第八章觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路

第八章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和時(shí)

序邏輯電路

第一節(jié)基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第二節(jié)鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第三節(jié)寄存器第四節(jié)計(jì)數(shù)器第五節(jié)集成計(jì)數(shù)器

習(xí)題

目錄第一節(jié)基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

時(shí)序邏輯電路的概念基本R－S觸發(fā)器返回

時(shí)序邏輯電路與輸出狀態(tài)不僅與輸入變量有關(guān)，而且還與系統(tǒng)先前的狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：

包括組合邏輯電路和具有記憶功能的電路或反饋延遲電路。輸入、輸出之間至少有一條反饋路徑。

觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路的基本單元，是一種具有記憶功能的邏輯電路。能夠儲(chǔ)存一位二值信號(hào)。一、時(shí)序邏輯電路返回雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)：

具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)；根據(jù)不同的輸入信號(hào)可以置成“1”狀態(tài)或“0”狀態(tài)；在輸入信號(hào)消失后，如果沒(méi)有新的信號(hào)輸入，能夠保持原狀態(tài)，直至下一個(gè)新的信號(hào)輸入為止。返回二、基本R－S觸發(fā)器RDSDQ01101100Q0110兩個(gè)輸出端反相，規(guī)定Q的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。即Q＝0，Q=1時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器為0態(tài)，又稱(chēng)復(fù)位；Q＝1，Q=0時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器為1態(tài)，又稱(chēng)置位。不變*不定RD＝0，SD=1觸發(fā)器復(fù)位為0態(tài)，稱(chēng)RD為復(fù)位端；RD＝1，SD=0觸發(fā)器置位為1態(tài)，稱(chēng)SD為置位端。＆A＆BQSDRDQ100101101QQQQ0011RD、SD同為1，觸發(fā)器保持原狀態(tài)；RD、SD同為0，觸發(fā)器狀態(tài)無(wú)法確定，此情況應(yīng)避免。返回

與非門(mén)組成的R－S觸發(fā)器為負(fù)脈沖有效。

基本R－S觸發(fā)器的約束條件是

RD＋SD＝1邏輯符號(hào)QRDSDQ負(fù)脈沖有效

基本R－S觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有記憶功能。

基本R－S觸發(fā)器的缺點(diǎn)：輸出直接受輸入控制，具有不定狀態(tài)。返回第二節(jié)鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

鐘控R－S觸發(fā)器

JK

觸發(fā)器

D觸發(fā)器

T′－T

觸發(fā)器觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器應(yīng)用返回一、鐘控R－S觸發(fā)器

為使觸發(fā)器能按要求在某一時(shí)間翻轉(zhuǎn)，外加一時(shí)鐘脈沖CP來(lái)控制。＆B＆AQQSDRD＆C＆DCPRSR

SQn+1

0001101110不定CP=0，CP=1，Qn0C、D門(mén)被封鎖；1SR復(fù)位端RD、置位端SD負(fù)脈沖有效，不受CP控制。返回CP＝1時(shí)，觸發(fā)器才能翻轉(zhuǎn)。

CP控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，R、S控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。鐘控R－S觸發(fā)器為正脈沖有效。邏輯符號(hào)

鐘控R－S觸發(fā)器的約束條件是

RS＝0QRDSDQSRC返回例1、已知鐘控R－S觸發(fā)器（正脈沖有效）的輸入信號(hào)RD、R、S波形如圖，試畫(huà)出Q的波形。CPQ1234RSRD返回例2、由鐘控R－S觸發(fā)器組成的T′觸發(fā)器如圖所示，可完成計(jì)數(shù)功能，試分析其邏輯功能。解：R＝Q

可見(jiàn)，CP脈沖來(lái)一個(gè)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次，即T′觸發(fā)器可記錄CP脈沖個(gè)數(shù)。

要求CP脈沖寬度要小于觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)所需時(shí)間，否則在一個(gè)CP作用期間，觸發(fā)器可能翻轉(zhuǎn)多次，即“空翻”。QRDSDQSRC

鐘控R－S觸發(fā)器的CP對(duì)觸發(fā)器的控制是在一個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，而不是控制在某一時(shí)刻。返回二、主從型JK

觸發(fā)器QQRDSDCPC主觸發(fā)器JKSSRRC從觸發(fā)器

主從型JK

觸發(fā)器由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器組成，主觸發(fā)器和從觸發(fā)器時(shí)鐘信號(hào)反相.

