第二十一章电工学触发器和时序逻辑电路

1、电工与电子技术基础电工与电子技术基础 电工与电子技术基础电工与电子技术基础 21.1 双稳态触发器双稳态触发器 触发器的分类触发器的分类(按工作状态按工作状态)：双稳态触发器、单稳：双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器等。态触发器、无稳态触发器等。一、一、R-S触发器触发器1、基本、基本R-S触发器触发器 双稳态触发器的类型：双稳态触发器的类型：按逻辑功能分为按逻辑功能分为R-S触发器、触发器、J-K触发器、触发器、D触发器和触发器和T触发器等；触发器等；按其机构可分为按其机构可分为主主从型触发器从型触发器和和维持阻塞型触发器维持阻塞型触发器。结构 基本R-S触发器由两个“与非”门连接而成

2、。&GB&GAQQSDRD逻辑图逻辑图图形符号QQSDRD电工与电子技术基础电工与电子技术基础 （1）SD=1，RD=0 基本基本R-S触发器触发器有两个稳定状态，它可以直接置位有两个稳定状态，它可以直接置位也可以直接复位，且具有存储或记忆功能。也可以直接复位，且具有存储或记忆功能。 在在SD端加负脉冲可置位端加负脉冲可置位Q=1；在；在RD端加负脉冲可复端加负脉冲可复位位Q=0。当不对触发器操作时，两个输入端都处于高电。当不对触发器操作时，两个输入端都处于高电平，并且触发器的状态保持不变平，并且触发器的状态保持不变。（2）SD=0，RD=1（3）SD=1，RD=1（4）SD=

3、0，RD=01, 0QQ0, 1QQ输出不变输出不变输出不定输出不定&GB&GAQQSDRD逻辑图逻辑图基本R-S触发器的逻辑关系电工与电子技术基础电工与电子技术基础 2、可控、可控R-S触发器触发器状态表 由基本R-S触发器及导引“与非”门部分联接而成。C是时钟脉冲输入端。逻辑图&GB&GAQQSDRD&GD&GCSRC图形符号QQSDRDSRC结构SRQn+100110101Qn01不定电工与电子技术基础电工与电子技术基础 逻逻 辑辑 关关 系系 说说 明明（1）S=1，R=0（2）S=0，R=1（3）S=1，R=1（4）S=0，R=01,

4、0QQ0, 1QQ输出不变输出不变输出不定输出不定(应避免出现应避免出现)&GB&GAQQSDRD&GD&GCSRC 当时钟脉冲时钟脉冲C=0时，触发器的输出状态不变；只有当时时钟脉冲钟脉冲C=1时触发器的状态才由 R 、 S 的 状 态 决 定 ：1011010011101111001100111不不 变变图形符号QQSDRDSRC可控可控R-SR-S触发器的逻辑关系触发器的逻辑关系0电工与电子技术基础电工与电子技术基础 可控R-S触发器的工作波形&GB&GAQQSDRD&GD&GCSRC不定CSRGcGdQ电工与电子技术基础电

5、工与电子技术基础 可控R-S触发器的计数功能&GB&GAQQSDRD&GD&GCSRC 如图所示联接的电路具有如图所示联接的电路具有计数功能。在计数功能。在C端，每来一个端，每来一个脉冲触发器就翻转一次。脉冲触发器就翻转一次。 例如：在例如：在Q=0时的情况，时的情况，当计数脉冲来到后，当计数脉冲来到后，GC的的输出为输出为 “0”；GD的输出为的输出为“1”。进而。进而GA的输出为的输出为“1”；GB的输出为的输出为 “0”。促使触发器翻转为促使触发器翻转为 Q = 1。 然而，如果计数脉冲宽度较宽，在触发器翻转后然而，如果计数脉冲宽度较宽，在触发器翻转后C端

