實(shí)用電工電子技術(shù)教程第08章

1、第第8 8章章 實(shí)用時(shí)序邏輯電路實(shí)用時(shí)序邏輯電路8. 48. 4、時(shí)序邏輯電路的分析、時(shí)序邏輯電路的分析 8. 28. 2、實(shí)用觸發(fā)器、實(shí)用觸發(fā)器 8. 8. 、 8. 18. 1、觸發(fā)器基礎(chǔ)知識、觸發(fā)器基礎(chǔ)知識8. 58. 5、異步時(shí)序電路的分析、異步時(shí)序電路的分析 8. 8. 、555555定時(shí)器的應(yīng)用定時(shí)器的應(yīng)用.、數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換8. 1、基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)知識 一一.觸發(fā)器概述觸發(fā)器概述 觸發(fā)器（Flip Flop，簡寫為FF）是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元電路。觸發(fā)器具有記憶功能，能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)碼。觸發(fā)器有三個(gè)基本特性： （1）有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)，可分別表示二進(jìn)制數(shù)碼0

2、和1，無外觸發(fā)時(shí)可維持穩(wěn)態(tài)； （2）外觸發(fā)下，兩個(gè)穩(wěn)態(tài)可相互轉(zhuǎn)換（稱翻轉(zhuǎn)）； （3）有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。二、二、 基本基本RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-1與非門組成的基本RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 Reset為置0端（或復(fù)位端） Set為置1端（或置位端）非號“”：表示低電平有效表 示 低 電平有效1. 電路組成及邏輯符號 與非門實(shí)現(xiàn)的基本與非門實(shí)現(xiàn)的基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1狀態(tài)：Q1、 Q 0 0狀態(tài)：Q0、 Q 1 約定Q端為狀態(tài)端口三、觸發(fā)器的邏輯功能描述三、觸發(fā)器的邏輯功能描述nnQRSQ11 RS方法點(diǎn)撥方法點(diǎn)撥 1. 約定約定Qn為觸發(fā)器的初態(tài)（或稱為觸發(fā)器的初態(tài)（或

3、稱“原態(tài)原態(tài)”），），Qn+1為次態(tài)（為次態(tài)（“新態(tài)新態(tài)”） 2. 由于觸發(fā)器的狀態(tài)不僅取決于輸入信號，而且與其原狀態(tài)有關(guān)，所以把由于觸發(fā)器的狀態(tài)不僅取決于輸入信號，而且與其原狀態(tài)有關(guān)，所以把Qn也作為輸入變量處理；因此輸入變量按三變量列出，共有八種取值（也作為輸入變量處理；因此輸入變量按三變量列出，共有八種取值（000111） 3. 列出輸入變量后，將各種輸入取值置于電路輸入端和列出輸入變量后，將各種輸入取值置于電路輸入端和Qn端，其數(shù)值交叉反饋端，其數(shù)值交叉反饋后置于輸入端口，然后根據(jù)電路的后置于輸入端口，然后根據(jù)電路的“與非與非”特性決定特性決定Qn+1的值。的值。特性方程特性方程 二根

4、交叉反二根交叉反饋線是電路饋線是電路性質(zhì)發(fā)生根性質(zhì)發(fā)生根本變化的關(guān)本變化的關(guān)鍵。鍵。 2. 工作原理(仿真運(yùn)行圖81)表 8-1 與非門組成的基本RS觸發(fā)器的功能表仿真仿真 3. 功能表 4狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（特性表）現(xiàn)態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化前的狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示。特性表：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。表 8-2 與非門組成的基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 .狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8- RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：表示觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形。它是觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀不變時(shí)，對輸入信號（R、S）提出的要求。 兩個(gè)圓圈

5、表示狀態(tài)0和1 箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向 在箭頭旁邊用文字或符號表示實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必備的條件 1; 0RS10SR；1SR1SR通常用虛線或陰影表示觸發(fā)器處于不定狀態(tài)。 輸入同時(shí)由1 1變?yōu)?時(shí)，輸出不能確定觸發(fā)器的不定狀態(tài)有兩種含義：一、Q= Q =1時(shí)，觸發(fā)器既不是0狀態(tài)，也不是1狀態(tài)；二、R、S 同時(shí)從0回到1時(shí)，觸發(fā)器的新狀態(tài)不能預(yù)先確定。 6.應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 利用基本RS觸發(fā)器的記憶功能消除機(jī)械開關(guān)振動(dòng)引起的干擾脈沖。 圖8- 機(jī)械開關(guān)的干擾脈沖干擾脈沖 （a）電路 (b)輸出電壓波形圖8-利用基本RS觸發(fā)器消除機(jī)械開關(guān)振動(dòng)的影響（a）電路 （b）電壓波形 觸發(fā)器的分類： 按邏輯功能不同

6、：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK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。 四、觸發(fā)器的四、觸發(fā)器的分類分類 觸發(fā)器的邏輯功能通常用功能表、時(shí)序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、特性方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。1 1 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器1）電路組成及邏輯符號圖8-5 同步RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 在CP=0期間，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器狀態(tài)不變。在CP=1期間，由R和S端信號決定觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。結(jié)論：觸發(fā)器的動(dòng)作時(shí)間是由時(shí)鐘脈沖CP控制的。 觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式

7、 只有CP=1時(shí)（高電平有效），觸發(fā)器的狀態(tài)才由輸入信號R和S來決定。 2） 工作原理(仿真運(yùn)行圖84)3） 功能表（在CP=1期間有效）現(xiàn)態(tài)：CP脈沖作用前觸發(fā)器的原狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：CP脈沖作用后觸發(fā)器的新狀態(tài)，用Qn+1表示。表8-4 同步RS觸發(fā)器功能表R為高電平有效觸發(fā) S為高電平有效觸發(fā) R、S不允許同時(shí)有效5) 特性方程（又稱為狀態(tài)方程） 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到Qn+1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。圖8-6 RS觸發(fā)器的Qn+1卡諾圖 進(jìn)一步可寫出Qn+1的表達(dá)式。 S RQnQn+1000 00101010 10100101 001111 11 101約束條件，表示不允許將R、S同時(shí)取為1

8、 4） 工作波形（又稱為時(shí)序圖， ） 圖8-7 同步RS觸發(fā)器的時(shí)序圖 時(shí)序圖作法點(diǎn)撥（1）以）以CP信號為基準(zhǔn)，從每一個(gè)電平變化時(shí)刻引一根垂直虛線至輸信號為基準(zhǔn)，從每一個(gè)電平變化時(shí)刻引一根垂直虛線至輸入信號波形處，與入信號波形處，與S、R信號波線的交點(diǎn)可以取得信號波線的交點(diǎn)可以取得R和和S的值的值 。如：右。如：右邊第一根虛線取得邊第一根虛線取得R=0、S=1。 （2）根據(jù)特征方程決定）根據(jù)特征方程決定Qn+1的值。如：據(jù)的值。如：據(jù)R=0、S=1可以求得可以求得Qn+1=1（或直接用端口性質(zhì)決定輸出，如：（或直接用端口性質(zhì)決定輸出，如：S=1時(shí)，置位，即時(shí)，置位，即Qn+1=1）CPRSQ

