第11章 时序逻辑电路课件.ppt

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1、 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点 同步时序逻辑电路的分析方法同步时序逻辑电路的分析方法 寄存器和计数器的逻辑功能及使用方法寄存器和计数器的逻辑功能及使用方法 脉冲波形产生和整形方法脉冲波形产生和整形方法触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。它有两个稳定的状态：它有两个稳定的状态：0状态和状态和1状态；状态；在不同的输入情况下，它可以被置成在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或状态或1状状态；态；当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。所以，

2、触发器可以记忆所以，触发器可以记忆1位二值信号。根据逻辑功能位二值信号。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为的不同，触发器可以分为RS触发器、触发器、D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T和和T 触发器；按照结构形式的不同，又触发器；按照结构形式的不同，又可分为基本可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。边沿触发器。11.1.1 基本基本RS触发器触发器11.1.2 RS触发器触发器信号输入端，低电平有效。信号输入端，低电平有效。信号输出端，信号输出端，Q=0、Q=1的状态称的状态称0状态，状态，Q=1、Q=0的状态称的状态称1状态，状态，1.

3、 基本基本RS触发器触发器10010 1001101 0111100 101 011 1不变1000110 101 011 1不变0 0不定功能表功能表由或非门构成的基本由或非门构成的基本RS触发器。触发器。基本基本RSRS触发器的特点触发器的特点例例：已知由与非门构成的基本：已知由与非门构成的基本RS触发器的输入端波形如触发器的输入端波形如图所示，对应画出输出的波形。图所示，对应画出输出的波形。例例：已知由与非门构成的基本：已知由与非门构成的基本RS触发器的输入端波形如触发器的输入端波形如图所示，对应画出输出的波形。图所示，对应画出输出的波形。2. 同步同步RS触发器触发器（1）时钟电平控制

4、。在）时钟电平控制。在CP=1期间接收输入信号，期间接收输入信号，CP=0时状态保持不变，即输入信号只在时状态保持不变，即输入信号只在CP=1期间起作用。期间起作用。（2）R、S之间有约束。不能允许出现之间有约束。不能允许出现R和和S同时为同时为1的情的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。况，否则会使触发器处于不确定的状态。 功能表功能表3. 主从主从RS触发器触发器CP=1期间接收输入信号，期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转。但其仍下降沿到来时触发翻转。但其仍然存在着约束问题，即在然存在着约束问题，即在CP=1期间，输入信号期间，输入信号R和和S不能同时不能同时为为1。4. 边沿边

5、沿RS触发器触发器边沿边沿RS触发器的输出只在触发器的输出只在CP的边沿到来时随输入信号而变化。的边沿到来时随输入信号而变化。 5. RS触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 （1）特性表）特性表 （2）特性方程）特性方程 01RSQRSQnn（3）状态转换图）状态转换图 （4）波形图）波形图 11.1.3 JK触发器触发器1. JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号 2. JK触发器的逻辑功能及其描述触发器的逻辑功能及其描述 （1）特性表）特性表 （2）特性方程）特性方程 nnnQKQJQ1（3）状态转换图）状态转换图 （4）波形图）波形图 （4）波形图）波形图 （4）波形

6、图）波形图 11.1.4 其它类型的触发器其它类型的触发器1. D触发器触发器 DQn12. T触发器触发器 QTQTQnnn13. T触发器触发器 nnQQ1即即T触发器只具有翻转功能，是一种计数型触发器。触发器只具有翻转功能，是一种计数型触发器。 11.2 同步时序逻辑电路的分析同步时序逻辑电路的分析 一、时序逻辑电路的特点一、时序逻辑电路的特点 1. 功能上：功能上： 任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原任一时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来的状态有关来的状态有关。 2. 电路结构上电路结构上包含存储电路和组合电路包含存储电路和组合电路存储器状态和输入变量共同决定

7、输出存储器状态和输入变量共同决定输出11.2.1 时序电路的特点及分类时序电路的特点及分类二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法二、时序电路的一般结构形式与功能描述方法可以用三个方程组来描述：可以用三个方程组来描述：),(),(),(QXFYqqqxxxfyqqqxxxfylijli输输出出方方程程21211212111),(),(),(QXGZqqqxxxgzqqqxxxgzlikli驱驱动动方方程程21211212111),(*),(),(*QZHQqqqzzzhqqqqzzzhqlillli状态方程状态方程2121212111三、时序电路的分类三、时序电路的分类1. 同步时序电路与异步

