第21章 触发器与时序逻辑电路

121.1双稳态触发器21.2寄存器21.3计数器21.4时序逻辑电路的分析第21章触发器与时序逻辑电路21.5555定时器与应用21.6应用举例2触发器按逻辑功能可分为：双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器（多谐振荡器）。21.1双稳态触发器触发器的功能：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)。触发器的特点：有记忆功能的逻辑部件。输出状态不只与当时的输入有关，还与原来的输出状态有关。而组合逻辑电路的输出状态完全由当时的输入变量的组合状态决定，与电路的原状态无关。3特点：1、有两个稳定状态“0”态和“1”态；2、能根据输入信号将触发器置成“0”或“1”态；3、输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能保存下来，即具有记忆功能。双稳态触发器：是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。现态和次态的概念：1、现态：触发器接收输入信号之前的状态。nQ2、次态：触发器接收输入信号之后的状态。1+nQ双稳态触发器中又包含RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。4一、RS触发器1、基本RS触发器组成：用2个“与非”门（或“或非”门）交叉连接而成反馈两个输入端两个输出端&a&bQQDRDS正常情况下，两输出端的状态保持相反。通常以Q端的逻辑电平表示触发器的状态，即Q=1，Q=0时，称为“1”态；反之为“0”态。5若原状态：1Q0Q==11001010输出仍保持：1Q0Q==若原状态：0Q1Q==01111010输出变为：1Q0Q==置“0”！输入RD=0，SD=1时&a&bQQDRDS&a&bQQDRDS6若原状态：1Q0Q==10101001输出变为：0Q1Q==若原状态：0Q1Q==00110101输出保持：0Q1Q==置“1”！输入RD=1，SD=0时&a&bQQDRDS&a&bQQDRDS7若原状态：10111001输出保持原状态：0Q1Q==0Q1Q==若原状态：1Q0Q==01110110输出保持原状态：1Q0Q==保持！输入RD=1，SD=1时&a&bQQDRDS&a&bQQDRDS80011输出：全是1基本触发器的功能表输入RD=0，SD=0时注意：当RD、SD同时由0变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。因此，该状态为不定状态。保持原状态0110不定状态11011000QQRDSD复位端置位端逻辑符号QQDRDS&a&bQQDRDS119R-S触发器特点:（1）具有两个稳态（Q=0，Q=1或Q=1，Q=0）,称为双稳态触发器。（2）可触发使之翻转（使RD、SD之一为0时可翻转）。（3）具有记忆功能（RD、SD都为1时，保持原来状态）。（4）当RD、SD同时由0变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。因此，该状态为不定状态。基本触发器的功能表保持原状态0110不定状态11011000QQRDSD复位端置位端逻辑符号QQDRDS10R-S触发器应用举例:单脉冲发生器&&RDSDQQ+5V+5V4.21kΩ4.21kΩK11R-S触发器应用举例:单脉冲发生器&&RDSDQQ+5V+5V4.21kΩ4.21kΩK12R-S触发器应用举例:单脉冲发生器&&RDSDQQ+5V+5V4.21kΩ4.21kΩKQQt正脉冲负脉冲13QQRDSDabRDSDcdRSCP“钟控”的含义：由时钟CP决定R、S能否对输出端起控制作用。直接清零端直接置位端输出端输入端2、钟控RS触发器平时常1平时常114CP=0时011触发器保持原态CP=1时&a&bQQDRDS&c&dRSCP111RS&a&bQQDRDS&c&dRSCP1115钟控RS触发器的功能表CPRSQ0φφ保持100保持1011011001111不确定Q简化的功能表RSQn+100Qn01110011不确定Qn+1---下一状态（CP过后）Qn---原状态RDSDRSCQQ逻辑符号由它的功能表可见：在R、S不相等时，Q服从于S!16QQRDSDRSC逻辑符号这根红颜色的线还表示一重含义：“高电平有效”，即“只有在时钟CP＝1时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝0，输出端Q则保持原状态”。逻辑符号这根绿颜色的线也表示一重含义：“低电平有效”，即“只有在时钟CP＝0时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝1，输出端Q则保持原状态”。QQRDSDRSC17钟控RS触发器的小结（1）当CP=0时，无论R、S为何种取值组合，输出端均“保持原态”；（2）只有当CP=1时，将c门和d门打开，控制端R、S的取值组合才会在输出端有所反映，即有所谓“功能表”。QQRDSDabcdRSCP18CPRSQQSet使输出全为1CP撤去后状态不定Reset例：画出RS触发器的输出波形。假设Q的初始状态为0。19JK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。二、JK触发器主从型J-K触发器20JK触发器的功能=0=0保持原态J=K=0时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ被封锁21JK触发器的功能=0=1Qn=0时01Qn+1=11J=1，K=0时：分两种情况（Q=0，Q=1）R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ22JK触发器的功能=0=1Qn=1时1000F主被封保持原态Qn+1=1R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJJ=1，K=0时：分两种情况（Q=0，Q=1）23JK触发器的功能=1=1J=K=1时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJnnQQ=+124JK触发器的功能=1=0Qn+1=0同样原理：J=0，K=1时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ25JKQn+100Qn01010111nQ功能表特征方程nn1nQKQJQ+=+1.