《電工電子技術(shù)》教學(xué)課件-第11章觸發(fā)器及時序邏輯電路

1、觸發(fā)器及時序邏輯電路第 11 章11.1 觸發(fā)器11.2 寄存器11.3 計數(shù)器觸發(fā)器及時序邏輯電路第 11 章11.1 觸發(fā)器11.11.1.1 基本RS觸發(fā)器11.1.2 同步RS觸發(fā)器11.1.3 JK觸發(fā)器11.1.4 D觸發(fā)器11.1.5 觸發(fā)器的應(yīng)用舉例11.1 觸發(fā)器11.1.1 基本RS觸發(fā)器11.1.2 同步RS觸11.1.1 基本RS 觸發(fā)器SRQ圖形符號基本RS 觸發(fā)器由兩個與非門交叉耦合而成，如下圖：這種觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài)：(2) , 稱為復(fù)位狀態(tài)(0態(tài));(1) , 稱為置位狀態(tài)(1態(tài));它有兩個輸出端Q 和 ，二者的邏輯狀態(tài)應(yīng)相反。Q&GA邏輯圖GB11.1.1

2、基本RS 觸發(fā)器SRQ圖形符號基本RS 觸發(fā) 當(dāng) 端加負脈沖時，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1態(tài)，還是0態(tài)，均有 即將觸發(fā)器置0或保持0態(tài)， 稱為直接置0端。Q&GA邏輯圖GB輸出與輸入的邏輯關(guān)系：所謂 ，即將 端保持高電位；，即 在端加一負脈沖 當(dāng) 端加負脈沖時，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1態(tài)，還是0態(tài)，均有 ，即將觸發(fā)器置1或保持1態(tài)。 稱為直接置1 端。 當(dāng) 端加負脈沖時，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1態(tài)，還即將觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。 這種輸入狀態(tài)下，當(dāng)負脈沖除去后，將由各種偶然因素決定觸發(fā)器的最終狀態(tài)，因而禁止出現(xiàn)。Q&GA邏輯圖GB這種情況，注：時， 和 均為高電平。0 態(tài)信號同時撤消：狀態(tài)不定(隨

3、機)1 態(tài)先撤消：先撤消：即將觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。 這種輸入狀態(tài)下，當(dāng)負脈沖除 由以上分析可知：基本RS 觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，他可以直接置位或復(fù)位，并具有存儲和記憶功。基本RS 觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表如下： Q1 0 0 10 1 1 01 1 不變 不變0 0 不定 不定QQ信號同時撤消,出現(xiàn)不確定狀態(tài)信號不同時撤消，狀態(tài)確定QQ練習(xí) 由以上分析可知：基本RS 觸發(fā)器有兩個狀態(tài)，他可以直11.1.2 同步RS 觸發(fā)器&GC&GDQ&GA&GBRSCP邏輯電路SRQ圖形符號S1SR1RC1CP 可控RS 觸發(fā)器的邏輯圖和圖形符號如下： 與基本RS 觸發(fā)器區(qū)別為：增加了由非門GC和GD組成的導(dǎo)引電路

4、;R 和S 是置 0 和置 1 信號輸入端，還有時鐘脈沖CP 輸入端。 時鐘脈沖CP是一種控制命令，通過導(dǎo)引電路實現(xiàn)對輸入端R 和S 的控制，故稱為可控RS 觸發(fā)器11.1.2 同步RS 觸發(fā)器&GC&GDQ&GA&GBR 當(dāng)時鐘脈沖CP來到之前，即當(dāng)CP= 0時，不論R 和S 端的電平如何變化，GC門和GD門的輸出均為1，基本觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。&GC&GDQ&GA&GBRSCP邏輯電路即CP= 1時，觸發(fā)器才按R 、S 端的輸入狀態(tài)來決定其輸出狀態(tài)。 和 是直接置 0 和直接置 1 端 ，即不受時鐘脈沖的控制，可以對基本觸發(fā)器置0或置1，一般用于置初態(tài)，在工作過程中它們處于1 態(tài)（高電平

5、）?，F(xiàn)態(tài) ：指觸發(fā)器輸入信號變化前的狀態(tài)。Q n次態(tài) ：指觸發(fā)器輸入信號變化后的狀態(tài)；Q n+1只有當(dāng)時鐘脈沖來到后， 當(dāng)時鐘脈沖CP來到之前，即當(dāng)CP= 0時，不論R 和010011說 明Q n+1 R S保 持置 1置 0不 定010101010000111100110011Q n 觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）之間的關(guān)系如下表：利用可控 RS 觸發(fā)器可構(gòu)成計數(shù)器，其連接圖如下：0說 明Q n+1 R S保 持置 1置 0不 定0SRQ1S1RC111存在問題：產(chǎn)生“空翻”現(xiàn)象為避免“空翻”，計數(shù)器一般采用主從型觸發(fā)器和維持阻塞型觸發(fā)器構(gòu)成。SRQ1S1RC111存在問題：產(chǎn)生“

