第12章時序邏輯電路(電工學)

第12章時序邏輯電路12.1觸發(fā)器一、概述：

能夠存儲1位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。

觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元電路。1、特點：1）有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)(0狀態(tài)和1狀態(tài))，以表示存儲內(nèi)容；2）在外信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換；沒有外信號作用時，保持原狀態(tài)不變。2、現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的概念：

現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)。

次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài)。3、觸發(fā)器的邏輯功能

指觸發(fā)器輸出的次態(tài)

Qn+1

與輸出的現(xiàn)態(tài)

Qn及輸入信號之間的邏輯關(guān)系。

觸發(fā)器邏輯功能常用的描述方法：

1）特性表

2）狀態(tài)方程（特性方程）

3）波形圖(時序圖)

次態(tài)Qn+1與輸入信號和現(xiàn)態(tài)Qn之間關(guān)系的真值表。4觸發(fā)器的分類：

按邏輯功能不同：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器等。

按觸發(fā)方式不同：電平觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器和主從觸發(fā)器等。

按電路結(jié)構(gòu)不同：基本RS觸發(fā)器，同步觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。邏輯狀態(tài)相反

觸發(fā)器的狀態(tài)：Q=1Q=0Q=1Q=0規(guī)定:

Q端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。12.1.1RS觸發(fā)器復位狀態(tài)置位狀態(tài)1）電路QQRS

&12&1、基本RS觸發(fā)器（輸入為低電平有效）0101010111011000QnQn+1SR012）邏輯功能QnQQRS

&12&11保持原態(tài)000101010111011000QnQn+1SRQn0QQRS

&12&10置001110101010111011000QnQn+1SRQn01QQRS

&12&01置110110101010111011000QnQn+1SRQn01

不定QQRS

&12&00不定11觸發(fā)器的不定狀態(tài)有兩種含義：

1）Q=Q=1時，觸發(fā)器既不是0狀態(tài)，也不是1狀態(tài)；2）R、S同時從0回到1時，觸發(fā)器的新狀態(tài)不能預先確定。返回RSQn+100

不定01010111

Qn3)狀態(tài)表4)邏輯符號R和S端部各加一個小圓圈，表示輸入信號為低電平有效。QQRS輸入為高電平有效的基本RS觸發(fā)器1)

電路RSQn+100Qn01110011不定2).狀態(tài)表3）邏輯符號

R和S端部不加一個小圓圈，表示輸入信號為高電平有效。QQSRRSQQ

1≥12≥12、可控RS觸發(fā)器

時鐘脈沖：指揮各觸發(fā)器動作的信號。QQ

RDSDSRCPS′R′1&&&&234

觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅受輸入端(R、S)控制，而且還受時鐘脈沖(CP)

的控制。CP(ClockPulse):等周期、等幅的脈沖串。(1)CP=0時導引門3、4被封鎖。觸發(fā)器保持原態(tài)：

Qn+1=Qn(2)CP=1

時導引門3、4打開，接收R、S

的信號。1）觸發(fā)方式

電平觸發(fā)方式CP＝1

接受信號，并立即輸出相應信號：高電平觸發(fā)高電平觸發(fā)SDQQ1SC11RRDSRCP低電平觸發(fā)SDQQ1SC11RRDSRCPCP＝0

接受信號，并立即輸出相應信號：低電平觸發(fā)2)狀態(tài)表CPRSQnQn+1

功能

0

×××QnQn+1=

Qn保持10000Qn+1=

Qn保持1001110101Qn+1=

1

置11011111000Qn+1=

0

置0110101110×不定1111×Q

n+1=S+RQ

n3)特性方程（約束條件）

例1

已知高電平觸發(fā)RS

觸發(fā)器，R

和

S

端的輸入波形如圖所示，而且已知觸發(fā)器原為0態(tài)，求輸出端Q

的波形。RSCP1234Q多次翻轉(zhuǎn)[解]12.1.2

D

觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)維持阻塞型&&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&SDRDQQ123456&&CP

