數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程課件

項(xiàng)目二

搶答器電路設(shè)計(jì)與裝調(diào)專題1RS觸發(fā)器專題2JK、D、T、T′觸發(fā)器任務(wù)1搶答器電路仿真任務(wù)2搶答器電路制作與調(diào)試數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件專題1RS觸發(fā)器觸發(fā)器是構(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。它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。觸發(fā)器有三個(gè)基本特性：（1）有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；（2）在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；（3）當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件觸發(fā)器有很多種，按邏輯功能可分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、觸發(fā)器等；按結(jié)構(gòu)可分為主從型、維持阻塞型和邊沿型觸發(fā)器等；按有無統(tǒng)一動(dòng)作的時(shí)間節(jié)拍可分為基本觸發(fā)器和時(shí)鐘觸發(fā)器等。數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件2.1.1基本RS觸發(fā)器

信號(hào)輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱0狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱1狀態(tài)電路組成和邏輯符號(hào)信號(hào)輸入端低電平有效數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件工作原理RSQ10101011不變0

0不定數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件①R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。②R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。③R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。④R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換表數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件次態(tài)Qn+1的卡諾圖特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件2.1.2同步RS觸發(fā)器1.電路組成及邏輯符號(hào)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(hào)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。數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件2.邏輯功能分析同步RS觸發(fā)器功能表

RSQn

Qn+1邏輯功能00000101保持01001111置11001010

0置0111110××不允許現(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。數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程ppt課件3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

4.工作波形圖（又稱為時(shí)序圖，設(shè)初態(tài)為0

）

置1保持置0置1同步RS觸發(fā)器的時(shí)序圖

5.同步觸發(fā)器的空翻

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。2.1.3同步觸發(fā)器的功能描述方法1．述語和符號(hào)時(shí)鐘脈沖CP：同步脈沖信號(hào)數(shù)據(jù)輸入端：又稱控制輸入端，RS觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端是R和S；JK觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端是J和K；D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端是D等。初態(tài)Qn

：某個(gè)時(shí)鐘脈沖作用前觸發(fā)器的狀態(tài)，即老狀態(tài)，也稱為“現(xiàn)態(tài)”。次態(tài)Qn+1

：某個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后觸發(fā)器的狀態(tài)，即新狀態(tài)。2．觸發(fā)器邏輯功能的五種表述方式⑴狀態(tài)表

狀態(tài)表以表格的形式表達(dá)了在一定的控制輸入條件下，在時(shí)鐘脈沖作用前后，初態(tài)向次態(tài)的轉(zhuǎn)化規(guī)律，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，簡(jiǎn)稱為狀態(tài)表，也稱為功能真值表。

(2)特性方程

特性方程以方程的形式表達(dá)了在時(shí)鐘脈沖作用下，次態(tài)Qn+1與初態(tài)Qn及控制輸入信號(hào)間的邏輯函數(shù)關(guān)系。

(3)激勵(lì)表

激勵(lì)表以表格的形式表達(dá)了在時(shí)鐘脈沖作用下實(shí)現(xiàn)一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換(由初態(tài)Qn到次態(tài)Qn+1)，應(yīng)施加怎樣的控制輸入條件。

(4)狀態(tài)圖

以圖形的形式表示在時(shí)鐘脈沖作用下，狀態(tài)變化與控制輸入間的變化關(guān)系，又叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

