现代电子线路时序逻辑电路精品文稿.ppt

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1、现代电子线路时序逻辑电路2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.1第1页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.29.1时序逻辑电路时序逻辑电路：电路在某个时刻的输出状态，不仅与该时刻的输入状态有关，还与电路前一时刻的状态有关。即时序逻辑电路具有记忆功能（存储能力）。组合逻辑电路时序逻辑电路框图a1any1ym存储单元z1zkq1qjqjn+1是qjn的次状态（后一时刻的状态）输出方程驱动方程状态方程第2页，本讲稿共58页2022/10/23Schoo

2、l of Physics,Peking University第九章 No.39.2集成单元触发器（双稳态触发器）一、SR触发器1、基本SR触发器电路结构符号当 、时，置位；当 、时，复位；当 、时，、保持不变；当 、时，逻辑关系紊乱，为不定态，应收到约束。置位端复位端&G1G2第3页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.411001111010101111000101000010011 、同时撤消（由0变1）后Q状态不定特性表约束条件：&G1G2第4页，本讲稿共58页2022/10/23School of Phy

3、sics,Peking University第九章 No.52、同步SR触发器&电路结构符号CP（clock pulse）：时钟信号，用于多个触发器的同步控制。当 时，G3、G4被封锁，、保持不变；当 时，G3、G4开门，,当 、时，置位；当 、时，复位；当 、时，、保持不变；当 、时，为不定态。第5页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.6CPSRQnQn+10XX000XX111100111011101001011010000100111110111111特性表约束条件：Qn置1置0Qn不定当CP1时，00X

4、110X1SRQn0100011110化简：约束条件：状态方程第6页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.7例：已知同步SR触发器的输入信号波形，求输出信号波形，设Q的初始值为0。?空翻：在一个时钟脉冲作用下，触发器的状态翻转两次或多次的现象。不定态不定态第7页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.8二、主从触发器1、主从SR触发器&1主触发器从触发器目的：解决空翻问题。原理：用两个同样的同步SR触发器，在互反的时钟脉冲作用下，保证

5、每个时钟周期内输出端的状态最多改变一次。当CP1时，G3、G4封锁，从触发器保持状态，主触发器的输出由S、R的状态决定（可以发生空翻）；当CP由1变0 时，G7、G8被封锁，主触发器的状态由此时的S、R决定，G3、G4解除封锁，从触发器的状态由主触发器决定。电路结构第8页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.9CPSRQnQn+1XXXXQn10011011010001100000001111011111特性表置1置0Qn不定下降沿触发符号约束条件：状态方程第9页，本讲稿共58页2022/10/23School

6、of Physics,Peking University第九章 No.102、主从JK触发器&1目的：去除约束条件。原理：将输出端 、通过反馈线交叉连接R、S，自然满足约束条件SR0。引入反馈线后，S换成了J，R换成了K，成为主从JK触发器。图中 为直接置位端，为直接复位端，低电平有效。电路结构第10页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.11&1电路结构当J1，K0时CP=1，从触发器被封锁，主触发器工作：即Qm置1，则CP由1变0时，Q置1；当J0，K1时即Qm置0，则CP由1变0时，Q置0；第11页，本讲稿

7、共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.12&1电路结构当J0，K0时即Qm不变，则CP由1变0时，Q不变；当J1，K1时若Q0，则G8被封锁，输出为1，G7输出为0，；若Q1，则G7被封锁，输出为1，G8输出为0，；这两种情况可以合并为：，则CP由1变0时，。第12页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.13CPJKQnQn+1XXXXQn10011011010001100000001111011110特性表置1置0下降沿触发符号状态方程第

8、13页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.14例：已知主从JK触发器的输入信号波形，求输出信号波形，设Q的初始值为0。一次变化现象（K1时，主触发器置0，K0时，主触发器保持。）一次变化现象（Q0，G8被封锁，输出始终为1，J1时，主触发器置1，J0时，主触发器状态保持不变。）由于存在一次变化现象，主从JK触发器要求在CP1期间输入状态保持不变。第14页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.15例：已知主从JK触发器的输入信号波形

9、，求输出信号波形。第15页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.16三、维持阻塞D触发器&电路结构目的：解决主从JK触发器的一次变化现象。原理：只在时钟的前沿（或后沿）处才允许触发器发生翻转，其余时间将输入信号封锁（阻塞）。图中 为直接置位端，为直接复位端，低电平有效。维持阻塞D触发器属于边沿触发器。第16页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.17&CP0时，G3、G4输出为1，触发器状态保持不变；G5、G6开门，则CP由0变1后

10、，G3、G4开门，则若D0，Q4随即将G6封锁，若D1，Q3随即将G4、G5封锁，第17页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.18符号CPDQnQn+1XXXQn000010101111特性表上升沿触发状态方程触发器输出状态与输入信号D相同。第18页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.19例：已知D触发器的输入信号波形，求输出信号波形。第19页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking

11、University第九章 No.20四、不同类型触发器之间的转换1、用JK触发器构成T触发器方法：通过比较两种触发器的特征方程，在一种触发器的输入端添加适当的逻辑控制电路，即可构成另一逻辑功能的触发器。比较用JK触发器构成的T触发器T触发器：计数触发器，当T=0时，状态不变；当T=1时，每来一个CP脉冲，状态翻转一次。第20页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.212、用JK触发器构成D触发器比较1用JK触发器构成的D触发器第21页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Pek

12、ing University第九章 No.223、用D触发器构成JK触发器比较用D触发器构成的JK触发器1&第22页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.239.3寄存器一、数据寄存器1、用SR触发器构成的数据寄存器（4位）&寄存由SR触发器构成的数码寄存器寄存脉冲有效时，D=0，复位；D=1，置位。即：第23页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.24由SR触发器构成的4位锁存器7475*Quad Latches第24页，本讲稿共

