数字电子技术2

1、4 4、触发器、触发器4.1 概述概述4.2 触发器的描述方法触发器的描述方法4.3 触发器逻辑功能分类描述触发器逻辑功能分类描述4.4 时序逻辑电路的基本分析方法时序逻辑电路的基本分析方法4.1 概述概述触发器是时序逻辑电路的基本单元,是能够存储一位二值信号的基本逻辑单元电路。触发器的输出状态不仅和当时的输入有关，还与它的历触发器的输出状态不仅和当时的输入有关，还与它的历史状态有关。史状态有关。触发器具有存储、记忆功能触发器具有存储、记忆功能!触发器的分类触发器的分类 1、按触发器的稳定状态分类、按触发器的稳定状态分类 （1）双稳态触发器）双稳态触发器FF （ Flip - Flop ） 它

2、有两个稳定的状态(简称稳态，可长期保持不变)，触发器通常有一对互补的状态输出端Q和Q。用Q端状态表示触发器的状态：当Q=0时，应有Q=1，此时称触发器为0态，或称复位；当Q=1时，应有Q=0，此时称触发器为1 态，或称置位。在一定条件下，两状态可以转换它有一个稳态和一个暂态，通常触发器处于稳态，在一定的触发条件下，触发器状态翻转到暂态，停留一段时间后会自动恢复到稳态。（2）单稳态触发器）单稳态触发器 （3）无稳态触发器）无稳态触发器 它没有个稳态，只有两个暂态，触发器输出自动在两个暂态间转换。（成为方波发生器）2、按触发器是否有时钟控制分、按触发器是否有时钟控制分 ：只有在时钟信号到达时（有效

3、），才按输入信号改变状态的触发器称为时钟控制的触发器。即：由时钟和输入信号，同步决定输出状态。（1）钟控（同步）触发器）钟控（同步）触发器在钟控制的触发器中，时钟信号到达前（有效），触发器的状态称：原态(现态)，用Qn表示；时钟信号到达后的下一个状态称次态，用Qn+1表示 ；原态相当于输入量，次态相当于输出量。触发器输出状态的改变时刻与时钟脉冲无关。（2）无时钟控制（异步）触发器）无时钟控制（异步）触发器 3、按、按逻辑功能逻辑功能划分划分 ：（1）R - S 触发器触发器 ；凡逻辑功能符合特性表所规定的逻辑功能的触发器，叫做RS 触发器RS触发器的特性表QQRSC逻辑符号逻辑符号（2）J -

4、 K 触发器触发器 ；凡逻辑功能符合特性表所规定的逻辑功能的触发器，叫做JK 触发器JK触发器的特性表逻辑符号逻辑符号QQKJC（3）D 触发器触发器 ；D触发器的特性表QQDC逻辑符号逻辑符号（4）T 触发器触发器 ；凡逻辑功能符合特性表所规定的逻辑功能的触发器，叫做T 触发器T触发器的特性表逻辑符号逻辑符号QQKJCTQQTC（5）T 触发器触发器 ；凡逻辑功能符合特性表所规定的逻辑功能的触发器，叫做T 触发器T触发器的特性表逻辑符号逻辑符号QQTQQDCT 0 1 1 Qn T Q n+1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 4、按触发器的、按触发器的触发方式触发方式划分划分 ：（1）电

5、平触发方式；）电平触发方式；电平触发方式特点；在时钟电平有效期间，触发器状态可随输入电平触发方式特点；在时钟电平有效期间，触发器状态可随输入多次变化。多次变化。是指时钟在规定的电位是指时钟在规定的电位(CP = 0或者或者CP = 1)下，触发器便能够翻下，触发器便能够翻转。转。 “高电平触发高电平触发”QQRDSDDC“低电平触发低电平触发”QQRDSDDCQQRDSDabRDSD如：如：RS触发器触发器cdRSCP时钟时钟CP1时，时，输出端可随输出端可随RS端多次改端多次改变。变。平时常平时常为为 1平时常平时常为为 1直接清零端直接清零端直接置位端直接置位端（2）主从触发方式）主从触发

6、方式 ；所谓所谓“主从触发方式主从触发方式”，是指组成触发器电路的结构特点和工，是指组成触发器电路的结构特点和工作原理所决定。它由两部分组成作原理所决定。它由两部分组成 ：一部分称为：一部分称为 “主触发器主触发器”，而另一部分则称为而另一部分则称为“从触发器从触发器”。在工作原理上。在工作原理上 ：它们在一个：它们在一个时钟周期内轮流交替工作；并在时钟的下降沿到来以后，整个时钟周期内轮流交替工作；并在时钟的下降沿到来以后，整个触发器才有最终的输出状态。触发器才有最终的输出状态。如：主从如：主从JK触发器触发器主从型主从型J K 触发触发器存在一次翻转器存在一次翻转的问题。即主触的问题。即主触