9、Q1 1 1 1 00 0 0 01 1 1 10 0.v 上面介紹的上面介紹的RSRS觸發(fā)器都有一個(gè)共同的缺陷，觸發(fā)器都有一個(gè)共同的缺陷，即輸入受到即輸入受到“約束條件約束條件”的限制，使用上的限制，使用上很不方便；另外還有一個(gè)要考慮的問題是，很不方便；另外還有一個(gè)要考慮的問題是，在實(shí)際工作中，時(shí)鐘信號在實(shí)際工作中，時(shí)鐘信號CPCP是控制時(shí)序電是控制時(shí)序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般是矩形波。同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻，是矩形波。同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻，受受CPCP輸入控制。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)卻輸入控制。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)卻由觸發(fā)輸入信號決定。

10、由觸發(fā)輸入信號決定。v 我們下面學(xué)習(xí)二種常用的改進(jìn)型觸發(fā)器，我們下面學(xué)習(xí)二種常用的改進(jìn)型觸發(fā)器，就是圍繞著這二個(gè)中心進(jìn)行討論的。就是圍繞著這二個(gè)中心進(jìn)行討論的。. .、實(shí)用觸發(fā)器、實(shí)用觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動(dòng)作特點(diǎn)）：邏輯電平直接觸發(fā)。（由輸入信號直接控制） 在實(shí)際工作中，要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的節(jié)拍進(jìn)行狀態(tài)更新。措施： 同步觸發(fā)器（時(shí)鐘觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器）：具有時(shí)鐘脈沖CP控制的觸發(fā)器。該觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時(shí)鐘脈沖同步。 CP：控制時(shí)序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般是矩形波。 同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時(shí)刻：受CP輸入控制。 觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)：由觸發(fā)輸入信號決定。1、 JK觸發(fā)器

11、 &QSRQ&CPSDJKCPRDSDQQ(a)(b)KJ1)、圖、圖8-8 K觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號 2)、電路結(jié)構(gòu)和功能分析、電路結(jié)構(gòu)和功能分析 &QSRQ&CPSDJKCPRDSDQQ(a )(b )KJRDnnKQQCPKR同步同步JK觸發(fā)器的功能分析：當(dāng)觸發(fā)器的功能分析：當(dāng)CP=0時(shí)，時(shí)，R=S=1，Qn+1=Qn觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。的狀態(tài)保持不變。 nnQJQCPJS當(dāng)當(dāng)CP=1時(shí)，時(shí)，代入代入 nnRQSQ1可得可得 nnnnnQKQJQKQQJQn14） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 3） 功能表 表8-5 JK觸發(fā)器功能表 表8

12、-6 JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 2、D和和觸發(fā)器觸發(fā)器1CPD S RQQ J KQQTCP(a)(b)圖8-9 同步D觸發(fā)器和T觸發(fā)器 D觸發(fā)器觸發(fā)器 1）.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 表8-7 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 DQnQn+10000101011112）特性方程 Qn+1=D 3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-10 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 電位式觸發(fā)器至命的缺點(diǎn)電位式觸發(fā)器至命的缺點(diǎn) -空翻現(xiàn)象空翻現(xiàn)象同步觸發(fā)器在一個(gè)CP脈沖作用后，出現(xiàn)兩次或兩次以上翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為空翻。圖8-11 同步RS觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象 下面介紹幾種能克服空翻的觸發(fā)器。3、主從RS觸發(fā)器： 1)、主從、主從RS觸發(fā)器的電路圖和邏輯符號觸發(fā)器的電路圖

13、和邏輯符號 2)主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器 電路組成及邏輯符號圖8-12 主從RS觸發(fā)器 （a） 邏輯電路 （b）邏輯符號 仿真仿真 主觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF2），其狀態(tài)由輸入信號決定 從觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF1），其狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定 表示觸發(fā)器靠CP下降沿觸發(fā) 表 示 主 從觸發(fā)方式 、主從RS觸發(fā)器工作原理&S2 Q2C2R2 Q2從觸發(fā)器S1 Q1C1R1 Q1主觸發(fā)器1 JCP K SD RDQQ 雙拍工作原理：雙拍工作原理：“第一拍第一拍”CP=1時(shí)，由于時(shí)，由于 CP =0，從觸發(fā)器，從觸發(fā)器FF1的輸出的輸出狀態(tài)保持不變，主觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，主觸發(fā)器F

14、F2的輸出狀態(tài)由的輸出狀態(tài)由R和和S來決定。來決定?！暗诙牡诙摹?當(dāng)當(dāng)CP由由1跳到跳到0時(shí)（或稱時(shí)（或稱CP脈沖下降沿到來時(shí)），主觸發(fā)器脈沖下降沿到來時(shí)），主觸發(fā)器FF2的輸出狀態(tài)保持不變，的輸出狀態(tài)保持不變，從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定。此時(shí)，由于從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定。此時(shí)，由于CP=0，輸入信號，輸入信號R和和S被封鎖。被封鎖。 主從觸發(fā)器雖然解決了主從觸發(fā)器雖然解決了CPCP期間的多次，但由于雙拍工作方式的原因，發(fā)生在期間的多次，但由于雙拍工作方式的原因，發(fā)生在CPCP下降沿時(shí)刻的狀態(tài)變化并不一定反映當(dāng)時(shí)的輸入情況，對于有些數(shù)字系統(tǒng)而言，下降沿時(shí)刻的狀態(tài)

15、變化并不一定反映當(dāng)時(shí)的輸入情況，對于有些數(shù)字系統(tǒng)而言，可能會(huì)導(dǎo)致工作不可靠。實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)一般應(yīng)用邊沿型觸發(fā)器?？赡軙?huì)導(dǎo)致工作不可靠。實(shí)際數(shù)字系統(tǒng)一般應(yīng)用邊沿型觸發(fā)器。非門造成非門造成雙拍工作雙拍工作功能表（只在CP從1變?yōu)?時(shí)有效）表8-7 主從RS觸發(fā)器功能表 S和R都為高電平有效觸發(fā) 功能與同步RS觸發(fā)器完全相同 。4 工作波形（又稱為時(shí)序圖，設(shè)初態(tài)為0 ） 圖8-11主從RS觸發(fā)器的時(shí)序圖 Q主主從從前沿前沿采樣采樣后沿后沿定局定局8.3 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器v觸發(fā)器僅在觸發(fā)器僅在CP脈沖的某個(gè)規(guī)定的時(shí)刻（上升脈沖的某個(gè)規(guī)定的時(shí)刻（上升沿或下降沿）才接收輸入信號，并根據(jù)該時(shí)沿或下降沿）才

