電工與電子技術(shù)基礎(chǔ) 第14章 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和時(shí)序邏輯電路

第14章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與

時(shí)序邏輯電路14.1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器14.2寄存器14.3計(jì)數(shù)器數(shù)字電路組合邏輯電路時(shí)序邏輯電路由邏輯門(mén)組成由觸發(fā)器組成輸出信號(hào)隨著輸入信號(hào)消失輸出信號(hào)沒(méi)有消失。具有記憶功能！返回14.1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出狀態(tài)為0或1；輸出狀態(tài)不僅和現(xiàn)時(shí)的輸入有關(guān)，還與原來(lái)的輸出狀態(tài)有關(guān)；雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有記憶功能。目前常用的有R-S觸發(fā)器、D型觸發(fā)器、J－K觸發(fā)器等。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的內(nèi)部由邏輯門(mén)組成；返回14.1.1R-S觸發(fā)器

1.基本R-S觸發(fā)器反饋線兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸出端，狀態(tài)相反。負(fù)脈沖低電平使觸發(fā)器輸出0或1。邏輯功能分析：設(shè)原狀態(tài)：0101110輸出仍保持：0返回設(shè)原狀態(tài)：1001110輸出變?yōu)椋篟D=0,SD=1時(shí),不論原來(lái)狀態(tài)如何，Q=0。0返回設(shè)原狀態(tài)：0110011輸出變?yōu)椋?返回設(shè)原狀態(tài)：1010011輸出仍為：0RD=1,SD=0時(shí),不論原來(lái)狀態(tài)如何，Q=1。返回設(shè)原狀態(tài)：011110輸出仍為：100返回設(shè)原狀態(tài)：101101輸出仍為：011RD=1,SD=1時(shí),Q保持原來(lái)狀態(tài)不變。返回設(shè)原狀態(tài)：01001輸出全為1，實(shí)際工作中這是不允許出現(xiàn)的！因?yàn)椋?dāng)RD、SD的低電平信號(hào)消失后，輸出端的狀態(tài)不能確定。1當(dāng)RD=SD=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，翻轉(zhuǎn)快的門(mén)輸出變?yōu)?，另一個(gè)不翻轉(zhuǎn)。例如，B門(mén)翻轉(zhuǎn)快...11001返回真值表:1101010100不定同時(shí)變1后輸出狀態(tài)不能確定。置1端置0端基本R-S觸發(fā)器是其它觸發(fā)器組成的一部分，其作用是預(yù)置其它觸發(fā)器的初始狀態(tài)。返回2.可控R－S觸發(fā)器由基本R－S觸發(fā)器外加兩個(gè)導(dǎo)引門(mén)和時(shí)鐘脈沖控制端組成。直接置0端或置1端時(shí)鐘脈沖控制端C=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變；C=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)由輸入信號(hào)決定。時(shí)鐘脈沖的控制作用：返回邏輯功能分析：設(shè)原狀態(tài)：C=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變。1101由置0端加負(fù)脈沖實(shí)現(xiàn)。1C=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)由R和S決定。1010110R=0,S=1時(shí),Q＝1。01返回設(shè)原狀態(tài)：0111010110R=1,S=0時(shí),Q＝0。1C=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)由R和S決定。返回設(shè)原狀態(tài)：011001110R=0,S=0時(shí),Q＝0不變。1C=1時(shí)100返回C=1時(shí)，R=0,S=0時(shí),Q＝1不變。101001111010設(shè)原狀態(tài)：1R=0,S=0時(shí),不論原來(lái)狀態(tài)如何，Q保持不變。返回設(shè)原狀態(tài)：01111001R=1,S=1時(shí),Q的狀態(tài)不定。1C=1時(shí)1返回真值表:1100000111不定禁態(tài)，時(shí)鐘脈沖消失后，輸出狀態(tài)不能確定。置1端置0端前沿觸發(fā)可控R－S觸發(fā)器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是組成計(jì)數(shù)器時(shí)存在空翻，因此不常用。返回14.1.2J-K觸發(fā)器

