电工学第13章时序逻辑电路课件.ppt

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1、第13章 时序逻辑电路,13.1 基本双稳态触发器,13.2钟控双稳态触发器,13.3寄存器,13.4计数器,13.5集成定时器,下一章,上一章,返回主页,2022/11/12,1,第13章 时序逻辑电路 13.1 基本双,2,双稳态触发器： 由门电路加上适当的反馈而构成的一种新的逻辑部件。,双稳态触发器与门电路区别： 双稳态触发器输出电平的高低不仅取决于当时的输入，还与以前的输出状态有关，是有记忆功能的逻辑部件。,13.1 基本双稳态触发器,2双稳态触发器：双稳态触发器与门电路区别： 13.1,3,逻辑状态相反,触发器的状态：,Q = 0,Q = 1,规定: Q 端的状态为 触发器的状态。,

2、一、输入为低电平有效的基本 RS 触发器,复位状态,置位状态,1. 电路,3逻辑状态相反 触发器的状态： Q= 1Q = 0Q = 1,4,01010101,1 10 11 00 0,0,1,2. 逻辑功能,Qn,1 1,保持原态,401 1QnQn+1SR012. 逻辑功能QnQQR,5,0,0,：直接置 0 端 直接复位端,R,0,1 0,置 0,0 1,500 ：直接置 0 端R01 1QnQn+1SR,6,1,1,：直接置 1 端 直接置位端,S,01010101,1 10 11 00 0,Qn,Qn+1,S,R,Qn,0,1,0 1,置 1,1 0,611 ：直接置 1 端S01 1

3、QnQn+1SR,7,1,1,负脉冲有效,01010101,1 10 11 00 0,Qn,Qn+1,S,R,Qn,0,1,不定,0 0,不定,1 1,711负脉冲有效01 1QnQn+1SRQn01 不定,8,R S Qn+1,0 0 不定0 1 01 0 11 1 Qn,3. 真值表,4. 逻辑符号,R 和 S 端部各加一个 小圆圈，表示输入 信号为低电平有效。,8R S Qn+10 0,9,二、输入为高电平有效的基本 RS 触发器,1. 电路,2. 真值表,3. 逻辑符号,R 和 S 端部不加一个小 圆圈，表示输入信号为 高电平有效。,9二、输入为高电平有效的基本 RS 触发器1. 电路

4、R,10,一、RS 触发器,1. 电路结构,四门钟控型电路结构 门 1、2 组成基本 RS触发器，门 3、4 组成 导引电路。,13.2 钟控双稳态触发器,时钟脉冲：指挥各触发器动作的信号。 钟控触发器：又称同步触发器。,按逻辑功能分类： RS 触发器、JK 触发器、 D 触发器、T 触发器。,10一、RS 触发器1. 电路结构 四门钟控型电路结构 1,11,2. 逻辑功能,(1) CP = 0 时,0,导引门 3、4 被封锁。,触发器保持原态： Qn+1 = Qn,设置初态为 1,设置初态为 0,112. 逻辑功能(1) CP = 0 时01 1导引门 3,12,1,(2) CP = 1 时

5、,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,0 0,1 1,Qn,保持原态,12QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4,13,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,1 0,0 1,Qn,1 0,1,13QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4,14,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,0 1,1 0,Qn,0 1,1,0,14QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4,15,1,(2) CP = 1 时,导引门 3、4 打开， 接收 R、S 的信号。,1 1,0 0,Qn,1 1,1,0,

6、不定,151(2) CP = 1 时导引门 3、4 打开， R,16,3. 触发方式,电平触发方式,CP 1 接受信号，并立即输出相应信号：高电平触发CP 0 接受信号，并立即输出相应信号：低电平触发,163. 触发方式 电平触发方式CP 1 接受信号，并立即,17,例 13.2.1 已知高电平触发 RS 触发器，R 和 S 端的输入 波形如图所示，而且已知触发器原为 0 态，求输出端 Q 的波形。,R,S,CP,Q,多次翻转,解,17 例 13.2.1 已知高电平触,18,二、JK 触发器,1. 电路结构,S = J Qn,R = K Qn,主从型电路结构,从触发器的输出状态由主触发器的状态