16、接收輸入信號，并根據(jù)該時(shí)刻的輸入確定觸發(fā)器的狀態(tài)，這種觸發(fā)器稱刻的輸入確定觸發(fā)器的狀態(tài)，這種觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器。為邊沿觸發(fā)器。 v邊沿觸發(fā)器有二種實(shí)現(xiàn)方案，一是利用內(nèi)部邊沿觸發(fā)器有二種實(shí)現(xiàn)方案，一是利用內(nèi)部電路時(shí)延的差異來實(shí)現(xiàn)；另一種是利用電路電路時(shí)延的差異來實(shí)現(xiàn)；另一種是利用電路內(nèi)部維持一阻塞線的作用來實(shí)現(xiàn)，典型實(shí)例內(nèi)部維持一阻塞線的作用來實(shí)現(xiàn)，典型實(shí)例是下降沿觸發(fā)的是下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，上升沿觸發(fā)的觸發(fā)器，上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。觸發(fā)器。JK觸發(fā)器的發(fā)展觸發(fā)器的發(fā)展 圖8-12 JK觸發(fā)器的邏輯符號（a）下降沿觸發(fā) （b）上升沿觸發(fā) JK觸發(fā)器是一種多功能觸發(fā)器，在實(shí)際中應(yīng)用很廣。 J

17、K觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，在使用中沒有約束條件。 常見的JK觸發(fā)器有主從結(jié)構(gòu)的，也有邊沿型的。 1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器 1&A&B1&C&D&QSRQCPKJQ3Q4G1G2G4G3CPQQKJJKCP(a )(b ).1nnnnQKQJRQSQ（2）CP到來，到來，CP=0，由于，由于 tpd1 tpd2,則與或非門中的則與或非門中的A、D與門結(jié)果為與門結(jié)果為0，與或非門變?yōu)榛?，與或非門變?yōu)榛綬S觸發(fā)器，輸出為：觸發(fā)器，輸出為：.1nnnnQKQJRQSQ(3) CP=0期間，與非門期間，與非門G3、G4輸出結(jié)果輸出結(jié)果Q4 =Q3

18、=1，此時(shí)，此時(shí)觸發(fā)器的輸出觸發(fā)器的輸出Qn+1將保持狀態(tài)不變。將保持狀態(tài)不變。 (4) CP到來，到來，CP=1，則與或非門恢復(fù)正常，則與或非門恢復(fù)正常，Qn+1= Qn，保持狀態(tài)不變。，保持狀態(tài)不變。nnQQ=1+由上述分析得出此觸發(fā)器是在CP脈沖下降沿 特征方程式進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，故稱此觸發(fā)器為負(fù)邊沿觸發(fā)器。其狀態(tài)表、狀態(tài)圖與同步JK觸發(fā)器相同，只是邏輯符號和時(shí)序圖不同。 nnnQKQJQ1nnnnQSQQQ 11.工作工作原理原理（1）CP=1期間，期間，與或非與或非門輸出門輸出 ，所以，所以觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)的狀態(tài)保保 持不持不變。此變。此時(shí)與非時(shí)與非門輸門輸出出 。)=,=(=+=34

19、1+QSQRQRQQQnnnnnKQQ4nQJQ3G3、G4的平均的平均延遲時(shí)間延遲時(shí)間tpd1比比 G1、G2的平均的平均延遲時(shí)間延遲時(shí)間tpd2要要長長 3） 特性方程4） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-13 JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 5） 時(shí)序圖（以CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器為例）圖8-14 JK觸發(fā)器的時(shí)序圖 邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿或下降沿進(jìn)行觸發(fā)。正邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿觸發(fā)。負(fù)邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖下降沿觸發(fā)。觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)方式?？商岣哂|發(fā)器工作的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力。 2 2、維持阻塞觸發(fā)器邊沿邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-15、維持維持阻塞邊沿阻塞邊沿D D觸發(fā)器觸發(fā)器 （a）

20、 邏輯電路 （b）邏輯符號仿真仿真 表示觸發(fā)器靠CP上升沿觸發(fā) 表示CP為邊 沿 觸 發(fā)方式 1）電路組成及邏輯符號置置0維維持線持線置置1維維持線持線置置0阻阻塞塞線線置置1阻阻塞塞線線2） 工作原理當(dāng)CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP從0變?yōu)?時(shí)，G3、G4打開，它們的輸出由G5、G6決定。此瞬間，若D=0，觸發(fā)器被置為0狀態(tài)；若D=1，觸發(fā)器被置為1狀態(tài)。當(dāng)CP從0變?yōu)?之后，雖然CP=1，門G3、G4是打開的，但由于電路中幾條反饋線的維持阻塞作用，輸入信號D的變化不會(huì)影響觸發(fā)器的置1和置0，使觸發(fā)器能夠可靠地置1和置0。因此，該觸發(fā)器稱為維持阻塞觸發(fā)器。 可

21、見，該觸發(fā)器的觸發(fā)方式為：在CP脈沖上升沿到來之前接受D輸入信號，當(dāng)CP從0變?yōu)?時(shí)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。 由于觸發(fā)器接受輸入信號及狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)均是在CP脈沖上升沿前后完成的，故稱為邊沿觸發(fā)器。 3） 時(shí)序圖 圖8-16維持阻塞邊沿D觸發(fā)器時(shí)序圖 當(dāng)CP從0變?yōu)?時(shí)，Q將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。 4.4. 集成集成JK觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-17 集成JK觸發(fā)器74LS112(a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 常用的有74LS112、CC4027等。 74LS112為負(fù)邊沿觸發(fā)的雙JK觸發(fā)器。SD、RD分別為異步置1端和異步置0端，均為低電平有效

22、。 1） 74LS112的外引腳圖和邏輯符號 2） 邏輯功能 表8-8 74LS112的功能表 3） 時(shí)序圖圖8-18 74LS112的時(shí)序圖5 5 集成集成D觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-18 雙D觸發(fā)器74LS74(a) 外引腳圖 (b)邏輯符號 1）雙D觸發(fā)器74LS74外引腳圖和邏輯符號 2） 邏輯功能 表8-9 雙D觸發(fā)器74LS74的功能表 觸 發(fā) 方 式為CP上升沿觸發(fā)。 低電平有效的異步置0端和異步置1端 3） 時(shí)序圖圖8-19 74LS74的時(shí)序圖 目前市場上出售的集成觸發(fā)器產(chǎn)品通常為JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器兩種類型。 6 6 集成觸發(fā)器及其應(yīng)用集成觸發(fā)器及其應(yīng)用 表8-10 常用集成觸發(fā)

