数字电子技术-第3章

大连交通大学电气信息学院1第3章触发器和时序逻辑电路3.1触发器3.2寄存器3.3计数器课堂讨论大连交通大学电气信息学院23.1触发器时序电路的特点：具有记忆功能。在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关系，都叫做时序逻辑电路，简称时序电路。组合逻辑电路存储功能............XYZW时序电路的基本单元：触发器。大连交通大学电气信息学院3触发器的分类：按功能分：有R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等；按触发方式划分：有电平触发方式、主从触发方式和边沿触发方式。按结构分：钟控型、主从型、维持阻塞型触发器的特点：它是具有记忆功能的逻辑部件，输出状态不仅与此时的输入有关，还与原来的输出状态有关。触发器的功能：形象地说，它具有“一触即发”的功能。在输入信号的作用下，它能够从一种状态(0或1)转变成另一种状态(1或0)。双稳态触发器——是由“门电路+适当的反馈电路”构成的一种新的逻辑部件。由于它的输出端有两种可能的稳定状态，而通过输入脉冲信号的触发，又能改变其输出状态，故称为双稳态触发器，简称触发器。大连交通大学电气信息学院43.1.1基本RS触发器逻辑状态相反输出端输入端触发器的状态：Q=1Q=0规定:Q端的状态为触发器的状态。Q=0Q=1QQ2&&1RDSD大连交通大学电气信息学院51RDSDQnQn+11101100001010101→0→1001Qn→1→0QQRDSD112&&11.逻辑功能分析100110大连交通大学电气信息学院61RDSDQnQn+1→0→100RDSD10QQ2&&11.逻辑功能分析011101100001010101Qn10大连交通大学电气信息学院71RDSDQnQn+1→0000→1→1RDSD0QQ2&&11.逻辑功能分析10101101100001010101Qn110大连交通大学电气信息学院80RDSDQnQn+1→1→110RDSD11QQ2&&11.逻辑功能分析01111101100001010101Qn0→00大连交通大学电气信息学院90RDSDQnQn+1→1→01111RDSD01QQ2&&11.逻辑功能分析1011101100001010101Qn00大连交通大学电气信息学院100RDSDQnQn+1→1→10RDSD10QQ2&&11.逻辑功能分析01111101100001010101Qn01Qn+1=Qn+1大连交通大学电气信息学院110RDSDQnQn+1→1→11RDSD00QQ2&&11.逻辑功能分析10111101100001010101Qn01不定破坏了逻辑状态！Qn+1=Qn+1大连交通大学电气信息学院12指RD、SD同时从00变成11时,输出端状态不定&&RDSDQQ00111111&&RDSDQQ001111110000即Q、Q也可能是01,也可能是10设计电路时此种情况应避免RDSDQn+101010111保持原状态00不定态大连交通大学电气信息学院13RDSDQQ2&&1低电平有效!直接置0端直接复位端直接置1端直接置位端真值表SetReset2.真值表RDSD11Qn01010100不定Qn+11001大连交通大学电气信息学院14低电平有效!真值表3.逻辑符号RDSD11Qn01010100不定Qn+1逻辑符号SDRDQQ大连交通大学电气信息学院1511011000101101001111例3.1根据输入波形画输出波形。设Qn=1。1初始状态0QQ翻转不定状态不定状态不定状态不定不定RDSD解：大连交通大学电气信息学院163.1.2同步（钟控）RS触发器1.电路结构时钟脉冲4&&3SRCPQQ2&&1SDRD大连交通大学电气信息学院172.逻辑功能分析(1)CP=0时011导引门3、4被封锁。触发器保持原态：Qn+1=Qn4&&3SRCPQQ2&&1R'S'大连交通大学电气信息学院182.逻辑功能分析(1)CP=0时Qn+1=Qn1R'S'4&&3SRCPQQ2&&1(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。RS00011011Qn+1Qn0011保持原态大连交通大学电气信息学院192.逻辑功能分析(1)CP=0时Qn+1=Qn1R'S'4&&3SRCPQQ2&&1(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。RS00011011Qn+1Qn11001→置1大连交通大学电气信息学院202.逻辑功能分析(1)CP=0时Qn+1=Qn1R'S'4&&3SRCPQQ2&&1(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。RS00011011Qn+1Qn100110→置0大连交通大学电气信息学院212.逻辑功能分析(1)CP=0时Qn+1=Qn1R'S'4&&3SRCPQQ2&&1(2)CP=1时导引门3、4打开，接收R、S的信号。RS00011011Qn+1Qn10不定1100Q=Q大连交通大学电气信息学院223.触发方式高电平触发：CP高电平期间接受输入信号。低电平触发：CP低电平期间接受输入信号。SDSCPRRDQQSCR高电平触发真值表RS00011011Qn+1Qn10不定SDSCPRRDQQSCR低电平触发高电平有效。高电平触发。——电平触发同步：指触发器输出状态的翻转与时钟脉冲CP的波形同步一般，你们接触的同步RS触发器多是高电平触发，即CP=1时有效。时序逻辑电路按其工作方式分，可分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路两大类。大连交通大学电气信息学院23例3.2已知高电平触发R－S触发器的CP、R和S的波形，且Qn＝0，画出其Q端的波形。RSCP1234Q空翻翻转了一次以上解：Qn空翻：指在一个cp=1期间，触发器由于R、S的信号发生了变化，而多次翻转的现象。一般，要保证每来一个cp，同步触发器至多翻转一次，故要求在cp=1期间，输入信号R、S保持不变。由于“空翻”现象，使得对cp脉冲宽度的要求非常苛刻，实际很难满足，所以就必须从电路结构上加以改进，由此出现了主从型、维持阻塞型或边沿触发型的触发器。大连交通大学电气信息学院243.1.3主从型J-K触发器主触发器SCR一、触发器的构成JCPKQQSCR从触发器RDSD主触发器：S=JQnR=KQn大连交通大学电气信息学院25主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD主触发器打开从触发器关闭1Q'Q'0主触发器关闭从触发器打开=Q'二、逻辑功能分析1.