特點：

在CP=1和CP=0期間，即使輸入信號變化，輸出狀態(tài)不會改變，只有CP由0改變?yōu)?(脈沖上升沿)，輸出狀態(tài)才會改變，并且輸出狀態(tài)由輸入信號決定。162.邏輯功能(1)當CP

=0

時S=R=1門5和門6打開，可接受輸入信號DB=DA=D門3和門4關(guān)閉&&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&SDRDQQ123456&&CP017&&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&SDRDQQ123456&&CPD1(2)當CP由0變1

時

門3和門4打開

則

Q=DS=

DR=DD==D=D

D18&&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&SDRDQQ123456&&CP(3)當CP=1

時

輸入信號被封鎖門3和門4始終打開，S和R的狀態(tài)是互補的。如果：

R

=D=0門6被關(guān)閉！

D的變化不能傳遞到S、R端。10100119&&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&SDRDQQ123456&&CP1010如果

S

=D=0門4和門5同時被關(guān)閉！

D的變化不能傳遞到S、R端。1010狀態(tài)表01DQn+101CPQQRDSD1DC1DCPRDSD1DC1DCPQQ3.觸發(fā)方式在跳變沿觸發(fā)。(a)上升沿觸發(fā)(b)下降沿觸發(fā)2特性方程Q

n+1=D例3已知上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器D端的輸入信號波形，而且觸原為0

態(tài)，求輸出端Q的波形。1234QCPDD的變化對Q無影響[解]1邏輯功能JKQn+100011011Qn0

1

Qn2特性方程Q

n+1=JQn

+KQn12.1.3JK觸發(fā)器觸發(fā)方式邊沿觸發(fā)主從觸發(fā)邊沿觸發(fā)12.1.4T和T’

觸發(fā)器狀態(tài)表T

Qn+101QnQn特性方程Q

n+1=TQn

+TQn=T+Qn1、T觸發(fā)器T觸發(fā)器具有保持和翻轉(zhuǎn)功能1TC1TCPQQ邏輯符號2、T’

觸發(fā)器狀態(tài)表Qn

Qn+10110特性方程Q

n+1=QnT’觸發(fā)器具有翻轉(zhuǎn)功能1TC1T’CPQQ邏輯符號12.1.5

觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換不同邏輯功能的觸發(fā)器可相互轉(zhuǎn)換，但是邏輯功能改變,觸發(fā)方式不變。(1)將JK觸發(fā)器改接成T

觸發(fā)器和T’觸發(fā)器TCPQQ1K1JC11CPQQ1K1JC1(2)將D

觸發(fā)器改接成T

觸發(fā)器和T’觸發(fā)器T=1CP1DC1QQCP1DC1QQ13.2寄存器寄存器:是數(shù)字系統(tǒng)中用來存儲代碼或數(shù)據(jù)的邏輯部件。它的主要組成部分是觸發(fā)器。

一個觸發(fā)器能存儲1位二進制代碼，存儲n

位二進制代碼的寄存器需要用n

個觸發(fā)器組成。

寄存器實際上是若干觸發(fā)器的集合。寄存器數(shù)碼寄存器：只有存儲數(shù)碼的功能移位寄存器：具有存儲數(shù)碼和移位的功能一、數(shù)碼寄存器CP1DC1Q0Q0D01DC1Q1Q1D11DC1Q2Q2D21DC1Q3Q3D3FF0FF1FF2FF329二、移位寄存器

按移位方向的不同右移位寄存器左移位寄存器雙向移位寄存器數(shù)碼取出端數(shù)碼存入端移位1011000010000

10

01

0

1

01

1

0

1CPQ4Q3Q2Q1D41DC1RDRD1DC11DC11DC1RDRDD3D2D1清零30CPD4Q4Q3Q2Q1存取過程0?0000清零111000存入1位200100存入2位311010存入3位411100存入4位500110取出1位600011取出2位700001取出3位800000取出4位移位寄存器狀態(tài)表→→→→串行輸入串行輸出Q1CP12345678Q2Q3Q4D