23、器 1、定義：時(shí)序邏輯電路在任何時(shí)刻的輸出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，而且還取決于電路的原來狀態(tài)。 2、電路構(gòu)成： 存儲(chǔ)電路（主要是觸發(fā)器，必不可少） 組合邏輯電路（可選）。 時(shí)序邏輯電路的狀態(tài)是由存儲(chǔ)電路來記憶和表示的。8.48.4、時(shí)序邏輯電路的分析、時(shí)序邏輯電路的分析圖8-20 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖 按各觸發(fā)器接受時(shí)鐘信號的不同分類：同步時(shí)序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化都在同一時(shí)鐘信號作用下同時(shí)發(fā)生。 異步時(shí)序電路：各觸發(fā)器狀態(tài)的變化不是同步發(fā)生的，可能有一部分電路有公共的時(shí)鐘信號，也可能完全沒有公共的時(shí)鐘信號。 同步時(shí)序電路的分析方法和組合邏輯電路的分析目的相同，分析時(shí)序電路的目的是確定已知

24、電路的邏輯功能和工作特點(diǎn)。具體步驟如下 (1) 寫相關(guān)方程式。 (2) 求各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。將時(shí)鐘方程和驅(qū)動(dòng)方程代入相應(yīng)觸發(fā)器的特征方程式中，求出觸發(fā)器的狀態(tài)方程。 (3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值(例題例題8.1 分析如圖分析如圖8.22所示的時(shí)序電路的邏輯功能所示的時(shí)序電路的邏輯功能 Q1J1F1CK1Q0J0F0CK0CP&Z圖圖8.218.21 例題例題8.1圖圖 (2) 求各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程，J K觸發(fā)器特性方程為：) (=+=+=10101011111+1CPQQQQQQQKQjQnnnnnnnnn)(1100010CPQQQQnnnn點(diǎn)撥點(diǎn)撥 將對應(yīng)驅(qū)動(dòng)將對應(yīng)驅(qū)動(dòng)方程分別代入

25、特性方程分別代入特性方程，進(jìn)行化簡變方程，進(jìn)行化簡變換可得狀態(tài)方程。換可得狀態(tài)方程。3、解:(1) 寫相關(guān)方程式： 時(shí)鐘方程 CP0=CP1=CP 驅(qū)動(dòng)方程 J0= K0=1 K1=J1=Q0 輸出方程:Z=Q1Q0根據(jù)信號根據(jù)信號來源列出來源列出J1=K1=Q0J0J0，K0K0空置？空置？相當(dāng)于高電相當(dāng)于高電平（置平（置1）(3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值。 CPZ 0 00 10 0 11 00 1 1 1 0 0 nQ1noQ1noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQnQ11noQ11nQnoQ CPZ 0 00 10 0 11 00 1 1 1 0 0 nQ

26、11noQ11nQnoQ方法點(diǎn)撥方法點(diǎn)撥 狀態(tài)表的列表原則是狀態(tài)表的列表原則是“先易后難先易后難”，意思是先填入比較容易確定的，意思是先填入比較容易確定的項(xiàng)目，比如：上表填入的順序是項(xiàng)目，比如：上表填入的順序是“CP原態(tài)值原態(tài)值次態(tài)值次態(tài)值輸出值輸出值”。注意：初。注意：初學(xué)者最好加填輸入驅(qū)動(dòng)值，這樣可以根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)條件（學(xué)者最好加填輸入驅(qū)動(dòng)值，這樣可以根據(jù)觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)條件（CP下降沿條件，下降沿條件，J、K和原態(tài)的值），直接求得相應(yīng)的觸發(fā)器次態(tài)，輸出值則根據(jù)輸出方程決定和原態(tài)的值），直接求得相應(yīng)的觸發(fā)器次態(tài)，輸出值則根據(jù)輸出方程決定根據(jù)狀態(tài)方程決定次態(tài)根據(jù)狀態(tài)方程決定次態(tài)值：值：nnnn

27、nQQQQQ0101011(4) 畫出狀態(tài)圖和時(shí)序圖， Q1Q0(a)(b)CPQ0Q1Z0 01 10 11 0從狀態(tài)圖可知：從狀態(tài)圖可知： 隨著隨著CP脈沖的遞增脈沖的遞增, 不不論從電路輸出的哪一個(gè)論從電路輸出的哪一個(gè)狀態(tài)開始，觸發(fā)器輸出狀態(tài)開始，觸發(fā)器輸出Q1Q0的變化都會(huì)進(jìn)入的變化都會(huì)進(jìn)入同一個(gè)循環(huán)過程，而且同一個(gè)循環(huán)過程，而且此循環(huán)過程中包括四個(gè)此循環(huán)過程中包括四個(gè)狀態(tài)，并且狀態(tài)之間是狀態(tài)，并且狀態(tài)之間是遞增變化的。遞增變化的。在在Q1Q0變化一個(gè)變化一個(gè)循環(huán)過程中，循環(huán)過程中，Z = 1只出現(xiàn)一只出現(xiàn)一次，故次，故Z為進(jìn)位為進(jìn)位輸出信號輸出信號。此電路是帶進(jìn)位輸出此電路是帶進(jìn)位輸

28、出的同步四進(jìn)制加法計(jì)的同步四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器電路。所謂數(shù)器電路。所謂“同同步步”是指電路中各個(gè)是指電路中各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號是觸發(fā)器的時(shí)鐘信號是同一個(gè)同一個(gè)CP信號信號。0010011100 例題例題8.2分析圖8.22所示電路的邏輯功能。設(shè)起始狀態(tài)是Q3Q2Q1=000。C P&(1)JKQQ(2)JKQQ(3)JKQQ Z圖圖8.22 例題例題8.2圖圖解：解： （1）分析電路組成：該電路）分析電路組成：該電路 的存儲(chǔ)器件是的存儲(chǔ)器件是3個(gè)個(gè)JK觸發(fā)器，組觸發(fā)器，組 合器件是一個(gè)與門。無外輸入信合器件是一個(gè)與門。無外輸入信 號，輸出信號為號，輸出信號為Z，這是一個(gè)同，這是一個(gè)同 步時(shí)

29、序電路。步時(shí)序電路。 （2）寫驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。）寫驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。nnnnnnnQQQZKQQJQKJKQJ123312312213111；（3）求狀態(tài)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入）求狀態(tài)方程：將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器觸發(fā)器的特性方程的特性方程 nnnQKQJQ+=1+可得：可得： nnnnQQQQ1231+3=2121211+2=+=QQQQQQQn根據(jù)信號根據(jù)信號來源列出來源列出驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程311+1=QQQn(4）將輸入信號和現(xiàn)態(tài)的各種取值組合代入狀態(tài)方程，得到狀態(tài)表如表8.13所示。 Z 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1