當(dāng)CP上升沿到來(lái)時(shí)，主觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，當(dāng)CP下降沿到來(lái)時(shí)，從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，從而保證在一個(gè)CP周期中，觸發(fā)器的輸出只改變一次。

顯然，輸出狀態(tài)在CP下降沿到達(dá)時(shí)改變。因此，這種觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)。返回JKQn+1

0001101101QnQnQQRDSDC主觸發(fā)器JKSSRRC從觸發(fā)器0100110101QnQnQn復(fù)位端RD、置位端SD負(fù)脈沖有效，不受CP控制。返回

主從型JK

觸發(fā)器將觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)控制在CP下降沿這一時(shí)刻。主從型JK

觸發(fā)器無(wú)不定狀態(tài)，組成計(jì)數(shù)電路，可克服空翻。

主從型JK

觸發(fā)器存在一次翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題。即主觸發(fā)器在CP＝1期間只能翻轉(zhuǎn)一次，要求J、K狀態(tài)在CP＝1期間不能變化。邏輯符號(hào)負(fù)脈沖有效下降沿觸發(fā)QRDSDQJKC返回例3、已知JK觸發(fā)器（下降沿觸發(fā)）的輸入信號(hào)J、K波形如圖，試畫(huà)出Q的波形（Q初始狀態(tài)為0）。CPQ1234JK返回例4、已知各觸發(fā)器的初態(tài)均為0，A、CP波形如圖，試畫(huà)出Q波形。CPJQKACPAQ返回三、D觸發(fā)器&1&4&3&2CPDQQDDDSDRD置1阻塞線置0阻塞線置0維持線置1維持線&6&5DQn+1

0101D觸發(fā)器僅在CP前沿到達(dá)時(shí)翻轉(zhuǎn)，是邊沿觸發(fā)器。返回DCPSDRDQQ邏輯符號(hào)D

觸發(fā)器無(wú)不定狀態(tài)；克服空翻、一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。Q例5：畫(huà)出D觸發(fā)器的輸出波形（Qn=0）。CPD123D觸發(fā)器的輸出狀態(tài)僅取決于CP上升沿到達(dá)時(shí)刻輸入的狀態(tài)。返回例5、已知各觸發(fā)器的初態(tài)均為0，A、B波形如圖，試畫(huà)出Q1、Q2波形。DQ1CDQ2CABABQ1Q2Q1=D1=Qn1Q2=D2=Qn1返回

四、T′－T

觸發(fā)器T′觸發(fā)器CPSDRDQQT

觸發(fā)器CPTSDRDQQTQn+1

0Qn

1返回五、觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換JK→D觸發(fā)器JK→T

觸發(fā)器CPJQKDDJKQn+1

00101101CPJQKTTJKQn+1

000Qn

111Qn返回D→T′觸發(fā)器DQCD→JK觸發(fā)器JKDQn+1

0001101101QnQn01QnQnDQC&&&&KJ返回74LS112

雙JK觸發(fā)器74LS373

具有三態(tài)門(mén)的8D74LS1746D觸發(fā)器74LS1754D觸發(fā)器74LS74

雙D觸發(fā)器常用觸發(fā)器集成電路（TTL）六、觸發(fā)器應(yīng)用返回74LS175外部引線圖12374LS17545678910111213141516RDVCCGNDCPD4D2D1D3Q1Q4Q1Q3Q2Q2Q4Q34D觸發(fā)器74LS175公共CP、RD端返回四人搶答電路74LS175CP&3+5V+5VD1

ＲＤS1S2S3S4L1CPRR&1&2L2L3L4D2

D3

D4

Q1Q2Q3Q4Q4Q3Q1Q2返回例6、已知各觸發(fā)器的初態(tài)均為0，D、RD

波形如圖，試畫(huà)出Q1、Q2波形。RDQ1Q2CPDQ1CJQ2CDCPKQ1Q2RD返回例7、已知各觸發(fā)器的初態(tài)均為0，A、B、C波形如圖，試畫(huà)出Q波形。JQCP≥1ABCK≥1≥1CPABCBCK001ABCJ01010111101111011111JKQ返回第三節(jié)寄存器

數(shù)碼寄存器移位寄存器集成寄存器返回一、數(shù)碼寄存器

寄存器是用于存放各種數(shù)碼和指令的時(shí)序電路。由N個(gè)觸發(fā)器組成的寄存器，能存儲(chǔ)N位二進(jìn)制代碼。按功能分為數(shù)碼寄存器和移位寄存器。

