电子技术（电工学Ⅱ）（第3版）课件 第六章 触发器和时序逻辑电路

第六章触发器和时序逻辑电路第一节双稳态触发器第三节计数器第二节寄存器

电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，当输入信号消失后，电路状态仍维持不变。这种具有存贮记忆功能的电路称为时序逻辑电路。时序逻辑电路的特点：

下面介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的基本逻辑单元。第一节双稳态触发器特点：1、有两个稳定状态“0”态和“1”态；2、能根据输入信号将触发器置成“0”或“1”态；3、输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能保存下来，即具有记忆功能。双稳态触发器：是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。一、RS

触发器两互补输出端1.基本RS触发器两输入端&QQ.G1&.G2SDRD

正常情况下，两输出端的状态保持相反。通常以Q端的逻辑电平表示触发器的状态，即Q=1，Q=0时，称为“1”态；反之为“0”态。反馈线

触发器输出与输入的逻辑关系1001设触发器原态为“1”态。翻转为“0”态(1)SD=1，RD=01010QQ.G1&.&G2SDRD设原态为“0”态1001110触发器保持“0”态不变复位0

结论:不论触发器原来为何种状态，当SD=1，

RD=0时，

将使触发器置“0”或称为复位。QQ.G1&.&G2SDRD01设原态为“0”态011100翻转为“1”态(2)SD=0，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD设原态为“1”态0110001触发器保持“1”态不变置位1

结论:不论触发器原来为何种状态，当SD=0，

RD=1时，

将使触发器置“1”或称为置位。QQ.G1&.&G2SDRD11设原态为“0”态010011保持为“0”态(3)SD=1，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD设原态为“1”态1110001触发器保持“1”态不变1

当SD=1，

RD=1时，触发器保持原来的状态，

即触发器具有保持、记忆功能。QQ.G1&.&G2SDRD110011111110若G1先翻转，则触发器为“0”态“1”态(4)SD=0，RD=0

当信号SD=RD

=0同时变为1时，由于与非门的翻转时间不可能完全相同，触发器状态可能是“1”态，也可能是“0”态，不能根据输入信号确定。QQ.G1&.&G2SDRD10若先翻转基本RS

触发器特性表逻辑符号RD(ResetDirect)-直接置“0”端(复位端)SD(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)QQSDRDSDRDQ100置0011置111不变保持00同时变1后不确定功能低电平有效2.同步RS

触发器基本RS触发器导引电路&G4SR&G3C.&G1&G2.SDRDQQ时钟脉冲当C=0时011

R，S

输入状态不起作用。

触发器状态不变11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C

SD，RD用于预置触发器的初始状态，

工作过程中应处于高电平，对电路工作状态无影响。被封锁被封锁当C=1时1打开触发器状态由R，S

输入状态决定。11打开触发器的翻转时刻受C控制（C高电平时翻转），而触发器的状态由R，S的状态决定。.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C当C=1时1打开(1)S=0,R=00011触发器保持原态触发器状态由R，S

输入状态决定。11打开.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1101010(2)S=0,R=1触发器置“0”(3)S=1,R=0触发器置“1”11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)S=1,R=1当时钟由1变0后触发器状态不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C同步RS特性表00SR01010111不定Qn+1QnQn—时钟到来前触发器的状态Qn+1—时钟到来后触发器的状态逻辑符号QQSR

CSDRDC高电平时触发器状态由R、S确定跳转例：画出同步RS

触发器的输出波形RSC不定不定同步RS特性表C高电平时触发器状态由R、S确定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn存在问题：时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。C克服办法：采用JK

触发器或D

触发器00SR01010

111

不定Qn+1QnQ=SQ=R二、JK触发器1.电路结构从触发器主触发器反馈线C

C

CF主JKRS

CF从QQQSDRD1互补时钟控制主、从触发器不能同时翻转2.工作原理01F主打开F主状态由J、K决定，接收信号并暂存。F从封锁F从状态保持不变。01CRS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C0110状态保持不变。从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。F从打开F主封锁0RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C01C01010010C高电平时触发器接收信号并暂存（即F主状态由J、K决定，F从状态保持不变）。要求C高电平期间J、K的状态保持不变。C下降沿()触发器翻转（F从状态与F主状态一致）。C低电平时,F主封锁J、K不起作用CRS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

01RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C010分析JK触发器的逻辑功能(1)J=1,K=1

设触发器原态为“0”态翻转为“1”态110110101001状态不变主从状态一致状态不变01RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C010(1)J=1,K=110设触发器原态为“1”态为“？”状态J=1,K=1时，每来一个时钟脉冲，状态翻转一次，即具有计数功能。(1)J=1,K=1跳转01RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C010(2)J=0，K=1

设触发器原态为“1”态翻转为“0”态01100101011001设触发器原态为“0”态为“？”态01RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C010(3)J=1，K=0

设触发器原态为“0”态翻转为“1”态10011010100101设触发器原态为“1”态为“？”态RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C010(4)J=0，K=0

设触发器原态为“0”态保持原态00010001保持原态保持原态RS

CF从QQQSDRD1

CF主JKC

C01001结论：C高电平时F主状态由J、K决定，F从状态不变。C下降沿()触发器翻转（F从状态与F主状态一致）。3.JK触发器的逻辑功能Qn10011100Qn00010101Qn+1QnS'R'01C高电平时F主状态由J、K决定，F从状态不变。C下降沿()触发器翻转（F从状态与F主状态一致）。J

K

Qn

Qn+100011011JK触发器特性表01010101J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK触发器特性表(保持功能)

(置“0”功能)

(置“1”功能)(计数功能)C下降沿触发翻转SD

、RD为直接置1、置0端，不受时钟控制，低电平有效，触发器工作时SD

、RD应接高电平。逻辑符号

CQJKSDRDQ例：JK

触发器工作波形CJKQ下降沿触发翻转D触发器特性表D

Qn+1

0101上升沿触发翻转逻辑符号DCQQRDSDC上升沿前接收信号，上降沿时触发器翻转，（其Q的状态与D状态一致；但Q的状态总比D的状态变化晚一步，即Qn+1=Dn；上升沿后输入D不再起作用，触发器状态保持。即(不会空翻)结论：三、D

触发器例：D

触发器工作波形图CDQ上升沿触发翻转五、触发器逻辑功能的转换1.将JK触发器转换为D

触发器

当J=D，K=D时，两触发器状态相同D触发器特性表D

Qn+1

0101J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK触发器特性表D1

CQJKSDRDQ仍为下降沿触发翻转2.将JK触发器转换为T

触发器T

CQJKSDRDQT触发器特性表T

Qn+1

01QnQn(保持功能)(计数功能)J

K

Qn+100Qn

01010111QnJK触发器特性表当J=K时，两触发器状态相同3.将D

触发器转换为T´触发器触发器仅具有计数功能

即要求来一个C，触发器就翻转一次。CQD=QD触发器状态表D

Qn+1

0101

CQQD第二节寄存器

寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放n

位二进制时，要n个触发器。按功能分数据寄存器移位寄存器一、数据寄存器仅有寄存数码的功能。清零寄存指令通常由D触发器或R-S触发器组成并行输入方式RD..QDF0d0Q0.Q.DF1d1Q1.d2Q.DF2Q2QDF3d3Q300001101寄存数码1101触发器状态不变动画RDSDd3RDSDd2RDSDd1RDSDd010清零1100寄存指令&Q0&Q1&Q2&Q3取数指令1100并行输出方式&&&&QQQQ00000011状态保持不变10101111二、移位寄存器不仅能寄存数码，还有移位的功能。