30、 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0表表8.13 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換表nQ2nQ3nQ113 nQ12 nQ11nQ1. 1.先填原始先填原始狀態(tài)數(shù)值狀態(tài)數(shù)值（最容易）（最容易）2. 2.根據(jù)根據(jù)FF1FF1的狀的狀態(tài)方程決定其態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值次態(tài)數(shù)值311+1=QQQn3.根據(jù)根據(jù)FF2的的狀態(tài)方程決定狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值其次態(tài)數(shù)值2112QQQn4.根據(jù)根據(jù)FF3的狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值的狀態(tài)方程決定其次態(tài)數(shù)值.nnnnQQQQ1231+3=5.最后根據(jù)輸出方最后根據(jù)輸出方程決定程決定Z的數(shù)值

31、的數(shù)值nnnQQQZ1235.畫狀態(tài)圖狀態(tài)圖例題例題8.2狀態(tài)圖Q3Q2Q1x/z011001010000100111/0/0/0/0/1/0/0/0由狀態(tài)表作狀態(tài)圖，確定由狀態(tài)表作狀態(tài)圖，確定電路的邏輯功能。電路是電路的邏輯功能。電路是一個(gè)模一個(gè)模5同步加法計(jì)數(shù)器。同步加法計(jì)數(shù)器。Z端為進(jìn)位端，并且具有端為進(jìn)位端，并且具有自啟動(dòng)功能。自啟動(dòng)功能。 101110所謂計(jì)數(shù)器所謂計(jì)數(shù)器的的“模模”，又稱為計(jì)數(shù)又稱為計(jì)數(shù)器的長度器的長度（或計(jì)數(shù)器（或計(jì)數(shù)器的容量）的容量） 自啟動(dòng)功能的意思是不自啟動(dòng)功能的意思是不論電路從哪一個(gè)狀態(tài)開論電路從哪一個(gè)狀態(tài)開始工作，在始工作，在CP脈沖作脈沖作用下，觸發(fā)器

32、輸出的狀用下，觸發(fā)器輸出的狀態(tài)都會(huì)進(jìn)入有效循環(huán)圈態(tài)都會(huì)進(jìn)入有效循環(huán)圈內(nèi)。內(nèi)。 自啟動(dòng)自啟動(dòng) 自啟自啟動(dòng)動(dòng) 仿真仿真電路圖電路圖時(shí)鐘方程、時(shí)鐘方程、驅(qū)動(dòng)方程和驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程輸出方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程狀態(tài)圖、狀態(tài)圖、狀態(tài)表或狀態(tài)表或時(shí)序圖時(shí)序圖判斷電路判斷電路邏輯功能邏輯功能1235時(shí)序電路的分析步驟：時(shí)序電路的分析步驟：計(jì)算計(jì)算4 時(shí)序邏輯電路的分析方法時(shí)序邏輯電路的分析方法18.5 異步計(jì)數(shù)器的分析異步計(jì)數(shù)器的分析異步計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)異步計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)：在異步計(jì)數(shù)器內(nèi)部，有的：在異步計(jì)數(shù)器內(nèi)部，有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸

33、出信號作為自己的時(shí)鐘則是把其它觸發(fā)器的輸出信號作為自己的時(shí)鐘脈沖，因此各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不脈沖，因此各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)變換的時(shí)間先后不一，故被稱為一，故被稱為“ 異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器 ”。異步計(jì)數(shù)器的分析異步計(jì)數(shù)器的分析QJCKRDQF2QJCKRDQF1QJCKRDQF0Q1Q0Q2 “1”CP 清 0 進(jìn) 位)(+=1+CPQKQJQnnn) (=+=000001+0CPQQKQJQnnnn圖圖8.23 三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器例例8.3、分析圖、分析圖8.23的邏的邏 輯功能輯功能分析步驟如下：分析步驟如下： (1) 寫相關(guān)方程式寫相關(guān)方程式 時(shí)鐘方程時(shí)鐘方

34、程 CP0=CP；CP1=Q0； CP2=Q1 驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程 J0=1 ；K0=1 J1=1 ；K1=1 J2=1 ；K2=1 (2) 求各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。求各個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)方程。 根據(jù)：根據(jù)：將對應(yīng)驅(qū)動(dòng)方程式分別代入特性方程式將對應(yīng)驅(qū)動(dòng)方程式分別代入特性方程式 ，進(jìn)行化簡變換可得狀態(tài)方程，進(jìn)行化簡變換可得狀態(tài)方程: )(=+=0111111+1QQQKQJQnnnn) (=+=1222221+2QQQKQJQnnnnCP0=CPCP1=Q0CP2=Q1 輸入全輸入全部空部空置？置？注意注意 和同步和同步時(shí)序電路相比，時(shí)序電路相比，寫各相應(yīng)方程寫各相應(yīng)方程時(shí)，必須加入時(shí)，必須加入相應(yīng)的

35、時(shí)鐘信相應(yīng)的時(shí)鐘信號條件。號條件。(3) 求出對應(yīng)狀態(tài)值。 列狀態(tài)表如表8.12所示。 CP Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 1 0 3 0 1 0 0 1 1 4 0 1 1 1 0 0 5 1 0 0 1 0 1 6 1 0 1 1 1 0 7 1 1 0 1 1 1 8 1 1 1 0 0 012nQ11nQ10nQ標(biāo)注標(biāo)注八個(gè)八個(gè)填寫八填寫八種原始種原始狀態(tài)值狀態(tài)值按照狀態(tài)按照狀態(tài)方程決定方程決定各個(gè)觸發(fā)各個(gè)觸發(fā)器的次態(tài)器的次態(tài)12nQ11nQ10nQ圖圖8.30: 例題例題8.3計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖和時(shí)序圖計(jì)數(shù)器狀態(tài)圖和時(shí)序圖Q2Q1Q00 0 01 1 1

36、0 0 10 1 00 1 1C PQ0Q1Q2(a )(b )1 1 01 0 11 0 0 0 0 0（a）狀態(tài)圖）狀態(tài)圖（b）時(shí)序圖）時(shí)序圖從狀態(tài)圖可知隨著從狀態(tài)圖可知隨著CP脈沖的遞增脈沖的遞增, 觸發(fā)器輸出觸發(fā)器輸出Q2Q1Q0值是遞值是遞增的增的, 經(jīng)過八個(gè)經(jīng)過八個(gè)CP脈沖完成一個(gè)循環(huán)過程。所以，此電路是異脈沖完成一個(gè)循環(huán)過程。所以，此電路是異步三位二進(jìn)制（或一位八進(jìn)制步三位二進(jìn)制（或一位八進(jìn)制“模八模八”）加法計(jì)數(shù)器。）加法計(jì)數(shù)器。Q2Q1Q0 QQ010 0 010101010100 010 1011 0 11 1000 0010 1思考題思考題：試畫出三位二進(jìn)試畫出三位二進(jìn)制

