實驗19-集成觸發(fā)器15

1、實驗實驗19 19 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器一、實驗目的一、實驗目的n掌握掌握時序邏輯電路時序邏輯電路的功能測試方法。的功能測試方法。n學習用學習用JK觸發(fā)器設計簡單時序邏輯電路。觸發(fā)器設計簡單時序邏輯電路。n學會使用學會使用CMOS邏輯電路芯片。邏輯電路芯片。n熟悉時序電路（計數(shù)器）熟悉時序電路（計數(shù)器）多頻率波形多頻率波形測量方測量方法。法。二、觸發(fā)器基本知識二、觸發(fā)器基本知識n定義定義：能夠存儲：能夠存儲1 1位二值信號的單元電路統(tǒng)稱為觸位二值信號的單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。發(fā)器。n特點特點：1 1、具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來、具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的表示邏輯狀態(tài)

2、的0 0和和1 1。 2 2、根據(jù)不同的輸入信號可以置成、根據(jù)不同的輸入信號可以置成1 1或或0 0狀態(tài)狀態(tài)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)：具有兩個互補的輸出端：具有兩個互補的輸出端Q Q端和端和 Q Q 端。端。當當Q=1Q=1時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為1 1狀態(tài)，也稱觸發(fā)器狀態(tài)，也稱觸發(fā)器置位；當置位；當Q=0Q=0時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為0 0狀態(tài)，也稱狀態(tài)，也稱觸發(fā)器復位。觸發(fā)器復位。觸發(fā)器的類型、邏輯功能及相互轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的類型、邏輯功能及相互轉(zhuǎn)換n觸發(fā)器的類型觸發(fā)器的類型n按照邏輯功能分：按照邏輯功能分：RSRS觸發(fā)器，觸發(fā)器，D D觸發(fā)器，觸發(fā)器，JKJK觸發(fā)器，觸

3、發(fā)器，T T觸發(fā)器，觸發(fā)器，T T觸發(fā)器觸發(fā)器n按觸發(fā)方式分：高電平觸發(fā)，低電平觸發(fā)，上升沿按觸發(fā)方式分：高電平觸發(fā)，低電平觸發(fā)，上升沿觸發(fā)，下降沿觸發(fā)等觸發(fā)，下降沿觸發(fā)等n按電路工藝分：按電路工藝分： CMOSCMOS，TTLTTLn觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能（表（表5.19.1)5.19.1)n觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換關系（表觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換關系（表5.19.2)5.19.2)n本實驗用的本實驗用的CC4027CC4027，CMOSCMOS雙雙JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器CMOS雙雙JK觸發(fā)器觸發(fā)器CC4027( (教材教材P147 P147 表表5.19.3 5.19.3 功能表功能表) )SDR

4、DQ/Q 00計數(shù)計數(shù)010110102、正常工作（、正常工作（ SD = RD =0）1、異步清零和異步置數(shù)、異步清零和異步置數(shù) SD =0 RD =1 SD =1 RD =01nnnQJQKQ 14131211123410916567158C C 4027 雙 上 升 沿J-K觸 發(fā) 器 VD D 2Q 2Q 2C P 2RD 2K 2J 2SD 1Q 1Q 1C P 1RD 1K 1J 1SD VSS引腳圖見附錄引腳圖見附錄D P345面面用用JK觸發(fā)器設計時序邏輯電路的觸發(fā)器設計時序邏輯電路的一般步驟一般步驟(P147)(P147)時序邏輯電路區(qū)別組合邏輯時序邏輯電路區(qū)別組合邏輯：輸出

