第7章时序逻辑电路.ppt
第 7 章 时序逻辑电路,第7章 时序逻辑电路 第1节 双稳态触发器 第2节 寄存器 第3节 计数器 第4节 555定时器及其应用 第5节 时序逻辑电路应用举例,第7章 重点,各种触发器，包括符号、功能、触发方式 数码寄存器、移位寄存器的电路组成和工作原理 计数器的电路组成和工作原理（加法计数器、减法计数器、二进制、十进制、其它进制） 555定时器的三种基本应用,时序逻辑电路：含有双稳态触发器的逻辑电路称为时序逻辑电路,双稳态触发器是数字电路的基本部件之一，它具有记忆和存储的功能。,有记忆功能,第1节 双稳态触发器,双稳态触发器（简称触发器）是由门电路加上适当的反馈而构成的逻辑部件。,触发器输出端有两种可能的稳定状态：0、1,触发器的输出状态不只取决于当时的输入，还与以前的输出状态有关；它是有记忆功能的逻辑部件。,一、RS触发器,反馈,1、基本RS触发器,输入RD=0, SD=1时,若原状态：,1,1,0,0,1,0,1,0,输出仍保持：,输入RD=0, SD=1时,若原状态：,0,1,1,1,1,0,1,0,输出变为：,输入RD=1, SD=0时,若原状态：,1,0,1,0,1,0,1,1,输出变为：,输入RD=1, SD=0时,若原状态：,0,0,1,1,0,1,0,1,输出保持：,输入RD=1, SD=1时,若原状态：,1,0,1,1,1,0,0,1,输出保持原状态：,输入RD=1, SD=1时,若原状态：,1,1,0,1,1,0,输出保持原状态：,输入RD=0, SD=0时,输出全是1,但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。,基本触发器的功能表,基本RS触发器的输出状态随时随输入状态的变化而变化，是由输入端直接以电平的方式触发改变触发器的状态，是直接低电平触发方式，逻辑符号中输入端靠近矩形框处的非号“”说明它是用低电平触发。,2、钟控 RS触发器,CP=0时,0,触发器保持原态,CP=1时,1,RS触发器的功能表,简化的功能表,Qn+1 -下一状态（CP过后） Qn -原状态,同步RS触发器是电平触发方式，在CP的高电平期间，触发器的输出随输入的变化而变化；在CP的低电平期间，输入信号被封锁，触发器保持不变。由于控制门的倒相作用，同步RS触发器是用高电平去复位和置位的。,例：画出RS触发器的输出波形 。,CP,R,S,Q,使输出全为1,CP撤去后 状态不定,JK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。,二、 JK触发器,CP,1,JK触发器的结构,JK触发器的功能,被封锁,保持原态,J=K=0时：,JK触发器的功能,相当于T触发器T=1,J=K=1时：,JK触发器的功能,Qn=0时,Qn+1=1,J=1，K=0时： 分两种情况 （Q=0,Q=1）,JK触发器的功能,Qn=1时,F主被封 保持原态,Qn+1 =1,JK触发器的功能,Qn+1=0,同样原理：,J=0，K=1时：,功能表,逻辑符号,时序图,CP,K,J,Q,保持,翻转,1、什么是双稳态触发器？ 2、触发器有哪几种触发方式？ 3、什么是空翻现象？,习题：P372 7.6.3 , 7.6.5,思考题,三、 D触发器,CP=0时，a、b门被堵，输出保持原态：,0,CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：,若D=0,1,0,1,1,0,0,1,CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：,若D=1,1,1,0,0,1,1,0,功能表,逻辑符号,例：画出D触发器的输出波形。,CP,D,Q,四 T触发器,T触发器的真值表,T=1时，每来一个CP脉冲触发器就翻转一次,T触发器具有记忆功能和计数功能,T触发器,T触发器,P346 例子,S,集成D触发器及其应用,例：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。,电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。,1Q,1D,2Q,2D,GND,4Q,4D,3Q,3D,时钟,请零,UCC,公用清零,公用时钟,74LS175管脚图,+5V,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,赛前先清零,输出为零 发光管不亮,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,+5V,CP,反相端都为1,1,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,+5V,若有一按钮被按下，比如第一个钮。,0,0,这时其它按钮被按下也没反应,第2节 寄存器,一、 数码寄存器,四位数码寄存器,并行输入 并行输出,二、 移位寄存器,所谓“移位”，就是将寄存器所存各位 数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器 和 双向移位寄存器三种：,根据移位数据的输入输出方式，又可将它分为串行输入串行输出、串行输入并行输出、并行输入串行输出和并行输入并行输出四种电路结构：,串入串出,串入并出,并入串出,并入并出,j,四位串入 - 串出的左移寄存器,初始状态： 设A3A2A1A0 1011,在存数脉冲作用下 Q3Q2Q1Q0 1011 。,D0 0,D1 Q0,D2 Q1,D3 Q2,下面将重点讨论 兰颜色 部分电路的工作原理。,D0 0,D1 Q0,D2 Q1,D3 Q2,设初态 Q3Q2Q1Q0 1011,状态表,Q0 Q1 Q2 Q3,四位串入 - 串出的左移寄存器：,四位串入 - 串出的右移寄存器：,D1 Q2,D2 Q3,D3 R,D0 Q1,能否一次移位两位?,0,1,1,1,1,0 0,0 1,1 0,1 1,直接清零,保 持,右移(从QA向右移动),左移(从QD向左移动),并入,思考题 1、JK触发器能否转变成D触发器？ 