所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。按移位方式分类单向移位寄存器双向移位寄存器寄存数码1.单向移位寄存器清零D1移位脉冲23410111QQ3Q1Q2RD0000000100101011010110111011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3数据依次向左移动，称左移寄存器，输入方式为串行输入。QQQ从高位向低位依次输入动画1110010110011000输出再输入四个移位脉冲，1011由高位至低位依次从Q3端输出。串行输出方式清零D10111QQ3Q1Q2RD10111011QJKF0Q0QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脉冲786动画左移寄存器波形图12345678C1111011DQ0Q3Q2Q11110待存数据1011存入寄存器0111从Q3取出四位左移移位寄存器状态表0001123移位脉冲Q2Q1Q0移位过程Q3寄存数码D001110000清零110左移一位001011左移二位01011左移三位10114左移四位101并行输出再继续输入四个移位脉冲,从 Q3端串行输出1011数码动画右移移位寄存器1清零0寄存指令并行输入串行输出DQ2SDRDd2&F2Q1SDRDd1&F1Q0SDRDd0&F0DDQ3SDRDd3&F3D串行输入移位脉冲DC2.并行、串行输入/串行输出寄存器寄存器分类并行输入/并行输出串行输入/并行输出并行输入/串行输出串行输入/串行输出F3F2F1F0d0d1d2d3Q0Q1Q2Q3F3F2F1F0dQ0Q1Q2Q3F3F2F1F0d0d1d2d3Q3Q3F3F2F1F0d3.双向移位寄存器：既能左移也能右移。DQ2DQ1DQ0>1&11>1&>1&.RDCS左移输入

待输数据由低位至高位依次输入待输数据由高位至低位依次输入101右移输入移位控制端000000&&&&&&010动画右移串行输入左移串行输入UCCQ0Q1Q2Q3S1S0

C16151413121110913456782D0D1D2D3DSRDSL

RDGNDCT74LS194并行输入0111100011011直接清零(异步)保持右移(从Q0向右移动)左移(从Q3向左移动)并行输入

RD

CS1

S0功能

CT74LS194功能表UCCQ0Q1Q2Q3S1S0

C161514131211109CT74LS19413456782D0D1D2D3DSRDSL

RDGND第三节

计数器

计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制等。分类加法计数器减法计数器可逆计数器(按计数功能)异步计数器同步计数器(按计数脉冲引入方式)

二进制计数器十进制计数器

N

进制计数器(按计数制)一、

二进制计数器

按二进制的规律累计脉冲个数，它也是构成其它进制计数器的基础。要构成n位二进制计数器，需用n个具有计数功能的触发器。1.异步二进制加法计数器异步计数器：计数脉冲C不是同时加到各位触发器。最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在前级触发器翻转后,后级触发器才能翻转。

二进制数

Q2

Q1

Q0

000010012010301141005101611071118000脉冲数(C)二进制加法计数器状态表

从状态表可看出：最低位触发器来一个脉冲就翻转一次，每个触发器由1变为0时，要产生进位信号,

这个进位信号应使相邻的高位触发器翻转。1010

当J、K=1时，具有计数功能，每来一个脉冲触发器就翻转一次.清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲三位异步二进制加法计数器在电路图中J、Ｋ悬空表示J、K=1下降沿触发翻转每来一个C翻转一次

当相邻低位触发器由1变0时翻转异步二进制加法器工作波形2分频4分频8分频

每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步C12345678Q0Q1Q2用D触发器构成三位二进制异步加法器？？2、若构成减法计数器C又如何连接？思考1、各触发器C应如何连接？各D触发器已接成T´触发器，即具有计数功能C清零RDQDQQ0F0QDQQ1F0QDQQ2F32.同步二进制加法计数器异步二进制加法计数器线路联接简单。各触发器是逐级翻转，因而工作速度较慢。同步计数器：计数脉冲同时接到各位触发器，各触发器状态的变换与计数脉冲同步。同步计数器由于各触发器同步翻转，因此工作速度快。但接线较复杂。同步计数器组成原则:

根据翻转条件,确定触发器级间连接方式—找出J、K输入端的联接方式。

二进制数

Q2

Q1

Q0

000010012010301141005101611071118000脉冲数(C)二进制加法计数器状态表

从状态表可看出：最低位触发器F0每来一个脉冲就翻转一次；F1：当Q0=1时，再来一个脉冲则翻转一次；F2：当Q0=Q1=1时，再来一个脉冲则翻转一次。四位二进制同步加法计数器级间连接的逻辑关系