当J=0、K=0时，具有保持功能；2.当J=1、K=1时，具有翻转功能；3.当J=0、K=1时，具有复位功能；4.当J=1、K=0时，具有置位功能。JK触发器的功能小结：符号QQRSJKCP在CP上升沿时，接收J、K信息，Q不变化在CP下降沿时，根据接收到的J、K信息，Q变化CP26主从型J－K触发器工作波形图举例JKQn+100Qn01010111Qn0CPJKQ置1清0翻转翻转CP接收JK信号Q状态转变27D&c&dQQDRDS&a&bCP输入端基本RS触发器导引门电路三、D触发器28CP=0时，a、b门被堵，输出保持原态：011保持D&c&dQQDRDS&a&bCP29D&c&dQQDRDS&a&bCPD&c&dQQDRDS&a&bCPCP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：若D=01011001若D=11100110结论：Qn+1=D30DQn+10011功能表CPDQQ例：画出D触发器的输出波形。逻辑符号RDSDDCPQQDQn=+1D触发器的特性方程：31小结：R1、S1之值向上传送一级，抵达Q'；主从触发方式T'触发器的工作原理F主被打开，进入工作状态。F从被封锁，输出端保持原状态不变。CP=1时，QQR2S2CCPQQQ'Q'R1S1CCPF主F从四、T´触发器和T触发器32QQR2S2CCPQQQ'Q'R1S1CCPF主F从0F主被封锁，输出端保持原状态不变。1F从被打开，进入工作状态。小结：R1、S1又向上传送一级，抵达Q端。注意：输出端Q的变化发生在CP从1变为0后!CP=0时，若Qn=0，则Qn+1=1若Qn=1，则Qn+1=0T'触发器的功能就是每来一个脉冲翻转一次。33T触发器与T´触发器无本质区别，只是加入了控制端T。R2S2CF从QQR1S1CF主QQCPQQCPTT=0时CP不起作用，T=1时与T´相同。34R2S2CF从QQR1S1CF主QQCPQQCPT=0时：将F主封锁，输出端维持原态。T=1时：即为T´触发器，当CP到来时，输出端将正常翻转。T35T01nQnQ1nQ+功能表时序图：CPQTRDSDCQQT逻辑符号:nnnQTQTQ+=+1T触发器的特性方程：36被转换的触发器的功能包含目的触发器的功能。例如：JK触发器1.当J=0、K=0时，具有保持功能；2.当J=1、K=1时，具有翻转功能；3.当J=0、K=1时，具有复位功能；4.当J=1、K=0时，具有置位功能。因此，JK触发器可以转换成其他多种触发器。五、触发器逻辑功能的转换371、转换方法(1)转换要求CPCP已有触发器转换逻辑QQ待求触发器输入(2)转换步骤：1.写已有、待求触发器的特性方程；2.将待求触发器的特性方程变换为与已有触发器一致；3.比较两个的特性方程，求出转换逻辑；4.画电路图。382、JK→D、T、T′“JK”的特性方程：nnnQKQJQ+=+1(1)JK→D“D”的特性方程：DQn=+1nnDQQD+=DKDJ==∴,转换图转换图QQCPJJKK1JC1IK1D(2)JK→T“T”的特性方程：nnnQTQTQ+=+1TKJ==∴QQCPJJKK1JC1IKT39(3)JK→T′nnnQKQJQ+=+1“T′”的特性方程：nnQQ=+1nnQQ⋅+⋅=111==KJ即：T=1转换图转换图QCPJJKK1JC1IK1Q40补充内容：触发器的触发方式触发方式？研究翻转时刻与时钟脉冲间的关系1、电位触发方式电位触发正电位触发负电位触发CP=1期间翻转CP=0期间翻转412、主从触发方式主从触发方式的翻转过程：前沿处，输出交叉反馈到F主。后沿处，输出传递到F从翻转完成。CPCP=1期间输入端控制信号不容许变化423、边沿触发方式为了免除CP=1期间输入控制电平不许改变的限制，可采用边沿触发方式。其特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CP=1或CP=0期间，输入端的任何变化都不影响输出。如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发”或“正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫“下降沿触发”或“负边缘触发”。下面以边缘触发的D触发器为例讲解。43&e&fQQ&c&d&a&bDCP设原态Q=0，并设D=1。1CP=0期间：（1）c、d被锁，c、d的输出均为1。00110441001111010（2）c=1、d=1反馈到a、b的输入，a、b输出为0、1。&e&fQQ&c&d&a&bDCPCP=0期间：（1）c、d被锁，c、d的输出均为1。设原态Q=0，并设D=1。45CP正沿到达时:c、d开启，使c=1，d=0。Q翻转为111110110&e&fQQ&c&d&a&bDCP置0阻塞线置1维持线01设原态Q=0，并设D=1。46CP正沿过后：d=0将c封锁，并使b=1，维持d=0。11001因此以后CP=1期间D的变化不影响输出。001D=0时的翻转，请大家自己分析。&e&fQQ&c&d&a&bDCP设原态Q=0，并设D=1。47QQefcdabCPDfecadb置0阻塞线置1阻塞线置1维持线置0维持线该上升沿触发的D触发器是维持－阻塞型D触发器。48CPDQn+10φQn1φQn↑00↑11边沿触发的D触发器功能表正沿触发触发方式在逻辑符号中的表示：CQQ负沿触发CQQ正沿触发49上升沿触发的J-K触发器JKQn+100Qn01010111QnQQRSJKCP在CP时，根据JK状态Q变化下降沿触发的J-K触发器QQRSJKCP在CP时，根据JK状态Q变化5021.2寄存器在数字电路中，用来存放二进制数据或代码的电路称为寄存器。™定义™组成原理寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。∵一个触发器可以存储1位二进制代码，∴存放n位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。51数据可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移。™按功能分类（1）基本寄存器（数码寄存器）（2）移位寄存器只能并行送入数据，需要时也只能并行输出。数据传输方式可见，它十分灵活，因此用途也很广。¾并行输入、并行输出¾串行输入、串行输出¾并行输入、串行输出¾串行输入、并行输出52一个D触发器组成1位的基本寄存器CP上升沿，Q=D，CP高电平、低电平、下降沿，Q不变RDSDDCPQQ一、基本寄存器只能并行送入数据，需要时也只能