電工學(xué)(少學(xué)時(shí))唐介第13章時(shí)序邏輯電路

第13章時(shí)序邏輯電路13.1

基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器13.2

鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器13.3

寄存器13.4

計(jì)數(shù)器本章要求1.掌握基本R－S

觸發(fā)器的邏輯功能。

2.掌握鐘控R－S

觸發(fā)器、J－K

觸發(fā)器、D

觸發(fā)器和T觸發(fā)器的邏輯功能及觸發(fā)方式。

3.了解數(shù)碼寄存器和移位寄存器的工作原理。

4.掌握二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器以及任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作原理。

◆含有雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的邏輯電路稱為時(shí)序邏輯電路，簡(jiǎn)稱時(shí)序電路?！?/p>

觸發(fā)器：具有記憶能力的基本單元電路。

◆觸發(fā)器分類：●按邏輯功能分類：

R-S

觸發(fā)器、J-K

觸發(fā)器、

D

觸發(fā)器、T

觸發(fā)器……●

按觸發(fā)方式分類：電平觸發(fā)、主從觸發(fā)、邊沿觸發(fā)……●

按輸出狀態(tài)分類：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。基本R-S觸發(fā)器13.1基本雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出端輸入端邏輯狀態(tài)相反觸發(fā)器的狀態(tài)：Q=1Q=0Q=1Q=0◆規(guī)定:Q端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。2&QQRS&1111001RSQnQn+11101100001010101→0→1010011Qn→1→02&QQRS&1→1100110→0001001→1RSQnQn+11101100001010101Qn0→111→002&QQRS&1→1→011RSQnQn+11101100001010101Qn001101101→1100

1102&QQRS&1→1→00011相等了！RSQnQn+11101100001010101Qn01破壞了邏輯狀態(tài)！不定011

0→1

→12&QQRS&1低電平有效!直接置0

端直接復(fù)位端直接置1

端直接置位端RSQn+111Qn01010100不定真值表2&QQRS&1SetReset兩輸出同不定狀態(tài)兩輸出同邏輯符號(hào)SRQQRSQ11101初始狀態(tài)Q010001011010011不定不定11翻轉(zhuǎn)[例題]根據(jù)輸入波形畫出輸出波形。(Q初態(tài)為“1”）13.2鐘控雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一.R－S

觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)：2&QQ&1RDSD時(shí)鐘脈沖4&&3SRCP

R-S

觸發(fā)器電路2.邏輯功能(a)

CP=0

時(shí):011導(dǎo)引門3、4被封鎖。觸發(fā)器保持原態(tài)：

Qn+1=Qn2&QQ&14&&3SRCPR’S’1(b)

CP=1

時(shí):導(dǎo)引門3、4打開(kāi)，接收R、S

的信號(hào)。RSQn+1000110110011Qn100

1101011

00101100112&QQ&14&&3SRCPR’S’不定高電平有效!RDSD設(shè)置初態(tài)為1設(shè)置初態(tài)為03.

觸發(fā)方式▲CP高電平有效：▲CP低電平有效：SDQQRSCRDSRCP(a)高電平觸發(fā)(b)低電平觸發(fā)高電平觸發(fā)低電平觸發(fā)真值表RSQn+100Qn01110011不定SDQQRSCRDSRCP

電平觸發(fā)R－S觸發(fā)器的邏輯符號(hào)[例13.2.1]已知高電平觸發(fā)R－S

觸發(fā)器的CP、R、S波形，且Qn＝0，畫出其Q

端的輸出波形。RSCP1234Q空翻[解]例:邏輯電路如圖所示,當(dāng)A=“1”，RD=SD=“1”，R=“0”時(shí)，CP脈沖來(lái)到后RS觸發(fā)器（）。(a)置“0”(b)置“1”(c)保持原狀態(tài)

≥1ASCRDRSDQQ二.J－K觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)CPSD主觸發(fā)器JKRD主觸發(fā)器：S=JQnR=KQnSCRQQSCR從觸發(fā)器主觸發(fā)器打開(kāi)從觸發(fā)器關(guān)閉1Q’Q’0CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器主觸發(fā)器關(guān)閉從觸發(fā)器打開(kāi)=Q’1002.邏輯功能JKQn+100011011Qn01010001011000110

CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器Q’Q’110011

010100

CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器Q’Q’JKQn+100Qn01

010112.邏輯功能0010CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器Q’Q’10JKQn+100Qn01

0101112.邏輯功能111

01100

1010JKQn+100Qn01

010

111CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器Q’Q’2.邏輯功能111

01

01010

01CPSD主觸發(fā)器JKRDSCRQQSCR從觸發(fā)器Q’Q’QnJKQn+100Qn010101112.邏輯功能●

后沿主從觸發(fā)●

前沿主從觸發(fā)3.觸發(fā)方式●

CP=1（或

0）時(shí)主觸發(fā)器接收信號(hào)，從觸發(fā)器關(guān)閉；●

CP=0（或

1）時(shí)主觸發(fā)器關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的信號(hào)；

——主從觸發(fā)。JKQn+100Qn01010111

Qn真值表CPSDQQKJCRDJKCPQQSDKJCRDJKCP前沿處，主觸發(fā)器接收信號(hào)后沿處，從觸發(fā)器接收信號(hào)(a)后沿主從觸發(fā)(b)前沿主從觸發(fā)前沿處，從觸發(fā)器接收信號(hào)后沿處，主觸發(fā)器接收信號(hào)

主從觸發(fā)J－K觸發(fā)器的邏輯符號(hào)例：后沿主從觸發(fā)的JK觸發(fā)器，已知CP、J、K波形，且Qn＝0。畫出觸發(fā)器的

Q端波形。CJKQ下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)SDQQKJCRDJKCP[例題]已知

CP的波形，且

J=1，K=1，Qn＝0

。畫出觸發(fā)器的

Q端波形。CP12345678SDQQKJCRDJKCPQ0翻轉(zhuǎn)時(shí)刻？計(jì)數(shù)狀態(tài)●累加

1●分頻：fi=1000Hzfo=500Hzfifo÷2例:

邏輯電路如圖所示，當(dāng)A=“1”時(shí)，脈沖來(lái)到后JK

觸發(fā)器（）。(a)具有計(jì)數(shù)功能(b)置“0”(c)置“1”

&&123456DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&&&&SDRDCPQQ三.D觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)

D

觸發(fā)器電路2.邏輯功能:(1)當(dāng)CP=0

時(shí):0S=R=111門5和門6打開(kāi)，可接受輸入信號(hào)DB=DA=DD

=11&34&QDSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線Q&56&CP&12&SDRD=D門3和門4關(guān)閉，11DD110(2)當(dāng)CP由0變1

時(shí)，門3和門4打開(kāi)，(3)當(dāng)CP=1

時(shí)，輸入信號(hào)被封鎖。則

Q=DS=

DR=D=DD=&34&QDSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線Q&56&CP&12&SDRD=D(3)當(dāng)CP=1

時(shí)輸入信號(hào)被封鎖門3和門4始終打開(kāi)，S和R的狀態(tài)是互補(bǔ)的。如果：

R

=D=0門6被關(guān)閉！

D的變化不能傳遞到S、R端。DD&34&QDSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線Q&56&CP&12&SDRD1110=10=11=

=0101=0如果

S

=D=0

門4和門5同時(shí)被關(guān)閉！

D的變化不能傳遞到S、R端。0==1DD&34&QDSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線Q&56&CP&12&SDRD11真值表01DQn+101CPQQRDSDDCDCPRDSDDCDCPQQ(a)上升沿觸發(fā)(b)下升沿觸發(fā)3.觸發(fā)方式在跳變沿觸發(fā)。

邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器的邏輯符號(hào)[例]已知上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器D

端的輸入信號(hào)波形，且

Qn＝0

，畫出觸發(fā)器的

Q端波形。1234QCPDD的變化對(duì)Q無(wú)影響[解]例:

邏輯電路如圖所示，A=“0”

時(shí)，脈沖來(lái)到后D觸發(fā)器（）。(a)具有計(jì)數(shù)器功能

(b)置“0”(c)置“1”四.T觸發(fā)器（觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換）真值表T

Qn+1SDQQKJCRDJKCP1.將主從型J－K觸發(fā)器改接成T觸發(fā)器TCPJ=K=01——Qn+1=Qn——Qn+1=Qn01QnQnSDQQKJCRDJKCPTCPSDQQTCRDTCP(a)改接方法(b)邏輯符號(hào)

