出画出Q端波形。端波形。 第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03JA=1 KA=1JB=QA KB= QAQDJD= QAQB KD= QAQBQCJC=QAQBQD KC=QAQBQD 14.5.3.1 根据触发器数据输入端的联线写出驱动方程根据触发器数据输入端的联线写出驱动方程第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 14.5.3.2 列出状态转换表列出状态转换表 设初始状态

23、为设初始状态为0000，代入上述驱动方程式，算出，代入上述驱动方程式，算出JA、KA、JB、KB、JC、KC、JD、KD各值，列入表中对应各值，列入表中对应“态序态序0”的一行之中。态序的一行之中。态序0的的J、K值为下一个值为下一个CP到来后，确定了各到来后，确定了各触发器的新状态。所以根据触发器的真值表，就可求出在时触发器的新状态。所以根据触发器的真值表，就可求出在时钟作用后的下一个新状态，填入钟作用后的下一个新状态，填入“态序态序1”的一行之中。如此的一行之中。如此不断进行直到出现不断进行直到出现状态的循环状态的循环为止。为止。JA=1 KA=1JB=QA KB= QAQDJD= QAQ

24、B KD= QAQBQCJC=QAQBQD KC=QAQBQDJA=1 KA=1JB=QA KB= QAQDJD= QAQB KD= QAQBQCJC=QAQBQD KC=QAQBQD第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.3.3 分析结论分析结论计数进制计数进制该计数器共有十个状态，十个状态一循环，该计数器共有十个状态，十个状态一循环，是十进制计数器。是十进制计数器。 编码编码根据状态转换表，可知编码为根据状态转换表，可知编码为BCD2421码，码，因为各位的权为因为各位的权为2、4、2、1。 进位进位若采用若采用RCO（Ripple Carry Ou

25、tput）代表进）代表进位信号，进位逻辑位信号，进位逻辑RCO=Q4Q3Q2Q1。波形图波形图电路电路Q端的波形如图所示。波形图实际上是端的波形如图所示。波形图实际上是状态转换表的波形化，按状态转换表的波形化，按“0”、“1”值与值与CP对应画成波对应画成波形即可，但要注意触发器的动作沿。在此态序与形即可，但要注意触发器的动作沿。在此态序与CP是一是一一对应的。一对应的。 第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03CPRCOAQBQCQDQ100020001300000111111165411109870000000011111111111100001负载能力负载能

26、力 因为触发器采用的是因为触发器采用的是74LS系列，根据规范规定系列，根据规范规定的数值，的数值，Q端和端带的负载数均不超出端和端带的负载数均不超出20个，其中个，其中QA端最多，端最多，共六个，不超过规定值。共六个，不超过规定值。第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03状态转换图状态转换图状态表中的十个状态构成一个循环，状态表中的十个状态构成一个循环，这个时序数字电路将按这个循环状态确定的时序工作，这个时序数字电路将按这个循环状态确定的时序工作，称为称为循环时序循环时序，或，或有效时序有效时序，或，或工作时序工作时序。 四个触发器应该有十六个状态，那么其余的六

27、个状四个触发器应该有十六个状态，那么其余的六个状态的情况如何呢？从舍去的六个状态中设一个为初始状态的情况如何呢？从舍去的六个状态中设一个为初始状态，按步骤态，按步骤3做表的方法可得到做表的方法可得到BCD2421码的完整的状态码的完整的状态转换图，如下图所示。转换图，如下图所示。 BCD2421码同步计数器的完整状态转换图码同步计数器的完整状态转换图 0000000100100011101011111110110111001011100110000111011001010100第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.03 由完整的状态转换图可以清楚地看出，其余的六个处

28、由完整的状态转换图可以清楚地看出，其余的六个处于工作时序以外的非工作时序可以自动进入工作时序。时于工作时序以外的非工作时序可以自动进入工作时序。时序数字电路的完整状态转换图只有一个序数字电路的完整状态转换图只有一个循环时序循环时序，非工作，非工作时序也都通向工作时序，具有这样特点的时序电路具有时序也都通向工作时序，具有这样特点的时序电路具有自自启动启动的特性。的特性。 BCD2421码同步计数器的完整状态转换图码同步计数器的完整状态转换图 0000000100100011101011111110110111001011100110000111011001010100第第14章章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 2010.0314.5.4 二进制异步计数器二进制异步计数器 图示为图示为三位二进制异步加法计数器三位二进制异步加法计数器的电路图，它由三的电路图，它由三个个D触发器构成，每个触发器构成，每个D触发器接成触发器接成T触发器。每一级触触发器。每一级触发器有两个状态，三级共有发器有两个状态，三级共有23=8个状态，所以可以记下八个状态，所以可以记下八个脉冲，第八个脉冲来到后电路返回初始状态。