電子技術第21章觸發(fā)器和時序邏輯電路

1、 原來的狀態(tài)原來的狀態(tài) 下面介紹下面介紹， “0”和和“1”態(tài)態(tài)； 2. ； “0”或或“1” 基本基本R-S 觸發(fā)器觸發(fā)器 輸出端輸出端 輸入端輸入端 邏輯狀態(tài)相反邏輯狀態(tài)相反 觸發(fā)器的狀態(tài)：觸發(fā)器的狀態(tài)： Q = 1 1 Q = 0 0 Q = 1 1 Q = 0 0 規(guī)定規(guī)定: Q 端的狀態(tài)端的狀態(tài) 為觸發(fā)器的狀態(tài)。為觸發(fā)器的狀態(tài)。 G2 & Q Q RDSD & G1 圖圖 21.1.1 與非門組成的基本與非門組成的基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 “0”態(tài)態(tài) “1”態(tài)態(tài) 1 11 1 1 01 0 0 10 1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1

2、1 0 0 1 1 0 0 1 1 00110 01 01 0 0 10 1 1 1 1100 G2 & Q Q RDSD & G1 RDSDQnQn+1 規(guī)定規(guī)定: Qn 為原來的狀態(tài)，為原來的狀態(tài)， Qn+1 為新的狀態(tài)或次態(tài)為新的狀態(tài)或次態(tài) Qn 1 1 1 01 0 0 10 1 1 01 0 0 0 0 0 0 0 1 01 0 0 10 1 1 11 1 1 1 0 0 0 0 G2 & Q Q RDSD & G1 RDSDQnQn+1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 0 1 10 0

3、 1 1 1 1 0 10 1 1 01 0 1 1 0 10 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 01 01 10 0 G2 & Q Q RDSD & G1 RDSDQnQn+1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 0 1 1 0 0 0 0 相等了！相等了！ 破壞了邏輯狀態(tài)！破壞了邏輯狀態(tài)！ 0 0 1 11 1 0 01 1 1 1 G2 & Q Q RDSD & G1 RDSDQnQn+1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

4、1 0 0 1 1 Qn 0 0 1 1 禁用禁用 低電平有效低電平有效! ! 直接置直接置0 0 端端 直接復位端直接復位端 直接置直接置1 1 端端 直接置位端直接置位端 邏輯狀態(tài)表邏輯狀態(tài)表 SetReset G2 & Q Q RDSD & G1 RDSDQnQn+1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 0 1 1 禁用禁用 低電平有效低電平有效! ! 邏輯狀態(tài)表邏輯狀態(tài)表 RDSDQnQn+1 1 11 1 1 01 0 0 10 1 0 00 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

5、1 0 0 1 1 Qn 0 0 1 1 禁用禁用 基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器 的邏輯符號的邏輯符號 SDRD QQ RS 直接置直接置0 0 端端 直接復位端直接復位端 直接置直接置1 1 端端 直接置位端直接置位端 Set Reset 基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器 導引電路導引電路 & G4 SR & G3 CP & G1& G2 SD RD QQ 當當CP=0時時 0 11 11 & G1& G2 SD RD QQ & G4 SR & G3 CP 當當 CP = 1 時時 1 11 & G1& G2 SD RD QQ & G4 SR & G3 CP 當當 CP = 1 時時 1 (1) S

6、=0, R=0 00 11 觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器保持原態(tài) 觸發(fā)器狀態(tài)由觸發(fā)器狀態(tài)由R，S 輸入狀態(tài)決定。輸入狀態(tài)決定。 11 & G1& G2 SD RD QQ & G4 SR & G3 CP 1 10 10 10 (2) S = 0, R= 1 觸發(fā)器置觸發(fā)器置“0” (3) S =1, R= 0 觸發(fā)器置觸發(fā)器置“1” 11 & G1& G2 SD RD QQ & G4 SR & G3 CP 1 11 0011 (4) S =1, R= 1 觸發(fā)器禁用此狀態(tài)觸發(fā)器禁用此狀態(tài) & G1& G2 SD RD QQ & G4 SR & G3 CP 0 0 SR 0 1 0 1 0 1 1 1 禁