2、什么是寄存器？有哪几种类型的寄存器?,P372 7.6.5 7.6.7,计数器的功能,记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。,计数器的分类,同步计数器和异步计数器。,加法计数器、减法计数器和可逆计数器。,有时也用计数器的计数容量(或称模数)来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二十进制计数器等等。,第3节 计数器,一、二进制加法计数器,优点：电路简单、可靠,缺点：速度慢,1.三位二进制异步加法计数器,在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“ 异步计数器 ”。,思考题：,试画出三位二进制异步减法计数器的电路图，并分析其工作过程。,优点：电路简单、可靠,缺点：速度慢,2.三位二进制同步加法计数器,J2 = K2 = Q1 Q0,J1 = K1 = Q0,J0 = K0 = 1,驱动方程,状态转换表,1 0 0 1 0 0 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 1 1,2 0 1 0 0 0 0 0 1 1,3 0 1 1 1 1 1 1 1 1,4 1 0 0 0 0 0 0 1 1,5 1 0 1 0 0 1 1 1 1,6 1 1 0 0 0 0 0 1 1,7 1 1 1 1 1 1 1 1 1,CP Q2 Q1 Q0 J2 K2 J1 K1 J01 K01,Q1Q0,Q1Q0,Q0,Q0,原状态 控 制 端,在同步计数器中，各个触发器都受同一时钟脉冲输入计数脉冲的控制，因此，它们状态的更新几乎是同时的，故被称为 “ 同步计数器 ”。,思考题：,试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。,二、十进制加法计数器,Q0,CP,三、 任意进制加法计数器,J2 = Q1 Q0 ， K2 1,J1 = K1 1,异步五进制 加法计数器。,自行画出波形图。,驱动方程,另有三种状态111、110、101不在计数循环内，如果这些状态经若干个时钟脉冲能够进入计数循环，称为能够自行启动。,检验其能否自动启动 ？,1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0,1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0,1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0,结论： 经检验，可以自动启动。,状态转换图,集成计数器介绍,1. 二 - 五 - 十进制计数器 74LS90,74LS90 内部含有两个独立的 计数电路：一个是模 2 计数器(CPA为其时钟，QA为其输出端)，另一个是模 5 计数器(CPB为其时钟，QDQCQB为其输出端)。,外部时钟CP是先送到CPA还 是先送到CPB，在QDQCQBQA这四个输出端会形成不同的码制。,74LS 90原理电路图,74LS 90管脚分布图,74LS 90功能表,归纳：,1. 74LS 90在“计数状态”或“清零状态”时，均要求R 9(1)和R 9(2)中至少有一个必须为“0”。,2. 只有在R 0(1)和R 0(2)同时为 “1”时，它才进入“清零状态”；否则 它必定处于“计数状态”。,计数时钟先进入CPA时的计数编码。,CPA,CP,CPB,QB,QD,QC,QA,2,5,结论：上述连接方式形成 8421 码。,计数时钟先进入CPB时的计数编码。,CPA,CP,QA,2,CPB,QB,QD,QC,5,结论：上述连接方式形成 5421 码。,思考题 1、什么是同步计数器？什么是异步计数器? 2、加法计数器与减法计数器之间有什么联系？,习题：P373 7.6.14， 7.6.15 , 7.6.16,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。,一、 555定时器,第4节 555定时器及其应用,+UCC,uo,3,二、双稳态触发器,S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,微电机起动停车控制电路,三、 单稳态触发器,四、 多谐振荡器,R,S,Q,Q,+,-,A1,+UCC,V,uo,RD,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,+,-,A2,+,+,uC,R1,C,R2,输出方波的周期 T的计算:,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,简易电子琴电路图,简易电子琴就是通过改变R2i 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。,五、 施密特触发器,2/3Ucc,1/3Ucc,uo1,ui,t,习题：P375 7.6.23， 7.6.24 思考题 ： 7.6.18 7.6.19 7.6.20,2. 四位二进制同步计数器 74LS163,前面所讲述的74LS 90其清零方式通常称为“ 异步清零 ”，即只要 R 0(1) = R 0(2) = 1，不管有无时钟信号，输出端立即为 0；而且它的计数方式是异步的，即CP不是同时送 到每个触发器。,而下面将要讲述的74LS163，不但 计数方式是同步的，而且它的清零方式 也是同步的：即使控制端CLR0，清零目的真正实现还需等待下一个时钟脉冲的上升沿到来以后才能够变为现实。这就是“ 同步清零 ”的含义。,资料,74LS 163 管脚图,74LS163功能表,例1. 用一片74LS163构成六进制计数器。,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,六个 稳态,准备清零： 使 CLR 0,(2). 74LS163 的应用,