6、端仍为高电平时，将引起触发器的下一次翻转，即仍为高电平时，将引起触发器的下一次翻转，即“空翻空翻”现象。现象。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 二、二、J-K触发器触发器J-K触发器是由两个可触发器是由两个可控控R-S触发器构成，还触发器构成，还通过一个通过一个“非非”门将门将两个触发器联系起来。两个触发器联系起来。分别称为分别称为主触发器主触发器和和从触发器从触发器。这种触发。这种触发器具有器具有主从型结构主从型结构。QQCKJSDRD主从型主从型J-KJ-K触发器逻辑图触发器逻辑图RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC1.结构和逻辑图J-K触发器的图形符号入右图。触发

7、器的图形符号入右图。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 当时钟脉冲来到当时钟脉冲来到后后(C=1)(C=1)，“非非”门的门的输出为输出为“0”0”，从触发，从触发器的状态不变。而主器的状态不变。而主触发器是否翻转，要触发器是否翻转，要由其输入端状态决定由其输入端状态决定( (即图中的即图中的J J和和K )K ) 。RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC2.J-K2.J-K触发器的工作原理触发器的工作原理 当当C C从从“1”1”下跳为下跳为“0”0”时，主触发器的状态不变，从触时，主触发器的状态不变，从触发器状态将由主触发器的状态决定。因此触发器不会发器状态将由主触发器

8、的状态决定。因此触发器不会“空空翻翻”。 电工与电子技术基础电工与电子技术基础 RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC3.J-K3.J-K触发器的逻辑关系触发器的逻辑关系 (1) (1)当当J=1J=1、K=1K=1时，时，设 触 发 器 的 初 态 为设 触 发 器 的 初 态 为“0”0”，则主触发器的，则主触发器的输入状态为输入状态为1SJQ0RKQ 当时钟脉冲来到后当时钟脉冲来到后(C=1)(C=1)，主触发器的状态应为置位，主触发器的状态应为置位“1”1”输出。从触发器状态不变；当输出。从触发器状态不变；当C C从从“1”1”下跳为下跳为“0”0”时，主时，主触发器

9、被关闭，从触发器将输出触发器被关闭，从触发器将输出Q=1Q=1。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 (2) (2)当当J=0J=0、K=0K=0时，时，主触发器的输入状态为主触发器的输入状态为RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC0SJQ0RKQ 不论从触发器输出不论从触发器输出Q Q的状态如何，主触发的状态如何，主触发器的状态都不改变，器的状态都不改变，从触发器的输出状态从触发器的输出状态也不变。即保持原状也不变。即保持原状态不变。态不变。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 (3)(3)当当J=1J=1、K=0K=0时，设触时，设触发器的初始状态为发器的初始状态为 “

10、“0”0”态。当态。当C=1C=1时时RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC1SJQ0RKQ 则主触发器输出则主触发器输出为为“1”1”态；当态；当C C下跳下跳为为“0”0”时，从触发器时，从触发器的的S=1S=1、R=0R=0，故也翻，故也翻转为转为“1”1”态。态。 如果触发器的初态为如果触发器的初态为“1”1”，则主触发器的，则主触发器的S=0S=0、R=0R=0，在在C C端变化过程中，触发器始终保持原状态不变。端变化过程中，触发器始终保持原状态不变。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 (4) (4)当当J=0J=0、K=1K=1时，时，不论触发器的初始状不论触发

11、器的初始状态如何，下一个状态态如何，下一个状态一定是输出一定是输出“0”0”态。态。RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKC0SJQ1RKQ 主触发器输出为主触发器输出为“0”0”态；当态；当C C下跳为下跳为“0”0”时，从触发器时，从触发器的的S=0S=0、R=1R=1，故也输，故也输出出“0”0”态。态。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 综上所述，主从综上所述，主从型触发器在型触发器在C=1C=1时将输时将输入信号暂时存入主触入信号暂时存入主触发器中，在发器中，在C=0C=0时将主时将主触发器的输出信号送触发器的输出信号送入从触发器输出。即入从触发器输出。即是说是说主