7、发器在发器在CP1 期间只能翻转一期间只能翻转一次，要求次，要求J、K 状态在状态在CP1期期间不能变化。间不能变化。QQRSCCPQQQQRSCCP1 12 2, ,F主主F从从JK逻辑符号逻辑符号QQKJC以主从触发的以主从触发的D触发器为例：触发器为例：设设Qn = 0CPDQ干扰干扰t1t2正确的输正确的输出波形出波形假设在假设在CP=1期间期间 D有一干扰，可能造成输出错误。有一干扰，可能造成输出错误。出现干扰后，主从型的出现干扰后，主从型的D触发器的输出波形如何？触发器的输出波形如何？主从触发方式存在其固有的缺陷主从触发方式存在其固有的缺陷一次翻转一次翻转”问题。问题。QQQR2S

8、2CcdabCPDQQF从从F主主CPQ11010100101100110保保 持持解释如下解释如下:CPD设设Qn = 0保保持持跟跟随随D端端初始初始状态状态Q实际实际保保持持注注意意 Q主从触发方式主从触发方式主从触发方式的翻转过程：主从触发方式的翻转过程：前沿处，输出前沿处，输出交叉反馈到交叉反馈到F主主。后沿处，输出后沿处，输出传递到传递到F从翻转从翻转完成。完成。CPCP=1期间输入端控制信期间输入端控制信号不容许变化号不容许变化主从触发的主触发器是一个时钟控制的同步主从触发的主触发器是一个时钟控制的同步RS触发器，在触发器，在CP=1期间当输入信号变化时，其状只能改变一次。期间当

9、输入信号变化时，其状只能改变一次。在使用主从结构触发器时必须注意：在使用主从结构触发器时必须注意：只有在只有在CP=1的全部时间里输入始终保的全部时间里输入始终保持不变的条件下，用持不变的条件下，用CP下降沿到来时下降沿到来时的输入状态决定触发器的下态才肯定的输入状态决定触发器的下态才肯定是对的。否则，必须考虑是对的。否则，必须考虑CP=1期间输期间输入端状态的全部变化过程，才能确定入端状态的全部变化过程，才能确定CP下降沿到来时触发器的下一个状态。下降沿到来时触发器的下一个状态。结论结论主从触发方式在功能表中一般用主从触发方式在功能表中一般用“ ”表示。表示。CPDQn+10011主从型主从

10、型D触发器功能表触发器功能表逻辑符号逻辑符号CQQDQQ1JJC1CP1KKQQ1SSC1CP1RRCQQD（3） 边沿触发方式边沿触发方式 “边沿触发方式边沿触发方式”的特点是的特点是 ：触发器：触发器只在时钟只在时钟 CP 跳变时发生翻转跳变时发生翻转，而在，而在 CP 维持为维持为 0 或者维持为或者维持为 1 期间，控制端输入期间，控制端输入的任何变化都不会影响输出端的任何变化都不会影响输出端 Q 的状态。的状态。QQQQ上升沿触发上升沿触发下降沿触发下降沿触发QQefcdabCPD维持阻塞型维持阻塞型D功能触发器功能触发器DCPQQSdRdCPDQn+10011边沿型边沿型D触发器功

11、能表触发器功能表例例 试画出三种不同触发方式的试画出三种不同触发方式的D触发器在如下触发器在如下图中图中CP和和D信号作用时各信号作用时各Q端的输出波形。端的输出波形。设各触发器初始状态均为设各触发器初始状态均为 0 。D CQ1DCQ2DCQ3高电平触发高电平触发上升沿触发上升沿触发下降沿触发下降沿触发CPDQ1Q2Q34.2 触发器的描述方法触发器的描述方法触发器的逻辑功能常用特性表、特性方程、状态转换图，状态转换表和时序图来描述。1. 特性表（功能表）因为触发器的次态Qn+1不仅与输入状态有关，而且与触发器的现态Qn有关，所以把Qn也作为一个变量列入了真值表，并将Qn称做状态变量，把这种

12、含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表(或功能表)。它以触发器的现态Qn作为逻辑条件，现态Qn和触发器的输入信号一起决定次态Qn+1。 2. 特性方程（次态方程）特性方程又称次态方程。是触发器次态Qn+1与输入变量，原态Qn的逻辑函数式，同样可以用真值表或卡诺图的方法求得。3. 3. 状态转换图状态转换图状态转换图分别以两个圆圈表示触发器的两种状态，状态转换图分别以两个圆圈表示触发器的两种状态，用带箭头的有向线表示状态转换的方向，同时把状态用带箭头的有向线表示状态转换的方向，同时把状态转换的条件标在有向线旁边。转换的条件标在有向线旁边。4. 时序图时序图时序图又称波形图。在时序图中，由时钟信号