37、異步減法計(jì)數(shù)器的電路制異步減法計(jì)數(shù)器的電路圖，并分析其工作過程。圖，并分析其工作過程。異步計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn)異步計(jì)數(shù)器優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、可靠。電路簡單、可靠。異步計(jì)數(shù)器缺點(diǎn)異步計(jì)數(shù)器缺點(diǎn)：速度慢。速度慢。Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計(jì)數(shù)脈計(jì)數(shù)脈沖沖圖圖8.24三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器例例8.3：三位二進(jìn)制：三位二進(jìn)制異步異步加法計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器。簡單的時(shí)序電路簡單的時(shí)序電路,直接列真值表或直接列真值表或畫時(shí)序波形圖就能分析清楚其畫時(shí)序波形圖就能分析清楚其邏輯功能。邏輯功能。計(jì)數(shù)器：用以統(tǒng)計(jì)輸入時(shí)鐘脈沖CP個(gè)數(shù)的電路。計(jì)數(shù)器的分類： 1）按計(jì)數(shù)進(jìn)制分 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：按

38、二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路稱作二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：按十進(jìn)制數(shù)運(yùn)算規(guī)律進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路稱作十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器之外的其它進(jìn)制計(jì)數(shù)器統(tǒng)稱為任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是結(jié)構(gòu)最簡單的計(jì)數(shù)器，但應(yīng)用很廣。 2）按數(shù)字的變化規(guī)律 加法計(jì)數(shù)器：隨著計(jì)數(shù)脈沖的輸入作遞增計(jì)數(shù)的電路稱作加法計(jì)數(shù)器。 減法計(jì)數(shù)器：隨著計(jì)數(shù)脈沖的輸入作遞減計(jì)數(shù)的電路稱作減法計(jì)數(shù)器。 加/減計(jì)數(shù)器：在加/減控制信號作用下，可遞增計(jì)數(shù)，也可遞減計(jì)數(shù)的電路，稱作加/減計(jì)數(shù)器，又稱可逆計(jì)數(shù)器。 也有特殊情況，不作加/減，其狀態(tài)可在外觸發(fā)控制下循環(huán)進(jìn)行特殊跳轉(zhuǎn)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中構(gòu)成封閉的計(jì)數(shù)環(huán)。

39、 3）按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)是否同步分 異步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖只加到部分觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端上，而其它觸發(fā)器的觸發(fā)信號則由電路內(nèi)部提供，應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器狀態(tài)更新有先有后的計(jì)數(shù)器，稱作異步計(jì)數(shù)器。同步計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)加到所有觸發(fā)器的時(shí)鐘信號輸入端，使應(yīng)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)的計(jì)數(shù)器，稱作同步計(jì)數(shù)器。 圖8-25 同步計(jì)數(shù)器電路 *例8-4、試分析圖8-23所示計(jì)數(shù)器的邏輯功能。 解 ： （1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程 J=? K=? （驅(qū)動(dòng)方程） Y=? （輸出方程） 解 ： （1）根據(jù)給定的邏輯圖寫出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程 （2）將驅(qū)動(dòng)方程代入JK觸發(fā)器的特性方程，可以得到各觸發(fā)器的狀

40、態(tài)方程 （3）填Qn+1卡諾圖及計(jì)數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖 圖8-26 計(jì)數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖（a）Q2n+1卡諾圖 （b）Q1n+1卡諾圖（c）Q0n+1卡諾圖 （d）計(jì)數(shù)器的狀態(tài)卡諾圖 （4）列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 表8-13 例8-4電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表Qn3 Qn2 Qn1Q2n+1 Q1n+1 Q0n+1Y0 0 00 0 100 0 10 1 000 1 00 1 100 1 11 0 001 0 01 0 101 0 11 1 001 1 00 0 011 1 10 0 010 0 00 0 10畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-27 例8-4電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 畫時(shí)序圖（即工作波形圖） 圖8-28 例8-4電路的時(shí)序

41、圖 （5）說明計(jì)數(shù)器的邏輯功能 是一個(gè)同步七進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，Y為進(jìn)位脈沖，能夠自啟動(dòng)。 仿真仿真 1.同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1612 .異步異步2510進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS290 1 1） 同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161 74LS161的邏輯功能圖8-29 74LS161的外引線圖 狀態(tài)輸出圖8-30 74LS161的邏輯符號 并行輸入CP輸入表8-14 74LS161的功能表 CO= Q3 Q2 Q1 Q0 CTT圖8-30 74LS161的時(shí)序圖 同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù) 2）應(yīng)用舉例 實(shí)現(xiàn)四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù) 構(gòu)成16以內(nèi)的任意進(jìn)制加法計(jì)

42、數(shù)器： 設(shè)計(jì)思想：利用脈沖反饋法 用S0，S1，S2，SMSN表示輸入0，1，2，N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)。SM可以為S0，但需小于SN。對于異步置數(shù)：在輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP后，通過控制電路，利用狀態(tài)SN產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號，送給異步置數(shù)端，使計(jì)數(shù)器立刻返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，即實(shí)現(xiàn)了SMSN-1計(jì)數(shù)。 對于同步置數(shù)：在輸入第N1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，利用狀態(tài)SN-1產(chǎn)生一個(gè)有效置數(shù)信號，送給同步置數(shù)控制端，等到輸入第N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖CP時(shí)，計(jì)數(shù)器返回到初始的預(yù)置數(shù)狀態(tài)SM，從而實(shí)現(xiàn)SMSN-1計(jì)數(shù)。 分析74LS161的置數(shù)功能： 反饋信號的拾取可利用與非門拾取狀態(tài)SN或SN1可利用進(jìn)位

43、輸出CO拾取狀態(tài)1111十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)順序表 電路舉例（以十進(jìn)制計(jì)數(shù)器為例） 圖8-31 74LS161構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變改變D3 D2 D1 D0的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。 令令D3 D2 D1 D00110 利用進(jìn)位輸出CO取狀態(tài)1111 實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0110到到1111） 圖8-32用74LS161構(gòu)成從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變與非門的輸入信號，改變與非門的輸入信號， 可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。 令令D3 D2 D1 D00000 利用與非門拾取狀態(tài)1001 可實(shí)現(xiàn)從可實(shí)現(xiàn)從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)開

