《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用》教案 第17課 觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路（一）

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課題觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路（一）——認(rèn)識(shí)觸發(fā)器課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)技能目標(biāo)：（1）掌握RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器的邏輯功能（2）能夠正確測(cè)試觸發(fā)器的邏輯功能素質(zhì)目標(biāo)：（1）培養(yǎng)勇于擔(dān)當(dāng)、積極進(jìn)取的職業(yè)品質(zhì)（2）激發(fā)心系國(guó)家建設(shè)，勇?lián)鷷r(shí)代使命的愛國(guó)情懷教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：掌握RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器的邏輯功能教學(xué)難點(diǎn)：能夠正確測(cè)試觸發(fā)器的邏輯功能教學(xué)方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，組織學(xué)生下載“任務(wù)工單——測(cè)試觸發(fā)器的邏輯功能”，并根據(jù)任務(wù)工單進(jìn)行組內(nèi)分工，同時(shí)提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習(xí)軟件，了解觸發(fā)器的相關(guān)知識(shí)【學(xué)生】完成課前任務(wù)考勤【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】班干部報(bào)請(qǐng)假人員及原因任務(wù)導(dǎo)入【教師】提出以下問題：什么是觸發(fā)器？有何作用？傳授新知【教師】通過學(xué)生的回答引入要講的知識(shí)，介紹RS觸發(fā)器、K觸發(fā)器、D觸發(fā)器、Ⅰ觸發(fā)器等內(nèi)容時(shí)序邏輯電路中通常包含大量的存儲(chǔ)單元，為了使這些存儲(chǔ)單元在同一時(shí)刻同步工作，可在存儲(chǔ)單元中增加一個(gè)觸發(fā)信號(hào)輸入端。只有當(dāng)觸發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)，存儲(chǔ)單元才能根據(jù)輸入信號(hào)來改變輸出狀態(tài)，這種觸發(fā)信號(hào)稱為時(shí)鐘脈沖信號(hào)，這種在時(shí)鐘脈沖信號(hào)到達(dá)時(shí)才動(dòng)作的存儲(chǔ)單元稱為觸發(fā)器。下面分別對(duì)RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器進(jìn)行介紹。7.1.1RS觸發(fā)器1．基本RS觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，基本RS觸發(fā)器可分為與非門和或非門兩種。下面以與非門基本RS觸發(fā)器為例進(jìn)行介紹。1）電路結(jié)構(gòu)與非門基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門（和）的輸入端和輸出端交叉連接而成。在與非門基本RS觸發(fā)器的邏輯圖形符號(hào)中，和分別為復(fù)位信號(hào)（低電平置0）和置位信號(hào)（低電平置1），對(duì)應(yīng)的符號(hào)“”表示輸入低電平有效；Q和為輸出信號(hào)，兩者的邏輯狀態(tài)相反。2）邏輯功能一般規(guī)定將觸發(fā)器的狀態(tài)作為觸發(fā)器的狀態(tài)。觸發(fā)器有1和0兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：當(dāng)為1、為0時(shí)，觸發(fā)器處于1狀態(tài)；當(dāng)為0、為1時(shí)，觸發(fā)器處于0狀態(tài)。在與非門基本RS觸發(fā)器中，和平時(shí)為高電平信號(hào)，均處于1狀態(tài)；當(dāng)和為低電平信號(hào)時(shí)，它們將由1狀態(tài)變?yōu)?狀態(tài)。設(shè)為與非門基本RS觸發(fā)器原來的狀態(tài)（初態(tài)）；為新狀態(tài)（次態(tài)）。（1）當(dāng)、時(shí)，有0輸入，則；反饋到，為全1輸入，因此；再反饋到，此時(shí)即使出現(xiàn)變化，也不會(huì)變化，與非門基本RS觸發(fā)器將保持0狀態(tài)。（2）當(dāng)、時(shí)，有0輸入，則。由與非邏輯關(guān)系可知，此時(shí)與非門基本RS觸發(fā)器將保持1狀態(tài)。（3）當(dāng)、時(shí)，由與非邏輯關(guān)系可知，與非門基本RS觸發(fā)器將保持初態(tài)不變，這就是該觸發(fā)器所具有的記憶功能。