7、用禁用 Qn+1 Qn Qn+1時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài) 邏輯符號邏輯符號 QQ SRCPSDRD 為使符號與為使符號與 題庫中的符題庫中的符 號一致！號一致！ 例：已知例：已知高電平高電平觸發(fā)的可控觸發(fā)的可控R-S觸發(fā)器觸發(fā)器CP、R、 S波形，且觸發(fā)器原為波形，且觸發(fā)器原為0態(tài)，畫出態(tài)，畫出R-S觸發(fā)器的觸發(fā)器的 輸出波形輸出波形 。 R S 123CP4 Q 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 CP CP KQR QJS 1 互補時互補時 鐘控制鐘控制 主、從主、從 觸發(fā)器觸發(fā)器 不能同不能同 時翻轉時翻轉 RS C 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 Q Q QQ SDRD R C

8、主觸發(fā)器主觸發(fā)器 Q JK Q S 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 0 1 CP 0 1 1 RS C 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 Q Q QQ SDRD R C 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 Q JK Q S 1 0 0 C0 1 CP 0 1 0 1 RS 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 Q Q QQ SDRD R Q JK Q S CP 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn () 觸發(fā)器工作時觸發(fā)器工作時SD 、 RD應接高電平。應接高電平。 CP Q JK SDRD Q CP J K Q J K 1n Q 功能 0 0 n Q 保持 0 10置 0 1 01置 1 1

9、 1 n Q翻轉 例：下降沿觸發(fā)例：下降沿觸發(fā)JK觸發(fā)器波形分析觸發(fā)器波形分析 QQ SD KJ C RD JKC P QQ SD KJ C RD JKC P J=1J=1 K=0K=0 置置1 1 J=0J=0 K=1K=1 置置0 0 J=1J=1 K=1K=1 翻轉翻轉 J=0J=0 K=0K=0 保持保持 1 2 3 4 例例:已知已知 CP 的波形，且的波形，且 J = 1 1， K = 1 1，Qn0 0 。畫出觸發(fā)器的。畫出觸發(fā)器的 Q 端波形。端波形。 CP 12345678 Q0 0 翻轉時刻？翻轉時刻？ 計數(shù)狀態(tài)計數(shù)狀態(tài) 累加累加 1 1 分頻：分頻： f i = 1000

10、 Hz f o = 500 Hz f i f o 2 QQ SD KJ C RD JKCP S SD D Q QQ Q K KJ J C C R RD D J JK KCPCP CPCP Q QQ Q S SD D K KJ J C C R RD D J JK KCPCP CPCP 我國國標的我國國標的下降沿下降沿 觸發(fā)觸發(fā)JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 我國國標的我國國標的上升沿上升沿 觸發(fā)觸發(fā)JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器 導引電路導引電路 & G2& G1 QQ SD RD & G3& G4 & G5& G6 CP D 反反 饋饋 線線 跳轉跳轉 邏輯狀態(tài)表邏輯狀態(tài)表 0 0 1

11、 1 DQn+1 0 0 1 1 CP QQ RDSD D C D CP RDSD D C D CP QQ (a) 上上 升升 沿沿 觸觸 發(fā)發(fā) (b)(b) 下下 降降 沿沿 觸觸 發(fā)發(fā) 邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā) 例例: 已知上升沿觸發(fā)已知上升沿觸發(fā) D 觸發(fā)器觸發(fā)器 D 端端 的輸入信號波形，且的輸入信號波形，且 Qn0 0 ，畫出，畫出 觸發(fā)器的觸發(fā)器的 Q 端波形。端波形。 1 2 3 4 Q CP D D 的變化對的變化對 Q 無影響無影響 QQ RDSD D C D CP T 觸發(fā)器觸發(fā)器 真值表真值表 T Qn+1 0 0 1 1 Qn Qn RDSD QQ T C TCP 邏輯符號邏輯