13、波形和驱动信号波形共同决定触发器的输出波形。5. 驱动方程、时钟方程驱动方程、时钟方程触发器的输入端与输入变量的逻辑函数关系（表达式），称为触发器的驱动方程，时钟端与输入变量的表达式称时钟方程。 1、同步同步 RS 触发器触发器 000010101010101101011000111101Qn+1QnSR特特性性表表同步同步RS触发器触发器Qn+1的卡诺图的卡诺图RSQn0100 0111 10 1 1 1 特性方程特性方程nnQRSQ 1RS = 0( (约束条件约束条件) )RS 触发器功能也可用特性表与触发器功能也可用特性表与特性方程来描述。特性方程来描述。特性方程指触发器次态与输入信号

14、和电路原有状态之间的逻辑关系式。 4.3 触发器逻辑功能分类描述触发器逻辑功能分类描述QQRSC逻辑符号逻辑符号小圈表示小圈表示CP下跳有效下跳有效特性方程：特性方程：nnQRSQ10RSCP下跳有效下跳有效功能记忆：功能记忆： S置置1R置置0,同时有效应禁行。同时有效应禁行。3 RS FF 特性表特性表CP Qn R S Q n+1 0 X X X 保保 持持1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 X 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 X 4 RS FF 状态表状态表0/0 1/0 0/0 x/01/1 1/1

15、0/1 x/1输入输入 RSQn0100次态次态 / 输出（现态）输出（现态）现态现态01101110RS01/RS10/RS0 x/RSx0/5 RS FF状态图状态图6 RS FF时序图时序图CPRSQ7 RS FF驱动表驱动表由触发器现态和次态的取值来确定输入信号由触发器现态和次态的取值来确定输入信号取值的关系表，又称激励表。取值的关系表，又称激励表。表示触发器从表示触发器从一个稳态到另一个稳态所需条件的表格一个稳态到另一个稳态所需条件的表格RS FF 驱动表驱动表 Qn Qn+1 R S 0 0 x 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 x二二 D触发器触发器QQDC1 1逻

16、辑符号逻辑符号2 特性方程：特性方程：DQn1CP上跳有效上跳有效3 D FF 特性表特性表 0 1 1 Qn D Q n+1 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 Qn Q n+1 D 0 0 0 1 0 0 1 1 1 4 D FF 驱动表驱动表10D1/D0/D1/D0/5 D FF状态图状态图6 D FF时序图时序图DQCP三三 JK触发器触发器1 1逻辑符号逻辑符号2 特性方程：特性方程：nnnQKQJQ1CP下跳有效下跳有效QQKJC3 JK FF 特性表特性表 Qn J K Q n+1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1

17、0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 口诀：口诀：JK 不同服从不同服从J ： 00保持保持 11翻翻 0 1 1 x Qn Q n+1 J K 0 0 0 x 1 0 x 1 1 1 x 0 4 JK FF 驱动表驱动表10JK=1X/JK=X1JK=X0/JK=0X/5 JK FF状态图状态图6 JK FF时序图时序图CPJKQ四四 T触发器触发器1 1逻辑符号逻辑符号2 特性方程：特性方程：nnQTQ1CP下跳有效下跳有效QQTC3 T FF 特性表特性表 0 1 1 Qn T Q n+1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 Qn Q n+1 D 0 0 0 1 0 1

18、 1 1 0 4 T FF 驱动表驱动表口诀：口诀：T0保持保持T1翻翻10T1/T1 /T0/T0/5 T FF状态图状态图6 T FF时序图时序图TQCP五五 T触发器触发器1 1逻辑符号逻辑符号2 特性方程：特性方程：nnQDQ1 QQDCTT上跳有效上跳有效3 T FF 特性表特性表 0 1 Qn T Q n+1 0 0 0 1 0 1 1 0 触发器特性方程代入 DQDn 10TTT0/T0/5 T FF状态图状态图6 T FF时序图时序图TQCP4.4 4.4 时序逻辑电路的基本分析方法时序逻辑电路的基本分析方法1、 时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路的结构及特点时序逻辑电路任何

19、一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关时序电路的特点：1）含有具有记忆元件（最常用的是触发器） 2）具有反馈通道。时序电路的结构：由触发器和组合逻辑电路构成。其中，触发器必不可少。时序电路的结构图：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 其中：Zf（x，Q）为输出方程）为输出方程Qn1f（D，Qn）为特性（次态、状态）方程）为特性（次态、状态）方程Df（x，Q）为驱动方程）为驱动方程CPf（x，Q）为时钟方程，当所有触发器的时钟方程都相同）为时钟方程，当所有触发器的时钟方程都相同时，为同步时序电路，否则为异步