主從型J－K觸發(fā)器是由兩個(gè)可控R－S觸發(fā)器外加一個(gè)非門(mén)組成。其中F1和F2為R—S觸發(fā)器。主觸發(fā)器從觸發(fā)器時(shí)鐘脈沖反饋線返回功能分析：時(shí)鐘沒(méi)來(lái)之前，首先將觸發(fā)器置0，即C=0時(shí),主觸發(fā)器不工作，從觸發(fā)器工作，接收信息。0C=1時(shí)，主觸發(fā)器工作，從觸發(fā)器不工作；01001返回（1）J=1,K=00當(dāng)C=1時(shí)，主觸發(fā)器工作，從觸發(fā)器不工作；1010001返回（1）J=1,K=00101010當(dāng)C=0時(shí)，主觸發(fā)器不工作，從觸發(fā)器工作；接收信息。011后沿返回（2）J=1,K=10當(dāng)C=1時(shí)，主觸發(fā)器工作，從觸發(fā)器不工作；1110001返回（2）J=1,K=10111010當(dāng)C=0時(shí)，主觸發(fā)器不工作，從觸發(fā)器工作；接收信息。011后沿返回（2）J=1,K=11當(dāng)C=1時(shí)，主觸發(fā)器工作，從觸發(fā)器不工作；1110110返回（2）J=1,K=111110110當(dāng)C=0時(shí)，主觸發(fā)器不工作，從觸發(fā)器工作；接收信息。010由上分析可見(jiàn)：當(dāng)J=1，K=1時(shí)，在時(shí)鐘脈沖的后沿來(lái)到時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，原來(lái)是0就翻成1，原來(lái)是1就翻成0。返回真值表真值表和邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)應(yīng)用：組成分頻器、寄存器和計(jì)數(shù)器。觸發(fā)器后沿翻轉(zhuǎn)返回CKJ【例14.1】已知J－K觸發(fā)器的輸入波形如圖所示，試畫(huà)出的波形。返回【例14.2】已知J－K觸發(fā)器如圖所示，試畫(huà)出在時(shí)鐘脈沖的作用下，輸出端Q的波形。解J-K觸發(fā)器接成計(jì)數(shù)狀態(tài)，組成2分頻器。返回14.1.3D觸發(fā)器

為了解決空翻問(wèn)題，由六個(gè)與非門(mén)組成維持阻塞型D觸發(fā)器，邏輯電路如圖所示。&e&f&c&d&a&bDC邏輯符號(hào)觸發(fā)器前沿翻轉(zhuǎn)一個(gè)輸入端返回其翻轉(zhuǎn)過(guò)程請(qǐng)自行分析。真值表D觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)變化。返回CD【例14.3】畫(huà)出D觸發(fā)器的輸出波形。返回【例14.4】畫(huà)出D觸發(fā)器的輸出波形。解(74LS73)J-K觸發(fā)器的管腳圖(74LS74)D觸發(fā)器的管腳圖返回14.2寄存器寄存器：數(shù)碼寄存器和移位寄存器。寄存器的組成：觸發(fā)器及其附加邏輯門(mén)。寄存數(shù)碼的位數(shù)：n個(gè)觸發(fā)器可以寄存n位數(shù)碼。寄存數(shù)碼的輸入方式：并行輸入與串行輸入。寄存數(shù)碼的輸出方式：并行輸出與串行輸出。返回返回14.2.1數(shù)碼寄存器

【例14.5】四位數(shù)碼寄存器分析：送入寄存數(shù)碼1

0

1

1清零0000寄存數(shù)碼0

1

0

01

0

1

1取出數(shù)碼1

0

1

1返回14.2.2移位寄存器

移位：來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，寄存器就寄存一位數(shù)碼，所存的數(shù)碼在時(shí)鐘脈沖的作用下，向左或向右移動(dòng)。根據(jù)移位的方向，分成左移寄存器、右移寄存器和雙向移位寄存器。寄存數(shù)碼的輸入、輸出方式：1.串行輸入、串行輸出；2.串行輸入、并行輸出；3.并行輸入、串行輸出；4.并行輸入、并行輸出；【例14.6】四位左移寄存器數(shù)碼左移一位清零左移控制端為高電平0

0

0

01C=1,送最高位1100001

0

0

0C=2,送次高位111111返回左移控制端左移：在移位脈沖作用下，寄存器中的數(shù)碼依次由高位向低位移動(dòng)一位，稱為左移。反之，稱為右移。數(shù)碼左移二位寄存數(shù)碼：1101工作原理分析：C=3,送次低位00

0

0

01100001

0

0

011111數(shù)碼左移三位0101011C=4,送最低位1110111011數(shù)碼左移四位經(jīng)4個(gè)移位脈沖，數(shù)碼1101存入寄存器中。若要串行取出1101，需經(jīng)4個(gè)時(shí)鐘脈沖，從最低位觸發(fā)器的輸出端取出。返回左移控制端74LS173四位寄存器：并入、并出工作方式。14.2.3集成寄存器簡(jiǎn)介

送數(shù)控制端，低電平有效。取數(shù)控制端，低電平有效。清零端，高電平有效。寄存指令，高電平有效。返回返回清零寄存數(shù)碼過(guò)程：送數(shù)控制端置00接入時(shí)鐘脈沖加入寄存數(shù)碼

