第12章觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路-課件

1、第12章 觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路 12.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.2 時(shí)序邏輯電路分析 12.4 計(jì)數(shù)器12.3 寄存器主頁面第12章 觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路 12.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1【知識(shí)要求】了解時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)；掌握觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理；學(xué)會(huì)時(shí)序邏輯電路的基本分析方法?！局R(shí)要求】了解時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)；具備數(shù)字集成塊的識(shí)別與簡單應(yīng)用能力；具有常用測(cè)量儀表的使用能力；具備線路板元件插裝和焊接能力?！灸芰σ蟆烤邆鋽?shù)字集成塊的識(shí)別與簡單應(yīng)用能力；【能力要求】根據(jù)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能不同時(shí)序邏輯電路分同步和異步時(shí)序邏輯電路基本RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器C

2、MOS邊沿觸發(fā)器RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器D觸發(fā)器根據(jù)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能不同時(shí)序邏輯電路分同12.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.1.1基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特點(diǎn) 電路結(jié)構(gòu) 輸入端輸出端1態(tài)與0態(tài)稱為1態(tài)稱為0態(tài)現(xiàn)態(tài)與次態(tài)SRQQ12.1 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器12.1.1基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)110邏輯功能復(fù)位端觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為0觸發(fā)器原態(tài)為010100SRQQ01011010110邏輯功能復(fù)位端觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為0觸發(fā)器原態(tài)為001觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為1觸發(fā)器原態(tài)為010101SRQQ01101101置位端001觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為1觸發(fā)器原態(tài)為01

3、0101011觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為1觸發(fā)器原態(tài)為010101SRQQ01011011觸發(fā)器次態(tài)為0011觸發(fā)器原態(tài)為1觸發(fā)器次態(tài)為1觸發(fā)器原態(tài)為010101這種狀態(tài)是觸發(fā)器工作的非正常狀態(tài)，是不允許出現(xiàn)的。 SRQQ00次態(tài)都為111這種狀態(tài)是觸發(fā)器工作的非正常狀態(tài)，是不允許出現(xiàn)的。 SRRS觸發(fā)器的特性表不可用置0（復(fù)位）置1（置位）記憶1*1*0011010 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1功 能Qn+1 Qn低電平有效邏輯符號(hào) Q QSRRS觸發(fā)器的特性表不可用1*0 0 0功工作波形 QQ不定不定RS置0保持保持置1置0 置1 不定工作

4、波形 QQ不定不定RS置0保持保持置1置0 置1 不或非門組成的基本RS觸發(fā)器高電平有效置1端(置位端)置0端(復(fù)位端) Q QSR11SRQQ或非門組成的基本RS觸發(fā)器高電平有效置1端(置位端)置0端(或非門組成的基本RS觸發(fā)器的特性表 0111001*1*0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Qn+1R S Qn記憶置1置0不可用或非門組成的基本RS觸發(fā)器的特性表 00 0 12.1.2主從RS觸發(fā)器及主從JK觸發(fā)器1.主從RS觸發(fā)器SRQQCPQQ 1G1G2G3G4G5G7G6G8G9主、從觸發(fā)器CP脈沖相反從觸發(fā)器主觸發(fā)器12.1.2主從RS

5、觸發(fā)器及主從JK觸發(fā)器1.主從RS觸發(fā)器SRQQCPQQ 1G1G2G3G4G5G7G6G8G9當(dāng)CP=1時(shí) CP=0主觸發(fā)器工作從觸發(fā)器被封鎖RS確定主觸發(fā)器狀態(tài)從觸發(fā)器保持狀態(tài)不變10SRQQCPQQ 1G1G2G3G4GSRQQCPQQG1 1G1G2G3G4G5G7G6G8G9當(dāng)CP從1變到0 主觸發(fā)器被封鎖狀態(tài)不變從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器輸出端狀態(tài)，從觸發(fā)器的狀態(tài)變化SRQQCPQQG1 1G1G2G3G特性表 010111001*1* 0 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Qn+1R S QnCP表示延遲脈沖下降沿到來狀態(tài)變化記憶（保持）

6、符號(hào) QSR QCPC1特性表 0 0Qn+1R S特征方程 約束條件 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1R=0S=R=0S=1R=1S=0R=S=0特征方程 約束條件 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1R=0R=0R波形圖 RQCPS1234567波形圖 RQCPS12345671.主從RS觸發(fā)器主、從觸發(fā)器CP脈沖相反從觸發(fā)器主觸發(fā)器JKQQCPQQ 1G1G2G3G4G5G7G6G8G91.主從RS觸發(fā)器主、從觸發(fā)器CP脈沖相反從觸發(fā)器主觸發(fā)器特性表 0101001110 0 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1Qn+1 J K QnCP脈沖下降沿到來狀態(tài)變化保持符號(hào) 記憶