20、。时，为同步时序电路，否则为异步。时序逻辑电路框图2 2 时序逻辑电路的一般分析方法时序逻辑电路的一般分析方法一、分析时序逻辑电路的一般步骤一、分析时序逻辑电路的一般步骤 1由逻辑图写出下列各逻辑方程式： （1）各触发器的时钟方程。 （2）时序电路的输出方程。 （3）各触发器的驱动方程。 2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。 3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。 4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。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： 1J1KC11J1KC11Q0QCPXZ=

21、1=1=1&FF1FF011nnQQXZ01)(nQXJ1010KnQXJ0111K （2）写出驱动方程：3.3.分析举例分析举例例例1：试分析图示的时序逻辑电路。：试分析图示的时序逻辑电路。（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：输出方程简化为：由此作出状态表及状态图。1Q0Q000110/0/0/1 X=0时的状态图nnnnnQQXQKQJQ01000010)(nnnnnQQXQKQJQ10111111)(nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01（4）作状态转换表及状态图 当X=0时：触发器的次态方程简化为：由此

22、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。0001100/00/00/11/11/01/01Q Q0001001/1/0/05.2.4 X=1时的状态图nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01当当X=1时：触发器的次态方程简化为：时：触发器的次态方程简化为：输出方程简化为：输出方程简化为：（5）画时序波形图。0001100/00/00/11/11/01/01Q0QXCPZ根据状态表或状态图，根据状态表或状态图，可画出在可画出在CP脉冲作用下电路的时序图。脉冲作用下电路的时序图。（6）逻辑功能分析：当当X=1=1时，按照减时，按照减1 1规律从规律从10

23、01001010010010循环变化，循环变化，并每当转换为并每当转换为0000状态（最小数）时，输出状态（最小数）时，输出Z=1=1。该电路一共有3个状态00、01、10。当当X=0=0时，按照加时，按照加1 1规律规律从从0001100000011000循环变化，循环变化，并每当转换为并每当转换为1010状态（最大数）时，输出状态（最大数）时，输出Z=1=1。所以该电路是一个可控的3进制计数器。0001100/00/00/11/11/01/0 例1完整的状态图例2：试分析图所示的时序逻辑电路该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：（1）写出各逻辑方程

24、式。时钟方程：时钟方程：CP0=CP （时钟脉冲源的上升沿触发。）CP1 1= =Q0 0 （当（当FF0 0的的Q0 0由由0101时，时，Q1 1才可能改变状态。）才可能改变状态。）（3）作状态转换表。（2）将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：1111nnQDQnnQDQ0010（CP由由01时此式有效）时此式有效） （Q0由由01时此式有效）时此式有效） 输出方程：输出方程：各触发器的驱动方程：各触发器的驱动方程：（5 5）逻辑功能分析）逻辑功能分析 由状态图可知：该电路一共有由状态图可知：该电路一共有4个状态个状态00、01、10、11，在时，在时钟脉冲作用下，按

25、照减钟脉冲作用下，按照减1规律循环变化，所以是一个规律循环变化，所以是一个4进制减进制减法计数器，法计数器，Z是借位信号。是借位信号。Q/0/0/110111000Q/001Z1QCPQ0（4）作状态转换图、时序图。4 4、触发器逻辑功能的转换、触发器逻辑功能的转换 ( (一一) )触发器五种逻辑功能的比较触发器五种逻辑功能的比较无约束，无约束，但功能少但功能少无约束，无约束，且功能强且功能强令令 J = K = T即可即可令令J = K = 1即可即可 D 功能功能1 0Qn+110DQn+1 = D T 功能功能 QnQnQn+110TnnQTQ 1 RS 功能功能不定不定01 QnQn+

26、111011000SRQn+1 = S + RQnRS = 0( (约束条件约束条件) ) JK 功能功能 Qn10 QnQn+111011000KJQn+1 = JQn + KQnT功能功能(计数功能计数功能) 只有只有 CP 输入端，输入端，无数据输入端。无数据输入端。来一个来一个CP翻转一次翻转一次Qn+1 = Qn( (二二) )不同逻辑功能间的相互转换不同逻辑功能间的相互转换1. JK D2. JK T、T因此，令因此，令J = K = D已有已有Qn+1 = JQn+ KQn欲得欲得 Qn+1 = DQQCPDC11J1KQQC11J1KQQCP1C11J1KTCP转转换换方方法法

27、(1) 写出待求触发器和给定触发器的特性方程。(3)画出用给定触发器实现待求触发器的电路。( (2)比较上述特性方程，得出给定触发器中输入 信号的接法。3. D JK已有已有 Qn+1 = D欲得欲得Qn+1 = JQn + KQn因此，令因此，令nnQKQJ nnQKQJD 4. D T5. D T已有已有 Qn+1 = D 欲得欲得Qn+1 =nQT 已有已有 Qn+1 = D欲得欲得 Qn+1 = Qn因此，令因此，令D = QnnQT 因此，令因此，令D =QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK5 5、触发器的应用与分析举例、触发器的应用与分析举例 触发器由门电路构成，