5、不但和當：輸出不但和當前輸入有關，還和之前的狀態(tài)有關系。前輸入有關，還和之前的狀態(tài)有關系。n實際問題分析，建立狀態(tài)圖和狀態(tài)表實際問題分析，建立狀態(tài)圖和狀態(tài)表n進行狀態(tài)化簡，確定最簡狀態(tài)數(shù)進行狀態(tài)化簡，確定最簡狀態(tài)數(shù)n計算狀態(tài)位數(shù)，進行狀態(tài)編碼計算狀態(tài)位數(shù)，進行狀態(tài)編碼n觸發(fā)器類型選擇確定觸發(fā)器類型選擇確定（本實驗只（本實驗只JK型）型）n激勵方程組和輸出方程組的計算及化簡激勵方程組和輸出方程組的計算及化簡n邏輯電路圖的確定和簡化邏輯電路圖的確定和簡化1.實驗驗證設計實驗驗證設計簡單時序邏輯電路設計舉例簡單時序邏輯電路設計舉例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CP L L周期為周期為CP周期

6、周期4倍，倍，故電路以模故電路以模4計數(shù)器為計數(shù)器為核心，要用到核心，要用到2個個JK觸發(fā)器。確定以模觸發(fā)器。確定以模4自自然二進制遞增計數(shù)為然二進制遞增計數(shù)為主體，列出此計數(shù)狀主體，列出此計數(shù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和激勵態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和激勵表（表表（表5.19.4）。）。 2Q 1Q CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C P L 簡單時序邏輯電路設計舉例簡單時序邏輯電路設計舉例n根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和激勵表求激勵方程組根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和激勵表求激勵方程組（復雜的需要卡諾圖及化簡），從而得到電（復

7、雜的需要卡諾圖及化簡），從而得到電路主體時序邏輯部分。路主體時序邏輯部分。n再根據(jù)波形圖分析再根據(jù)波形圖分析可得可得L與與CP、Q0、Q1的組合邏輯關系的組合邏輯關系001101nJKJKQ SD J Q Q K RD 正方波正方波(TTL OUT) SD J Q Q K RD CP +5V 1Q 2Q （教材是以（教材是以FF0、FF1標示兩級標示兩級JK觸發(fā)器）觸發(fā)器）10nnLQQCP 簡單時序邏輯電路設計舉例簡單時序邏輯電路設計舉例 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C P L 芯片工作電源接入端缺省芯片工作電源接入端缺省實際電路實際電路 CMOS系列系列 40274023CP&am

8、p;J 1QJKK1Q2QVDDRDSD 2QRDSD12LCPQQ CP注意觸發(fā)器本身就有注意觸發(fā)器本身就有/1Q和和/2Q輸出端輸出端教學安排教學安排n以上為時序電路設計理論方面的簡單介紹，可以上為時序電路設計理論方面的簡單介紹，可提前講解。提前講解。n以下為示波器測試時序電路的方法，是關鍵性以下為示波器測試時序電路的方法，是關鍵性的實際操作問題。應當堂講解。的實際操作問題。應當堂講解。n本實驗預習報告要包括本實驗預習報告要包括 設計設計輸入輸出波形滿足如輸入輸出波形滿足如P149圖圖5195所所示時序關系的邏輯電路；示時序關系的邏輯電路； 設計設計同步模同步模4可逆計數(shù)器如可逆計數(shù)器如P

9、149圖圖5196所示框圖的邏輯電路；所示框圖的邏輯電路；三、三、時序邏輯電路時序邏輯電路的功能測試方法的功能測試方法 SD J Q Q K RD 正方波正方波(TTL OUT) SD J Q Q K RD CP +5V 1Q 2Q 靜態(tài)測試靜態(tài)測試動態(tài)測試動態(tài)測試CP 輸入單次脈沖或輸入單次脈沖或 正值方波（正值方波（f 1Hz）將將CP、1Q、2Q 邏輯燈邏輯燈CP 輸入輸入正值方波（正值方波（f =1kHz）將將CP、1Q、2Q 示波器示波器要觀察到真實的波形關系，關鍵是示波器要觀察到真實的波形關系，關鍵是示波器觸發(fā)設置觸發(fā)設置以以2-42-4分頻器為例分頻器為例 被觀察的兩個信號必須是