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。大连交通大学电气信息学院26主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSDQ'Q'二、逻辑功能分析1.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。JK00011011Qn+1Qn0000保持原态保持原态10大连交通大学电气信息学院27主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD1Q'Q'0二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn010101001.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。保持0保持00101大连交通大学电气信息学院28主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD1Q'Q'0二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn0011010011.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。翻转为001翻转为001大连交通大学电气信息学院29主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD1Q'Q'0二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn0100101101.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。翻转为110翻转为110大连交通大学电气信息学院30主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSDQ'Q'二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn01101010001.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。1保持1100保持110大连交通大学电气信息学院31主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD1Q'Q'0二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn01110101101.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。翻转为110翻转为110大连交通大学电气信息学院32主触发器SCRJCPKQQSCR从触发器RDSD1Q'Q'0二、逻辑功能分析JK00011011Qn+1Qn01111010011.工作方式2.逻辑功能主、从触发器初态相同。翻转为001翻转为001Qn真值表保持同J翻转同步输入端——指J、K，它们何时起作用受时钟脉冲CP的同步控制。异步输入端——指RD、SD，它们不受CP的同步控制，这里低电平有效，RD是置0端，SD是置1端。大连交通大学电气信息学院33三、触发方式后沿主从触发前沿主从触发SDJCPKRDQQJKCSDJCPKRDQQJKCCP前沿主触发器接收信号后沿从触发器接收信号CP后沿主触发器接收信号前沿从触发器接收信号大连交通大学电气信息学院34Qn例3.3已知主从触发J－K触发器的CP、J、K波形，且Qn＝0，画出触发器Q端的波形。QJK1101CP12341000解：大连交通大学电气信息学院35例3.4已知下降沿主从触发J－K触发器的输入J=1，K=1，初态Qn＝0。试根据CP的波形画出触发器Q端的波形。0计数状态累加1分频fifofi=1000Hzfo=500Hz（举例）fo=fi÷2CP12345678Q解：大连交通大学电气信息学院363.1.4维持阻塞型D触发器一、触发器的构成QQ2&&14&&3CPD6&&5置0维持线置1维持线SDRD基本触发器导引电路大连交通大学电气信息学院37二、逻辑功能分析设1.当CP=0时(1)门3和门4关闭Q3=Q4=1(2)门5和门6打开Q34&&3CPD6&&5Q4Q5Q6置0维持线置1维持线011SD=RD=1保持原态11Q6=DQ5=DQQ2&&1SDRD大连交通大学电气信息学院38二、逻辑功能分析设2.当CP由0变1时门3和门4打开Q=D3.当CP=1时Q34&&3CPD6&&5Q4Q5Q6置0维持线置1维持线011SD=RD=111DD1DDDDQQ2&&1SDRD大连交通大学电气信息学院39二、逻辑功能分析设2.当CP由0变1时门3和门4打开Q=D3.当CP=1时(1)如果Q=D=0Q34&&3CPD6&&5Q4Q5Q6置0维持线置1维持线10SD=RD=1DD1DDDD010门6关闭，D信号被封锁。门3关闭，阻止Q端置1。10QQ2&&1SDRD大连交通大学电气信息学院40二、逻辑功能分析设2.当CP由0变1时门3和门4打开Q=D3.当CP=1时(1)如果Q=D=0(2)如果Q=D=1Q34&&3CPD6&&5Q4Q5Q6置0维持线置1维持线01SD=RD=1DD1DDDD101门5关闭，D信号被封锁，门4关闭阻止Q端置0。1QQ2&&1SDRD大连交通大学电气信息学院41真值表01DQn+1014.逻辑功能QQ2&&1SD4&&3CPD6&&5RD置0维持线置1维持线大连交通大学电气信息学院42三、触发方式上升沿触发下降沿触发SDSCPRDQQDCSDSCPRDQQDCCP上升沿触发CP下升沿触发——边沿触发大连交通大学电气信息学院43Qn例3.5已知上升沿触发D触发器D端的输入信号波形，且Qn＝0，画出触发器的Q端波形。QD的变化对Q无影响CP1234D解：大连交通大学电气信息学院44例3.6：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字母相区别，管脚图见下页。大连交通大学电气信息学院45CLRDCPQQCLRDCPQQCLRDCPQQCLRDCPQQ1QQ11D2QQ22DGND4QQ44D3QQ33D时钟清零UCC公用清零公用时钟74LS175管脚图大连交通大学电气信息学院46+Ucc清零1D2D3D4DCP1Q2Q3Q4QUCCRDR41时钟脉冲赛前先清零00001与门打开发光二极管不亮&大连交通大