7触发器和时序逻辑电路.ppt

1、第7章 触发器和时序逻辑电路,7.1 双稳态触发器,7.2 寄存器,7.3 计数器,7.4 555定时器及其应用,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。,7.1 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

2、存一位二进制码。,7.1.1 RS 触发器,两互补输出端,1. 基本 RS 触发器,两输入端,反馈线,基本 RS 触发器状态表,逻辑符号,2. 可控 RS 触发器,基本R-S触发器,导引电路,时钟脉冲,当CP=0时,0,R，S 输入状态 不起作用。 触发器状态不变,当 CP = 1 时,1,打开,触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,可控RS状态表,CP高电平时触发器状态由R、S确定,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),CP下降沿触发翻转,7.1. 2. JK触发器的逻辑功能,2、特性方程,例：JK 触发器工作波形,上升沿触 发翻转,7.1.3 D 触发器的逻辑

3、功能,2、特性方程 Qn+1 = Dn,例：D 触发器工作波形图,7.1.4. T 触发器,2、特性方程：,上升沿触 发翻转,作业 1. 画出触发器的输出波形：,2.画出触发器的输出波形：,4 .画出JK触发器的输出波形：,5 .画出JK触发器的输出波形(设初态为0） ：,6 .画出JK触发器的输出波形(设初态为0） ：,7 .画出D触发器的输出波形：,8 .画出D触发器的输出波形：,9 .画出T触发器的输出波形(设初态为0）：,1 时序逻辑电路分析目的：已知逻辑电路，通过分析，确定电路的逻辑功能。,2.1.5 时序逻辑电路的分析,2 同步时序电路：存储电路内所有触发器的时钟端都接于同一时钟信

4、号。因而，所有触发器的输出状态都将在同一时刻改变，且与输入时钟同步。 3 异步时序电路：没有统一的时钟脉冲，触发器输出状态的变化时刻不同。故其工作速度较同步电路慢。,分析同步时序逻辑电路的一般步骤:,1.了解电路的组成： 确定是同步时序、异步时序。,.确定电路的逻辑功能.,3.列出状态转换表和时序图；,2. 根据给定的时序电路图,写出下列各逻辑方程式：,() 输出方程；,() 各触发器的驱动方程;,（3）状态方程: 将每个触发器的驱动方程代入其特性方程得状态方程.,解: 1）写出时钟方程，输出方程。,CP0 =CP1 =CP2 = CP ; Z 2 =Q2n , Z1 =Q1n, Z0 =Q0

5、n ;,2) 写出驱动方程,例1 ：分析如图所示电路功能。,3）将驱动方程带入特性方程，求得状态方程：,4) 列状态表和时序图：,时序图：(上升沿触发）,5)功能 三进制计数器-有三个稳态,0 0 0,1 0 0,0 1 0,0 0 1,1 0 0,作 业,1. 分析电路功能 （1）写出驱动方程和状态方程 （2）画出状态转换表 （3）说明功能,2. 分析电路功能 （1）写出驱动方程和状态方程； （2）画出时序图、状态转换表； （3）说明功能。,3. 分析电路功能 （1）写出驱动方程和状态方程 （2）画出时序图、状态转换表 （3）说明电路功能。,4. 分析电路功能 （1）写出驱动方程和状态方程

6、（2）画出时序图、状态转换表 （3）说明Q1、Q2与时钟CP脉冲的频率关系。,5. 分析电路功能 （1）写出驱动方程和状态方程 （2）画出时序图、状态转换表 （3）说明功能,7.2 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。,7.2.1 数码寄存器,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,寄存数码,触发器状态不变,7.2.2 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

7、顺序移动一位。,串行数据输入端,串行数据输出端,并行数据输出端,1.单向移位寄存器,D3=Qn2,D1=Q0n,D0=DSI,Q0n+1=DSI,Q1n+1 =D1 = Q0n,Q2n+1 =D2 =Qn1,Q3n+1 =D3 = Qn2,2、写出驱动方程：,3、写出状态方程：,(b). 工作原理,D2=Qn1,D0 D2 D1 D3,1011,2. 集成双向移位寄存器：,既能左移也能右移。,7.3 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。,1. 同步二进制加法计数器,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