移位寄存器的波形圖：12.3計數(shù)器（2）按數(shù)字的增減趨勢（1）按計數(shù)進制

（3）按觸發(fā)器是否由同一計數(shù)脈沖控制

計數(shù)器主要用于對時鐘脈沖計數(shù)，分頻、定時的時序電路二進制計數(shù)器二-十進制計數(shù)器Ｍ進制計數(shù)器加法計數(shù)器減法計數(shù)器可逆計數(shù)器。同步計數(shù)器異步計數(shù)器CPQ3Q2Q1Q3Q2Q101234567800000101001110010111011100011111010110

0011010001000111二進制加法計數(shù)器表每來一個CP的下降沿時，Q1翻轉(zhuǎn)一次；每當Q1由1變0，Q2翻轉(zhuǎn)一次；每當Q2由1變0，Q3翻轉(zhuǎn)一次；一、異步二進制計數(shù)器異步二進制計數(shù)器設(shè)計方法

1）首先要將觸發(fā)器連接成計數(shù)狀態(tài)，即每一級觸發(fā)器均組成T’觸發(fā)器。對于JK觸發(fā)器J=K=1,D觸發(fā)器D=Qn2）最低位觸發(fā)器每來一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次；CPi

=Qi

-1CPi=Qi-1減法計數(shù)

CPi=Qi-1CPi

=Qi

-1加法計數(shù)

下降沿觸發(fā)式

上升沿觸發(fā)式

計數(shù)觸發(fā)器的觸發(fā)信號接法計數(shù)規(guī)律

3）低位由1→0時，向高位產(chǎn)生進位，高位翻轉(zhuǎn)。對下降沿觸發(fā)器，高位的CP端應與其鄰近低位的輸出Q端相連。異步：觸發(fā)器的時鐘脈沖不同

由JK觸發(fā)器構(gòu)成的三位異步二進制計數(shù)器Q1Q2Q31478CP

四分頻

八分頻

二分頻

由D觸發(fā)器構(gòu)成的三位異步二進制計數(shù)器二、同步二進制計數(shù)器例1、設(shè)計三位二進制計數(shù)器（八進制計數(shù)器）。解：方法一：狀態(tài)表觀察法1）寫出狀態(tài)表

同步：所有觸發(fā)器的時鐘脈沖輸入端都接到同一時鐘脈沖分析狀態(tài)表可見：：每來一個CP，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J1=K1=1。：當=11時,來一個CP，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選

J3=K3=

：當=1時,來一個CP,狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。所以選J2=K2=進位（輸出方程）

2）畫出邏輯電路圖

111111FFT1FFT2FFT3Q1Q2Q3C1C1C1解：1）寫出狀態(tài)表

2）由狀態(tài)表寫出狀態(tài)方程

方法二：狀態(tài)方程法4）觸發(fā)器選擇：三位二進制，需3個觸發(fā)器，選用JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為比較狀態(tài)方程可得

3）化簡狀態(tài)方程5）圖見前面方法一。思考：二進制同步減法計數(shù)器設(shè)計？三、同步十進制計數(shù)器0000000100100011010001010110011110001001CPQ3Q2Q1Q0012345678910

十進制數(shù)0123456789進位0000十進制計數(shù)器狀態(tài)表J1＝K1＝1J2＝Q4Q1，J3＝K3＝Q2Q1J4＝Q3Q2Q1，K4＝Q1K2＝Q1Q1Q2Q3Q412345678910CP

十進制加法計數(shù)器波形圖：例2、分析圖示計數(shù)器為幾進制計數(shù)器。注意K則可列出狀態(tài)表由狀態(tài)表可知該計數(shù)器為五進制計數(shù)器74LS161功能表輸入輸出

ETEPCP

D0

D1

D2

D3Q0

Q1

Q2

Q30××××××××10××↑d0

d1

d2

d31111