44、始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0000到到1001） 用74LS161構(gòu)成從0開始計(jì)數(shù)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 改變與非門的輸入信號改變與非門的輸入信號 ，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。，可以實(shí)現(xiàn)其它進(jìn)制計(jì)數(shù)。 利用與非門拾取狀態(tài)1010 實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù) （0000到到1001） （3）利用多片74LS161實(shí)現(xiàn)大容量計(jì)數(shù) 先用級聯(lián)法 計(jì)數(shù)器的級聯(lián)是將多個(gè)集成計(jì)數(shù)器（如M1進(jìn)制、M2進(jìn)制）串接起來，以獲得計(jì)數(shù)容量更大的N（=M1M2）進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 一般集成計(jì)數(shù)器都設(shè)有級聯(lián)用的輸入端和輸出端。 同步計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的方法：低位的進(jìn)位信號高位的保持功能控制端（相當(dāng)于觸發(fā)器的T端） 有進(jìn)位時(shí)，高位計(jì)數(shù)功能T 1；無進(jìn)

45、位時(shí)，高位保持功能T 0。 用兩片CT74LS161級聯(lián)成1616進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器 低位片高位片在計(jì)到1111以前，CO10，高位片保持原狀態(tài)不變在計(jì)到1111時(shí)，CO11，高位片在下一個(gè)CP加一 再用脈沖反饋法 例：用兩片74LS161級聯(lián)成五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 00100011實(shí)現(xiàn)從0000 0000到0011 0001的50進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制數(shù)50對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為0011 0010 2 2 異步異步2510進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS290 1) 74LS290的外引腳圖、邏輯符號及邏輯功能圖8-33 74LS290 2510進(jìn)制計(jì)數(shù)器 (a) 外引腳圖 (b) 邏輯符號 輸出CP輸入異步置數(shù)

46、表8-15 74LS290功能表 2)基本工作方式 二進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，由Q0輸出圖8-34(a) 二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)CP0Q0001120 五進(jìn)制計(jì)數(shù)：將計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，由Q3 、Q2、 Q1 輸出圖8-34(b) 五進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)順序計(jì)數(shù)器狀態(tài)CP1Q3 Q2 Q1 00 0 010 0 120 1 030 1 141 0 050 0 0 8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)：將Q0與CP1相連,計(jì)數(shù)脈沖CP由CP0輸入 圖8-34(c) 8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q3 Q2 Q1 Q000 0 0 010 0 0 120 0 1

47、030 0 1 140 1 0 050 1 0 160 1 1 070 1 1 181 0 0 091 0 0 1100 0 0 0二進(jìn)制五進(jìn)制 5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)：把CP0和Q3相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入 圖8-34(d) 5421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)計(jì) 數(shù) 器 狀 態(tài)順序Q0 Q3 Q2 Q100 0 0 010 0 0 120 0 1 030 0 1 140 1 0 051 0 0 061 0 0 171 0 1 081 0 1 191 1 0 0100 0 0 0五進(jìn)制二進(jìn)制8.6 實(shí)訓(xùn)一：實(shí)用數(shù)字電路分析技術(shù)實(shí)訓(xùn)一：實(shí)用數(shù)字電路分析技術(shù)v實(shí)用數(shù)字電路電路的分析技術(shù)是電器

48、技實(shí)用數(shù)字電路電路的分析技術(shù)是電器技術(shù)人員的基本能力，它又是進(jìn)行數(shù)字電術(shù)人員的基本能力，它又是進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。下面我們從實(shí)用電路功路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。下面我們從實(shí)用電路功能分析入手，介紹數(shù)字實(shí)用電路分析設(shè)能分析入手，介紹數(shù)字實(shí)用電路分析設(shè)計(jì)的基本要領(lǐng)。計(jì)的基本要領(lǐng)。 MSI時(shí)序邏輯電路的分析技術(shù)時(shí)序邏輯電路的分析技術(shù) 可以采用與分析MSI組合邏輯電路類似的劃分功能塊方法。 劃分的功能塊既有組合邏輯電路功能塊，又有時(shí)序邏輯電路功能塊。如有必要，在對整個(gè)電路進(jìn)行整體功能分析時(shí)，可以畫出電路的工作波形。 圖8-35 分析MSI時(shí)序邏輯電路的流程圖 邏輯電路圖劃分功能塊分析各塊功能分析整體功能（1）

49、將電路按功能劃分成）將電路按功能劃分成3個(gè)功能塊個(gè)功能塊 分析舉例分析舉例 例8-5 分析圖8-36所示電路的邏輯功能。設(shè)輸出邏輯變量R、Y、G分別為紅、黃和綠燈的控制信號，時(shí)鐘脈沖CP的周期為10 S。 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 譯碼器譯碼器 門電路門電路 （2）分析各功能塊電路的邏輯功能）分析各功能塊電路的邏輯功能 8進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)制計(jì)數(shù)器 反碼輸出的數(shù)據(jù)分配電路反碼輸出的數(shù)據(jù)分配電路 輸出譯碼電路輸出譯碼電路 圖8-37 例5-2電路的工作波形 （3）分析總體邏輯功能）分析總體邏輯功能,畫出電路的工作波形。畫出電路的工作波形。 在CP作用下，計(jì)數(shù)器循環(huán)計(jì)數(shù)，輸出信號R持續(xù)30S，Y持續(xù)10S，G持續(xù)3

50、0 S，Y持續(xù)10S，周而復(fù)始?？傮w電路邏輯功能為交通燈控制電路。 該電路只是原理性的，與實(shí)用的電路有較大差距。實(shí)際的交通燈，黃燈（Y）通常只亮12秒，而紅燈（R）和綠燈（G）通常要亮60秒左右，故其控制電路要復(fù)雜一些。讀者可自行設(shè)計(jì)實(shí)際的交通燈控制電路。 例8-6 分析圖8-38所示電路的邏輯功能。 （1）將電路按功能劃分成）將電路按功能劃分成3個(gè)功能塊個(gè)功能塊 分析各功能塊電路的邏輯功能分析各功能塊電路的邏輯功能 4位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)值比較器值比較器 門級組門級組合電路合電路 雙時(shí)鐘輸入雙時(shí)鐘輸入4位二進(jìn)制可逆位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 電路I：把輸入的二進(jìn)制數(shù)DA與標(biāo)準(zhǔn)值DB比較 電路：

51、時(shí)鐘輸入控制電路。若YAB =0，CPCPU，加法計(jì)數(shù)；若YADB，計(jì)數(shù)器加1；若DADB，計(jì)數(shù)器做加法，從0001計(jì)到0111狀態(tài)，則計(jì)數(shù)器輸出Q3 Q2Q1Q0為0111；反之，若一直有DADB，計(jì)數(shù)器做減法，從1111計(jì)到1001狀態(tài)，則計(jì)數(shù)器輸出為1001( 1001狀態(tài)是7的補(bǔ)碼)。7個(gè)脈沖過后，CR信號使計(jì)數(shù)器清0，準(zhǔn)備下一次比較。在7個(gè)脈沖的作用期間，計(jì)數(shù)器輸出的正常值應(yīng)在一一77之間變化。 例如，需要在一段時(shí)間內(nèi)多次測量恒溫室的溫度誤差是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。小結(jié) 1 電子技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了第五代，超大規(guī)模集成電路時(shí)代（VLSI），集成電路的分析和分立元件電路的區(qū)別在于“集成電路只重視

