第四章 触发器和定时器精选文档.ppt

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1、第四章 触发器和定时器1本讲稿第一页，共五十三页4-1 导论导论触发器的功能触发器的功能 触发器是数字时序逻辑电路的基本单元电路。它是触发器是数字时序逻辑电路的基本单元电路。它是由门电路构成的，且具有记忆功能，能够存储由门电路构成的，且具有记忆功能，能够存储1位二值信位二值信号。号。触发器的特点触发器的特点 具有两个能自行保持的稳定状态具有两个能自行保持的稳定状态0状态和状态和1状态。用来表示二进制的状态。用来表示二进制的0和和1。触发器的现态和次态触发器的现态和次态 触发器接收输入信号之前的状态叫做现态，用触发器接收输入信号之前的状态叫做现态，用Qn表表示。触发器接收输入信号之后的状态叫做次

2、态，用示。触发器接收输入信号之后的状态叫做次态，用Qn+1表表示。示。2本讲稿第二页，共五十三页若：若：Qn=0则：则：Qn+1=0Qn=1Qn+1=1稳定状态稳定状态若：若：Qn=0Qn=1则：则：Qn+1=1“1”状状态态若：若：Qn=0Qn=1则：则：Qn+1=0“0”状状态态则：则：Qn+1=1Qn+1=1SD=1RD=1SD=0RD=1SD=1RD=0SD=0RD=0RDSD 触发器既不是触发器既不是1态，也不是态，也不是0态，态，在正常工作时，输入信号不允许输入在正常工作时，输入信号不允许输入SD=RD=0的信号。的信号。1100110011 0QQ&4-2 基本基本RS触发器触发

3、器3本讲稿第三页，共五十三页功能表功能表逻辑符号逻辑符号QQSDRDSRQ时序图时序图注意：注意：Qn Qn0 11 0 1*1*110 1100 0Qn+1 Qn+1RD SDSDRDQQRDSD00,QQ11;RDSD由由0011,下一状态不定下一状态不定1100110011 0QQ&RDSD4本讲稿第四页，共五十三页应用应用防抖开关防抖开关tuA0uYt0 t1理想波形理想波形实际波形实际波形uBt0t1t1tuA0t1uBt0t1uYt0t1RRVCCSABY&5本讲稿第五页，共五十三页4-3 同步同步RS触发器触发器n电平触发：在控制电平电平触发：在控制电平CP的控制的控制下接收数据

4、。下接收数据。nCP0，不接收外部输入由于交叉，不接收外部输入由于交叉耦合的作用，保持原有状态。耦合的作用，保持原有状态。n当当CP1 1时，其输出状态由时，其输出状态由R、S 端的输入信号决定。端的输入信号决定。QQSRCP&6本讲稿第六页，共五十三页1、逻辑关系、逻辑关系功能表功能表0 QnQnQn+1 Qn+1R SCP100QnQn10110110011111*1*逻辑符号逻辑符号QQSRCPRDSD置置位位端端复复位位端端RDSDQQSRCP&7本讲稿第七页，共五十三页同步同步RS与基本与基本RS触发器比较触发器比较n同步同步RS触发器增加了控制端触发器增加了控制端CP。nCP=0时

5、，保持触发器稳定状态不被破坏。时，保持触发器稳定状态不被破坏。nSD=0,触发器置位触发器置位;RD=0,触发器复位。触发器复位。RS的的 意义更直观。意义更直观。n在在CP=1且且RS=“11”时时,同样存在不定状态。同样存在不定状态。8本讲稿第八页，共五十三页2、触发器功能的几种表示方法、触发器功能的几种表示方法CPSRQn+1Qn+1(1)时序图时序图9本讲稿第九页，共五十三页波形分析波形分析1CPRSQn+1Qn+1QQSRCP&10本讲稿第十页，共五十三页波形分析波形分析2CPRSQn+1Qn+1不不定定QQSRCP&11本讲稿第十一页，共五十三页（2）特征方程）特征方程 QnR01

6、S00 01 11 1001 00 11 Qn+1=S+RQnRS=0(CP=1)（3）状态转换图）状态转换图 状状态态转转换换图图表表示示触触发发器器从从一一个个状状态态变变化化到到另另一一个个状状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。01S=R=0S=0 R=S=1 R=0S=0 R=112本讲稿第十二页，共五十三页RS触发器存在的问题触发器存在的问题空翻空翻CPSRQ有效翻转有效翻转空翻空翻 在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。的现象叫做空翻。13本讲稿第十三页，共五十三页 边沿触发器边