28、因此，门电路的应用注意事项在这里多适用。例如，TTL 触发器的输入端悬空相当于输入高电平，而 CMOS 触发器的输入端不允许悬空。应应用用注注意意 实际工作中，应根据需要选定触发器的功能和触发方式。例如：同步触发器通常只用于数据锁存，构成计数器、移位寄存器时一般要用边沿触发器。Q2Q11D1DFF1FF2石英方波石英方波振荡器振荡器4MHzC1C1CP例 下图为分频器电路，设触发器初态为 0，试画出 Q1、Q2 的波形并求其频率。CP解：解：C1CPfQ1 = fCP/2 = 2 MHz， fQ2 = fCP/4 = 1 MHzCPQ10Q20Q1C1对 CP 二分频对 CP 四分频两个 D

29、触发器均构成 CP 触发的计数触发器 1010RDSDQ1JSDC1CP1KRSRDCP解：解：例 试对应输入波形画出下图电路的输出波形。C1CPSDSRRDQ1Qn+1 = JQn + KQn = Qn Qn+Qn Qn = Qn当异步端无信号时，触发器将在当异步端无信号时，触发器将在 CP 时翻转。时翻转。RD和和 SD为非有效电平为非有效电平5. 时序逻辑电路时序逻辑电路5.1 概述概述5.2 寄储器寄储器5.3 计数器的分析计数器的分析5.4 计数器的设计计数器的设计5.5 计数器的应用举例计数器的应用举例5.6 顺序脉冲发生电路顺序脉冲发生电路5.1 概述概述 时时 序序逻辑电路逻辑

30、电路寄存器和移位寄存器寄存器和移位寄存器计数器计数器顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器分析分析设计设计Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3CLR取数取数脉冲脉冲接收接收脉冲脉冲( CP )5. 2 寄存器寄存器5. 2. 1 数码寄存器数码寄存器 寄存器是计算机的主要部件之一，寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。它用来暂时存放数据或指令。四位数码寄存器四位数码寄存器QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3&Q3Q2Q1Q0&接收接收脉冲脉冲取数取数脉冲脉冲CLR1 2 3 45 6 7109814 13 12 111516171819

31、201Q 1D 2D 2Q 3Q 3D 4D 4Q GND输出输出控制控制时钟时钟VCC5D6D7D8D5Q6Q7Q8Q7 4 L S 3 7 4低电平低电平有效有效正边沿正边沿触发触发八八D寄存器寄存器 ：三态输出：三态输出共输出控制共输出控制共时钟共时钟5. 2. 2 移位寄存器移位寄存器 所谓所谓“移位移位”，就是将寄存器所存各位就是将寄存器所存各位 数据，在数据，在每个移位脉冲的作用下，移动一位。根据移位方向，每个移位脉冲的作用下，移动一位。根据移位方向，常把它分成常把它分成寄存器寄存器左移左移(a)寄存器寄存器右移右移(b)寄存器寄存器双向双向移位移位(c)左移寄存器左移寄存器、右移

32、寄存器右移寄存器 和和 双向移位双向移位寄存器寄存器三种：三种： 根据移位数据的输入输出根据移位数据的输入输出方式，又可将它分为下述四种电方式，又可将它分为下述四种电路结构：路结构： 串串行输行输入入串串行输行输出出 串串行输行输入入并并行输行输出出 并并行输行输入入串串行输行输出出 并并行输行输入入并并行输行输出出FFFFFFFF串入串出串入串出输入输入输出输出输入输入串入并出串入并出FFFFFFFF一一个输个输入入端，端，一一个输个输出出端端输出输出一一个输个输入入端，端，多多个输个输出出端端并入串出并入串出FFFFFFFF输输 入入输出输出并入并出并入并出FFFFFFFF输输 入入输输

33、出出多多个输个输入入端，端，一一个输个输出出端端多多个输个输入入端，端，多多个输个输出出端端QQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉冲清零清零脉冲脉冲1. 四位四位串入串入(并行置数并行置数) - 串出串出的左移寄存器的左移寄存器D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 20串行串行输出输出移位移位脉冲脉冲CP左移左移输入输入RDCLR清零清零脉冲脉冲&SDA0A1A2A3LOAD数数 据据 预预 置置 存数存数脉冲脉冲数据预置数据预置 ：

34、设设A3A2A1A0 1011 ， 在存数脉冲作用下，也有在存数脉冲作用下，也有 Q3Q2Q1Q0 1011 。1 0 1 11011QQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉冲清零清零脉冲脉冲四位串入四位串入 - 串出的左移寄存器串出的左移寄存器D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QQ DQQ DQQ DQQ D&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出数数 据据 预预 置置 3210存数存数脉冲脉

