第九章時序邏輯電路0604

第9章觸發(fā)器和時序邏輯電路9.1時序邏輯電路簡介9.2雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3寄存器9.4計數(shù)器9.5時序邏輯電路的分析9.6555定時器及其應用本章要求1.掌握R－S、J－K、D

觸發(fā)器的邏輯功能及不同結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動作特點。2.掌握寄存器、移位寄存器、二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器的邏輯功能，會分析時序邏輯電路。3.學會使用本章所介紹的各種集成電路。(74ls90)4.了解集成定時器及由它組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器的工作原理。第9章觸發(fā)器和時序邏輯電路電路的輸出狀態(tài)不僅取決于當時的輸入信號，且與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，當輸入信號消失后，電路狀態(tài)仍維持不變。這種具有存貯記憶功能的電路稱為時序邏輯電路。記憶元件是時序邏輯的主要部分，而記憶元件都是由觸發(fā)器擔任的。時序邏輯電路的特點：

9.1

時序邏輯電路簡介⑴研究內(nèi)容：

觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器⑵按照電路工作方式時序邏輯電路分為：·同步時序邏輯電路(簡稱同步時序電路)電路中有統(tǒng)一的定時信號，存儲電路由帶有時鐘控制端的觸發(fā)器組成，各觸發(fā)器的時鐘端均與統(tǒng)一的時鐘脈沖信號相連接，電路狀態(tài)在時鐘脈沖控制下發(fā)生轉(zhuǎn)換。（為使同步時序邏輯電路能穩(wěn)定、可靠工作，對時鐘脈沖的寬度和頻率有一定要求，即脈沖的寬度必須保證觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，而脈沖的頻率則必須保證前一個脈沖引起的電路響應完全結(jié)束后，后一個脈沖才能到來。否則，電路狀態(tài)的變化將發(fā)生混亂）·異步時序邏輯電路(簡稱異步時序電路)存儲電路可由觸發(fā)器或延時元件組成，電路中沒有統(tǒng)一的時鐘信號同步，電路輸入信號的變化將直接導致電路狀態(tài)的變化。清零D10111QQ3Q1Q2RD101111QJKF0Q1QJKF2QJKF1QJKF3QQQ5移位脈沖7860000單向移位寄存器（同步時序邏輯電路）清零RDQJKQQ0F0QJKQQ1F1QJKQQ2F2CP計數(shù)脈沖三位異步二進制加法計數(shù)器（異步時序邏輯電路）觸發(fā)器能夠記憶一位二值量信息的基本邏輯單元電路稱作（雙穩(wěn)態(tài)）觸發(fā)器；觸發(fā)器的觸發(fā)方式是指時鐘CP在什么時刻可以使觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生變化。一般分為電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)；電平觸發(fā)有高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)兩種；邊沿觸發(fā)有上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種?！褡R別觸發(fā)器觸發(fā)方式在觸發(fā)器邏輯符號圖的CP端有不同標記邏輯符號QQSR

CSDRDC下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)邏輯符號

CQJKSDRDQDCQQRDSDC上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)高電平觸發(fā)9.2

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器二、主從J－K觸發(fā)器三、維持阻塞D

觸發(fā)器四、觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換一、R－S

觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它是構(gòu)成時序電路的基本邏輯單元。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：1、有兩個穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；2、能根據(jù)輸入信號將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；3、輸入信號消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來，即具有記憶功能。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：是一種具有記憶功能的邏輯單元電路，它能儲存一位二進制碼。觸發(fā)器包含三種不同功能的輸入端1.直接置位SD、復位端RD；小圓圈表示觸發(fā)信號時低電平有效；2.時鐘脈沖輸入端C，用來控制觸發(fā)器觸發(fā)翻轉(zhuǎn)（或狀態(tài)更新）；3.數(shù)據(jù)輸入端：觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)。DCQQRDSD在邏輯符號輸入端加的小圓圈表示低電平或負脈沖有效，即僅當?shù)碗娖交蜇撁}沖作用于輸入端時，觸發(fā)器狀態(tài)才能發(fā)生變化(常稱為翻轉(zhuǎn))，稱這種情況為低電平或負脈沖觸發(fā)。

一、R－S

觸發(fā)器兩互補輸出端1.基本R－S觸發(fā)器兩輸入端&QQ.G1&.G2SDRD正常情況下，兩輸出端的狀態(tài)保持相反。通常以Q端的邏輯電平表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即Q=1，Q=0時，稱為“1”態(tài)；反之為“0”態(tài)。反饋線RD(ResetDirect)-直接置“0”端(復位端)SD(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關(guān)系1001設觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)。翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)(1)SD=1，RD=01010QQ.G1&.&G2SDRDQQSDRD設原態(tài)為“0”態(tài)1001110觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變復位0

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，當SD=1，

RD=0時，

將使觸發(fā)器置“0”或稱為復位。QQ.G1&.&G2SDRD01設原態(tài)為“0”態(tài)011100翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)(2)SD=0，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD設原態(tài)為“1”態(tài)0110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變置位1

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來為何種狀態(tài)，當SD=0，

RD=1時，

將使觸發(fā)器置“1”或稱為置位。QQ.G1&.&G2SDRD11設原態(tài)為“0”態(tài)010011保持為“0”態(tài)(3)SD=1，RD=1QQ.G1&.&G2SDRD設原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變1

當SD=1，

RD=1時，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)，

即觸發(fā)器具有保持、記憶功能。QQ.G1&.&G2SDRD110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)(4)SD=0，RD=0

當信號SD=RD

=0同時變?yōu)?時，由于與非門的翻轉(zhuǎn)時間不可能完全相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是“1”態(tài)，也可能是“0”態(tài)，不能根據(jù)輸入信號確定。QQ.G1&.&G2SDRD10若先翻轉(zhuǎn)基本R－S