7、沿触发器维持阻塞维持阻塞D(一一)正边沿触发的正边沿触发的D触发器触发器结构结构工作原理工作原理CPDQQ1234561、D=1时：时：若若CP=0，若若CP从从01，100111101门门3、4封锁，封锁，Qn+1=Qn门门3、4打开，打开，Qn+1=1能否发生空翻？能否发生空翻？0110100 101置置1维维持持线线1置置0阻阻塞塞线线14本讲稿第十四页，共五十三页2、D=0时：时：01 CPDQQ123456若若CP=0，若若CP从从01，门门3、4封锁，封锁，Qn+1=Qn门门3、4打开，打开，Qn+1=01111100110010置置0维维持持线线Qn+1=DCP 特点特点1.CP

8、正跳变时，才接受输入数据。正跳变时，才接受输入数据。2.CP1及及CP0期间，输入数据期间，输入数据 变化不会影响触发器状态变化不会影响触发器状态。15本讲稿第十五页，共五十三页D触发器的直接触发器的直接(异步异步)置置0、置、置1功能功能CPDQQ123456nCP=1期间期间,RD=0,使使Q=0;同时同时 使门使门3输出输出1，门，门4输出输出0。即使即使RD=0撤除，撤除，Q=0也可以保持不变。也可以保持不变。SD也是同样考虑也是同样考虑,要接入门要接入门5。nCP0期间期间,RD=0或或SD=0都可以作用都可以作用到基本触发器到基本触发器,直接直接影响影响QQ输出输出.RD撤撤销后也

9、能维持状态。销后也能维持状态。RDSD16本讲稿第十六页，共五十三页D触发器的直接触发器的直接(异步异步)置置0、置、置1功能功能n不论不论CP=0期间还是期间还是CP=1期间，只要有期间，只要有RD=0，就，就 有有Q=0,Q=1。n当当RD=0撤除后，撤除后，Q=0将一直保持到下一个将一直保持到下一个CP正跳正跳 变来到为止。变来到为止。QQDCPRDSDCPRDDQn+117本讲稿第十七页，共五十三页集成集成D触发器触发器1 2 3 4 5 6 7 8RD1 D1 CP1 SD1 Q1 Q1 地地 +VCC RD2 D2 CP2 SD2 Q2 Q2747414 13 12 11 10 9

10、 81 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8R Q1 Q1 D1 D2 Q2 Q 地地 +VCC Q4 Q4 D4 D3 Q3 Q3 CP7417516 15 14 13 12 11 10 91 2 3 4 5 6 7 818本讲稿第十八页，共五十三页D触发器应用触发器应用【例】【例】分析下面组合电路的逻辑功能。分析下面组合电路的逻辑功能。&1&R+5VQ4 Q3 Q2 Q1D4 D3 D2 D1S4 S3 S2 S1Q4 Q3 Q2 Q1RCPD74LS175四人抢答器四人抢答器19本讲稿第十九页，共五十三页比较：同步比较：同步D触发器（锁存器）触发器（锁存器）如何消除如何

11、消除R-S触发器的不定状态？触发器的不定状态？R-S电位型触发器的输入由电位型触发器的输入由R，S双端输入改为双端输入改为单端输入，就不会出现不定状态了！单端输入，就不会出现不定状态了！功能表功能表(CP=1)D Qn+10 01 1DQCPQ1&20本讲稿第二十页，共五十三页电位触发电位触发D触发器触发器功能表功能表(CP=1)D Qn+10 01 1逻辑符号逻辑符号QCPQDRDSD特征方程特征方程Qn+1=D (CP=1)状态转换图状态转换图01D=0D=0D=1D=1QQCPDRDSD&21本讲稿第二十一页，共五十三页时序图时序图当当CP1时，时，QD;也就是也就是Q接收接收D的输入。

12、的输入。因此因此,CP1“电位电位”一到，触发器就接收数据，叫一到，触发器就接收数据，叫“电位触发器电位触发器”，也叫，也叫“锁存器锁存器”。CPDQn+122本讲稿第二十二页，共五十三页两种基本触发器的应用比较两种基本触发器的应用比较D0 Q0D1 Q1D2 Q2D3 E Q3 F0F1F2F3D0 Q0D1 Q1D2 Q2D3 CP Q3CP四位锁存器四位锁存器四位四位D触发器触发器23本讲稿第二十三页，共五十三页两种基本触发器的应用比较两种基本触发器的应用比较CPF0F3锁存器锁存器Q0Q3t1t1t1t2t2Q0Q3正沿正沿D24本讲稿第二十四页，共五十三页电位型只能当作寄存器电位型只