35、冲清零清零脉冲脉冲四位串入四位串入 - 串出的左移寄存器串出的左移寄存器D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 21 0 1 1QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210下面将重点讨论下面将重点讨论 兰颜色的兰颜色的 那部分电路的工作原理。那部分电路的工作原理。Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出32101 0 1 1D3 Q Q2 2 D2 Q Q1 1D1 Q Q0 0D0 0 0设初态设初态 Q3Q2Q1Q0 10111 0 1 11 0 1 10 1 1 00

36、 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 00 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 用波形图表示如下：用波形图表示如下：Q3Q2Q1Q0CPCP1 11 10 01 10 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 01 0 1 11 0 1 10 1 1 00 1 1 0 0 1 1 00 1 1 0

37、1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0 D3D2D1D0QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210初态：初态： Q3Q2Q1Q0 1 0 1 10 00 01 11 1QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210四位串入四位串入 - 串出的串出的左移左移寄存器：寄

38、存器：D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QDQQ3DQDQD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出Q1Q2Q02. 四位串入四位串入 - 串出的串出的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 0 0D0 Q Q1 1右移右移输入输入串行串行输入输入串行串行输出输出QQ DQQ DQQ DQQ D移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出3210四位串入四位串入 - 串出的左移寄存器：串出的左移寄存器：D0 0 0D1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2QDQQ3DQDQD移位移位脉冲脉冲CP0串行串行输出输出Q1Q2Q0四位串入

39、四位串入 - 串出的右移寄存器：串出的右移寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 0 0D0 Q Q1 1串行串行输出输出串行串行输入输入串行串行输入输入在同一电路中，如何实在同一电路中，如何实现既能左移，又能右移现既能左移，又能右移 ?当然不能临时改接线当然不能临时改接线 !3. 3. 双向移位寄存器的构成双向移位寄存器的构成 ： S0 时，左移时，左移 ；S1 时，右移时，右移 。D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 设置控制端设置控制端 S那么，那么， 就需使：就需使：需要把这个设想检查验证一下。需要把这个设想检查验

40、证一下。四位串入四位串入 - 串出串出的的左移左移寄存器：寄存器：D0 L LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2 四位串入四位串入 - 串出串出的的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 S1 时，时，= 0L + 1Q1 = Q1= 0Q0 + 1Q2 = Q2= 0Q1 + 1Q3 = Q3= 0Q2 + 1R = R确实能够实现右移确实能够实现右移 ! !四位串入四位串入 - 串出串出的的左移左移寄存器：寄存器：D0 L

41、 LD1 Q Q0 0D2 Q Q1 1D3 Q Q2 2 四位串入四位串入 - 串出串出的的右移右移寄存器：寄存器：D1 Q Q2 2D2 Q Q3 3D3 R RD0 Q Q1 1D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 S0 时，时，= 1L + 0Q1 = L= 1Q0 + 0Q2 = Q0= 1Q1 + 0Q3 = Q1= 1Q2 + 0R = Q2也能够实现左移也能够实现左移 , ,方案可行方案可行 !具体实施具体实施 ：D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 QQ

42、 DQQ DQQ DQQ DCP32101&1&1&1&SRL右移右移串行串行输入输入左移左移串行串行输入输入并行输入并行输入 集成组件集成组件 电路电路74LS194就是这样的就是这样的多功能移位寄存器。多功能移位寄存器。 VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零直接清零保保 持持右移右移(从从QA向右移动向右移动)左移左移(从从QD向左移动向左移动)并入并入 - 并出并出XXXVCCQAQBQ

43、CQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCP S1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194CLRCPS1 S0功功 能能5. 2. 3 集成寄存器集成寄存器74LS194的应用举例的应用举例D6D5D4D3D2D1D0并并行行输输入入串行输出串行输出数数据据传传送送方方式式变变换换电电路路1.实现方法实现方法: (1). 因为有因为有7位位并行输入，故需使并行输入，故需使用用两片两片74LS194；(2). 用最高位用最高位QD2作为它的串行作为它的串行输出输出端。端。例：数据传送方式变换电路例：数据传送方式变换电路( QD2 )2.