（4）當(dāng)、時(shí)，由與非邏輯關(guān)系可得。此時(shí)，和無法滿足邏輯狀態(tài)相反的要求，與非門基本RS觸發(fā)器的次態(tài)將無法確定，即出現(xiàn)不定狀態(tài)，因此，在使用時(shí)應(yīng)禁止出現(xiàn)這種情況。觸發(fā)器的邏輯功能可用特性表、特性方程或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。如表7-6所示為與非門基本RS觸發(fā)器的特性表。表7-6與非門基本RS觸發(fā)器的特性表功能說明000001××不定狀態(tài)，禁用01010100置0（復(fù)位）10100111置1（置位）11110101保持原狀態(tài)2．同步RS觸發(fā)器?【教師】組織學(xué)生掃碼觀看“基本RS觸發(fā)器與同步RS觸發(fā)器”視頻（詳見教材），讓學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)有一個(gè)大致地了解基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)是由輸入信號(hào)（即和的狀態(tài)）直接控制的，而同步RS觸發(fā)器則設(shè)置了一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)輸入端，它可按照輸入的時(shí)鐘脈沖信號(hào)在某一指定時(shí)刻改變狀態(tài)。1）電路結(jié)構(gòu)?【教師】通過多媒體展示“同步RS觸發(fā)器”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)。同步RS觸發(fā)器在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)控制門和。2）邏輯功能當(dāng)時(shí)，和的輸出均為1，此時(shí)相當(dāng)于和均關(guān)閉，無論R和S的狀態(tài)如何變化，同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)都將保持不變。當(dāng)時(shí)，R和S的信號(hào)可輸入至和，此時(shí)相當(dāng)于和均開啟，同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)將由R和S的狀態(tài)決定。同步RS觸發(fā)器的特性表如表7-7所示。表7-7同步RS觸發(fā)器的特性表CPRS功能說明0××××0101保持原狀態(tài)100000101保持原狀態(tài)01010111置110100100置0111101××不定狀態(tài)，禁用由表7-7可知，同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)分別由R、S和CP控制。其中，R和S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，即控制同步RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為何種次態(tài)；CP控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，即控制同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)在何時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換。根據(jù)表7-7所示的邏輯關(guān)系，可列出同步RS觸發(fā)器的邏輯式，即，（約束條件）在同步RS觸發(fā)器的邏輯式中加入約束條件是為了使R和S不同時(shí)為1，這是因?yàn)楫?dāng)R和S同時(shí)為1時(shí)，同步RS觸發(fā)器的次態(tài)是不確定的。利用約束條件將上式化簡(jiǎn)，可得到同步RS觸發(fā)器的特性方程，即（7-1）7.1.2JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器可分為主從JK觸發(fā)器和邊沿JK觸發(fā)器兩大類。下面以邊沿JK觸發(fā)器為例進(jìn)行介紹。1．電路結(jié)構(gòu)?【教師】通過多媒體展示“邊沿JK觸發(fā)器”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解CP端無符號(hào)“”，表示CP上升沿有效，這類觸發(fā)器稱為上升沿JK觸發(fā)器；若CP端有符號(hào)“”，則表示CP下降沿有效，時(shí)鐘脈沖信號(hào)相應(yīng)地用表示，這類觸發(fā)器稱為下降沿JK觸發(fā)器。下降沿JK觸發(fā)器各端子的含義與上升沿JK觸發(fā)器基本相同。2．邏輯功能邊沿JK觸發(fā)器的邏輯功能如表7-8所示。如表7-9所示為邊沿JK觸發(fā)器的特性表，它用于描述邊沿JK觸發(fā)器在穩(wěn)定狀態(tài)下，J、K、、之間的邏輯關(guān)系。表7-8邊沿JK觸發(fā)器的邏輯功能

表7-9邊沿JK觸發(fā)器的特性表J