8、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。,以74LS161芯片为例，讲解集成计数器的分析和设计,异步清0,同步置数,四位二进制加法计数器74LS161的状态表,74LS161型四位同步二进制计数器,集成计数器构成 N 进制计数器的方法：（重点）,1反馈清0法-利用复位端RD，强迫回0。 用反馈清0法设计N进制计数器：利用第SN个状态产生清0信号；,从Q3和Q2输出：f = fcp / 9,过渡态1001,过渡态,9稳态,例2.用74161构成12进制加法计数器。要求采用反馈清0法实现。,1) 接线图 注：A3A2A1A0=0000,2. 反馈置数法-利

9、用LD端，将初始状态置入输出端。,例3: 用74161构成9进制加法计数器。要求采用反馈置数法实现。,2）列出计数状态表：74161为同步置数，无过渡态。 所以，用Q3Q2Q1Q0=1000，产生LD=0的置数0000信号。,LD = 0,3)时序图 无过渡态,LD = 0,CP 置入0,例2：使用反馈置数法，用74161构成 8 进制加法计数器。,例3：用74161构成11进制加法计数器。要求采用2种方法实现。,注：A3A2A1A0=0000,作业 用74161分别设计八、十、十二进制计数器。画出电路图，列出状态转换表。 (1) 用反馈清0法。 （2）用反馈置数法。 2. 用反馈清0法将74

10、161设计数器状态从00001011。 （1）画出电路图。 （2）列出状态转换表。 （3）指出输出Q2与CP脉冲的频率关系。 3. 用74161设计6进制计数器，要求计数状态为：00010110。 （1）画出电路图。 （2）说明电路的反馈状态。 （3）指出输出Q2与CP脉冲的频率关系。,4. 电路如图所示， （1）列出计数状态表。 （2）写出电路的反馈状态和最大计数状态。 （3）说明电路为几进制。,(a),(b),7.4 555定时器及其应用,555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。 555定时器在工业控制、定时

11、、检测、报警等方面有广泛应用。,7.4.1 555定时器的结构及工作原理,1. 分压器：由三个等值电阻构成,2. 比较器：由电压比较器C1和C2构成,3. R-S触发器,4. 放电开关管T,VA,VB,输出端,电压控制端,高电平触发端,低电平触发端,放电端,复位端,UCC,分压器,比较器,R-S触发器,放电管,调转,地,比较结果,1/3 UCC,不允许,2/3 UCC,综上所述，555功能表为：,1. 由555定时器组成的多谐振荡器,多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。,多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生

12、器,触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。,7.4.2 定时器电路的应用,1. 由555定时器组成的多谐振荡器,end,1) 进入第一暂稳态-接通电源后，Vcc通过R1、R2给C充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，Vo=0;,2）进入第二暂稳态-V0=0的同时， T导通，1、7短路； 电容C通过 R2、1、7放电 ，Vc下降，当Vc下降到 1/3Vcc 时，Vo=1；,3) 返回第一暂稳态-V0=1的同时；T截止，1、7断开； Vcc通过R1、R2给C充电，Vc上升，当Vc上升到2/3Vcc时，Vo=0; 如此反复循环，产生输出脉冲。输出波形见书 p.376图9.4.5

13、,+ -,4,end,接通电源,C充电,C放电,例：多谐振荡器构成水位监控报警电路,水位正常情况下，电容C被短接, 扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。,单稳态触发器只有一个稳定状态。在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态；在触发脉冲作用下，电路由稳定状态翻转为暂稳定状态，停留一段时间后，电路又自动返回稳定状态。,暂稳定状态的长短，取决于电路的参数，与触发脉冲无关。,2. 由555定时器组成的单稳态触发器,单稳态触发器一般用做定时、整形及延时。,稳态,自动返回 稳态,暂稳态,稳态,暂稳态,电路有一个稳态和一个暂稳态 在触发信号的作用下，能从稳态进入暂稳态。 从暂稳态不需触发，能自动返回稳态。,2. 由555定时器组成的单稳态触发器,1）稳态 ：令 Vi =1 ( 1/3Vcc ) ; 接通电源，Vcc通过R、C充电，Vc=V6上升，当Vc=V6 2/3Vcc时，Vo= 0,电路处于稳态： Vi =1 ，V0=0, Vc=0v, T导通.,+ -,T导通，C通过T放电,uC 0,接通电源,上升到2/3 UCC,因此暂稳态的长短 取决于RC时间常数,例1：单稳态触发器构成定时检测,例2：单稳态触发器构成短时用照明灯,若S未按下, 则 ui = 1,若S按下, 则 ui = 0,作业 使用555定时器设计一个能够产生脉冲信号的电路； （1）画出