触发器翻转条件

J、K端逻辑表达式J、K端逻辑表达式F0每输入一C翻一次F1F2F3J0=K0=1Q0=1J1=K1=Q0Q0=Q1=1J2=K2=Q1

Q0Q0=Q1=Q2=1J3=K3=Q1

Q1

Q0J0=K0=1J1=K1=Q0J2=K2=Q1

Q0J3=K3=Q2

Q1

Q0

由J、K端逻辑表达式，可得出四位同步二进制计数器的逻辑电路。（只画出三位同步二进制计数器的逻辑电路）（加法）（减法）三位同步二进制加法计数器

计数脉冲同时加到各位触发器上，当每个到来后触发器状态是否改变要看J、K的状态。

最低位触发器F0每一个脉冲就翻转一次；F1：当Q0=1时，再来一个脉冲则翻转一次；F2：当Q0=Q1=1时，再来一个脉冲则翻转一次。RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲C12345678Q0Q1Q2

各触发器状态的变换和计数脉冲同步二、十进制计数器十进制计数器：计数规律：“逢十进一”。它是用四位二进制数表示对应的十进制数，所以又称为二-十进制计数器。

四位二进制可以表示十六种状态，为了表示十进制数的十个状态，需要去掉六种状态，具体去掉哪六种状态，有不同的安排，这里仅介绍广泛使用8421编码的十进制计数器。二进制数Q3Q2Q1Q0脉冲数(C)十进制数0123456789100000000100100011010001010110011110001001000001234567890十进制加法计数器状态表1.同步十进制加法计数器RDQJKQF0QJKQF1C计数脉冲QJKQF2QJKQQ3F3Q2Q1Q0十进制同步加法计数器Q0Q1Q2Q3C12345678910十进制计数器工作波形74LS160VccGNDRDLDETEPCQ0Q1Q2Q3CPD0D1D2D31169874LS160CPETEPCRDLDD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3同步十进制加法计数器CT74LS160功能表0

0

~0清零1

1

100保持11010保持

0

1

d0

~

d3

置数

1

1

11

计数LDRDEP、ETCQ0~Q3功能

十进制同步加法计数器RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲三、任意进制计数器1、由触发器构成

例:分析图示逻辑电路的逻辑功能,说明其用处。

设初始状态为“000”。解：当初始状态为“000”时，各触发器J、K端和C端的电平为

C0=C=0K0=1

J0=Q2=1K1=1

J1=1C1=Q0=0J2=Q0Q1=0K2=1C2=C=0

RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2C计数脉冲011111CJ2=Q0Q1K2=1J1=K1=1K0=1

J0=Q2Q2Q1Q0011111011111111111011101011111000010012010301141005000由表可知，经5个脉冲循环一次，为五进制计数器。2.列写状态转换表，分析其状态转换过程C1=Q0

由于计数脉冲没有同时加到各位触发器上，所以为异步计数器。注：时序逻辑电路的分析步骤时序逻辑电路的分析，可采用以下步骤：1.分析电路；5.分析逻辑功能。2.列出三组方程；驱动方程；状态方程；输出方程；3.列出逻辑状态转换表；4.画出状态转换图；解：（1）分析:该电路由三个JK触发器组成，是一异步时序逻辑电路。（最大可能进制为八）（2）列驱动方程：（3）写出状态方程：JK触发器的特性方程为：

C0=C=0K0=1

J0=Q2K1=1

J1=1C1=Q0=0J2=Q0Q1K2=1C2=C=0

将驱动方程代入，得电路的状态方程：CPQQQ012012345000100001011100000（4）列出状态转换表：异步五进制计数器工作波形C12345Q0Q1Q2波形图：五进制计数器状态转换图Q2Q1Q0000001010011100

101

1101112、由集成计数器构成

反馈置“0”法：当满足一定的条件时，利用计数器的复位端强迫计数器清零，重新开始新一轮计数。

利用反馈置“0”法可用已有的计数器得出小于原进制的计数器。

反馈置数法：当满足一定的条件时，利用计数器的置数端，置入初始值，重新开始新一轮计数。

利用置数法也可用已有的计数器得出小于原进制的计数器。

74LS160CPETEPCRDLDD0D1D2D3Q0Q1Q2Q31CP1&七进制计数器例：用