10、相關（被觀察的兩個信號必須是相關（同源同源）的；）的； 正確設置好示波器的正確設置好示波器的觸發(fā)觸發(fā)方式：方式： 觸發(fā)信源：內(nèi)觸發(fā)（觸發(fā)信源：內(nèi)觸發(fā)（CH1、CH2） 外觸發(fā)（外觸發(fā)（EXT、）示波器穩(wěn)定顯示雙蹤波形的條件示波器穩(wěn)定顯示雙蹤波形的條件 之前只談到觸發(fā)信源要有穩(wěn)定信號（如之前只談到觸發(fā)信源要有穩(wěn)定信號（如信號發(fā)生器產(chǎn)生的電路輸入信號）接入，信號發(fā)生器產(chǎn)生的電路輸入信號）接入，以及缺省觸發(fā)信源是以及缺省觸發(fā)信源是CH1。其他的。其他的示波器基礎內(nèi)部觸發(fā)模塊示波器基礎內(nèi)部觸發(fā)模塊示波器基礎觸發(fā)示波器基礎觸發(fā)若一直沒觸發(fā)，則屏幕顯示不穩(wěn)定且無實際意義。若一直沒觸發(fā)，則屏幕顯示不穩(wěn)定且無

11、實際意義。無顯示或波形持續(xù)左無顯示或波形持續(xù)左/右移右移示波器基礎示波器基礎（時基時基觸發(fā)顯示）觸發(fā)顯示）示波器其他觸發(fā)設置示波器其他觸發(fā)設置3.觸發(fā)斜率：觸發(fā)斜率：對模擬量顯示影響很小，對數(shù)字序列顯示有意義對模擬量顯示影響很小，對數(shù)字序列顯示有意義2.觸發(fā)電平：觸發(fā)電平：要在觸發(fā)信號幅度范圍內(nèi)，具體值不重要要在觸發(fā)信號幅度范圍內(nèi)，具體值不重要水平觸發(fā)位置水平觸發(fā)位置觸發(fā)觸發(fā)電平電平觸發(fā)觸發(fā)信源信源觸發(fā)電平觸發(fā)電平具體數(shù)值具體數(shù)值觸發(fā)觸發(fā)斜率斜率屏幕提示觸發(fā)信息屏幕提示觸發(fā)信息教材教材69頁圖頁圖幅度靈敏度幅度靈敏度 掃描時基掃描時基波形不穩(wěn)：波形不穩(wěn)：2.信源選擇：信源選擇： CH1無信號，

12、無信號，信號信號在在CH2，但觸發(fā)信源但觸發(fā)信源 選了選了CH1。1.觸發(fā)電平觸發(fā)電平：在觸發(fā)信號幅在觸發(fā)信號幅度范圍外。度范圍外。觸發(fā)狀態(tài)觸發(fā)狀態(tài)與觸發(fā)有關的操作與觸發(fā)有關的操作TRIGGERLEVEL3. SET LEVEL TO 50%（設為設為50）觸發(fā)控制鈕觸發(fā)控制鈕1. LEVEL（電平）電平） 改變觸發(fā)電平值改變觸發(fā)電平值正確操作：應使觸發(fā)電平設正確操作：應使觸發(fā)電平設在信號振幅范圍內(nèi)在信號振幅范圍內(nèi)2. MENU（菜單）菜單） 顯示觸發(fā)功能菜單顯示觸發(fā)功能菜單 將觸發(fā)電平設在信號振幅范圍的中點將觸發(fā)電平設在信號振幅范圍的中點邊沿觸發(fā)功能菜單邊沿觸發(fā)功能菜單自動自動 觸發(fā)方式觸發(fā)