J－K觸發(fā)器改為T

觸發(fā)器主從觸發(fā)T

觸發(fā)器2.將維持阻塞型

D觸發(fā)器改接成

T觸發(fā)器邊沿觸發(fā)T

觸發(fā)器RDSDQQDCDCP=1TCPRDSDQQTCTCP(a)改接方法(b)邏輯符號(hào)

D觸發(fā)器改為T

觸發(fā)器例:邏輯電路如圖所示,各觸發(fā)器的初始狀態(tài)為零，已知D，C

的波形,試畫出輸出的波形。觸發(fā)器應(yīng)用舉例例：四人搶答電路。四人參加比賽，每人一個(gè)按鈕，其中一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈亮。并且，其它按鈕按下時(shí)不起作用。

電路的核心是四D觸發(fā)器74LS175。它的內(nèi)部包含了四個(gè)D觸發(fā)器，各輸入、輸出以字頭相區(qū)別。CLRD

CPQCLRD

CPQCLRD

CPQCLRD

CPQ1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3DUSC公用清零公用時(shí)鐘四D觸發(fā)器74LS175管腳圖+5VD1D2D3D4

CLRCP賽前先清零0輸出為零發(fā)光管不亮CP&1&2&2清零000D1D2D3D4

CLRCP+5V反相端都為11開(kāi)啟CP&1&2&2清零11110D1D2D3D4

CLRCP+5V若有一按鈕被按下，比如第一個(gè)鈕。=00被封這時(shí)其它按鈕被按下也沒(méi)反應(yīng)。0CP&1&2&2清零00001113.3寄存器◆按功能分?jǐn)?shù)碼寄存器移位寄存器串行并行◆按存取數(shù)碼的方式上一頁(yè)下一節(jié)返回用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)或指令,然后根據(jù)需要取出數(shù)碼。寄存器分類：一.數(shù)碼寄存器DCP一個(gè)D觸發(fā)器組成1位的數(shù)碼寄存器CP上升沿,Q=DCP高電平、低電平、下降沿，Q均不變RDSDDCPQQQ4Q3Q2Q1&&&&QQDQQDQQDQQDA1A2A3A4RD取數(shù)脈沖接收脈沖(CP)四位數(shù)碼寄存器:111011101110特點(diǎn)：數(shù)碼從四個(gè)存入端同時(shí)存入，從四個(gè)取出端同時(shí)取出。又稱并行輸入并行輸出寄存器。待存數(shù)碼為11010000寄存指令取出指令數(shù)碼寄存器由8D集成電路74LS273組成8位二進(jìn)制數(shù)寄存器D3D2D1D0CPQ3Q2Q1Q0RD+5V74LS2731D8D1Q8Q8D寄存器Q4Q5Q6Q7D4D5D6D7CP8位二進(jìn)制數(shù)D7~D0二.移位寄存器

所謂“移位”，就是指寄存的數(shù)碼可以在每個(gè)移位脈沖的作用下，向左或向右移動(dòng)一位。根據(jù)移位方向，常把它分成三種：寄存器左移(a)寄存器右移(b)寄存器雙向移位(c)數(shù)碼存入端數(shù)碼取出端用D觸發(fā)器組成的四位右移寄存器清零1

1

0

11011000010000

10

01

0

1

01

1

0

1CPQ4Q3Q2Q1D4DCRDRDDCDCDCRDRDD3D2D1下一頁(yè)上一頁(yè)下一節(jié)返回上一節(jié)移位脈沖CP1234低高移位清零DCDCDCDCRDRDRDRDQ4Q3Q2Q1D4CP1

000

0

1

001

10

1

◆取數(shù):

令D4=0，再輸入4個(gè)移位CP脈沖,

1101將從低位到高位按CP節(jié)拍由Q1端輸出◆串行輸入，串行輸出。Q4Q3Q2Q1CP012341

10

1→D40000

1

0

1

0D4→D4→D4→D4→

集成電路雙向移位寄存器(74LS194,國(guó)產(chǎn)CT1194)并行輸入數(shù)據(jù)右移串入數(shù)據(jù)控制端輸出清0端時(shí)鐘左移串入數(shù)據(jù)Q4Q3Q2Q1DSRA4A3A2A1DSL