12、从型主从型J-KJ-K触发器触发器为后沿发为后沿发。RDSD从触发器QQCRS主触发器QQCRS1QQJKCQQCKJSDRD1nnnQJQKQ ( (后沿触发在图形符号中由后沿触发在图形符号中由C C端端附近的小圆圈表示。附近的小圆圈表示。) )驱动方程：0000不变，不变，1111翻转。翻转。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 三、触发器逻辑功能的转换三、触发器逻辑功能的转换 根据实际需要，可将某种逻辑功能的触发器经过改根据实际需要，可将某种逻辑功能的触发器经过改接或附加一些电路后，转换成另一种触发器。接或附加一些电路后，转换成另一种触发器。 如图电路，当如图电路，当D=1(J=1D=1

13、(J=1及及K=0)K=0)，在，在C C脉冲的后沿触发脉冲的后沿触发器的输出为器的输出为“1”1”态；当态；当D=0(J=0D=0(J=0及及K=1)K=1)，在，在C C脉冲的后沿脉冲的后沿触发器的输出为触发器的输出为“0” 0” 态。态。1.1.将将J-KJ-K触发器转换触发器转换D D触发器触发器QQCKJSDRD1DQQCDSDRDDC电工与电子技术基础电工与电子技术基础 如图电路，将如图电路，将 J J、K K端联在一起，称为端联在一起，称为T T端。当端。当T=0T=0时，时，时钟脉冲作用后触发器的状态不变；当时钟脉冲作用后触发器的状态不变；当T=1T=1时，触发器具有时，触发器

14、具有逻辑计数功能，即逻辑计数功能，即2.2.将将J-KJ-K触发器转换触发器转换 T T 触发器触发器QQCKJSDRDT1nnQQ1nQnQnQT01 TTLTTL产品的产品的D D触发器主要是维持阻塞型而不是主从型。触发器主要是维持阻塞型而不是主从型。这里不介绍维持阻塞型触发器，只指出其差异这里不介绍维持阻塞型触发器，只指出其差异在时在时钟脉冲的前沿钟脉冲的前沿如触发。如触发。3.3.将将D D触发器转换触发器转换T T 触发器触发器电工与电子技术基础电工与电子技术基础 如图如图(a)(a)是单是单D D触发器集成电路的外引线排列图，触发器集成电路的外引线排列图，(b)(b)图是前沿触发的

15、图是前沿触发的D D触发器的图形符号。触发器的图形符号。( (区别是在时钟脉区别是在时钟脉冲冲C C输入端不加小圆圈输入端不加小圆圈) )RDSDCDQQ1234567141312111088地地电源电源(a)QQCDSDRD(b)QQCD(c) 如将如将D D触发器的触发器的D D端与端与Q Q端相联端相联( (如图如图c c) )，就转换成为，就转换成为T T触触发器，它的逻辑功能是每来一个时钟脉冲，翻转一次，发器，它的逻辑功能是每来一个时钟脉冲，翻转一次，即即 ，具有计数功能。，具有计数功能。1nnQQ电工与电子技术基础电工与电子技术基础 21.2 21.2 寄存器寄存器 寄存器用来暂存

16、参与运算的数据和运算结果。一个寄存器用来暂存参与运算的数据和运算结果。一个触发器只能存放一位二进制数，要存放多位数就得用多触发器只能存放一位二进制数，要存放多位数就得用多个触发器。常用的有四位、八位、十六位寄存器个触发器。常用的有四位、八位、十六位寄存器。寄存器存放数码的方式有串行和并行两种：寄存器存放数码的方式有串行和并行两种： 并行方式：并行方式：数码从各对应位输入端同时输入；数码从各对应位输入端同时输入； 串行方式：串行方式：数码从一个输入端逐位输入。数码从一个输入端逐位输入。 从寄存器取出数码的方式也有串行和并行两种：从寄存器取出数码的方式也有串行和并行两种： 并行方式：并行方式：被取

