[电工电子技术基础及技能训练][113页]课件

1、电工电子技术基础及技能训练主编 王欣 王兆霞全国高职高专院校规划教材精品与示范系列 单元9 触发器与时序逻辑电路基础触发器输出有两种可能的状态：0、1输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关触发器是有记忆功能的逻辑部件按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型触发器等按稳定状态分类：双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器触发器按其稳定工作状态可分为双稳态触发器、单稳态触发器和无稳态触发器（多谐振荡器）等。双稳态触发器又可分为RS触发器、JK触发器和D触发器等 9.1触发器的分类与功能&a&b反馈两个输入端两个输出端RS触发器1. 基本RS触发器&a&b原状态11001

2、010输出仍保持输入 =0(1 0 1), =1时&a&b原状态01111010输出变为输入 =0(1 0 1), =1时原状态10101011输出变为&a&b输入 =1, =0(1 0 1)时原状态00110101输出保持&a&b输入 =1, =0(1 0 1)时原状态10111001输出保持原状态&a&b输入 =1, =1时原状态01110110输出保持原状态&a&b输入 =1, =1时0011输出全是1但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。&a&b输入 =0(1 0 1), =0(1 0 1)时 基本触发器的功能表 Q 1 1 保持原状态 0 1 0 1

3、1 0 1 0 0 0 同时变为1后不确定 基本触发器的特点总结：（1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。（2）有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能（3）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即“一触即发”。2.可控 RS触发器(同步RS触发器)&c&d&a&bC时钟信号直接置0、置1R、S为输入控制端&c&d&a&bCC=0时011触发器保持原态C=1时1&c&d&a&bCRS触发器的功能表简化的功能表Qn+1 -下一状态 （一个时钟脉冲过后的状态）Qn -原状态逻辑符号RSCQ例：画出RS触发器的输出波形 。CPRSQSetReset使

4、输出全为1CP撤去后状态不定HoldJK触发器JK触发器有两个输入控制端J、K，它的功能最完善R2S2CF从R1S1CF主KJCP1JK触发器的功能=0=0被封锁保持原态J=K=0时：KJR2S2CF从R1S1CF主CP1JK触发器的功能=1=1J=K=1时：KJR2S2CF从R1S1CF主CP1状态翻转JK触发器的功能=0=1 Qn=0时01Qn+1=11J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）KJR2S2CF从R1S1CF主CP1JK触发器的功能=0=1 Qn=1时1000F主被封保持原态Qn+1 =1KJR2S2CF从R1S1CF主CP1JK触发器的功能=1=0Qn+1=0同样原理

5、：J=0，K=1时：KJR2S2CF从R1S1CF主CP1功能表逻辑符号CQKJ时序图CPKJQJQ 保持T1. JK触发器转换成D触发器CQKJDCP触发器逻辑功能的转换功能表逻辑符号DCQCPDQ例：画出D触发器的输出波形。2. JK触发器转换成T触发器CQKJTCP功能表RDSDCQT逻辑符号时序图CPQT3. D触发器转换成T触发器CQDCPCPDQt1t2D在CP=1期间有干扰，便产生了错误的输出。因此，主从触发器不允许在CP=1期间有干扰，否则可能产生误动作。触发器的触发方式1. 主从触发方式 2. 边沿触发方式为了免除CP=1期间输入控制电平不许改变的限制，可采用边沿触发方式。其

6、特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CP=1或CP=0期间，输入端的任何变化都不影响输出。如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发”或“正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫“下降沿触发”或“负边缘触发”。&e&f&c&d&a&bDCP设原态Q=0并设D=11CP=0期间，c 、d被锁，输出为1。00110维持阻塞D触发器1c=1 、d=1反馈到a、b的输入，a、b输出为0、1。001111010&e&f&c&d&a&bDCPCP正沿到达时c、d开启，使c=1，d=0。11110110Q翻转为101&e&f&c&d&a&bDCPCP正沿过后，d=0将c封锁,并使b=1，维持d=0。11001