7、（保持）置0置1翻轉(zhuǎn) QJK QCPC1特性表 0 0Qn+1 J 特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1J= K=0J=1K=J=K=1J=0K=特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1J= K=0J=1J=波形圖 QCPKJ1234567波形圖 QCPKJ123456712.1.3D觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器DTG1CPCPTG2CPCP1G11 G2DTG1CPCPTG2CPCP1G31 G4QQ12.1.3D觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器DTG1CPCPTG2C特性表 Qn0101Qn+1DCP脈沖上升沿到來狀態(tài)變化符號(hào) QD QCPC1特性表 QnQn+1DCP脈沖上升沿到來狀態(tài)變化符號(hào) 特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1D=1

8、D=1D=0D=0特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 0 1D=1D=1D=0D=0波形圖 QCPD1234567波形圖 QCPD123456712.2 時(shí)序邏輯電路分析12.2.1 時(shí)序電路的基本分析方法 寫方程求狀態(tài)方程進(jìn)行計(jì)算畫狀態(tài)圖、列狀態(tài)表、畫時(shí)序圖 功能說明 12.2 時(shí)序邏輯電路分析12.2.1 時(shí)序電路的基本分析12.2.2時(shí)序邏輯電路分析舉例 1.寫出方程 時(shí)鐘方程：各觸發(fā)器的觸發(fā)時(shí)鐘是相同的輸出方程：分析時(shí)序邏輯電路。 FF1FF2JKJKJK&CPYC1C1C1FF0 QQQQQQ12.2.2時(shí)序邏輯電路分析舉例 1.寫出方程 時(shí)鐘方2.求狀態(tài)方程將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器特征方程 得觸發(fā)

9、器狀態(tài)方程 驅(qū)動(dòng)方程2.求狀態(tài)方程將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器特征方程 得觸發(fā)器狀3.進(jìn)行計(jì)算，列狀態(tài)表 現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Y000001100101110101011011111110000001010101110100111111013.進(jìn)行計(jì)算，列狀態(tài)表 現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出Q2nQ1nQ0nQ2n4.畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖 /1 000 001 011 111 110 100 /1 /1 /1 /1 /0 101 010 /1 /1有效狀態(tài)與有效循環(huán)無效狀態(tài)與無效循環(huán)能自啟動(dòng)：在時(shí)序邏輯電路中，雖然存在無效狀態(tài)，但他們沒有形成循環(huán)，這樣的時(shí)序電路叫能自啟動(dòng)的時(shí)序

10、電路。不能自啟動(dòng)：若有無效狀態(tài)存在，它們之間又形成了循環(huán)，這樣的時(shí)序電路被稱之為不能自啟動(dòng)的時(shí)序電路。本例電路就不能自啟動(dòng)。4.畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖 /1 000 001 YQ0Q1Q2YQ0Q1Q2分析時(shí)序邏輯電路。 DDD&CPC1C1C1&FF1FF2FF0QQQQQQQ0Q1Q2分析時(shí)序邏輯電路。 DDD&CPC1C1C1&FF1FF2F1.寫出方程 時(shí)鐘方程：CP0CP2CP，CP1 2.求狀態(tài)方程將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器特征方程 得觸發(fā)器狀態(tài)方程 驅(qū)動(dòng)方程1.寫出方程 時(shí)鐘方程：CP0CP2CP，CP13.進(jìn)行計(jì)算，列狀態(tài)表 CP0 CP1 CP2001111CP0 CP2010011

11、CP0 CP1 CP2010101CP0 CP2000001CP0 CP1 CP2001110CP0 CP2110010CP0 CP1 CP2010100CP0 CP2100000時(shí)鐘條件Q0n+1Q1n+1Q2n+1Q0nQ1nQ2n備注次態(tài)現(xiàn)態(tài)3.進(jìn)行計(jì)算，列狀態(tài)表 CP0 CP1 CP2001111C4.畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖 000 001 010 011 100 101 110 1114.畫狀態(tài)圖和時(shí)序圖 000 001 010CPQ0Q1Q2CPQ0Q1Q212.3 寄存器12.3.1數(shù)據(jù)寄存器輸入01011100輸出CPQDFF3D3Q3QQDFF3D2Q2QQDFF3D1Q1QQDF

12、F3D0Q0Q12.3 寄存器12.3.1數(shù)據(jù)寄存器輸入0101110012.3.2移位寄存器CPQ2Q1Q3Q0 DC1FF0 Q Q DC1FF0 Q Q DC1FF0 Q Q DC1FF0 Q Q并行輸出串行輸入串行輸出100 0 011010 0 011 0 001 1 010 1 112.3.2移位寄存器CPQ2Q1Q3Q0 DFF0 Q控制寄存器的功能CPS0S1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3DILDIRR異步清零端右移數(shù)據(jù)輸入端左移數(shù)據(jù)輸入端12.3.3移位寄存器控制寄存器的功能CPS0S1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D374LS194功能表 CPS1 S0功 能0 置零10