KJK000001010011100101110111010011100001010111由表7-9可得出邊沿JK觸發(fā)器的特性方程，即（7-2）由上述內(nèi)容可知，邊沿JK觸發(fā)器與同步RS觸發(fā)器不同，當(dāng)R、S同時(shí)為1時(shí)它不存在狀態(tài)不定的問題。邊沿JK觸發(fā)器有以下四個(gè)工作狀態(tài)。（1）當(dāng)時(shí)，邊沿JK觸發(fā)器為保持狀態(tài)，即。（2）當(dāng)、時(shí)，邊沿JK觸發(fā)器為置0狀態(tài)。（3）當(dāng)、時(shí)，邊沿JK觸發(fā)器為置1狀態(tài)。（4）當(dāng)時(shí)，邊沿JK觸發(fā)器的狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即?！军c(diǎn)撥】若將邊沿JK觸發(fā)器的J端和K端相連并輸入高電平，則它的邏輯功能為：次態(tài)是初態(tài)的反數(shù)。此時(shí)的邊沿JK觸發(fā)器就變成了翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器或觸發(fā)器。7.1.3D觸發(fā)器?【教師】通過多媒體展示“D觸發(fā)器”圖片（詳見教材），并進(jìn)行講解在下降沿JK觸發(fā)器的J端和K端之間接入一個(gè)非門電路即可組成D觸發(fā)器。當(dāng)，即、時(shí)，D觸發(fā)器在的下降沿翻轉(zhuǎn)為（或保持）1狀態(tài)；當(dāng)，即、時(shí)，D觸發(fā)器在的下降沿翻轉(zhuǎn)為（或保持）0狀態(tài)。D觸發(fā)器的特性表如表7-10所示。表7-10D觸發(fā)器的特性表D功能000置010101置111由上述分析可知，在某個(gè)時(shí)鐘脈沖到達(dá)之后，輸出Q的狀態(tài)與時(shí)鐘脈沖到來之前D的狀態(tài)一致。因此，D觸發(fā)器的特性方程為（7-3）7.1.4T觸發(fā)器T觸發(fā)器的邏輯功能為：當(dāng)時(shí)，每到達(dá)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，T觸發(fā)器的狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次；而當(dāng)時(shí)，時(shí)鐘脈沖到達(dá)后其狀態(tài)將保持不變。T觸發(fā)器其特性表如表7-11所示。T觸發(fā)器通常由其他觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而來，無單獨(dú)的產(chǎn)品。由表7-11可得出T觸發(fā)器的特性方程，即（7-4）【學(xué)生】聆聽、思考、理解、記錄課堂實(shí)踐【教師】準(zhǔn)備器材，帶領(lǐng)學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)操作1）測(cè)試基本RS觸發(fā)器的邏輯功能（1）在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上連接電路，將兩個(gè)與非門電路連接成基本RS觸發(fā)器。（2）按如表7-3所示輸入信號(hào)和的要求輸入邏輯電平，用數(shù)字萬用表測(cè)量輸出電平，將結(jié)果填入表7-3中，并說明其功能。表7-3基本RS觸發(fā)器的邏輯功能表功能說明11→00→11→010→1002）測(cè)試JK觸發(fā)器的邏輯功能74LS73型雙JK觸發(fā)器的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)及引腳分布，該芯片中有2個(gè)下降沿JK觸發(fā)器。當(dāng)為0時(shí)，相對(duì)應(yīng)的JK觸發(fā)器處于置0狀態(tài)；當(dāng)為1時(shí)，相對(duì)應(yīng)的JK觸發(fā)器處于正常工作狀態(tài)。從74LS73型雙JK觸發(fā)器中任選1個(gè)JK觸發(fā)器，按如表7-4所示輸入信號(hào)的要求，給所選JK觸發(fā)器輸入邏輯電平，用數(shù)字萬用表測(cè)量輸出電平，將結(jié)果填入表7-4中，并說明其功能。表7-4JK觸發(fā)器的邏輯功能表JK→→功能說明0×××0→1→100↓（1→0）0→1→1↑（1→0）0→1→100↓（1→0）0→1→1↑（1→0）0→1→111↓（1→0）0→1→1↑（1→0）0→1→111↓（1→0）0→1→1↑（1→0）0→1→……（詳見教材）【學(xué)生】以小組為單位進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)分工填寫“任務(wù)工單——測(cè)試觸發(fā)器的邏輯功能”【教師】巡堂輔導(dǎo)，及時(shí)解決學(xué)生遇到的問題，根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)填寫考核評(píng)價(jià)表探索活動(dòng)【教師】組織學(xué)生以小組為單位完成以下任務(wù)：測(cè)試JK觸發(fā)器的邏輯功能時(shí)，表7-4中的可用置0信號(hào)來產(chǎn)生；可通過使、，并在CP端手動(dòng)輸入單脈沖（下降沿有效）來得到。要想使數(shù)字電路中每一個(gè)命令都能得到正確執(zhí)行，就必須準(zhǔn)確輸入相應(yīng)的信號(hào)。請(qǐng)思考一