13、方式邊沿邊沿 視頻視頻 斜率斜率 信源信源 上升上升 CH1 耦合耦合 直流直流 TRIGGER觸發(fā)類型觸發(fā)類型 一般選一般選“邊沿邊沿”觸發(fā)觸發(fā)可選：可選：上升上升(沿沿)、下降下降(沿沿) 觸發(fā)觸發(fā)內(nèi)觸發(fā)：內(nèi)觸發(fā)：CH1、CH2（AUTOSET缺省鎖定缺省鎖定CH1）外觸發(fā)：外觸發(fā)：EXT、EXT/5交流線交流線 即即50Hz工頻信號工頻信號可選：可選：自動自動、正常、單次觸發(fā)、正常、單次觸發(fā)可選：可選：直流直流、交流、噪音抑制、高頻抑制、交流、噪音抑制、高頻抑制、 低頻抑制低頻抑制 （和通道耦合無關和通道耦合無關）時序電路時序電路(計數(shù)器計數(shù)器)的的波形測量波形測量 2Q 1Q CP 1

14、 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 用示波器觀測時序電路以用示波器觀測時序電路以2-4分頻分頻(計數(shù)計數(shù))器器信號波形為例，操作的問題：信號波形為例，操作的問題：2. CP CH1，1Q CH2。觸發(fā)信源選誰？觸發(fā)信源選誰？1. 觀測觀測3個以上的波形，應該如何操作？個以上的波形，應該如何操作？3. 觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？教材教材上用上用Q0Q1標示標示1. CP CH1，Q1 CH2。觸發(fā)信源選誰？觸發(fā)信源選誰？通常選頻率低的通道！而不選通常選頻率低的通道！而不選CP。 1Q CP 1 2 3

15、 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 2 1 1Q CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 錯誤錯誤：信源：信源=CH1正確正確：信源：信源=CH2 2 1 顯示情況顯示情況2. 觀測觀測3個以上的波形，應該如何操作？個以上的波形，應該如何操作？ 2Q 1Q CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 應依次將所有波形與應依次將所有波形與頻率最低頻率最低的波形同屏比較！的波形同屏比較！ 2Q 1Q CP 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 CP 具體操作：具體操作

16、： 選擇頻率最低的信號選擇頻率最低的信號2Q CH1顯示顯示 觸發(fā)信源觸發(fā)信源選擇選擇 CH1 依次將依次將其它信號其它信號CP、1Q分別送分別送 CH2顯示顯示錯誤的操作：錯誤的操作：觀察觀察CP和和1Q觀察觀察CP和和2Q分別畫波形對齊后成了分別畫波形對齊后成了321032減計數(shù)減計數(shù)是是0123012加計數(shù)加計數(shù) 2Q 1Q CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 3. 觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？遞增遞增計數(shù)器計數(shù)器 應選應選下降沿觸發(fā)，下降沿觸發(fā)，得到從得到從0起始起始遞減遞減計數(shù)器計數(shù)

17、器 應選應選上升沿觸發(fā)，上升沿觸發(fā)，得到從最大起始得到從最大起始錯誤觸發(fā)斜率錯誤觸發(fā)斜率以后如果題目要求說明如何設置示波器，則要說明以后如果題目要求說明如何設置示波器，則要說明 觸發(fā)信觸發(fā)信源源/電平電平/斜率以及通道耦合的設置。斜率以及通道耦合的設置。 2Q 1Q CP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1. CP CH1，1Q CH2。觸發(fā)信源選誰？觸發(fā)信源選誰？2. 觀測觀測3個以上的波形，應該如何操作？個以上的波形，應該如何操作？3. 觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？觸發(fā)斜率應選上升沿還是下降沿？以頻率最低的為標準，依次比