17、出的数码各位在对应输出端同时被取出的数码各位在对应输出端同时 出现；出现； 串行方式：串行方式：被取出的数码各位在同一输出端逐位被取出的数码各位在同一输出端逐位 出现。出现。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 只有寄存数码和清除原有数码的功能的寄存器。只有寄存数码和清除原有数码的功能的寄存器。一、数码寄存器一、数码寄存器双拍数码寄存器双拍数码寄存器取出指令取出指令寄存指令寄存指令清零清零1111QSDRDQSDRDQSDRDQSDRD&d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3QQQQ电工与电子技术基础电工与电子技术基础 寄存指令寄存指令清零清零DCQDCQDCQDCQ3Q2Q1Q0Qd3d2

18、d1d0RDQQQQ单拍数码寄存器单拍数码寄存器结构结构：由由4 4个个D D触发器构成的并入并出的数码寄存器。触发器构成的并入并出的数码寄存器。工作原理工作原理：4 4个个D D触发器同时动作。可随时存入数码触发器同时动作。可随时存入数码( (单单拍拍) )，可单独清零。，可单独清零。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 二、移位寄存器二、移位寄存器不仅有存放数码的功能，还有移位的功能不仅有存放数码的功能，还有移位的功能。 移位：每当来一个移位脉移位：每当来一个移位脉冲（时钟脉冲），触发器的状态冲（时钟脉冲），触发器的状态便向左或右移一位。便向左或右移一位。 移位寄存器有左移、右移、移位寄存

19、器有左移、右移、双向和循环移位寄存器。双向和循环移位寄存器。寄存数码寄存数码移位脉冲移位脉冲移位过程移位过程Q3 Q2 Q1 Q00123400001000100010101010清清 零零左移一位左移一位左移二位左移二位左移三位左移三位左移四位左移四位四位左移寄存器四位左移寄存器QQ一一JKC移位脉冲移位脉冲Q3Q2Q1Q0QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC1清零清零D数码输入数码输入RD1010电工与电子技术基础电工与电子技术基础 22.3 22.3 计数器计数器 计数器是电子计算机和数字逻辑系统中的基本部件计数器是电子计算机和数字逻辑系统中的基本部件之一，它能累计输入的脉冲数目，

20、以进行求和或作为判之一，它能累计输入的脉冲数目，以进行求和或作为判断的依据。断的依据。计数器分类：计数器分类： 1 1、按计数、按计数数值变化数值变化分：分： 加法计数器、减法计数器、可逆计数器加法计数器、减法计数器、可逆计数器； 2 2、按、按进制进制（计数器的（计数器的模数模数）分：）分： 二进制、十进制、十六进制计数器等；二进制、十进制、十六进制计数器等； 3 3、按计数器各、按计数器各触发器状态变化先后次序触发器状态变化先后次序分：分： 同步计数器、异步计数器。同步计数器、异步计数器。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 关于计数器的几点说明：关于计数器的几点说明： 1 1、所谓、所谓

21、n n进制，就是进制，就是“逢逢n n进进1”1”。 例如例如2 2进制，它只有进制，它只有0 0和和1 1两个数码，每当本位是两个数码，每当本位是1 1，再，再加加1 1时，本位便变为时，本位便变为0 0，而向高位进位，使高位加，而向高位进位，使高位加1 1。 0+1=10+1=1，1+1=101+1=10（壹零壹零） 2 2、一个双稳态触发器可以表示一位二进制数：因为双、一个双稳态触发器可以表示一位二进制数：因为双稳态触发器有稳态触发器有“1”1”和和“0”0”两个状态。故要表示两个状态。故要表示n n位二进位二进制数，就得用制数，就得用n n个双稳态触发器。个双稳态触发器。 3 3、构成