13、能当作寄存器CP D CP D CP D CP D CP1Q2Q3Q4Q4D3D2D1DRD25本讲稿第二十五页，共五十三页正边沿正边沿D触发器可以用作移位寄存器触发器可以用作移位寄存器D Q0 CPD Q1 CPD Q2 CPCP串行输入串行输入RD0001Q0 Q1 Q2CP11001右移移位寄存器右移移位寄存器0 0 011 0 021 1 030 1 11 0锁存器不能作锁存器不能作为移位寄存器为移位寄存器26本讲稿第二十六页，共五十三页正边沿正边沿D触发器可以用作计数器触发器可以用作计数器D Q0 CPD Q1 CPD Q2 CPCPRDQ2Q0Q1Q2000100 110 1110

14、11001同步六进制同步六进制计数器计数器 .27本讲稿第二十七页，共五十三页4-5 边沿边沿JK触发器触发器1.分析结构和分析结构和工作原理工作原理28本讲稿第二十八页，共五十三页4-5 主从式边沿主从式边沿JK触发器触发器同步同步RS触发器的缺点：触发器的缺点：使用时有约束条件使用时有约束条件RS=0。1 1电路结构电路结构 为为此此，将将触触发发器器的的两两个个互互补补的的输输出出端端信信号号通通过过两两根根反反馈馈线线分分别别引引到到输输入入端端的的G7、G8门门，这这样样，就就构构成成了了JK触发器。触发器。JK从触发器主触发器CP=0时，主触发器不工作，从触发器接收住触发器的值；C

15、P=1时，主触发器工作，接受JK的值，从触发器不工作；CP由1到0时，29本讲稿第二十九页，共五十三页2 2逻辑功能逻辑功能(1(1）功能表：）功能表：（2 2）特性方程：）特性方程：30本讲稿第三十页，共五十三页3.逻辑符号逻辑符号 (a)上升边沿 (b)下降边沿 31本讲稿第三十一页，共五十三页4.状态转换图和时序图状态转换图和时序图 例例1 已知主从已知主从JK触发器触发器J、K的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为的波形图（设初始状态为0）。）。32本讲稿第三十二页，共五十三页例例2 2 已知主从已知主从JK触发器触发器J、K的波形如图所示，画出输出的

16、波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状的波形图（设初始状态为态为0）。）。在在画画主主从从触触发发器器的的波波形形图图时时，应应注注意意以以下两点：下两点：（1）触触发发器器的的触触发发翻翻转转发发生生在在时时钟钟脉脉冲的触发沿（这里是下降沿）冲的触发沿（这里是下降沿）（2）判判断断触触发发器器次次态态的的依依据据是是时时钟钟脉脉冲冲下降沿前一瞬间输入端的状态下降沿前一瞬间输入端的状态。33本讲稿第三十三页，共五十三页2.集成集成 负边沿负边沿JK触发器触发器QQJK CPRDSD74LS73/双下降沿双下降沿JK触发器触发器74LS109/双上升沿双上升沿JK触发器触发器1 2 3 4

17、5 6 7 8CP1 RD1 K1 +VCC CP2 RD2 J2 J2 Q1 Q1 地地 K2 Q2 Q2747314 13 12 11 10 9 81 2 3 4 5 6 7 34本讲稿第三十四页，共五十三页3.T触发器触发器QQJK CPRDSDJKTQn1Qn0Qn+1TQQTCPRDSD 保持保持翻转触发器翻转触发器Qn+1=T Qn01T=0T=0 T=1 T=135本讲稿第三十五页，共五十三页T触发器应用触发器应用CPT0Q0T1Q1“1”“1”CPQ0n+1Q1n+1分频器分频器36本讲稿第三十六页，共五十三页4-6 555定时器定时器 555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合

18、集成电路。它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。双稳 单稳 多谐 触发信号输出37本讲稿第三十七页，共五十三页4.6.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理4.6.2 555定时器构成单稳态定时器构成单稳态4.6.3 555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器4.6.4 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密特触发器4.6.5 555定时器构成压控振荡器定时器构成压控振荡器(VCO)38本讲稿第三十八页，共五十三页4.6.1 555定时器的工作原理定时器的工作原理1.GND地3.OUT 输出端5.CV 电压控制端6.TH 高电平触发端7.DIS 放电端8.V

19、CC 电源端2.TL 低电平触发端4.Rd 清零端39本讲稿第三十九页，共五十三页 1.当TH2VCC/3，TL 1VCC/3时，比较器A1=H，比较器A2=L，触发器置0，3脚和7脚输出低电平。2.当TH2VCC/3，TL VCC/3时，比较器A1=，比较器A2=L，触发器状态不变，3脚和7脚输出低电平。放电管饱和。40本讲稿第四十页，共五十三页 3.当TH2VCC/3，TL VCC/3时，比较器A1=，比较器A2=，触发器置，3脚和7脚输出高电平。放电管截止。4.当TH2VCC/3，TL VCC/3时，比较器A1=，比较器A2=L，触发器状态不变，3脚和7脚输出高电平。放电管截止。41本讲