18、較以頻率最低的為標準，依次比較應選擇頻率低的，即應選擇頻率低的，即CH2遞增計數(shù)器下降沿；遞減計數(shù)器上升沿遞增計數(shù)器下降沿；遞減計數(shù)器上升沿示波器觸發(fā)設置小結(jié)示波器觸發(fā)設置小結(jié) 四、具體實驗內(nèi)容和要求四、具體實驗內(nèi)容和要求教材教材P149P149面面 硬件電路實驗內(nèi)容硬件電路實驗內(nèi)容 （1 1，2 2，3 3 跳過）跳過）4 4設計組裝觀察同步三分頻電路，波形如圖設計組裝觀察同步三分頻電路，波形如圖5.15.19.59.55 5設計組裝觀察可逆的同步模設計組裝觀察可逆的同步模4 4計數(shù)器時序脈沖產(chǎn)計數(shù)器時序脈沖產(chǎn)生器，框圖如圖生器，框圖如圖 5.1 5.19.69.6。M M0 0遞增計數(shù)，遞

19、增計數(shù)，M M1 1遞遞減計數(shù)；另有輸出端減計數(shù)；另有輸出端Z Z輸出進位或借位信號。輸出進位或借位信號。CP是信號發(fā)生器輸出的是信號發(fā)生器輸出的TTL方波（頻率方波（頻率1KHz）。）?，F(xiàn)場驗收只對內(nèi)容現(xiàn)場驗收只對內(nèi)容5，驗收時示波器上顯示，驗收時示波器上顯示Q0Q1，頻率低（周期長）的信號放屏幕上方以便教師讀數(shù)，頻率低（周期長）的信號放屏幕上方以便教師讀數(shù)，注意注意自行改換適當?shù)挠|發(fā)自行改換適當?shù)挠|發(fā)設置！設置！實驗報告要求實驗報告要求1. 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容4的設計步驟和實驗電路圖。的設計步驟和實驗電路圖。2. 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容5的實驗電路圖，簡要說明控制可逆的方的實驗電路圖，簡要說明控制

20、可逆的方法，并對應繪出法，并對應繪出M1時時CP、Q0、Q1、Z的波形，的波形，要有坐標系及特征參數(shù)標示。要有坐標系及特征參數(shù)標示。3. 教材教材P151面思考題面思考題3，4（1）。思考題）。思考題2選做，要先選做，要先找出圖中錯誤。找出圖中錯誤。五、注意事項五、注意事項 n1觸發(fā)觸發(fā)器用了器用了CMOS的的CC4027，配合，配合的組合邏輯芯片也盡量用的組合邏輯芯片也盡量用CMOS系列系列n2CMOS芯片芯片（VDD=5V、VSS=地）地）n核對無誤后再接入！核對無誤后再接入！n3輸出端輸出端不能短路不能短路(線與線與)！n4多余多余輸入端輸入端處理方法處理方法 不能懸空不能懸空nCMOS

21、與非門、與門：接與非門、與門：接+5V，并聯(lián)，并聯(lián)nCMOS或非門、或門：接或非門、或門：接地，并聯(lián)地，并聯(lián)CMOS 40系列系列芯片管腳圖芯片管腳圖1413121112341098567CC4011 四 2 輸入與非門 VDD 4B 4A 4Y 3Y 3B 3A 1A 1B 1Y 2Y 2A 2B VSS1413121112341098567CC4023 三 3 輸入與非門 VDD 3C 3B 3A 3Y 1Y 1C 1A 1B 2A 2B 2C 2Y VSS1413121 1123410916567158C C 4 0 2 7 雙 上 升 沿 J-K觸 發(fā) 器 VD D 2Q 2Q 2C P 2RD 2K 2 J 2SD 1Q 1Q 1C P 1RD 1K 1J 1 SD VS SMC14027 CD4027MC14011 CD4011MC14023 CD4023見附錄見附錄D P344面面除專用芯片，依然只有與非門！除專用芯片，依然只有與非門！滿足圖滿足圖5.19.5波形圖的三分頻電路波形圖的三分頻電路內(nèi)容內(nèi)容4三分頻電路三分頻電路 Q1Q0=00011000 請自行處理工作電源接入及請自行處理工作電源接入及R、S腳。