22、计数器时，采用不同的触发器有不同的逻辑电、构成计数器时，采用不同的触发器有不同的逻辑电路；即使用同一种触发器也可得出不同的逻辑电路。路；即使用同一种触发器也可得出不同的逻辑电路。 4 4、鉴于、鉴于T T和和T T/ /触发器的功能，构成计数器时，多采用这触发器的功能，构成计数器时，多采用这两种触发器，这样设计思路比较明晰。两种触发器，这样设计思路比较明晰。电工与电子技术基础电工与电子技术基础 1 1、四位二进制加法计数器的状态表、四位二进制加法计数器的状态表二二 进进 制制 数数Q3 Q2 Q1 Q0计数计数脉冲脉冲十进十进制数制数0 0 0 0 0 01 0 0 0 1 12 0 0 1

23、0 23 0 0 1 1 34 0 1 0 0 45 0 1 0 1 56 0 1 1 0 67 0 1 1 1 78 1 0 0 0 89 1 0 0 1 910 1 0 1 0 1011 1 0 1 1 1112 1 1 0 0 1213 1 1 0 1 1314 1 1 1 0 1415 1 1 1 1 1516 0 0 0 0 02 2、四位、四位异步异步二进制加法计数器二进制加法计数器QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC计数计数 脉冲脉冲清零清零Q3Q2Q1Q0 如采用上升沿触发的如采用上升沿触发的J-KJ-K触发器，则触发器，则把低位的把低位的 Q Q 端接至高

24、位的脉冲信号输入端接至高位的脉冲信号输入端，作为进位信号。端，作为进位信号。一一四位异步二进制加法计数器四位异步二进制加法计数器（J、K端悬空，相当于端悬空，相当于“1”）一、二进制计数器一、二进制计数器电工与电子技术基础电工与电子技术基础 工作波形图工作波形图1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16CQ0Q1Q2Q3（ 二 分频）（ 四 分频）（ 八 分频）（十六分频） 3、 四位四位同步同步二二进制加进制加法计数法计数器器0101说明：J、K输入端自带与门QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC计数脉冲计数脉冲清零清零Q3Q2Q1Q0四位

25、同步二进制加法计数器四位同步二进制加法计数器RD00010010001101000110011110001001101010111100110111101111 0000电工与电子技术基础电工与电子技术基础 对于主从型对于主从型J-J-K K触发器：触发器：1nnnQJQKQ翻转的条件是翻转的条件是J J = = K K = 1= 1。对于第对于第四四位触位触发器来说：只发器来说：只有当前三位均为有当前三位均为“1”1”，即，即012QQQ时才翻转，故时才翻转，故33210JKQ QQ同理，可以得出：同理，可以得出：001JK110JKQ2210JKQQ 特别说明：特别说明：J=KJ=K便由便

26、由J-KJ-K触发器触发器转换转换成成了了T T触发触发器器！1QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC计数脉冲计数脉冲清零清零Q3Q2Q1Q0四位同步二进制加法计数器四位同步二进制加法计数器RD电工与电子技术基础电工与电子技术基础 如果由如果由T T触发器（附以门电路）构成同步触发器（附以门电路）构成同步 n n 位加法计数位加法计数器，则第器，则第 i (1i ni (1i n）位翻转的条件是：只有比第）位翻转的条件是：只有比第 i i 位低位低的所有位的状态都为的所有位的状态都为“1”1”时，第时，第 i i 位才翻转，即位才翻转，即1211(1)iiiijjTT TTT

27、in 分析如图电路的逻辑功能，说明其用途。分析如图电路的逻辑功能，说明其用途。( (设初态为设初态为“000”)000”)“计数脉冲”QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQ2Q1Q0一一“清零”CRD分析写出各触发器写出各触发器J J、K K的的逻辑关系：逻辑关系：02JQ01K 11J 11K 201JQ Q21K 例电工与电子技术基础电工与电子技术基础 02JQ01K 11J 11K 201JQ Q21K CQ2Q1Q00123450 0 0010010110010000Q Q0 0在在Q Q2 2为为0 0时，每个计时，每个计数脉冲都翻转；数脉冲都翻转；Q Q1 1在在Q Q0 0