7、因此以后CP=1期间D的变化不影响输出。001&e&f&c&d&a&bDCP其它情况，请自己分析。边沿触发的D触发器功能表正沿触发逻辑符号CQCQ负沿触发正沿触发1、在应用触发器时，要特别注意触发形式，否则很容易造成整个数字系统工作不正常。2、边沿触发抗干扰能力强，且不存在空翻，应用较广泛。触发器小结数码寄存器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。四位数码寄存器Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3取数脉冲接收脉冲( CP )9.2常用寄存器及功能A0-A3：待存数据Q0-Q3：输出数据 工作过程：接收脉冲到达后，将待存数据送至各D触发器 ， 取数脉冲加入

8、后将所存数据送出。 Q3Q2Q1Q0&QQDQQDQQDQQDA0A1A2A3取数脉冲接收脉冲( CP )移位寄存器 所谓“移位”，就是将寄存器所存各位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器 和 双向移位寄存器三种：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器双向移位(c)QQDQQDQQDQQD&A0A1A2A3SDRDCLRLOAD移位脉冲CP0串行输出数 据 预 置 3210存数脉冲清零脉冲SD四位并入 - 串出的左移寄存器 设A3A2A1A0 1011，在存数脉冲作用下，并行输入数据，使 Q3Q2Q1Q0 1011 。QQDQQDQ

9、QDQQD1移位脉冲CP0串行输出3210D0 0D1 Q0D2 Q1D3 Q21 0 1 10 1 1 0 0 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 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态 Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2D1Q0D0移位脉冲CP0串行输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1左移过程用波形图表示如下：1 0 1 10 1 1 0 0 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

10、0 0 0 0 0 0 Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0并入初态Q3Q2Q1Q0 1011Q3Q2Q1Q0CP110100110011000100000000Q3Q2D1Q0D0移位脉冲CP0串行输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1四位串入 - 串出的左移寄存器：D0 LD1 Q0D2 Q1D3 Q2 “L”即需左移的输入数据.串行输入LQ3Q2D1Q0D0移位脉冲CP串行输出D2D3Q2Q3Q1Q0Q1数据由Q3串行输出D1 Q2D2 Q3D3 RD0 Q1四位串入 - 串出的右移寄存器：QDQQ3DQDQD移位脉冲CP串行输出Q1Q2Q0串行输入R “R”即需右移的输入数据数据由Q0串行输出构

11、成原理：既能左移又能右移。 给移位寄存器设置一个控制端如S，令S0 时左移；S1时右移即可。 集成组件74LS194就是这样的多功能移位寄存器。 双向移位寄存器D0 LD1 Q0D2 Q1D3 Q2左移D1 Q2D2 Q3D3 RD0 Q1右移D0 = SL SQ1 D2 = SQ1 SQ3 D3 = SQ2 SR D1 = SQ0 SQ2 双向移VCCQAQBQCQDS1S0CP16151413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194右移串行输入左移串行输入并行输入工作方式控制VCCQAQBQCQDS1S0CP1615

12、1413121110913456782QAQBQCQDCPS1S0CLRLDCBARABCDRLCLRGND74LS194011110 00 11 01 1直接清零保 持右移(从QA向右移动)左移(从QD向左移动)并入 CLRCPS1 S0功 能1. 计数器的功能 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。2. 计数器的分类同步计数器和异步计数器。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循环规律(或称模数)来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。9.3计数器的分类与功能二进制计数器 （1）二进制异步加法计数器（4位）

13、在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“ 异步计数器 ”。Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP计数脉冲Q2Q1Q0 010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1结论：1. 各触发器间时钟不一致， 所以称异步计数器；2. Q2Q1Q0各位间为二进制关系；3. 计数从000开始到111结束，然 后循环，所以称加法计数。 （或上叫上行计数）例：三位二进制异步加法计数器 每当Q2由1变0，FF3向相反的状态翻转一次。 每来一个CP的下降沿时，

14、FF0向相反的状态翻转一次； 每当Q0由1变0，FF1向相反的状态翻转一次； 每当Q1由1变0，FF2向相反的状态翻转一次；例：四位二进制异步加法计数器电路的时序波形图和状态图。(2)同步二进制加法计数器 在同步计数器中，各个触发器都受同一输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为 “ 同步计数器 ”。例： 三位二进制同步加法计数器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲CPQ2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&计数脉冲三位二进制同步加法计数器CP分析步骤:1. 先列写控制端的逻辑表达式：J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J