數(shù)碼寄存器寄存數(shù)碼時(shí)是從存入端同時(shí)存入，取出時(shí)又同時(shí)從取出端取出，所以又稱(chēng)為并行輸入并行輸出寄存器。返回1011清零寄存取出0000101101001011返回二、移位寄存器

移位寄存器按移位方向不同又分為左移、右移和雙向移位三種。110100111101返回74LS194

四位雙向移位寄存器74LS164

八位串入／并出移位寄存器74LS395四位移位寄存器常用寄存器集成電路返回三、集成寄存器返回0111100011011直接清零(異步)保持右移(從QA向右移動(dòng))左移(從QD向左移動(dòng))并行輸入CLRCPS1S0功能74LS194功能表UCCQAQBQCQDS1S0CP161514131211109CT74LS19413456782ABCDRLCLRGND右移串行輸入右移串行輸入控制端輸出端時(shí)鐘清零并行輸入返回

用兩片74LS194接成8位雙向移位寄存器RQAQBQCQDL

74LS194

CP

ABCD

CLRRQAQBQCQDL

74LS194

CPABCD

CLRS1S0S1S0并行輸入并行輸出右移串入左移串入第四節(jié)計(jì)數(shù)器

異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器返回

計(jì)數(shù)器是統(tǒng)計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的邏輯部件。除用于直接計(jì)數(shù)外，還可以用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖以及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。按計(jì)數(shù)功能分類(lèi)加法計(jì)數(shù)器減法計(jì)數(shù)器可逆計(jì)數(shù)器按數(shù)制分類(lèi)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器二－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)次序分類(lèi)同步式計(jì)數(shù)器異步式計(jì)數(shù)器返回一、異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器

異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ10012345670計(jì)數(shù)順序等效十進(jìn)制數(shù)Q2Q1Q0000010101111100000111000011J0＝K0＝1J1＝K1＝1J2＝K2＝1CP1＝Q0CP2＝Q112345678

狀態(tài)表返回CP

時(shí)序圖12345678Q2Q0Q1

若CP的頻率為f0，則Q0、Q1、Q2的頻率分別為f0／2，f0／4，f0／8。所以計(jì)數(shù)器有分頻作用。返回

一個(gè)觸發(fā)器可表示一位二進(jìn)制數(shù)，n個(gè)觸發(fā)器可表示n位二進(jìn)制數(shù)，構(gòu)成n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，也可稱(chēng)為2n進(jìn)制計(jì)數(shù)器。可計(jì)（2n－1）個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)2n分頻。如：四觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器，稱(chēng)為2n＝16進(jìn)制計(jì)數(shù)器?？捎?jì)15個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)16分頻。D觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器F1QCPDQ0Q2F0QDF2QDQ1返回

異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1J0＝K0＝1J1＝K1＝1J2＝K2＝1CP1＝Q0CP2＝Q10076543210計(jì)數(shù)順序等效十進(jìn)制數(shù)Q2Q1Q010111101001010000001000112345678

后端觸發(fā)器的CP引自前端的Q,故前端觸發(fā)器由0→1時(shí)，后端才發(fā)生翻轉(zhuǎn)。101

狀態(tài)表返回

時(shí)序圖CP12345678Q2Q0Q1思考題：若用D觸發(fā)器組成異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，應(yīng)如何連接返回二、同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1＆J0＝K0＝1J1＝K1＝Q0J2＝K2＝Q0Q1翻轉(zhuǎn)條件：Q0＝1，F(xiàn)1翻轉(zhuǎn)Q0Q1＝1，F(xiàn)2翻轉(zhuǎn)

觸發(fā)器在滿(mǎn)足翻轉(zhuǎn)條件的情況下，CP脈沖到來(lái)時(shí)可同時(shí)翻轉(zhuǎn)，其速度比異步式快。返回三、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1Q3F3JQK

異步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器J0＝K0＝1J2＝K2＝1J1＝Q3K1＝1J3＝Q2Q1K3＝1CP1＝CP3

＝Q0CP2＝Q1返回00000000101010111010000011000001112345678

狀態(tài)表910010111000000CPQ3Q2Q1Q0J3=Q2Q1J2=K2=1

J1=Q3J0=K0=1

K3=1

K1=1

CP1＝CP3

＝Q0CP2＝Q101111111111111111111111111111111111111111111111111111111111110000011001111111100返回CP