13、58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.25寄存由D触发器构成的数据寄存器寄存脉冲由0变1时，2、用D触发器构成的数据寄存器（4位）第25页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.26由D触发器构成的4位锁存器74HC175*Quad D-Type Flip-Flop With Clear第26页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.27第27页，本讲稿共58页20

14、22/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.28二、移位寄存器1、由触发器构成的移位寄存器串行输入串行输出并行输出清零移位控制由D触发器构成的4位右移寄存器第28页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.29移位控制脉冲串行输入Di（先高后低）Q0Q1Q2Q30（清零脉冲）X00001D3D30002D2D2D3003D1D1D2D304D0D0D1D2D3状态方程在移位控制脉冲作用下的移位情况第29页，本讲稿共58页2022/10/23School of P

15、hysics,Peking University第九章 No.302、4位双向移位寄存器74HC194*4-Bit Bidirectional Universal Shift Register功能：并行输入；并行输出；串行输入；串行输出。（左移：从QA输出右移：从QD输出）第30页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.3174HC194功能表第31页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.32第32页，本讲稿共58页2022/10/2

16、3School of Physics,Peking University第九章 No.3374HC19474HC194右移串行输入左移串行输入3、74HC194应用举例*、74HC194的级联用两片74HC194级联称为8位双向移动寄存器第33页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.34、74HC194、74HC283构成的移位加法器74HC19474HC28374HC28374HC19474HC19474HC194第34页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking Un

17、iversity第九章 No.35t1：s0s11，并行输入；t2：s01，s10，M、N右移一位；t3：s01，s10，M右移一位，N不变。此时，第35页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.369.4计数器一、计数器的分类按计数进制分二进制计数器二-十进制计数器按触发器的触发方式分同步计数器异步计数器按计数增减趋势分加法计数器减法计数器可逆计数器计数器功能：计数、分频、定时、产生特定的脉冲序列等。第36页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University

18、第九章 No.37二、二进制计数器1清零计数脉冲N用JK触发器构成的异步二进制加法计数器JK触发器的J、K端都接高电平，触发器处于翻转状态（计数状态），每一个时钟脉冲下降沿到来，触发器就翻转一次。1、异步二进制加法计数器第37页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.381234561112131415167891017工作波形第38页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.392、异步二进制减法计数器1置位计数脉冲N用JK触发器构成的

19、异步二进制减法计数器先置位，使Q3Q2Q1Q01111，JK触发器工作于计数状态，FF1FF3的时钟信号由前级的 控制，使Q3Q2Q1Q0的状态随计数脉冲递减。第39页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.401234561112131415167891017工作波形第40页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.41清零计数脉冲N用JK触发器构成的异步二进制可逆计数器&加减控制M1M0，减法计数；M1，加法计数。3、异步二进制可逆计

20、数器置位第41页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.424、同步二进制加法计数器清零计数脉冲N用JK触发器构成的同步二进制加法计数器&第42页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.431234561112131415167891017驱动方程：工作波形第43页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.44三、十进制计数器清零计数脉冲N用JK触发器构成的8

21、421码异步十进制加法计数器1、异步十进制加法计数器&1CO进位输出第44页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.451234561178910驱动方程：第45页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.46清零计数脉冲N用JK触发器构成的8421码同步十进制加法计数器2、8421BCD码同步十进制加法计数器&1CO进位输出第46页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University

22、第九章 No.47驱动方程：状态方程：第47页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.48四、扭环计数器用D触发器构成的扭环计数器驱动方程：状态方程：第48页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.49有效循环无效循环扭环计数器的状态图第49页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.50用D触发器构成的能自启动的扭环计数器1&自启动：经过几个时钟脉冲后，计数

23、器能自动进入有效循环第50页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.51附、简单时序逻辑电路的设计*设计的一般步骤对要实现的逻辑功能进行逻辑抽象，确定输入变量、输出变量、以及各状态间的时序关系；列出状态转换表或画出状态转换图；状态化简；确定触发器的类型和数量；写出状态方程、驱动方程；检查自启动能力。第51页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.52例、用JK触发器实现六进制加法计数器Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+100

24、0001001010010011011100100101101000110111状态转换表000001010011100101Q2Q1Q0状态转换图第52页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.53Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1000001001010010011011100100101101000110111001010XXQ2n0100011110Q1nQ0nQ2n+1卡诺图010100XXQ2n0100011110Q1nQ0nQ1n+1卡诺图100110XXQ2n0100011110Q1n

25、Q0nQ0n+1卡诺图第53页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.54比较JK触发器的状态方程：可得驱动方程：第54页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.55J2K2J1K1J0K0Q2Q1Q00 X0X 1X0000 X1X X10010 XX0 1X0101 XX1 X1011X 00X 1X100X 10X X1101X11XX1XXQ20100011110Q1Q001XX00XXQ20100011110Q1Q01XX11

26、XXXQ20100011110Q1Q0XX10XXXXQ20100011110Q1Q0方法二：第55页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.56J2K2J1K1J0K0Q2Q1Q00 X0 X 1X0000 X1 X X10010 XX0 1X0101 XX1 X1011X 00 X 1X100X 10 X X11010010XXXXQ20100011110Q1Q0XXXX01XXQ20100011110Q1Q0第56页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.57清零计数脉冲N用JK触发器构成的同步六进制加法计数器第57页，本讲稿共58页2022/10/23School of Physics,Peking University第九章 No.58自启动能力000001010011100101Q2Q1Q0完全状态转换图110111具有自启动能力第58页，本讲稿共58页