12、符號 上上 升升 沿沿 觸觸 發(fā)發(fā) T 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 D Qn+1 0 1 0 1 J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn D 1 CP Q JK SDRD Q 仍為下降沿仍為下降沿 觸發(fā)翻轉觸發(fā)翻轉 T CP Q J K SDRD Q (保持功能保持功能) (計數(shù)功能計數(shù)功能) J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn 按功能分按功能分 RD QD FF0 d0 Q0 QD FF1 d1 Q1 d2 QD FF2 Q2 QD FF3 d3 Q3 清零清零 寄存指令寄存指令 0000 1101 1101 觸發(fā)器狀態(tài)不變觸發(fā)器狀態(tài)不變

13、 RDSD d3 RDSD d2 RDSD d1 RDSD d0 1 0 清零清零 1100 & Q0 & Q1 & Q2 & Q3 1100 & QQQQ 0000 0011 1010 1111 清零清零 D 1 移位脈沖移位脈沖 234 1011 1 Q Q3Q1Q2 RD 0000 0001 001 11 011 10111 1 Q J K FF0 Q1 Q J K FF2 Q J K FF1 Q J K FF3 QQ Q 從高位向低從高位向低 位依次輸入位依次輸入 數(shù)碼輸入數(shù)碼輸入 111 0101 1001 1000 輸出輸出 清零清零 D 1011 1 Q Q3Q1Q2 RD 10

14、111 1 Q J K FF0 Q1 Q J K FF2 Q J K FF2 Q J K FF3 QQ Q 5 移位脈沖移位脈沖 7 8 6 數(shù)碼輸入數(shù)碼輸入 FF3FF1FF0 d0d1d2d3 Q0Q1Q2Q3 FF2 d Q0Q1Q2Q3 FF3FF1FF0FF2 d0d1d2d3 Q3 FF3FF1FF0FF2 Q3 d FF3FF1FF0FF2 右移右移 串行串行 輸入輸入 左移左移 串行串行 輸入輸入 UCCQ0Q1Q2Q3S1S0 CP 161514131211109 13456782 D0D1D2D3DSRDSL RDGND 74LS194 并行輸入并行輸入 0 1 1 1 1

15、 0 0 0 1 1 0 1 1 直接清零直接清零(異步異步) 保保 持持 右移右移(從從Q0向右移動向右移動) 左移左移(從從Q3向左移動向左移動) 并行輸入并行輸入 RDCPS1 S0功功 能能 UCCQ0Q1Q2Q3S1S0CP 161514131211109 74LS194 13456782 D0D1D2D3DSRDSL RDGND Q3 T C RD Q3 FF3 Q2 T C RD Q2 FF2 Q4 T C RD Q4 FF4 Q1 T C RD Q1 FF1 （一）（一） 二進制計數(shù)器（十六進制計數(shù)器）二進制計數(shù)器（十六進制計數(shù)器） 計數(shù)計數(shù)CP 清零清零 高電平高電平 輸出端

16、輸出端 T=1 T觸發(fā)器的真值表觸發(fā)器的真值表 T Qn+1 0 Qn 1 Qn T=1時，每來一個時，每來一個CP脈沖觸發(fā)器就翻轉一次脈沖觸發(fā)器就翻轉一次 CPCP23456781 109111213141516 Q Q1 1 Q Q2 2 Q Q3 3 Q Q4 4 CPQ4 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 CPQ4 Q3 Q2 Q1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0

17、0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1 16 0 0 0 0 加法計數(shù)器加法計數(shù)器 Q4 Q3 Q2 Q1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 減法計數(shù)器減法計數(shù)器 CPCP2345678 1 109111213141516 Q Q1 1 Q