8、时序电路同步时序电路与异步时序电路同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的同步：存储电路中所有触发器的时钟使用统一的clk,状态变状态变化发生在同一时刻化发生在同一时刻异步：没有统一的异步：没有统一的clk,触发器状态的变化有先有后触发器状态的变化有先有后2. Mealy型和型和Moore型型Mealy型：型： Moore型：型： 仅仅取取决决于于电电路路状状态态有有关关、与与 )( ),(QFYQXQXFY11.2.2 同步时序电路的分析方法同步时序电路的分析方法分析：找出给定时序电路的逻辑功能分析：找出给定时序电路的逻辑功能即找出在输入和即找出在输入和CLK作用下，电路的次态和输出。作用

9、下，电路的次态和输出。一般步骤：一般步骤：从给定电路写出存储电路中每个触发器的从给定电路写出存储电路中每个触发器的驱动方程驱动方程（输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程（输入的逻辑式），得到整个电路的驱动方程。将驱动方程代入触发器的特性方程，得到将驱动方程代入触发器的特性方程，得到状态方程。状态方程。从给定电路写出从给定电路写出输出方程。输出方程。例：例：或或在数字电路中，用于存储一组二值代码的电子电路叫在数字电路中，用于存储一组二值代码的电子电路叫做数码寄存器，简称寄存器做数码寄存器，简称寄存器 寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一

10、个触发器可以存储一个触发器可以存储1位二进制代码，存放位二进制代码，存放n位二进制位二进制代码的寄存器，需用代码的寄存器，需用n个触发器来构成。个触发器来构成。 11.3.1 寄存器寄存器1数码寄存器数码寄存器4位寄存器位寄存器74LS175（74HC175）的结构图）的结构图 4位寄存器位寄存器74LS175（74HC175）的功能表）的功能表 2. 移位寄存器移位寄存器输入现态次态Di CPnnnnQQQQ3210 13121110 nnnnQQQQ说明1 1110 0 0 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 0 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 1连续输入4个 1

11、2. 移位寄存器移位寄存器集成双向移位寄存器集成双向移位寄存器74LS19474LS194能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。能够记忆输入脉冲个数的电路称为计数器。计计数数器器二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器N进制计数器进制计数器加法计数器加法计数器同步计数器同步计数器异步计数器异步计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器二进制计数器二进制计数器十进制计数器十进制计数器N进制计数器进制计数器1 1、异步计数器、异步计数器由于由于3个触发器都接成了个触发器都接成了T触发器，所以最低位触发器触发器，所以最低位触发器

12、F0每来一个时钟脉冲的下降沿（即每来一个时钟脉冲的下降沿（即CP由由1变变0）时翻转一次，）时翻转一次，而其他两个触发器都是在其相邻低位触发器的输出端而其他两个触发器都是在其相邻低位触发器的输出端Q由由1变变0时翻转，即时翻转，即F1在在Q0由由1变变0时翻转，时翻转，F2在在Q1由由1变变0时翻转。时翻转。(1)(1)异步二进制计数器异步二进制计数器CPQ0Q1Q2波形图波形图FF0每输入一个时钟脉每输入一个时钟脉冲翻转一次。冲翻转一次。FF1在在Q0由由1变变0时翻转。时翻转。FF2在在Q1由由1变变0时翻转。时翻转。二分频二分频四分频四分频八分频八分频（2 2）异步二进制减法计数器）异步

13、二进制减法计数器CPQ0Q1Q2F0每输入一个时钟脉冲翻每输入一个时钟脉冲翻转一次，转一次， F1在在Q0由由1变变0时时翻转，翻转， F2在在Q1由由1变变0时翻时翻转。转。2 2、同步计数器、同步计数器) 1, 2 , 1(100121ni QQQQQTijjiii2 2、同步计数器、同步计数器中规模集成的中规模集成的4位同步二进制加法计数器位同步二进制加法计数器 74LS16l 3. 集成计数器的改接集成计数器的改接 1. N M原理：计数循环过程中设法跳过原理：计数循环过程中设法跳过NM个状态。个状态。具体方法：置零法具体方法：置零法 置数法置数法例：将十进制的例：将十进制的74160

14、接成五进制计数器接成五进制计数器作用时间短作用时间短信号信号缺点：置缺点：置0在在SM时发信号时发信号单独引进位单独引进位C置数法置数法 (a)置入置入0000在在SM-1时发信号给时发信号给LD，置数为，置数为0000。单独引进位单独引进位C。置数法置数法 (b)置入置入1001（最大数）（最大数）在在SM-2时发信号给时发信号给LD，置数为，置数为1001。用原来的进位用原来的进位C。置数法置数法 (c)置入置入0101（最小数）（最小数）在在SN-1时发信号给时发信号给LD，置数为，置数为SN-M 。用原来的进位用原来的进位C。2. N MM=N1N2先用前面的方法分别接成先用前面的方法