7、决定,CP：0 1 主触发器打开 接受信号 从触发器关闭 输出状态 不变 CP：1 0 主触发器关闭 不接受信号 从触发器打开 输出相应状态,18二、JK 触发器1. 电路结构S = J QnR = K,19,2. 逻辑功能,Qn,1,0 0,0 0,保持不变,S = J Qn,R = K Qn,192. 逻辑功能J KQn+10 0Qn,20,2. 逻辑功能,Qn,0,1,0 1,0 1,0 1,S = J Qn,R = K Qn,202. 逻辑功能J KQn+10 0Qn,21,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 0,1 0,1 0,S = J Qn,R = K Qn,1,212. 逻辑功能

8、J KQn+10 0Qn,22,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 1,1 0,原态：0 1,S = J Qn,R = K Qn,1,新态：1 0,222. 逻辑功能J KQn+10 0Qn,23,2. 逻辑功能,Qn,0,1,1 1,0 1,原态：1 0,S = J Qn,R = K Qn,1,Qn,新态：0 1,232. 逻辑功能J KQn+10 0Qn,24,真值表,JK 触发器具有功能： 记忆 置数 (置 0 和置 1) 计数,3. 触发方式(1) CP = 1 ( 或 0 ) 时主触发器接收信号，从触发器关闭。 (2) CP = 0 ( 或 1 ) 时主触发器关闭，从触发器接收主触 发

9、器的信号。, 主从触发。,24J KQn+10 0 Qn真值表,25,(a) 后沿主从触发,(b) 前沿主从触发,后沿主从触发 前沿主从触发,25SDQQ1K1JC1 RDJKCP(a) 后沿主从触发,26, 触发器输出的状态，由 CP 前沿所对应的 J 和 K 决定。 触发器输出相应状态的时间却在 CP 后沿到来时。在 CP 有效期间输入信号不应变化，不发生一次翻转现象。,例13.2.2 已知后沿主从触发 的 JK 触发器， J 和 K 端的输入信号波形如图所示，而且已知触发器原 为 0 态，求输出端 Q 的波形。,解,J,Q,K,注意：,26 触发器输出的状态，由 CP 前沿所对应的 J

10、和 K,27,三、D 触发器,1. 电路结构,维持阻塞型,特点： 在 CP = 1 期间，即使输入信号变化，输出状态不会改变，只有等下一个 CP1，输出状态由输入信号决定。,27三、D 触发器1. 电路结构维持阻塞型输出电路&DS,28,2. 逻辑功能 (1) 当CP = 0 时,S = R = 1,门 5 和门 6 打开，可接受输入信号D,B=D,A=D,门 3 和门 4 关闭,0,282. 逻辑功能 S = R = 1门 5 和门 6 打开,29,D,1,(2) 当CP 由 0变1 时 门 3 和门 4 打开,则 Q = D,S = D,R = D,D =,= D,= D,D,29&DSR

11、AB置0维持线置1维持线置0阻塞线置1阻塞线&,30,(3) 当 CP = 1 时 输入信号被封锁,门 3 和门 4 始终打开，S 和 R 的状态是互补的。如果： R = D = 0,门 6 被关闭！ D 的变化不能传递到 S、R 端。,1,0,1,0,0,1,30&DSRAB置0维持线置1维持线置0阻塞线置1阻塞线&,31,1,0,1,0,如果,S = D = 0,门 4 和门 5 同时被关闭！ D 的变化不能传递到 S、R 端。,1,0,1,0,31&DSRAB置0维持线置1维持线置0阻塞线置1阻塞线&,32,真值表,01,01,CP,3. 触发方式 在跳变沿触发。,(a) 上升沿触发,(

12、b)下升沿触发,32真值表0DQn+10CPQQRDSD1DC1DCPRDS,33,例13.2.3 已知上升沿触发 D 触发器 D 端的输入 信号波形，而且 触原为 0 态，求输出端 Q 的波形。,1 2 3 4,Q,CP,D,D 的变化对 Q 无影响,解,33 例13.2.3 已知上升沿触发,34,四、T 触发器,01,Qn,相同逻辑功能的触发器，电路结构不同， 触发方式就不同。 不同逻辑功能的触发器可相互转换，但是 逻辑功能改变,触发方式不变。,Qn,34四、T 触发器真值表T Qn+10Qn,35,(1) 将主从型 JK 触发器改接成 T 触发器,T,J = K =,0,1, Qn+1