RDS1S0CP74LS194用雙向移位寄存器74LS194組成節(jié)日彩燈控制電路Q4Q3Q2Q1DSRA4A3A2A1DSL

RDS1S0CP74LS194+5V+5VS1=0,S0=1右移控制Q4Q3Q2Q1DSRA4A3A2A1DSL

RDS1S0CP74LS194+5V1CP1秒Q=0時(shí)LED亮清0按鍵

計(jì)數(shù)器的功能:

累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)；也可以用于定時(shí)、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖等等。

計(jì)數(shù)器的分類:同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器。加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器。用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)容量(或稱模數(shù))來(lái)區(qū)分各種不同的計(jì)數(shù)器，如二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等等。13.4

計(jì)數(shù)器8位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:11111111B=16位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:

二進(jìn)制數(shù)所表示數(shù)的范圍:一、二進(jìn)制計(jì)數(shù)器4位二進(jìn)制表示的最大數(shù)為:1111B=0

0

0

00001001000110100010101100111100010011

1

1

10

0

0

0CP

Q3Q2Q1Q001234567891516………二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)：●

對(duì)CP脈沖累加；●

累加15個(gè)脈沖需要4個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。●

n

個(gè)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能累加(2n－1)個(gè)脈沖下一頁(yè)上一頁(yè)下一節(jié)返回上一節(jié)狀態(tài)表1、異步計(jì)數(shù)器的分析

有的觸發(fā)器直接受輸入計(jì)數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號(hào)作為自己的時(shí)鐘脈沖，故被稱為“異步計(jì)數(shù)器”。例:異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器異步:各觸發(fā)器不同時(shí)翻轉(zhuǎn)Q0D0Q1D1Q2D2Q0Q1Q2CP計(jì)數(shù)脈沖Q3TCQ3FF3Q2TCQ2FF2Q1TCQ1FF1Q0TCQ0FF0CPRDT=1分析步驟：首先寫出各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)條件，了解其觸發(fā)方式。CPQ3Q2Q1Q0Q3Q2Q1Q00123456789…15160000000100100011010001010110011110001001……111100001111111011011100101110101001100001110110……00001111加法計(jì)數(shù)減法計(jì)數(shù)4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表Q0Q1Q2Q314710131516CP00101110010111110000十六分頻四分頻八分頻二分頻下一頁(yè)上一頁(yè)下一節(jié)返回上一節(jié)4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器波形圖異步:各觸發(fā)器不同時(shí)翻轉(zhuǎn),從低位到高位依次翻轉(zhuǎn)

CP的后沿Q0翻轉(zhuǎn)Q0的后沿Q1翻轉(zhuǎn)Q1的后沿Q2翻轉(zhuǎn)Q2的后沿Q3翻轉(zhuǎn)2、同步計(jì)數(shù)器的分析例.三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器Q2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖CP同步：各觸發(fā)器都用同一個(gè)CP脈沖觸發(fā)同時(shí)翻轉(zhuǎn)電路結(jié)構(gòu):低位的Q控制高位的J、K，決定其翻轉(zhuǎn)還是不翻轉(zhuǎn)。

JK＝00時(shí)，不翻轉(zhuǎn)(保持原狀)JK＝11時(shí)，翻轉(zhuǎn)JKQn+100Qn01010111QnQ2Q2J2K2Q1Q1J1K1Q0Q0J0K0&計(jì)數(shù)脈沖三位二進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器CP分析步驟:1.先列寫控制端的邏輯表達(dá)式：J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1Q0：來(lái)一個(gè)CP，它就翻轉(zhuǎn)一次；Q1：當(dāng)Q0＝1時(shí)，它可翻轉(zhuǎn)一次；Q2：只有當(dāng)Q1Q0＝11時(shí)，它才能翻轉(zhuǎn)一次。2.根據(jù)控制端的邏輯表達(dá)式分析各輸出端的翻轉(zhuǎn)條件：3.畫波形或?qū)憼顟B(tài)表：二、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器0000000100100011010001010110011110001001CPQ3Q2Q1Q0012345678910十進(jìn)制數(shù)BCD碼0123456789進(jìn)位0000上一頁(yè)下一節(jié)返回上一節(jié)J0＝K0＝11J1＝Q3Q0J2＝K2＝Q1Q0J3＝Q2Q1Q0，K3＝Q00

0

0

0K1＝Q00

1

1

111

11

1

1

1

0

0

000

00

0

0

1

0

0

101

00

0

10