15、0 = K0 = 1Q0： 来一个CP，翻转一次；Q1：当Q01时，可随CP翻转；Q2：只有当Q1Q011时，才能随CP翻转。2. 列写状态表，分析其状态转换过程。 1 0 0 1 0 0 0 0 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 CP Q2 Q1 Q0 8 0 0 0 J2 = K2 = Q1 Q0J1 = K1 = Q0J0 = K0 = 1CPQ0Q1Q23. 用波形图显示状态转换关系注意：各触发器均在CP的下降沿翻转。FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。J0=K0=1FF1：当Q0=1时，来一个CP，向相反的状态翻转

16、一次。J1=K1= Q0FF2：当Q0Q1=1时， 来一个CP，向相反的状态翻转一次。J2=K2= Q0Q1FF3： 当Q0Q1Q2=1时， 来一个CP，向相反的状态翻转一次。J3=K3= Q0Q1Q2例：四位二进制同步加法计数器计数脉冲序号电 路 状 态等效十进制数Q3 Q2 Q1 Q00123456789101112131415160 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 0012345678910

17、11121314150J0=K0=1J1=K1= Q0J2=K2= Q0Q1J3=K3= Q0Q1Q2例: 二进制异步减法计数器 工作原理：D触发器也都接成T触发器。 由于是上升沿触发，则应将低位触发器的Q端与相邻高位触发器的时钟脉冲输入端相连，即从Q端取借位信号。时序波形图和状态图1.同步十进制加法计数器（1）写出驱动方程：十进制计数器状态转换表现 态次 态Q3 n Q2 n Q1 n Q0 n Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 0 0 0 010000 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0

18、0 1010011000010000010100110111000011001状态图和时序图电路能否自启动 由于电路中有4个触发器，它们的状态组合共有16种。而在计数器中只用了10种，称为有效状态。其余6种状态称为无效状态。 当由于某种原因，使计数器进入无效状态时，如果能在时钟信号作用下，最终进入有效状态，我们就称该电路具有自启动能力。可见，该计数器能够自启动。2. 异步十进制加法计数器CP2=Q1（当Q1由10时，Q2可能改变状态） CP0=CP （时钟脉冲源的下降沿触发）CP1=Q0 （当Q0由10时，Q1可能改变状态)CP3=Q0（当Q0由10时，Q3可能改变状态)各触发器的驱动方程 状

19、态转换表现 态次 态时钟脉冲Q3 n Q2 n Q1 n Q0Q3 n+1 Q2 n+1 Q1 n+1 Q0 n+1 CP3 CP2 CP1 CP00 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11000010011000010000010100110111000011001000000000000000001CP2=Q1 CP0=CP CP1=Q0 CP3=Q0任意进制计数器的分析Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数脉冲CPJ2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0

20、= Q2 ， K0 1 J2 = Q1 Q0 ， K2 1 J1 = K1 1 J0 = Q2 ， K0 1 CP2=CPCP0=CP CP1=Q0 1 0 0 1 0 0 0 0 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 0 0 0 CP Q2 Q1 Q0Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0计数脉冲CP结论：（1）电路计数循环由000到100，所为五进制加法计数器。（2）各触发器间CP不一致，所以为异步计数。3. 还可以用波形图显示状态转换表( 略 )集成计数器二进制计数器的时钟输入端为CP1，输出端为Q0；五进制计数器的时钟输入端为CP2，输出端为Q1、Q2、Q3。7

21、4LS290包含一个独立的1位二进制计数器和一个独立的异步五进制计数器。如果将Q0与CP2相连，CP1作时钟脉冲输入端，Q0Q3作输出端，则为十进制计数器。 异步清零。 计数。 异步置数（置9）。 单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。 它的突出特点是: 输出端只有一个稳定状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。稳定状态稳定状态暂稳态由外界触发自动返回学习的重点:为什么会自动返回?需多少时间?9.4 555定时器及其应用555定时器组成的单稳态触发器 555定时器是将模拟电路和数字电路集成于 一体的电子器

22、件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。1. 555定时器的工作原理 555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: A1、A2 ;一个 RS 触发器; 一个反相器和一个晶体管T等。具体的 结构见后图。12345678555VCCDTHCOGNDTRUoRD电源放电阈值电控压制地触发输出复位电源电压范围:4.5V 18V管脚图VCCTHCOTRQQ-+-A1A2DTuo87645321RRR2. 单稳态触发器0t0t0tuiuCTuo2VCC /3TWuoQQ+-+A1A2VCCTRRuiRTCTCRS若S打开 , 则 ui =