6、空翻”現(xiàn)象為避免“空翻11.1.3 JK 觸發(fā)器SRQJ1SK1RC1SRQ1S1RC1111SRQJ1JK1KC1CP 它由兩個可控RS 觸發(fā)器串聯(lián)組成，兩者分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。主從型 JK 觸發(fā)器的邏輯圖和圖形符號如下： 主觸發(fā)器的輸出端Q 與從觸發(fā)器的S 端相連， 端與從觸發(fā)器的R 端相連。11.1.3 JK 觸發(fā)器SRQJ1SK1RC1SRQ1S非門的作用是使兩個觸發(fā)器的時鐘脈沖信號反相。主從觸發(fā)器的特性見真值表： Q n+10 0 Q n0 1 01 0 11 1 Q nJKSRQJ1SK1RC1SRQ1S1RC1111邏輯功能分析：(1) J=1, K=1 設(shè)時鐘脈沖來到之前

7、(CP=0) 觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時主觸發(fā)器的 非門的作用是使兩個觸發(fā)器的時鐘脈沖信號反相。主從觸發(fā)器的特性 當(dāng)時鐘脈沖來到后(CP= 1), Q 端由01，使從觸發(fā)器的S=1，R=0，當(dāng)CP從1下跳為0時，非門輸出為1，從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)為1態(tài)。 反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1，同樣可分析出，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)為0。 JK 觸發(fā)器在J=1,K=1 的情況下，來一個時鐘脈沖，它就翻轉(zhuǎn)一次，此時觸發(fā)器具有計數(shù)功能。 (2) J=0, K=0 設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CP=1時，由于主觸發(fā)器的J=0,K=0，Q端的狀態(tài)仍為0，保持不變;當(dāng)CP 跳變?yōu)?時，由于從觸發(fā)器的S=0,R=0，也保持0態(tài)不

8、變。如果初始狀態(tài)為1，也有同樣的結(jié)果。 當(dāng)時鐘脈沖來到后(CP= 1), Q 端由01，使(3) J=1, K=0 可分析出不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，一個時鐘脈沖來到后，輸出一定是1 態(tài)。(4) J=0, K=1 可分析出不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，一個時鐘脈沖來到后，輸出一定是0 態(tài)。 主從型觸發(fā)器具有在CP從1下跳為0時翻轉(zhuǎn)的特點，也就是具有在時鐘脈沖下降沿觸發(fā)的特點。主從觸發(fā)器避免了“空翻”。(3) J=1, K=0 可分析出不管觸發(fā)器原來11.1.4 D 觸發(fā)器維持-阻塞型D 觸發(fā)器的邏輯符號如下圖示：SRQD1DC1CP輸出與輸入之間的關(guān)系見真值表： 1 1 0 0Q n+1D 邏

9、輯功能為：觸發(fā)器的輸出狀態(tài)僅決定于到達前輸入端的狀態(tài)，而與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)無關(guān)，即：就構(gòu)成了計數(shù)器，其連接圖如下：當(dāng)把 D 觸發(fā)器的輸入端與 輸出端連接到一起時，11.1.4 D 觸發(fā)器維持-阻塞型D 觸發(fā)器的邏輯符號如SRQ1DC1CP工作波形如下：CPQQSRQ1DC1CP工作波形如下：CPQQ11.1.5 觸發(fā)器的應(yīng)用舉例 例：走廊節(jié)電燈電路如圖所示，該走廊節(jié)電燈可以在燈點亮后經(jīng)一定時間的延遲自動切斷路燈電源，起到節(jié)電的作用。 觸發(fā)器常態(tài)時為0狀態(tài)，三極管T截止，繼電器失電觸點釋放，燈滅。按下后，觸發(fā)器的時鐘信號有效，將輸入端高電平傳至輸出端，使T飽和導(dǎo)通，繼電器得電觸點吸合，燈亮。同時，端的

10、高電位經(jīng)向充電，當(dāng)兩端電壓升高為高電平時，經(jīng)復(fù)位端使觸發(fā)器復(fù)位極管截止，燈滅，電路回到初始狀態(tài)，等待新的起動。燈亮的延遲時間主要由和決定。 11.1.5 觸發(fā)器的應(yīng)用舉例 例：走廊節(jié)電燈電路如圖所示，例: 4人搶答電路智力競賽中的4人搶答電路如圖所示。其中心元件為集成四D觸發(fā)器。其內(nèi)部有4個獨立的觸發(fā)器。 比賽前各觸發(fā)器清0，各指示燈均不亮。門的輸出為1使門打開，時鐘脈沖可以送至觸發(fā)器的端。比賽開始后，哪一個按鈕最先按下，其對應(yīng)的觸發(fā)器輸出電平變高，對應(yīng)的指示燈亮，同時對應(yīng)的端變成低電平，將門封鎖。而后其他按鈕按下，會因無時鐘脈沖而無法觸發(fā)，不起作用。 例: 4人搶答電路智力競賽中的4人搶答電