(5)時(shí)序圖反映時(shí)鐘脈沖、控制輸入及觸發(fā)器狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系的工作波形圖稱為時(shí)序圖。時(shí)序圖能夠清楚地表明時(shí)鐘信號(hào)及控制輸入信號(hào)間的即時(shí)控制關(guān)系。專題2JK、D、T、T′觸發(fā)器2.2.1JK觸發(fā)器一、主從型JK觸發(fā)器1．電路結(jié)構(gòu)2．工作原理當(dāng)CP=1時(shí)，從觸發(fā)器FF2輸出狀態(tài)保持不變；此時(shí)主觸發(fā)器FF1正常工作，主觸發(fā)器的狀態(tài)隨J、K端輸入信號(hào)狀態(tài)的變化而改變。當(dāng)CP=0時(shí)，主觸發(fā)器輸出狀態(tài)不變；從觸發(fā)器開始工作，由于S2=Q1，所以當(dāng)主觸發(fā)器輸出Q1=1時(shí)，S2=1，從觸發(fā)器置“1”，當(dāng)主觸發(fā)器Q1=0時(shí)，S2=0，從觸發(fā)器置“0”。即：從觸發(fā)器的狀態(tài)由主觸發(fā)器決定。3．邏輯功能分析JK觸發(fā)器狀態(tài)表

JKQn

Qn+1邏輯功能00000101保持01001100置010010111置111111001翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器激勵(lì)表Qn→

Qn+1JK000×011×10×111×0結(jié)合JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表和卡諾圖化簡(jiǎn)規(guī)則可得到其特性方程：JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖JK觸發(fā)器時(shí)序圖4．主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)問題主從觸發(fā)器采用分步工作方式，解決了同步觸發(fā)器的空翻問題，提高了電路性能，但在實(shí)際應(yīng)用中仍有一些限制。主從型觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器能且僅能翻轉(zhuǎn)一次的現(xiàn)象叫一次翻轉(zhuǎn)。由于一次翻轉(zhuǎn)問題的存在，降低了主從解發(fā)器的抗干擾能力，因而限制了主從型觸發(fā)器的使用。為了避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)，要求在CP=1期間、狀態(tài)不能改變。二、抗干擾能力更強(qiáng)的觸發(fā)器1．維持阻塞型觸發(fā)器維持阻塞型觸發(fā)器是利用電路內(nèi)的維持——阻塞線所產(chǎn)生的“維持阻塞”作用來克服空翻現(xiàn)象的時(shí)鐘觸發(fā)器。它的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)(國(guó)產(chǎn)的維持阻塞型觸發(fā)器一般為上升沿觸發(fā))，即僅在時(shí)鐘脈沖上升沿接收控制輸入信號(hào)并改變輸出狀態(tài)。在一個(gè)時(shí)鐘作用下，維持阻塞型觸發(fā)器最多在脈沖作用邊沿改變一次狀態(tài)，因此不存在空翻現(xiàn)象，抗干擾能力更強(qiáng)。2．邊沿型觸發(fā)器邊沿型觸發(fā)器是利用電路內(nèi)部的傳輸延遲時(shí)間實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā)克服空翻現(xiàn)象的。它采用邊沿觸發(fā)，一般集成電路采用下降沿觸發(fā)方式(即負(fù)邊沿)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)是根據(jù)脈沖觸發(fā)沿到來時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)來決定的。邊沿觸發(fā)器只要求在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)邊沿前后的幾個(gè)門延遲時(shí)間內(nèi)保持激勵(lì)信號(hào)不變即可，因而這種觸發(fā)器的抗干擾能力較強(qiáng)。維持阻塞型和邊沿型觸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此不再講述其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，只需掌握其觸發(fā)特點(diǎn)，會(huì)靈活應(yīng)用即可。2.2.2D、T、T′觸發(fā)器1．D觸發(fā)器D觸發(fā)器可以由JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而來。下圖即為由負(fù)邊沿JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成的D觸發(fā)器的邏輯圖及邏輯符號(hào)。將觸發(fā)器的J端通過一級(jí)非門與K端相連，定義為D端。由JK觸發(fā)器的邏輯功能可知：當(dāng)D=1，即J=1，K=0時(shí)，時(shí)鐘脈沖下降沿到來后觸發(fā)器置“1”；當(dāng)D=0，即J=0，K=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖下降沿到來后觸發(fā)器置“0”態(tài)。可見，D觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖作用下，其輸出狀態(tài)與D端的輸入狀態(tài)一致，顯然，D觸發(fā)器的特性方程為：Qn+1