15、分别接成N1和和N2两个计数器。两个计数器。N1和和N2间的连接有两种方式：间的连接有两种方式：a.并行进位方式：用同一个并行进位方式：用同一个CLK，低位片的进位输出作为高，低位片的进位输出作为高位片的计数控制信号（如位片的计数控制信号（如74160的的EP和和ET）b.串行进位方式：低位片的进位输出作为高位片的串行进位方式：低位片的进位输出作为高位片的CLK，两，两片始终同时处于计数状态片始终同时处于计数状态例：用例：用74160接成接成32进制计数器进制计数器 串行进位法串行进位法首先将第（首先将第（1）片）片74LS160分别接成分别接成4进制计数器，第（进制计数器，第（2）片）片74

16、LS160接成接成8进制的计数器，然后将第（进制的计数器，然后将第（1）片的）片的C经反相器经反相器连接到第（连接到第（2）片的）片的CP端。两片端。两片74LS160的的EP、ET恒为恒为1，始终处于计数状态。始终处于计数状态。 例：用例：用74160接成接成32进制计数器进制计数器 并行进位法并行进位法并行进位法的连接电路如图并行进位法的连接电路如图11-40所示。将两片所示。将两片74LS160的的CP端同时接计数脉冲信号，将第（端同时接计数脉冲信号，将第（1）片）片74LS160的进位输出的进位输出C接第（接第（2）片）片74LS160的的EP、ET输入端，构成并行进位。输入端，构成并

17、行进位。 例：用例：用74160接成接成32进制计数器进制计数器 整体复位法整体复位法 所谓整体复位法，是首先将两片所谓整体复位法，是首先将两片N进制计数器按最简单的方进制计数器按最简单的方式接成一个式接成一个N N进制的计数器，然后在计数器计为进制的计数器，然后在计数器计为SM状态状态时使异步复位信号时使异步复位信号=0，将两片，将两片N进制计数器同时复位，这种进制计数器同时复位，这种方式的基本原理和方式的基本原理和MN时的复位法相同。时的复位法相同。 例：用例：用74160接成接成32进制计数器进制计数器 整体置数法整体置数法整体置数方式的原理与整体置数方式的原理与MN时的置数法类似。首先

18、将两片时的置数法类似。首先将两片N进制计数器接成一个进制计数器接成一个N N进制的计数器，然后在选定的某一进制的计数器，然后在选定的某一状态下译出状态下译出=0信号，将两个信号，将两个N进制计数器同时置入适当的数进制计数器同时置入适当的数据，跳过多余的状态，获得据，跳过多余的状态，获得M进制计数器。进制计数器。 。 10.4 脉冲波形的产生脉冲波形的产生 10.4.1 集成集成555定时器定时器 一、电路结构一、电路结构 555定时器是一种数字定时器是一种数字-模拟混合集成电路，只要外模拟混合集成电路，只要外接少量的阻容元件，就可以很方便地构成脉冲产生及接少量的阻容元件，就可以很方便地构成脉冲

19、产生及整形电路。整形电路。 入入的的关关系系）二二、功功能能表表（输输出出与与输输11.4.2 由由555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器1施密特触发器及其特性施密特触发器及其特性 2用用555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器滤波电容滤波电容CC1CC1C2CCCCCC2C,001,0,1,1;10,1,0VVVVQVVuVVVVQVVuTIiTIi33132321 使电路状态发生转变，使电路状态发生转变，时时到到，即，即触发器置触发器置时，时，当当使电路状态发生转变，使电路状态发生转变，时时到到，即，即触发器置触发器置时，时，当当11.4.3 由由555定时器构成单稳

20、态触发器定时器构成单稳态触发器1单稳态触发器及其特性单稳态触发器及其特性 单稳态触发器具有如下特点：单稳态触发器具有如下特点：第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第一，它有稳态和暂稳态两个不同的工作状态；第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，第二，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回稳态；第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数，与触发脉冲的宽度和幅度无关。与触发脉冲的宽度和幅度无关。 2用用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器输出脉冲宽度 tp。 tp1.1RC11.4.4 由由555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器1多谐振荡器及其特性多谐振荡器及其特性 多谐振荡器输出的两个状态都不是稳定状态，因此，多多谐振荡器输出的两个状态都不是稳定状态，因此，多谐振荡器又称无稳电路。谐振荡器又称无稳电路。 2用用555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器CRRTTT)2(2ln21212ln)2(1121CRRTf