觸發(fā)器狀態(tài)表邏輯符號QQSDRDSDRDQ100置0011置111不變保持00同時變1后不確定功能低電平有效RD(ResetDirect)-直接置“0”端(復位端)SD(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)設初態(tài)為“0”2.可控RS

觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器導引電路&G4SR&G3C.&G1&G2.SDRDQQ時鐘脈沖5輸入：S，R，SD，RD，C；2輸出：Q，Q當C=0時011

R，S

輸入狀態(tài)不起作用。

觸發(fā)器狀態(tài)不變11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3CSD，RD用于預置觸發(fā)器的初始狀態(tài)，工作過程中應處于高電平，對電路工作狀態(tài)無影響。被封鎖被封鎖當C=1時1打開觸發(fā)器狀態(tài)由R，S

輸入狀態(tài)決定。11打開觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受C控制（C高電平時翻轉(zhuǎn)），而觸發(fā)器的狀態(tài)由R，S的狀態(tài)決定。.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C當C=1時1打開(1)S=0,R=00011觸發(fā)器保持原態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)由R，S

輸入狀態(tài)決定。11打開.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1101010(2)S=0,R=1觸發(fā)器置“0”(3)S=1,R=0觸發(fā)器置“1”11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C1110011110若先翻若先翻Q=1Q=011(4)S=1,R=1當時鐘由1變0后觸發(fā)器狀態(tài)不定11.&G1&G2.SDRDQQ&G4SR&G3C狀態(tài)不確定Qn—時鐘到來當前時刻觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1—時鐘到來后觸發(fā)器的狀態(tài)邏輯符號QQSR

CSDRDC高電平時觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定00SR01010111不定Qn+1QnC11110XXQn可控RS狀態(tài)表SD=RD=1Qn=S例：畫出可控R－S

觸發(fā)器的輸出波形RSC不定不定可控R－S狀態(tài)表C高電平時觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn存在問題：時鐘脈沖不能過寬，否則出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，即在一個時鐘脈沖期間觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次以上。C克服辦法：采用JK

觸發(fā)器或D

觸發(fā)器00SR01010

111

不定Qn+1QnQ=SQ=R基本R－S

觸發(fā)器狀態(tài)表SDRDQ100置0011置111不變保持00同時變1后不確定功能00SR01010111不定Qn+1QnC11110XXQn可控RS狀態(tài)表SD=RD=1邏輯符號QQSR

CSDRD邏輯符號QQSDRD二、主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)從觸發(fā)器主觸發(fā)器反饋線C

C

CF主JKRS

CF從QQQSDRD1互補時鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時翻轉(zhuǎn)主從JK觸發(fā)器邏輯符號

CQJKSDRDQ輸入：初始狀態(tài)設置端SD，RD；時鐘脈沖C；信號輸入J，K；輸出：Q，Q。2.工作原理01F主打開F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號并暫存。F從封鎖F從狀態(tài)保持不變。01CRS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C0110狀態(tài)保持不變。從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，并保持主、從狀態(tài)一致，因此稱之為主從觸發(fā)器。F從打開F主封鎖0RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C01C01010010C高電平時觸發(fā)器接收信號并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)保持不變）。因此，要求C高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。觸發(fā)器下降沿有效。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。C低電平時,F主封鎖J、K不起作用CRS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010分析JK觸發(fā)器的邏輯功能(1)J=1,K=1設觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)110110101001狀態(tài)不變主從狀態(tài)一致狀態(tài)不變01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(1)J=1,K=110設觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”狀態(tài)J=1,K=1時，每來一個時鐘脈沖，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，即具有計數(shù)功能。(1)J=1,K=101RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(2)J=0，K=1設觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)01100101011001設觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)為“？”態(tài)01RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(3)J=1，K=0設觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)10011010100101設觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”態(tài)RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C010(4)J=0，K=0設觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)保持原態(tài)00010001保持原態(tài)保持原態(tài)RS

CF從QQQSDRD1

CF主JKC

C01001結(jié)論：C高電平時F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。3.JK觸發(fā)器的邏輯功能Qn10011100Qn01C高電平時F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。C下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。J

K

Qn

Qn+100011011JK觸發(fā)器狀態(tài)表0101010100010101Qn+1QnS'R'(保持功能)

(置“0”功能)

(置“1”功能)(計數(shù)功能)C下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)邏輯符號

CQJKSDRDQSD

、RD為直接置1、置0端，不受時鐘控制，低電平有效，JK觸發(fā)器工作時SD

、RD應接高電平。保持功能CQnJ

K

Qn+100Qn

01010111QnJK觸發(fā)器狀態(tài)表SD=RD=1例：JK

觸發(fā)器工作波形CJKQ下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)基本R-S觸發(fā)器導引電路&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD三、維持阻塞D

觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)反饋線D觸發(fā)器輸入：初始狀態(tài)設置端SD，RD；時鐘脈沖C；信號輸入D；輸出：Q，Q。邏輯符號DCQQRDSD&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD2.邏輯功能01（1）D

=01觸發(fā)器狀態(tài)不變0當C

=0時110當C

=1時0101觸發(fā)器置“0”封鎖在C

=1期間，觸發(fā)器保持“0”不變?nèi)⒕S持阻塞D觸發(fā)器&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CD2.邏輯功能01（1）D

=10觸發(fā)器狀態(tài)不變1當C

=0時111當C

=1時0110觸發(fā)器置“1”封鎖在C

=1期間，觸發(fā)器保持“1”不變封鎖上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)邏輯符號DCQQRDSDC上升沿前接收信號，上升沿時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，（其Q的狀態(tài)與D狀態(tài)一致；但Q的狀態(tài)總比D的狀態(tài)變化晚一步，即Qn+