13、= Qn, Qn+1 = Qn,逻辑符号,主从触发 T 触发器,35(1) 将主从型 JK 触发器改接成 T 触发器TJ,36,(2) 将维持阻塞型 D 触发器改接成 T 触发器,边沿触发 T 触发器,(a) 改接方法,(b) 逻辑符号,36(2) 将维持阻塞型 D 触发器改接成 T 触发器边沿触,37,例13.2.4 是供四组人员参加智力竞赛的抢答电路。其中采用了四个D 触发器的集成电路，试分析电路的工作过程。,解 比赛之前，先闭合电源开关，使触发器与电源接通。然后给 RD 加上清零负脉冲，使四个 D 触发器都预置在 0 态。这时，作指示灯用的发光二极管 D 都不亮，或非门的输入皆为 0，输

14、出为 1，与门被打开，时钟脉冲进入 CP 端。 四位参赛者分别手控按钮 SB1 SB4，都不按按钮，则四个 D 触发器输入皆为 0，输出端 Q 为 0。抢答时，谁先按下按钮，他所属的 D 触发器输入为 1，输出Q 为 1，相应的指示灯亮。同时，或非门因一个输入为 1，其输出为 0，与非门关闭，输出始终为 0，时钟脉冲不能进入 CP 端，其他人再按下按钮不起作用。,37 例13.2.4 是供四组人员参,38,+UCC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,时钟脉冲,1,0 0 0 0,发光二极管不亮,1,38+UCC清零 1D 2D 3D,39,0

15、0 0 0,1,1,1,0,1,0,+UCC,清零,1D 2D 3D 4D UCC,CP,1Q 2Q 3Q 4Q,RD,R4,&,时钟脉冲,1,按其他按钮不起作用,390 0 0 0111010+UCC清零,40,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,一、数码寄存器,预先清零,0 0 0 0,清零指令,0,0,1,0 0 0 0,0 0 0 0,13.3 寄 存 器,40A4,41,0 0 0 0,0 0 0 0,寄存数码,取出数码,1 1 0 1,1 1 0 1,1 1 0 1,并行输入 并行输出,寄存指令,取出指令,A4 A3 A2 A1,O4 O3 O2 O1,410 0 0,

16、42,二、移位寄存器,按移位方向的不同,右移位寄存器左移位寄存器双向移位寄存器,数码取出端,数码存入端,移位,1 1 0 1,0 0 0 0,1 0 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 1 0 1,清零,42二、移位寄存器 按移位方向的不同右移位寄存器数码数码存入,43,移位寄存器状态表,串行输入 串行输出,43CPD4Q4 Q3 Q2 Q1存取过程00,44,Q1,Q2,Q3,Q4,D,移位寄存器的波形图：,44Q1CP1 2 3 4,45,13.4 计 数 器,按计数方式 加法计数器、减法计数器、可逆计数器。 按触发方式 同步计数器、异步计数器。 按进位制 二进制计数器、十进制计数

17、器、 任意进制计数器。,一、二进制计数器,4513.4 计 数 器 按计数方式一、二进制计数器,46,1 0 0 0 (8),0 1 1 1 (7),异步二进制加法计数器,46 1 0,47,Q1Q2Q3Q4,1 4 7 10 13 15 16,CP,十六分频,四分频,八分频,二分频,二进制加法计数器波形图：,47Q11 4,48,CP,Q4 Q3 Q2 Q1,Q4 Q3 Q2 Q1,01267891516,0 0 0 00 0 0 10 0 1 0 0 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 1 1 10 0 0 0,1 1 1 11 1 1 01 1 0 1 1 0 0 1

18、1 0 0 00 1 1 10 1 1 00 0 0 10 0 0 0,移位寄存器状态表,48CPQ4 Q3 Q2 Q1,49,二、十进制计数器,0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 1,十进制数,0123456789进位,0 0 0 0,十进制计数器状态表,49二、十进制计数器0 0 0 0CP,50,J1K11,J2Q4Q1，,J3K3Q2Q1J4Q3Q2Q1，K4Q1,K2Q1,50J1K11J2Q4Q1，J3K3Q2Q1K2,51,Q0,Q1,Q2,Q3,十进制加法计数器波形图：,51Q

19、0Q1Q2Q31 2 3,52,一、555集成定时器,13.5 集成定时器,电源端,放电端,GND,低电平 触发端,高电平 触发端,电压 控制端,复位端,输出端,52 一、555集成定时器13.5 集成定时器 电源端,53,8,8,RS,Q,Q,+UDD,TH,CO,TL,D,MOS,uO,8,7,4,5,3,2,1,RD,+,+,+,RRR,6,+,U6 ,时：R = 0,Q = 0,Q = 1, MOS 管导通,U2 ,时：S= 0,Q = 1,Q = 0,MOS 管截止,5388RQQ+UDDTHCOTLDMOSuO87453,54,555 集成定时器状态表,54U6U2 R S Q,5