時(shí)序圖Q2Q0Q112345678910Q3返回

同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1Q3F3JQKJ0＝K0＝1J2＝K2＝Q0Q1J1＝Q0Q3K1＝Q0J3＝Q2Q1Q0K3＝1返回例1、在圖示電路中，試列出狀態(tài)表，并分析其邏輯功能。（原狀態(tài)000）F1JQ1CPKF0JQ0KF2JQ2KJ1＝Q0圖示電路為同步計(jì)數(shù)器K0＝Q1J0＝Q1Q2J2＝Q0Q1K1＝Q2K2＝Q1001101001000111234500CPQ2Q1Q0J2K2J1K1J0K00110000110000001001110011110001006

狀態(tài)表010100000電路為同步六進(jìn)制計(jì)數(shù)器返回例2、在圖示電路中，試列出狀態(tài)表，畫(huà)出Q0、Q1、Q2的波形，并分析其邏輯功能（原狀態(tài)000）F1JQ1CPKF0JQ0KF2JQ2K圖示電路為同步計(jì)數(shù)器K0＝Q2J0＝1J1＝Q2J2＝Q1K2＝Q1K1＝Q0返回0111110000001112345

狀態(tài)表10CPQ2Q1Q0010001110001001000111111011111010

時(shí)序圖CP12345Q0Q1Q2電路為同步五進(jìn)制計(jì)數(shù)器J2=Q1J1=Q2J0=1

K2=Q1K1=Q0K0=Q2返回例3、在圖示電路中，試列出狀態(tài)表，并分析其邏輯功能（原狀態(tài)000）F1JQCPKQ0Q2F0JQKF2JQKQ1J1＝K1＝1J2＝Q0Q1K2＝1J0＝Q2K0＝1CP0＝CP2

＝CPCP1＝Q0圖示電路為異步計(jì)數(shù)器CPQ2Q1Q0J2K2J1K1J0K0

狀態(tài)表000101000011123401011111111111111111111001011110000050電路為異步五進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器返回例4、在圖示電路中，X為控制信號(hào)，取0或1，試列出狀態(tài)表，并分析其邏輯功能（原狀態(tài)000）F2JQCPKQ1F1JQKQ2=1XJ1＝K1＝1J2＝K2＝XQ1CPQ2Q1XCPQ2Q1X0123400000001001110011111012341000011100X＝0電路為四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器；X＝1電路為四進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器；返回第五節(jié)集成計(jì)數(shù)器T4293T429074LS90返回一、T4293（二－八－十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器）RDJQCP0KQ1Q2RDJQKRDJQKQ0RDJQKCP1&R01R02Q3R01R02

Q3Q2Q1Q0

1100000計(jì)數(shù)

0計(jì)數(shù)CP0、CP1為時(shí)鐘輸入端，R01、R02為復(fù)位端，當(dāng)R01＝R02＝11時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。GNDQ1123414131211+－++5V1098567T4293R01Q2R02Q0Q3CP0CP1八進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制返回例1、用T4293分別接成五、九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

當(dāng)用N進(jìn)制計(jì)數(shù)器來(lái)完成M進(jìn)制計(jì)數(shù)功能時(shí)(N>M)，將輸出端信號(hào)反饋到復(fù)位端，強(qiáng)迫計(jì)數(shù)器在順序計(jì)數(shù)過(guò)程中越過(guò)(N－M)個(gè)狀態(tài)。五進(jìn)制選用CP1為輸入，Q3～Q1為輸出。000→001→010→011000←100101Q3接R01，Q1接R02Q3Q2Q1＝101，R01＝

R02＝1，復(fù)位Q3Q2Q1Q0

T4293CP1

R02R01CP0九進(jìn)制0000→1000計(jì)數(shù)至1001，復(fù)位

選用CP0為輸入，Q3～Q0為輸出。Q3接R02，Q0接R01、CP1，

Q3Q0＝11，R01＝

R02＝1，復(fù)位Q3Q2Q1Q0

T4293CP1

R02R01CP0返回二、T4290（二－五－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器）GNDQ1123414131211+－++5V1098567T4290R01Q2R02Q0Q3CP0CP1S91S92CP0、CP1為時(shí)鐘輸入端，R01、R02為復(fù)位端，S91、S92為置9端。當(dāng)R01R02＝11時(shí)，計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)S91S92

＝11時(shí)，計(jì)數(shù)器置9。脈沖由CP0輸入，Q0輸出，為二進(jìn)制；脈沖由CP1輸入，Q3～Q1輸出，為五進(jìn)制；脈沖由CP0輸入，Q3