=D?？梢姡|發(fā)器在脈沖作用下，具有置0、置1邏輯功能。下面分別為D觸發(fā)器狀態(tài)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖。2．T觸發(fā)器把觸發(fā)器的J、K端連接起來作為T端輸入，則構(gòu)成T觸發(fā)器。觸發(fā)器的邏輯功能是：T=1時(shí)，每來一個(gè)脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，為計(jì)數(shù)工作狀態(tài)；T=0時(shí)，保持原狀態(tài)不變。即具有可控制計(jì)數(shù)功能。下面為觸發(fā)器的邏輯圖和狀態(tài)表。TQn+101QnQn3．T′觸發(fā)器若將T觸發(fā)器的輸入端接成固定高電平“1”，則觸發(fā)器就變成了“翻轉(zhuǎn)型觸發(fā)器”或“計(jì)數(shù)型觸發(fā)器”，每來一個(gè)CP脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)就改變一次，這樣的觸發(fā)器有些資料上稱其為T′觸發(fā)器。

任務(wù)1搶答器電路仿真1.啟動(dòng)Multisim10，單擊電子仿真軟件Multisim10基本界面元件工具條上的“PlaceTTL”按鈕，從彈出的對(duì)話框“Family”欄中選擇“74LS”，再在“Component”欄中選取二輸入與非門“74LS00N”2只、四輸入與非門“74LS20N”2只，如圖所示，將它們放置在電子平臺(tái)上。2.單擊元件工具條“PlaceIndicator”按鈕，在彈出的對(duì)話框中，在“Family”欄中選擇“LAMP”，再在“Component”欄中選取“5V_1W”，如仿真圖一所示，再單擊對(duì)話框右上角的“OK”按鈕，如圖所示，將燈泡放置在電子平臺(tái)上。3.將其它元件調(diào)齊，并按仿真圖二圖連成仿真電路。4.開啟仿真開關(guān)，將仿真結(jié)果記錄在下表中，并分析仿真結(jié)果。仿真圖1仿真圖2輸入輸出（燈亮記為“1”、燈滅記為“0”）J1J2J3J4X2X3X40×××0→11000→10100→1001實(shí)訓(xùn)報(bào)告（1）畫出仿真電路圖。（2）分析三人搶答器工作原理。（3）記錄并分析仿真結(jié)果。任務(wù)2搶答器電路制作與調(diào)試2.4.1電路功能介紹如圖所示,電路可作為搶答信號(hào)的接收、保持和輸出的基本電路。S為手動(dòng)清零控制開關(guān)，S1～S3為搶答按鈕開關(guān)。該電路具有如下功能：

(1)開關(guān)S為總清零及允許搶答控制開關(guān)(可由主持人控制)。當(dāng)開關(guān)被按下時(shí)搶答電路清零，松開后則允許搶答。由搶答按鈕開關(guān)～實(shí)現(xiàn)搶答信號(hào)的輸入。

(2)若有搶答信號(hào)輸入(開關(guān)S1～S3中的任何一個(gè)開關(guān)被按下)時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的指示燈被點(diǎn)亮。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答開關(guān)均無效，指示燈仍“保持”第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。搶答器電路

2.4.2電路連接調(diào)試1．電路連接檢測(cè)所用的器件，按上圖連接電路，先在電路板上插接好IC器件。在插接器件時(shí)，要注意IC芯片的豁口方向(都朝左側(cè))，同時(shí)要保證IC管腳與插座接觸良好，管腳不能彎曲或折斷。指示燈的正、負(fù)極不能接反。在通電前先用萬用表檢查各IC的電源接線是否正確。2．電路調(diào)試首先按搶答器功能進(jìn)行操作，若電路滿足要求，說明電路沒有故障；若某些功能不能實(shí)現(xiàn)，就要設(shè)法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向(由輸入到輸出)查找，也可按信息流程的逆向(由輸出到輸入)查找。例如，當(dāng)有搶答信號(hào)輸入時(shí)，