28、由由1 1变为变为0 0时，时，来计数脉冲就翻转；来计数脉冲就翻转；Q Q2 2在在Q Q0 0和和Q Q1 1都为都为1 1时，时，来计数脉冲则翻转；来计数脉冲则翻转；“计数脉冲”QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQ2Q1Q0一一“清零”CRD电工与电子技术基础电工与电子技术基础 1 1、什么是十进制、什么是十进制 十进制当然是十进制当然是“逢十进一逢十进一”。但构成计数器的每。但构成计数器的每一位触发器依然只有一位触发器依然只有“0”0”、“1”1”两个状态，不会两个状态，不会出现出现“2 29”9”这样的数字。这样的数字。 我们给高位（大于我们给高位（大于1 1）付以一定的权值，

29、用某一）付以一定的权值，用某一高位的状态值乘以其相应的权值，便是该位所代表高位的状态值乘以其相应的权值，便是该位所代表的十进制数。我们采用前面所说的的十进制数。我们采用前面所说的“84218421（八四二（八四二么）么）”码。码。例如：例如：01010101 代表代表 0 08 8 + + 1 14 4 + + 0 02 2 + + 1 11 1 = 5 = 5二二、十进制计数器十进制计数器电工与电子技术基础电工与电子技术基础 分析：对于前面介绍的四位分析：对于前面介绍的四位二进制计数器，当第十个计数二进制计数器，当第十个计数脉冲到来时，第二位由脉冲到来时，第二位由“0” 0” 翻转为翻转为“

30、1”1”，第四位保持不变；，第四位保持不变；而对于十进制计数器则刚好相而对于十进制计数器则刚好相反。反。二二 进进 制制 数数Q3 Q2 Q1 Q0计数计数脉冲脉冲十进十进制数制数3 0 0 1 1 34 0 1 0 0 45 0 1 0 1 56 0 1 1 0 67 0 1 1 1 78 1 0 0 0 89 0 1 90 0 0 0 0 01 0 0 0 1 12 0 0 1 0 210 0 0 0 0 进位进位2 2、十进制同步加法计数器的状态表、十进制同步加法计数器的状态表 因此修改因此修改左图第二、四左图第二、四位的翻转条件位的翻转条件即可。即可。QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一

31、一JKCQQ一一JKC计数脉冲计数脉冲清零清零Q3Q2Q1Q0四位同步十进制加法计数器四位同步十进制加法计数器RD电工与电子技术基础电工与电子技术基础 1103JKQ Q33210302130()JKQ QQQ QQ QQ QCJKQn+100Qn01010111Qn1nnnQJQKQ因为因为Q Q1 1的第的第9 9个状态为个状态为0 0，而要保持这个，而要保持这个“0”0”态态不变，只要不变，只要J J1 1为为“0”0”即可，所以第二位的翻转即可，所以第二位的翻转条件可以改为：条件可以改为：10310,JQ QKQQ Q3 3 在前在前7 7个状个状态态, ,只要只要 J J3 3=0,

32、K=0,K3 3 可为可为任意值；在第任意值；在第8 8个状态，只个状态，只要要J J3 3 =1,K=1,K3 3可可为任意值；为任意值；QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC计数脉冲计数脉冲清零清零Q3 3Q2 2Q1 1Q0 0同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器RD电工与电子技术基础电工与电子技术基础 QQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKCQQ一一JKC计数脉冲计数脉冲清零清零Q3 3Q2 2Q1 1Q0 0同步十进制加法计数器同步十进制加法计数器RD321030,JQ QQKQ第第 9 9 个 状 态 ，个 状 态 ， J J3 3=K=K3 3=0=0即可；第即可；第1010个状态，只要个状态，只要K K3 3=1=1，J J3 3可任意。可任意。要