44、具体电路具体电路:0D0D1D2D3D4D5D6串行输出串行输出&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2+5V+5VCP启动启动脉冲脉冲移位移位脉冲脉冲&G274LS194 (1)74LS194 (2)启动脉冲的效果必然是启动脉冲的效果必然是并行输入并行输入并行输出并行输出 !11S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB21并并 行行 输输 入入D0D1D2D3D4D5D62.具体电路具体电路:0D0D1D2D3D4D5D6串行输出串行输出&G1S0S1CP1QA1QB1QC

45、1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2+5V+5VCP启动启动脉冲脉冲移位移位脉冲脉冲&G274LS194 (1)74LS194 (2)并并 行行 输输 入入D0D1D2D3D4D5D611S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB2启动脉冲作用后，启动脉冲作用后，1074LS194必然转入必然转入右移状态右移状态 ! 11寄存器各输出端状态寄存器各输出端状态QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2寄存器工作方式寄存器工作方式0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 1

46、 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 0 D0 D1 D2 1 1 1 1 1 0 D0 D1 1 1 1 1 1 1 0 D0 CP并行输入并行输入 ( S1S0=11)并行输入并行输入 ( S1S0=11)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)3.工作效果工作效果:提醒：提醒：在电路中，在电路中，“右移输入右移输入”端接端接 5VS0 = 1 ，S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB2QD2D6D5D4D3

47、D2D1D00D0D1D2D3D4D5D6串行输出串行输出&G1S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2+5V+5VCP启动启动脉冲脉冲移位移位脉冲脉冲&G274LS194 (1)74LS194 (2)并并 行行 输输 入入D0D1D2D3D4D5D611S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB2启动脉冲作用后，启动脉冲作用后，1074LS194必然转入必然转入右移状态右移状态 ! 1为什么为什么?4. 思考题思考题 ：(1) .0D0D1D2D3D4D5D6串行输出串行输出&G1

48、S0S1CP1QA1QB1QC1QD1S0S1CP2QA2QB2QC2QD2R1R2A1B1C1D1A2B2C2D2+5V+5VCP启动启动脉冲脉冲移位移位脉冲脉冲&G274LS194 (1)74LS194 (2)并并 行行 输输 入入D0D1D2D3D4D5D611S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB21074LS194必然转入必然转入右移状态右移状态 ! 1为什么为什么?4. 思考题思考题 ：(1) .就是因为就是因为 A1 = 0 寄存器各输出端状态寄存器各输出端状态QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2寄存器工作方式寄存器工作方式0 D0 D1 D

49、2 D3 D4 D5 D6 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 0 D0 D1 D2 1 1 1 1 1 0 D0 D1 1 1 1 1 1 1 0 D0 CP并行输入并行输入 ( S1S0=11)并行输入并行输入 ( S1S0=11)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)S0 = 1 ，S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB2QD2D6D5D4D3D2D1D04

50、. 思考题思考题 ： 该电路能够该电路能够自动循环自动循环吗吗 ? 为什么为什么?(2) .寄存器各输出端状态寄存器各输出端状态QA1QB1QC1QD1QA2QB2QC2 QD2寄存器工作方式寄存器工作方式0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 1 1 0 D0 D1 D2 D3 D4 1 1 1 0 D0 D1 D2 D3 1 1 1 1 0 D0 D1 D2 1 1 1 1 1 0 D0 D1 1 1 1 1 1 1 0 D0 CP并行输入并行输入 ( S1S0=11)并行输入并行输入 ( S1S0=11)右移右移 ( S1S0=01)右移

51、右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)右移右移 ( S1S0=01)S0 = 1 ，S1 = QA1 QB1 QC1 QD1 QA2 QB2QD2D6D5D4D3D2D1D04. 思考题思考题 ：(2) .1 1 1 1 1 1 = 111111= 1能够能够自动循环自动循环 ! !5. 2. 4 集成移位寄存器简介集成移位寄存器简介并行输入并行输出并行输入并行输出 ( 双向双向 )74LS194、74LS198、74LS299，等。，等。并行输入串行输出并行输入串行输出 74LS165、74LS166，等。，等。串行输入并行输出串行输入并行输出

52、 74LS164，等。，等。串行输入串行输出串行输入串行输出 74LS91，等。，等。5.3 计数器的分析计数器的分析 计数器计数器的的分析分析计数器计数器的的设计设计电路由电路由触发器触发器构成构成电路由电路由集成组件集成组件构成构成用用触发器触发器实现实现用用集成组件集成组件实现实现计数器计数器 计数器计数器是时序逻是时序逻 辑电路的重要组成辑电路的重要组成部分部分 ，理所当然地成为，理所当然地成为教学重点教学重点 。5. 3 计数器的分析计数器的分析 5. 3. 1 计数器的功能和分类计数器的功能和分类5. 3. 2 异步计数器的分析异步计数器的分析5. 3. 3 同步计数器的分析同步计

53、数器的分析5. 3. 4 任意进制计数器的分析任意进制计数器的分析5. 3. 5 集成计数器的分析举例集成计数器的分析举例5. 3 计数器的分析计数器的分析 5. 3. 1 计数器的功能和分类计数器的功能和分类1. 计数器的计数器的功能功能2. 计数器的计数器的分类分类异步计数器和同步计数器异步计数器和同步计数器加法计数器、减法计数器和可逆计数器加法计数器、减法计数器和可逆计数器有时也用计数器的计数容量有时也用计数器的计数容量(或称模数或称模数)来区分各种不同的计数器，如二进制来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。计数器等等。