52、電路的外部特性，而不需要研究內(nèi)部電路的機(jī)理”。這為我們分析集成電路提供了極大的方便，分析前只要針對電路中所用的集成芯片，查集成電路手冊獲取芯片的各腳功能，再根據(jù)具體電路分析其實(shí)際功用。小結(jié) 2 例如例例如例8-4的電路輸入用到的的電路輸入用到的74LS161是一片同是一片同步步4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，具有“異步清異步清0”和同步預(yù)置和同步預(yù)置功能。所謂功能。所謂“異步清異步清0”是指是指“當(dāng)當(dāng) =0時(shí)，無論其他時(shí)，無論其他各輸入端的狀態(tài)如何，各個(gè)觸發(fā)器均被置各輸入端的狀態(tài)如何，各個(gè)觸發(fā)器均被置0”（所以（所以又稱為直接清又稱為直接清0控制端，例控制端，例8-4圖中為圖中為 ）。）

53、。74LS161具有計(jì)數(shù)功能，具有計(jì)數(shù)功能， 當(dāng)當(dāng) = =1，ET*EP=1 （或（或CPT*CPP=1）時(shí)，開始計(jì)數(shù)，例）時(shí)，開始計(jì)數(shù)，例8-4中中74LS161只用了只用了“QA、QB、QC”三個(gè)腳，所以計(jì)數(shù)循環(huán)是三個(gè)腳，所以計(jì)數(shù)循環(huán)是“000111”，即模八計(jì)數(shù)。，即模八計(jì)數(shù)。CRRDCRLD8.6.2 8.6.2 計(jì)數(shù)器的應(yīng)用實(shí)例計(jì)數(shù)器的應(yīng)用實(shí)例 1. 構(gòu)成分頻器 分頻器可用來降低信號的頻率，是數(shù)字系統(tǒng)中常用的電路。分頻器的輸入信號頻率fI與輸出信號頻率fO之比稱為分頻比N。N進(jìn)制計(jì)數(shù)器可實(shí)現(xiàn)N分頻器。程序分頻器是指分頻比N隨輸入置數(shù)的變化而改變的分頻器。用集成計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的程序分頻器，

54、在通信、雷達(dá)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。具有并行置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器都可以構(gòu)成程序分頻器。 圖8-36 程序分頻器（分頻比N為1256 ） CD4516為可逆4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器接成減法計(jì)數(shù)器（U/D0）當(dāng)高、低位計(jì)數(shù)器均減為0時(shí) 001分頻器的輸出信號fO改變預(yù)置數(shù)的值，可以改變分頻比。 當(dāng)前置數(shù)值S7S6S5S4S3S2S1S0為為10000011，則該程序分頻器的分頻比N=？ 13281631 2組成數(shù)字鐘計(jì)數(shù)顯示電路組成數(shù)字鐘計(jì)數(shù)顯示電路 通常數(shù)字鐘需要一個(gè)精確的時(shí)鐘信號，一般采用石英晶體振蕩器產(chǎn)生，經(jīng)分頻后得到周期為1秒的脈沖信號CP。 圖8-37 數(shù)字鐘“秒”計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路 個(gè)位十進(jìn)

55、制十位六進(jìn)制六十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器 BCD-七段顯示譯碼器7448，輸出為高電平有效 。 選共陰型數(shù)碼管BS201。仿真仿真 8.7 555定時(shí)器及其應(yīng)用v 在數(shù)字系統(tǒng)中，除了有數(shù)字信號在數(shù)字系統(tǒng)中，除了有數(shù)字信號“1”和和“0”以外，以外，一般還存在同步脈沖控制信號（一般還存在同步脈沖控制信號（CP信號），它是具信號），它是具有一定幅度和頻率的矩形波。通常得到矩形波的方有一定幅度和頻率的矩形波。通常得到矩形波的方法很多，目前應(yīng)用較多的是利用法很多，目前應(yīng)用較多的是利用555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。v555為數(shù)字為數(shù)字模擬混合集成電路，可產(chǎn)生精確的時(shí)模擬混合集成電路，可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩

56、，內(nèi)部有間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)個(gè)5k的電阻分壓器，故的電阻分壓器，故稱稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用。在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。.7.1 .7.1 555定時(shí)器定時(shí)器 1. 電路組成圖8-38 555定時(shí)器(a) 原理圖 (b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器（1） 電阻分壓器 由3個(gè)5k的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。 （2） 電壓比較器C1和C2。當(dāng)UU時(shí)， UC輸出高電平，反之則輸出低電平。CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR12/

57、3VCC，UR21/3VCC。當(dāng)COUCO時(shí)，UR1UCO，UR21/2UCO （3） 基本RS觸發(fā)器 其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時(shí)，必須使R處于高電平。 （4） 放電管T T是集電極開路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開關(guān)。 輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。 （5）緩沖器 緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。2.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時(shí)，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時(shí)置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時(shí)，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時(shí)置1）。 表8-18 55

58、5定時(shí)器的功能表 .7.7 555定時(shí)器的應(yīng)用舉例定時(shí)器的應(yīng)用舉例1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器 思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)回差特性：上升過程和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平換電平UT和和UT。 如何與如何與555定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？ 內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓UR1和和UR2。 圖8-39 555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路 （b）工作波形如果在如果在UIC加上控制電壓，加上控制電壓，則可以改變電路的則可以改變電路的UT+和和UT。 2.工作原理 TH接至反相輸入端，當(dāng)THUR1時(shí)，UC1輸出

59、低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端（有效時(shí)置0）； TR接至同相輸入端，當(dāng)TRUR2時(shí)，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端（有效時(shí)置1）。 表8-17 555定時(shí)器的功能表 圖8-40 施密特觸發(fā)反相器(a) 原理框圖 (b) 電壓傳輸特性 (c) 邏輯符號 為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器為了提高電路的性能，電路在施密特觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。的基礎(chǔ)上，增加了整形級和輸出級。 整形級整形級可以使輸出波形的邊沿更加陡峭，可以使輸出波形的邊沿更加陡峭， 輸出級輸出級可以提高電路的負(fù)載能力。可以提高電路的負(fù)載能力。 回差特性：上升過程回差特性：上升過程和下降過程有

60、不同的和下降過程有不同的轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電平UOH和和UOL。 3. 波形變換 將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。圖8-40 波形變換 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器的應(yīng)用回差特回差特性性模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱A/D轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。 圖8.41 計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制原理示意圖控 制 對 象非 電 量傳 感 器電 模 擬 量ADC計(jì) 算 機(jī)數(shù) 字 量DAC數(shù) 字 量電 模 擬 量執(zhí) 行 元 件1.概述概述模模/ /數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器