11、路如圖所示。其中心元學(xué)習(xí)與探討晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，其電流放大系數(shù)是否也等于？為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度小？而且還要做得很??？檢 驗 學(xué) 習(xí) 結(jié) 果練習(xí)學(xué)習(xí)與探討晶體管的發(fā)射極晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，11.2 寄存器11.2.1 數(shù)碼寄存器11.2 2 移位寄存器11.2 寄存器11.2.1 數(shù)碼寄存器11.2 2 移位11.2 寄存器寄存器用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果。 一個觸發(fā)器可以存儲1位二進制信號；寄存n位二進制數(shù)碼，需要n個觸發(fā)器。按功能分數(shù)碼寄存器移位寄存器(并入并出)(并入并出、并入串出、 串入并出、串

12、入串出)分類：按存放數(shù)碼的方式并行串行11.2.1 數(shù)碼寄存器功能：寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼。采用基本觸發(fā)器構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器原理圖如下：11.2 寄存器寄存器用來暫時存放參與運算的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果QQ0QQ1QQ3QQ2清零指令取出指令FF3FF0FF1FF2&1111D3D2D0D1G1G2G3G4G5G6G7G8寄存指令注意：工作之初要先清零QQ0QQ1QQ3QQ2清零指令取出指令FF3FF0FF1F用構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器，原理圖如下：QQ3QQ2QQ0QQ1取出脈沖D0&1111.D1D2D31DC11DC11DC11DC1.寄存脈沖用構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器，原理圖如下：QQ3QQ2QQ0

13、QQ1 移位寄存器不僅有存放數(shù)碼的功能，而且有移位功能。所謂移位，就是每當(dāng)來一個移位正脈沖，觸發(fā)器的狀態(tài)便向右或向左移一位。CP清零移位脈沖D數(shù)碼輸入Q1JFF01KC1Q1JFF11KC1Q1JFF21KC1Q1JFF31KC11&并行輸出脈沖并行數(shù)碼輸出移位數(shù)碼輸出Q3Q2Q0Q1 11.2.2 移位寄存器 移位寄存器不僅有存放數(shù)碼的功能，而且有移位功能。所謂 FF0 接成D 觸發(fā)器，數(shù)碼由D 端輸入。設(shè)寄存的二進制為1011，按移位脈沖（即時鐘脈沖）從高位到低位依次串行送到D 端；上圖是由JK 觸發(fā)器組成的四位移位寄存器。 移位寄存器的狀態(tài)表 清 零 右移一位右移二位右移三位右移四位 0

14、 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 3 4 Q3 Q2 Q1 Q0 移位過程 寄存器中的數(shù)碼 移位脈 沖數(shù)工作之前要先清零，經(jīng)過四個時鐘脈沖，數(shù)碼依此存入各觸發(fā)器。移位寄存器的狀態(tài)表如右圖所示： FF0 接成D 觸發(fā)器，數(shù)碼由D 端輸入。設(shè)寄存的二數(shù)碼寄存器和移位寄存器有什么區(qū)別？分析已學(xué)過的各種類型觸發(fā)器中，哪些能用作移位寄存器？哪些不能？為什么？ 數(shù)碼寄存器和移位寄存器有什么區(qū)別？分析已學(xué)過的各種類型觸發(fā)器11.3 計數(shù)器11.3.1 二進制加法計數(shù)器11.3.2 同步十進制加法計數(shù)器11.3 計數(shù)器11.3.1 二進制加法計數(shù)器11.

15、3.211.3 二進制加法計數(shù)器CP清零Q1JFF01KC1Q1JFF11KC1Q1JFF21KC1Q1JFF31KC1Q3Q2Q0Q1計數(shù)脈沖二進制計數(shù)器分為：同步二進制計數(shù)器和異步二進制計數(shù)器。由主從型JK 觸發(fā)器構(gòu)成的4位二進制計數(shù)器如下：工作原理：(1)每來一個時鐘脈沖,最低位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次;(2)高位觸發(fā)器是在相鄰的低位觸發(fā)器的輸出端從11.3 二進制加法計數(shù)器CP清零Q1JFF01KC1Q1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8Q3 Q2 Q1 Q0十進制數(shù) 二進制數(shù) 計數(shù) 脈沖數(shù) 0 0 0 0 0 16 9 10 11 12 13 14 15 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 9 10 11 12 1