54、记忆输入脉冲的个数；用于定时、分记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。异步计数器和同步计数器异步计数器和同步计数器什么叫什么叫“异步异步计数计数器器” ?QFFQFFQFFQFFCP从形式上看，从形式上看， 每个触发器接收到时每个触发器接收到时钟钟CP的时间有早有晚的时间有早有晚 ； 因而，每个触因而，每个触发器状态的变化次序也有先有后。发器状态的变化次序也有先有后。 上图所示电路只是异步计数器若上图所示电路只是异步计数器若干组成的一种，只是比较典型而已。干组成的一种，只是比较典型而已。什么叫什么叫“同步同步计数计数器器” ?Q

55、FFQFFQFFQFFCP异步计数器和同步计数器异步计数器和同步计数器 在同步计数器中，在同步计数器中， 时钟时钟CP必须必须同同时时传送到每个触发器传送到每个触发器 ! 这，既是它的这，既是它的条件，也是它的特点。条件，也是它的特点。 在同步计数器中，在同步计数器中， 每个触发器的每个触发器的状态变化几乎都是同时发生的。状态变化几乎都是同时发生的。例例 1. 三位二进制三位二进制异步异步加法计数器加法计数器CP0 = CPCP1 = Q0CP2 = Q15. 3. 2 异步计数器的分析异步计数器的分析Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲CP0CP1CP21 00 11 0

56、0 11 00 11 00 11 0Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲CP0CP1CP2CP0 = CPCP1 = Q0CP2 = Q1Q2 Q1 Q0 Q1 Q0100001110优点：电路简单、可靠优点：电路简单、可靠缺点：速度慢缺点：速度慢 0 0 0 1 10 11 01 00 10 11 01 00 10 1Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数计数脉冲脉冲CP0CP1CP2三位二进制加法计数器三位二进制加法计数器作业作业1： 试用试用JK-FF 实现的三实现的三位二进制异步减法计数器，位二进制异步减法计数器，画出电路图。画出电路图。 5. 3. 3 同步

57、计数器的分析同步计数器的分析 在同步计数器中，各个触发器都受在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲同一时钟脉冲 输入计数脉冲的控输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为时的，故被称为 “ 同步计数器同步计数器 ”。例例2. 三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器三位二进制三位二进制同步同步加法计数器加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数计数脉冲脉冲CPCP 在同步计数器中，学习的在同步计数器中，学习的难点难点在于在于必须正确理解必须正确理解“控制端控制端J、K的取值组的取值组合由时钟合由时钟C

58、P下降沿到来前的下降沿到来前的Q端原有端原有状态所决定状态所决定”。5. 3. 3 同步计数器的分析同步计数器的分析例例2. 三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器三位二进制三位二进制同步同步加法计数器加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数计数脉冲脉冲CP分析步骤分析步骤:1. 先列写控制端的逻辑表达式先列写控制端的逻辑表达式三位二进制三位二进制同步同步加法计数器加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数计数脉冲脉冲CPJ2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1Q0： 来一个来一个CP，

59、它就翻转一次；，它就翻转一次；Q1：当：当Q01时，它可翻转一次；时，它可翻转一次；Q2：只有当：只有当Q1Q011时，它才能翻转一次。时，它才能翻转一次。&2. 再列写状态转换表，分析其状态转换过程。再列写状态转换表，分析其状态转换过程。Q1Q0Q1Q0Q0Q0 原状态原状态 控控 制制 端端 下下 状状 态态CPQ2Q1Q0J2 =J1 =J0 =K2 =K1 =K0 =Q2Q1Q011,0 0 0 0 00 01 11 11 11 11 11 11 11 11 10 0 10 0 10 01 10 1 00 1 00 00 00 1 10 1 11 11 11 0 01 0 00

60、 00 01 0 11 0 10 01 11 1 01 1 00 00 01 1 11 1 11 11 10 0 00 0 0123045670 00 00 0 1CPQ0Q1Q23. 用波形图显示状态转换表用波形图显示状态转换表Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数计数脉冲脉冲CPJ2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1作业作业2：1. 模仿上图电路，试画出模仿上图电路，试画出四位四位二进二进制同步加法计数器的逻辑图。制同步加法计数器的逻辑图。2. 你能设计出你能设计出三位二进制同步三位二进制同步减法减法计数器吗计数器吗 ?三位三位二进制同步二进制同步加法加法计数器计数器5. 3. 4 任意进制计数器的分析任意进制计数器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数计数脉冲脉冲CP1. 写出控制端