18、Q2 2 Q Q3 3 Q Q4 4 二二 分分 頻頻四四 分分 頻頻 2n 分分 頻頻異步計數(shù)器異步計數(shù)器 ( (二二) )同步八進制計數(shù)器同步八進制計數(shù)器 CP J C K J C K J C K & 1 & Q Q Q Q Q Q Q0 Q1 Q2 F0 F1 F2 RD 00 1JK 011 QKJ 0122 QQKJ 同步計數(shù)器同步計數(shù)器 1.列驅動方程列驅動方程 特點：各觸發(fā)器的時鐘端共用時鐘脈沖特點：各觸發(fā)器的時鐘端共用時鐘脈沖CPCP 同步工作。同步計數(shù)器計數(shù)速度較快。同步工作。同步計數(shù)器計數(shù)速度較快。 00 1JK 011 QKJ 0122 QQKJ CP J C K J C

19、 K J C K & 1 & Q Q Q Q Q Q Q0 Q1 Q2 F0 F1 F2 RD Q0 Q1 Q2 1 2 3 4 5 6 7 8 CP 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 F0每輸入一個時鐘每輸入一個時鐘 脈沖翻轉一次脈沖翻轉一次 F1在在Q0=1時，在下時，在下 一個一個CP下降沿到下降沿到 來時翻轉。來時翻轉。 F2在在Q0=Q1=1時，時， 在下一個在下一個CP下降沿下降沿 到來時翻轉。到來時翻

20、轉。 2.波形分析波形分析 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 CP Q2 Q1 Q0 4.4.類型：（同步八進制加法計數(shù)器）（同步三位二進制計數(shù)器）類型：（同步八進制加法計數(shù)器）（同步三位二進制計數(shù)器） J1=K1=Q0=0 保持保持 J1=1 K11 翻轉翻轉 J1=K1=0 保持保持 J1=1 K11 翻轉翻轉 3.列邏輯狀態(tài)表列邏輯狀態(tài)表 N進制計數(shù)器的分析進制計數(shù)器的分析

21、 明確明確觸發(fā)器的觸發(fā)器的觸發(fā)類型；觸發(fā)類型； 在在觸發(fā)器的有效觸發(fā)邊沿到來的時刻，分析其次態(tài)觸發(fā)器的有效觸發(fā)邊沿到來的時刻，分析其次態(tài)Qn+1 ； 將將觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Qn代入驅動方程代入驅動方程，計算觸發(fā)器的輸入端計算觸發(fā)器的輸入端J K的狀的狀 態(tài)。態(tài)。如如J1Q0 ，注意：，注意：Q0是所分析的觸發(fā)器（這里為是所分析的觸發(fā)器（這里為F1）的有效觸發(fā)邊沿）的有效觸發(fā)邊沿到來到來 前前瞬間瞬間，對應觸發(fā)器（，對應觸發(fā)器（F0）的輸出狀態(tài)；）的輸出狀態(tài)； 計算出觸發(fā)器的輸入端計算出觸發(fā)器的輸入端J K的狀態(tài)后，即可推出其次態(tài)。的狀態(tài)后，即可推出其次態(tài)。 若各觸發(fā)器之間無反饋，可以依次

22、畫完各波形；若各觸發(fā)器之間無反饋，可以依次畫完各波形； 但有反饋時，但有反饋時，如如J1Q0 ，就必須以每個，就必須以每個有效觸發(fā)邊沿為界，分別逐有效觸發(fā)邊沿為界，分別逐 段分析，直至畫完所有波形。段分析，直至畫完所有波形。 1.結構分析，列驅動方程結構分析，列驅動方程 2.波形分析波形分析 3.列邏輯狀態(tài)表列邏輯狀態(tài)表 4.類型判別類型判別 一般分析步驟是：一般分析步驟是： （異步八進制減法計數(shù)器）（異步八進制減法計數(shù)器） Q0 Q1 Q2 CP D C D C D C Q Q Q Q Q Q F0 F1 F2 RD 計數(shù)脈沖Q 2 Q1 Q0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0

23、 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 Q0 Q1 Q2 1 2 3 4 5 6 7 8 CP 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 例例1： D0=Q0D1=Q1D2=Q2 Q0 Q1 Q2 Q3 CP D C D C D C D C Q Q Q Q Q Q Q Q F0 F1 F2 F3 RD （異步十六進制加法計數(shù)器）（異步十六進制加法計數(shù)器） Q0 Q1 Q2 Q3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CP 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0