13、0保 持10 1右 移11 0左 移11 1并行輸入 74LS194功能表 CPS1 S0功 12.4 計(jì)數(shù)器分類 按計(jì)數(shù)值的增減異步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器按時(shí)鐘脈沖輸入 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 N 進(jìn)制計(jì)數(shù)器按計(jì)數(shù)容量加法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器12.4 計(jì)數(shù)器分類 按計(jì)數(shù)值的增減異步計(jì)數(shù)器同步計(jì)12.4.1二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由JK觸發(fā)器組成的異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 當(dāng)J、K=1時(shí)，具有計(jì)數(shù)功能，每來一個(gè)脈沖觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次.每來一個(gè)CP翻轉(zhuǎn)一次當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器輸出由1變 0 時(shí)翻轉(zhuǎn) JC1 K JC1 KCPFF1 JC1 KQ0Q1 JC1 KFF3Q2Q3FF0FF2QQQQQQQQ12.4.1二

14、進(jìn)制計(jì)數(shù)器 由JK觸發(fā)器組成的異步二進(jìn)制加法計(jì)四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表Q3 Q2 Q1 Q0CP0123456780 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 09101112131415161 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 0CPQ3 Q2 Q1 Q0四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表Q3 Q2 Q1 Q000四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的工作波形圖 Q3CP12345678910111213141516 Q0 Q1 Q22分頻4分頻8分頻16分頻四

15、位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的工作波形圖 Q3CP12345678912.4.2十進(jìn)制計(jì)數(shù)器由JK觸發(fā)器組成的8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 第1位觸發(fā)器J0=K0=1，F(xiàn)F0翻轉(zhuǎn)受輸入的計(jì)數(shù)脈沖控制。第2位觸發(fā)器J1=Q 3，F(xiàn)F1翻轉(zhuǎn)受FF3的控制。第3位觸發(fā)器J2=K2=1，F(xiàn)F2翻轉(zhuǎn)受FF1控制。 第4位觸發(fā)器J3 =Q1Q2，CP3 =Q0 。當(dāng)Q1=Q2=1且Q0由10時(shí)，F(xiàn)F3才翻轉(zhuǎn)。而Q2=Q1=Q0=1是第7個(gè)脈沖狀態(tài)，當(dāng)?shù)?個(gè)脈沖的下降沿到來時(shí)，Q0由10，F(xiàn)F3翻轉(zhuǎn)，由01。JC1 KCPQ0Q1FF3Q2Q3 JC1 K JC1 KFF1 JC1 KFF3FF0FF2QQQQQQQQ

16、12.4.2十進(jìn)制計(jì)數(shù)器由JK觸發(fā)器組成的8421碼十進(jìn)制加十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表Q3 Q2 Q1 Q0CP0123456789100 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表Q3 Q2 Q1 Q000 0十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的工作波形圖 Q0Q1Q2Q3CP12345678910十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的工作波形圖 Q0Q1Q2Q3CP123451.集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161、74LS163異步清零端同步置數(shù)端TT=TP=1計(jì)數(shù)進(jìn)位端12.4.3集成計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用TT

17、C0Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0LDCRTP74LS161CP1.集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161、74LS163異步清零端74LS161功能表輸入輸出功能CRLDTTTPCPD3D2D1D0Q3 Q2 Q1 Q000 0 0 0異步清零10d3d2d1d0d3 d2 d1 d0同步置數(shù)111100保持保持1111當(dāng)計(jì)到1111時(shí)C1計(jì)數(shù) 74LS163具有同步清零功能。其余功能與74LS161相同。74LS161功能表輸入輸出功能CRLDTTTPCPD3D2 74LS160當(dāng)計(jì)到1001時(shí)C1，其余功能與74LS161相同。3.二-五-十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器74LS290 CPA QA QB

18、 QC QD74LS290 CPBR9（1 ）R9（2）R0（1 ） R 0（2）置9端R9（1 ） =R9（2）=1輸出為1001置0端R9（1 ）R9（2）=0R0（1 ）= R 0（2）=1輸出為00002.集成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160 74LS160當(dāng)計(jì)到1001時(shí)C1，其余功能R9（1 ）R9（2）=0R0（1 ） R 0（2）=0計(jì)數(shù)QD、QC、QB 、QA為8421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)狀態(tài)輸出端QA 、QB 、QC 、QD為5421碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)狀態(tài)輸出端CPA QA QB QC QD74LS290CPBR9（1 ）R9（2）R0（1 ） R 0（2）R9（1 ）R9（2）=0QD、QC

19、、QB 、QA為84212.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用異步清零法:異步清零法適用于具有異步清零端的集成計(jì)數(shù)器。只要異步清零端出現(xiàn)清零有效信號(hào)，計(jì)數(shù)器便立即被清零。因此，在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通過控制電路產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)加到異步清零端上，使計(jì)數(shù)器回零，則可獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 2.集成計(jì)數(shù)器的應(yīng)用異步清零法:異步清零法適用于具有異步清零74LS161異步清零法組成的七進(jìn)制計(jì)數(shù)器 11TTC0Q3Q2Q1Q0D3D2D1D0LDCRTP74LS161CP74LS161異步清零法組成的七進(jìn)制計(jì)數(shù)器 同步清零法: 同步清零法適用于具有同步清零端的集成計(jì)數(shù)器。與異步清零不同，同步清零輸入端獲得有效信號(hào)后，計(jì)數(shù)器并不能立即清零，只是為清零創(chuàng)造條件，還需要再輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器才能被清零。因此利用同步清零端獲得N進(jìn)制計(jì)數(shù)器