23、 1 ;若S合上 , 则 ui = 0 。若S打开 , 则 ui = 1 ;若S合上 , 则 ui = 0。 接通电源后，设按钮 S 处于打开状态,电容已充电至稳态。此时uo = 0 , 555内的晶体管T导通 , 电容 CT 被短路, TH VCC /3 。Uo保持0状态。uoQQ+-+A1A2VCCTRRuiRTCTCRS若S打开 , 则 ui = 1 ;若S合上 , 则 ui = 0。0tuiuo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路。0tuCT2VCC /30tuouoQQ+-+A1A2VCCTRRuiRTCTCRS0tuiS按下时, TR VCC /3,已有 TH

24、2VCC /3 , 且按钮已 松开， TR VCC /3 , 则uo = 0 ; 555内的晶体管T也由截止变成导通 , 电容CT 迅速放电而变成 0V。0tui0tuCT2VCC /30tuouoQQ+-+A1A2VCCTRRuiRTCTCRS0tui0tuCT2VCC /30tuo 由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。TW=1.1RTCTTWuoQQ+-+A1A2VCCTRRuiRTCTCRS单稳态触发器的应用 单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。 例如“ 延时控制 ” 利用单稳可以取得延时作用,延

25、长的时间可以通过 R、C调节。多谐振荡器uC0tVCC /32VCC /30tuo波形uoQQ+-+A1A2VCCTRRuCR1CRR2 设电容C 原先未充电, 故 TH = TR VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。uC0tVCC /32VCC /30tuo 在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。uoQQ+-+A1A2VCCTRRuCR1CRR2uC0tVCC /32VCC /30tuouC一旦充至2VCC /3，则 TH = TR =2VCC /3 、uo由1翻转为 0 。同时5

26、55内的晶体管 T 导通,电容 C 经 R2 、T放电, 一直至VCC /3 ，使得uo 回到 1 , 进入循环 .t1t2t3 在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。uoQQ+-+A1A2VCCTRRuCR1CRR20tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2输出方波的周期 T的计算:T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C uoQQ+-+A1A2VCCTRRuCR1CRR20tuouC0tVCC /32VCC /3T1T2如何改变方波的占空比？改变充放电回路的时间常数即可。 充电时间常数：（R1+R2）C 放电时间常数：R2C48

27、162357R1R2CuC555DTHTRuoVCC技能训练：2例1:已知维持阻塞D触发器的输入波形,画出输出波形图。解：在波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在CP的上升沿（2）判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端D的状态例2:设主从JK触发器的初始状态为0，CP、J、K信号如图所示，试画出触发器Q端的波形。 JKCPQ解：在波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在CP的下降沿（2）判断触发器次态的依据是CP下降沿前一瞬间输入端的状态例3:电路如图所示，设各触发器的初态为0，画出Q的波形。 又： J=1 得：Q n+1=1解:Qn+1J K功能QnJK

28、触发器功能表 0 1 0 1输出状态同J状态0001 1 0 1 0输出状态同J状态11011 11 101100 00 0保持0101Qn=QnCPQn+1 K=Qn 得：CPQn+1例4:试分析下图所示时序逻辑电路.解:(1)列出输入控制逻辑表达式(2)输出状态为 Q1n Q0n Q1n+1 Q0n+1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0(3)画出状态表,状态图和波形图 F22K2JSR1DF1SR1Q1Q2CRDSDD=1RDDC例5:试画出Q1和Q2的波形。设触发器的初始状态均为1.(22.1.7)解:本题电路中设有RD、SD端。SD=1，RD作用是在触发器工作之前使它清零.Q1对应的是上升沿触发的D触发器， Q2对应的是下降沿触发的JK触发器。 K=1 例6:分析下图所示电路。说明是几进制计数器。解:(1)控制端的逻辑表达式为 2. 列写状态表3. 用波形图显示状态转换关系4.是同步五进制计数器。1 0 10 0 01 1 10 1 11 1 00 0 0Q2 Q1 Q0012345CP例7: 试利用74LS290的异步清