20、稿第四十一页，共五十三页 从555定时器的功能表可以看出几个特点：1.有两个阈值电平，分别是电源电压的1/3和2/3；2.输出从低到高，从高到低有回差；555定时器功能表定时器功能表 3.输出端和放电端的状态一致，要通都通，要断都断；4.输出与两触发端是反相关系。CV TH TL R OUT DIS 直流 L L L通 悬空 2VCC/3 VCC/3 H L L L通 交流 2VCC/3 VCC/3 H L H 通 断 接地 2VCC/3 VCC/3 H H H H 断42本讲稿第四十二页，共五十三页4.6.2 555定时器构成单稳态 初始状态下，没有触发，ui是高电平，所以输出是低电平。当u

21、i加上触发低电平时，输出将跳变到高电平，放电管关断。放电管关断，电源将经过R向C充电，uC按指数规律上升。此时，ui已经撤消，变为高电平，所以当uC充电到上限阈值电平（VCC2/3）时，输出将跳变为低电平。完成一次单稳过程。43本讲稿第四十三页，共五十三页ui000uCuOttt2VCC/3注意：触发脉冲必须是窄脉冲，要比暂稳态的时间tw还要短。否则触发作用始终存在，输出将不会在uC达到2VCC/3时返回低电平。tw44本讲稿第四十四页，共五十三页单稳态发器暂稳态时间的计算：根据uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间，为此需要确定三要素，uC(0)=0V、uC()=VCC、=RC、当t

22、=tw时，uC(tw)=2 VCC/3代入公式。于是可解出 注意一:触发输入信号的逻辑电平，在无触发时是高电平必须大于，低电平必须小于，否则触发无效。注意二:触发信号的低电平宽度要窄，其低电平的宽度应小于单稳暂稳的时间。否则当暂稳时间结束时，触发信号依然存在，输出与输入反相。此时单稳态触发器成为一个反相器。45本讲稿第四十五页，共五十三页4.6.3 555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器 电容器之所以能够放电，是由于有放电端7脚的作用，因7脚的状态与输出端一致，7脚为低电平电容器即放电。46本讲稿第四十六页，共五十三页00uOtt2VCC/3tw1uC1VCC/3tw2 tw1：uC(

23、0)=VCC/3 V、uC()=VCC、1=(RA+RB)C、当t=tw1时，uC(tw1)=2 VCC/3代入公式。于是可解出 tw2：uC(0)=2VCC/3 V、uC()=0V、1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可解出 图4.29 多谐振荡器波形图 47本讲稿第四十七页，共五十三页 因T1T2，它的占空比大于50%，占空比不可调节。该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电平器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电平器可以获得50%的占空比。48本讲稿第四十八页，共五十三页4.6.4 555定时器构成施密特触发器定时器构成施密

24、特触发器 由于施密特触发器无须放电端，所以利用放电端与输出端状态相一致的特点，从放电端加一上拉电阻后，可以获得与3脚相同的输出。但上拉电阻可以单独接另外一组电源，以获得与3脚输出不同的逻辑电平。49本讲稿第四十九页，共五十三页 施密特触发器的输出波形如下：ui00uOtt2VCC/31VCC/3 施密特触发器的主要用于对输入波形的整形。表示的是将三角波整形为方波,其它形状的输入波形也可以整形为方波。50本讲稿第五十页，共五十三页4.6.5 555定时器构成压控振荡器(VCO)一般的振荡器若要改变振荡频率必须改变选频网络的参数值，不太方便。上述555定时器构成的振荡器，只要改变控制电压的数值即可

25、改变振荡频率，易于控制。通过外加控制电压去改变振荡器的频率，这样的振荡器就是电压控制振荡器，简称压控振荡器，用VCO表示。利用555定时器的5脚，可以方便实现这一功能。由于555定时器是一种低价格通用型的电路，其压控非线性较大，性能较差，只能满足一般技术水平的需要。如果需要高的性能指标，可采用专用的压控振荡器芯片，如AD650等。51本讲稿第五十一页，共五十三页52本讲稿第五十二页，共五十三页 555定时器做压控振荡器，其工作原理与多谐振荡器无本质不同。在压控振荡器中，实质上是通过5脚加入一个控制电压u5，u5的加入使555定时器的阈值随之改变，从而可以改变多谐振荡器的振荡频率。为了使u5的控制作用明显，u5应是一个低阻的信号源。因为555定时器内部的阈值是由三个5k的电阻分压取得，u5的内阻大或串入较大的电阻，压控作用均不明显。53本讲稿第五十三页，共五十三页