20、5,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 0,例13.5.1 如图所示是利用 集成定时器组成的温度控制电路。 试分析该电路的工作原理。,切断加热器,T oC,R1 ,U6、U2 ,uO= 1,接通加热器。,8 4,1 5,62 3 7,R1 R2 R3,555,+UDD,uo,0.01F,解,55T oCR1 U6、U2 uO= 0,56,二、单稳态触发器,特点： 在外来触发信号的作用下，能够由稳态翻转成另一暂稳状态，暂稳状态维持一 定时间后，又会自动 返回到稳态。,只有一个稳态的触发器。,56二、单稳态触发器 特点： 只有一个稳态的触发器。8,57,无输入信号时： uI = 1, 设 Q

21、= 1,Q = 0, Q = 1 ，MOS 管导通, 7 端接通，C 放电, U6, 设 Q = 0,Q 维持 0 态。,Q = 0,MOS管截止，7 端断开,电容 C 充电, uC = u6, Q = 0, Q = 1，MOS 管导通, 7 端接地，C 不能充电，,触发器的稳态为: uO = Q = 0,57 无输入信号时： 设 Q = 1Q = 0 Q,58,(1) t = 0 t1时，uI 未输入：,uO = 0,(2) t = t1 t2时，输入触发脉冲 uI ：,u2 = ui , uO= 1,C充电:,uC = u6 ,(3) t t2 时，uI 消失，,u2=uI ,C 继续充电

22、：uC = u6 ,，uO= Q = 1,58(1) t = 0 t1时，uI 未输入：uO =,59,t3,(4) t t3 时, uO= Q = 0, Q = 1 ，MOS 管导通,C 放电, uO= Q = 0,暂稳态,tW,tW = t ln3= 1.1RC,t1,t2,59t3(4) t t3 时, uO= Q = 02,60,单稳态触发器状态表,3,1,60时间uiuCu6 =uCu2 =uiRSuCQMOS状,61,例13.5.2 洗相曝光定时电路。它是在集成定时器 组成的单稳态触发器的输出端接一继电器 KA 的线圈， 并用继电器的动合和动断触点控制曝光用的红灯和白灯。 控制信号

23、由按钮 SB 发出。图中二极管 D1 起隔离作用， D2 起防止继电器线圈断电时产生过高的电动势损坏集成 定时器。试说明该电路的工作原理。,解 由集成定时器组成的单稳态触发器的工作原 理可知，不按按钮 SB，2 端为高电平，输出 uO0， 继电器 KA 线圈不通电，动合触点断开，白灯灭，动 断触点闭合，红灯亮。,61 例13.5.2 洗相曝光定时电,62,按下 SB 后立即放开，2 端输入负脉冲，3 端输出矩形脉冲，KA 线圈通电，它的动断触点断开，红灯灭，它的动合触点闭合，白灯亮，开始曝光。当输出的矩形脉冲结束，KA 线圈又断电，白灯灭，红灯亮，曝光结束。改变 RC 即可改变曝光的时间。,u

24、o,62 按下 SB 后立即放开，2 端输入负脉,63,三、无稳态触发器,产生方波的电路，又称多谐振荡器。,t1,t2,t3,tW2,tW1,T,63三、无稳态触发器 产生方波的电路，又称多谐振荡器。 u,64,多谐振荡器状态表,64时间uCRSuCQMOS状态0uC 0101截止开始,65,充电时间：tW10.7 (R1 + R2 ) C放电时间： tW2 0.7 R2 C振荡周期 T :T = tW1 + tW2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,占空比：,65充电时间：占空比：uCOt2UDDOtuOt1t2t31,66,例13.5.3 下图是一个简易电子琴电路，试说明 其工作原理。,解 由集成定时器组成的多谐振荡器的工作原理可知，按下不同的琴键 ( S1S8 ) ，便接入了不同的电阻( R21R28 )。也就改变了输出方波的频率，使外接的喇叭发出不同的音调 。,66 例13.5.3 下图是一个简易,第 13 章 结 束,下一章,上一章,返回主页,2022/11/12,67,第 13 章 结 束 下一章 上一章 返,