10

101010數(shù)碼被寄存取數(shù)控制端置00取出1010

10

10

10

10返回14.3計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器：累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)?？梢赃M(jìn)行加法計(jì)數(shù)、減法計(jì)數(shù)及可逆計(jì)數(shù)。工作方式：二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器種類：N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器；同步和異步。返回14.3.1二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器

異步：時(shí)鐘脈沖只加在最低位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖端，相鄰高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖由相鄰低位觸發(fā)器的輸出信號(hào)提供。因此各個(gè)觸發(fā)器輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間不同，故被稱為異步?！纠?4.7】三位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。1.異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。返回分析步驟:1.寫(xiě)出輸入端的邏輯表達(dá)式J2=K2=1J1=K1=1J0=K0=1返回

C0000111120103011451016711182.列狀態(tài)表111111111111111111111111111111111111111111111111111100001011000返回

C000011201030114510167111800001011000計(jì)數(shù)器輸出波形：返回同步：時(shí)鐘脈沖同時(shí)加在各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖端，因此各觸發(fā)器輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間相同，故被稱為同步?！纠?4.8】三位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。2.同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。返回分析步驟:1.寫(xiě)出輸入端的邏輯表達(dá)式J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1返回

C000000001111

00001111201000001130111111114100000011510100

1111611000

0011711111

111180002.列狀態(tài)表返回14.3.2N進(jìn)制計(jì)數(shù)器

N進(jìn)制計(jì)數(shù)器：【例14.9】N進(jìn)制計(jì)數(shù)器。返回【例14.9】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。1.輸入端的表達(dá)式2.狀態(tài)表0123經(jīng)過(guò)三個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就循環(huán)一次，其功能是三進(jìn)制計(jì)數(shù)器3.功能返回【例14.10】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。1.輸入端的表達(dá)式異步計(jì)數(shù)器返回2.狀態(tài)表

C0000110110011101210011013011111410011111111111015000103.功能經(jīng)過(guò)三個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就循環(huán)一次，其功能是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器返回14.3.3集成計(jì)數(shù)器

1.CT4090(74LS90)

集成計(jì)數(shù)器

74LS90

內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)電路，一個(gè)是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(C0為時(shí)鐘，Q0為輸出端)，另一個(gè)是五進(jìn)制計(jì)數(shù)器(C1為時(shí)鐘，Q3Q2Q1為輸出端)。內(nèi)部邏輯電路CT4090(74LS90)

計(jì)數(shù)器是2－5－10進(jìn)制計(jì)數(shù)器。返回置9端，高電平有效。置0端，高電平有效。返回【例14.11】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。置0端、置9端接地，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。N1計(jì)數(shù)器接成十進(jìn)制，從Q3Q2Q1Q0輸出；每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)一次。

N2計(jì)數(shù)器接成二進(jìn)制，從Q02輸出，每來(lái)十個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)一次。

返回20進(jìn)制計(jì)數(shù)器的波形：返回2.CT4093(74LS93)

集成計(jì)數(shù)器

74LS93內(nèi)部含有兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)電路，一個(gè)是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器(C0為時(shí)鐘，Q0為輸出端)，另一個(gè)是八進(jìn)制計(jì)數(shù)器(C1為時(shí)鐘，Q3Q2Q1為輸出端)。返回CT4093(74LS93)

計(jì)數(shù)器是2－8－16進(jìn)制計(jì)數(shù)器。返回置0端，高電平有效。返回【例14.12】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。置0端接地，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。N1計(jì)數(shù)器接成十六進(jìn)制，從Q3Q2Q1Q0輸出；每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)一次。

N2計(jì)數(shù)器接成二進(jìn)制，從Q02輸出，每來(lái)十六個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)一次。

返回返回3.用反饋歸零法組成其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器。為了增加集成計(jì)數(shù)器的進(jìn)制種類，可以采用反饋歸零法得到二到十六進(jìn)制之間的多種進(jìn)制計(jì)數(shù)器。返回反饋歸零法：將計(jì)數(shù)器的任意輸出端和清零端連接在一起，當(dāng)輸出端為高電平時(shí)，清零端立刻清零，強(qiáng)迫計(jì)數(shù)器回零?！纠?4.13】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。解這是2-5-10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，置9端接地，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。置0端接到端，第6個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，故為六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。Q2Q1返回過(guò)渡狀態(tài)毛刺六進(jìn)制計(jì)數(shù)器返回【例14.14】分析N進(jìn)制計(jì)數(shù)器的邏輯功能。解這是2-8-16進(jìn)制計(jì)數(shù)器。置0端接到端，第12個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到時(shí)，計(jì)數(shù)器清零，故為12進(jìn)