觸發(fā)器最新版VIP

.,第七章觸發(fā)器和時序邏輯電路,7.1概述,7.2觸發(fā)器的基本形式,7.3觸發(fā)器按邏輯功能的分類,7.4觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換,7.5觸發(fā)器應(yīng)用舉例,7.6寄存器,7.7計數(shù)器的分析與設(shè)計,7.8單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,.,7.1概述,觸發(fā)器,觸發(fā)器輸出有兩種可能的狀態(tài)：0、1；,輸出狀態(tài)不只與現(xiàn)時的輸入有關(guān)，還與原來的輸出狀態(tài)有關(guān)；,觸發(fā)器是有記憶功能的邏輯部件。,按功能分類：R-S觸發(fā)器、D型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T型等。,.,7.2觸發(fā)器的基本形式,反饋,.,輸入RD=0,SD=1時,若原狀態(tài)：,1,1,0,0,1,0,1,0,輸出仍保持：,.,輸入RD=0,SD=1時,若原狀態(tài)：,0,1,1,1,1,0,1,0,輸出變?yōu)椋?.,輸入RD=1,SD=0時,若原狀態(tài)：,1,0,1,0,1,0,1,1,輸出變?yōu)椋?.,輸入RD=1,SD=0時,若原狀態(tài)：,0,0,1,1,0,1,0,1,輸出保持：,.,輸入RD=1,SD=1時,若原狀態(tài)：,1,0,1,1,1,0,0,1,輸出保持原狀態(tài)：,.,輸入RD=1,SD=1時,若原狀態(tài)：,1,1,0,1,1,0,輸出保持原狀態(tài)：,.,輸入RD=0,SD=0時,輸出全是1,但當(dāng)RD=SD=0同時變?yōu)?時，翻轉(zhuǎn)快的門輸出變?yōu)?，另一個不得翻轉(zhuǎn)。,.,基本觸發(fā)器的功能表,.,.,1、觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)器件，只要令RD=SD=1，觸發(fā)器即保持原態(tài)。穩(wěn)態(tài)情況下，兩輸出互補(bǔ)。一般定義Q為觸發(fā)器的狀態(tài)。,2、在控制端加入負(fù)脈沖，可以使觸發(fā)器狀態(tài)變化。SD端加入負(fù)脈沖，使Q=1，SD稱為“置位”或“置一”端。RD端加入負(fù)脈沖，使Q=0，RD稱為“復(fù)位”或“清0”端。,.,7.3觸發(fā)器按邏輯功能的分類,一、RS觸發(fā)器(可控RS觸發(fā)器）,.,CP=0時,0,觸發(fā)器保持原態(tài),.,CP=1時,1,.,RS觸發(fā)器的功能表,.,簡化的功能表,Qn+1-下一狀態(tài)（CP過后）,Qn-原狀態(tài),.,邏輯符號,.,例：畫出RS觸發(fā)器的輸出波形。,CP,R,S,Q,使輸出全為1,CP撤去后狀態(tài)不定,.,二、D觸發(fā)器,.,CP=0時，a、b門被堵，輸出保持原態(tài)：,0,.,CP=1時，a、b門被打開，輸出由D決定：,若D=0,1,0,1,1,0,0,1,.,CP=1時，a、b門被打開，輸出由D決定：,若D=1,1,1,0,0,1,1,0,.,D觸發(fā)器具有在時鐘脈沖上升沿觸發(fā)的特點(diǎn)。其邏輯功能為：輸出端Q的狀態(tài)隨著輸入端D的狀態(tài)而變化，但總比輸入端狀態(tài)的變化晚一步，即某個時鐘來到之后Q的狀態(tài)和該脈沖來到之前D的狀態(tài)一樣。Qn+1=Dn,.,功能表,邏輯符號,.,CP,D,Q,例：畫出D觸發(fā)器的輸出波形。,.,三、T和T觸發(fā)器,（1）T觸發(fā)器,來一個時鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次，也叫計數(shù)器。,R,S,.,工作原理,1,假設(shè)Q=0,來一個時鐘翻轉(zhuǎn)一次,.,T觸發(fā)器存在的問題,1、計數(shù)脈沖必須嚴(yán)密配合，CP脈沖不能太長，否則觸發(fā)器將產(chǎn)生空翻現(xiàn)象（CP=1期間，輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)若干次）。,2、為了解決空翻現(xiàn)象，可以采用主從方式觸發(fā)的觸發(fā)器。,.,電路結(jié)構(gòu),.,工作原理,1,0,F主打開,F從關(guān)閉,輸出反饋到F主,.,1,輸出反饋到F從,0,工作原理,F主關(guān)閉,F從打開,0,.,由此可見，主從觸發(fā)器一個CP只能翻轉(zhuǎn)一次。,翻轉(zhuǎn)時刻描述：,前沿處，輸出交叉反饋到F主。,后沿處，輸出傳遞到F從翻轉(zhuǎn)完成。,CP,.,邏輯符號,.,時序圖,CP,Q,下降沿翻轉(zhuǎn)！,.,（2）T觸發(fā)器,T觸發(fā)器與T觸發(fā)器無本質(zhì)區(qū)別，只是加入了控制端T。,T,.,功能表,T,邏輯符號,.,時序圖,CP,Q,T,.,（3）JK觸發(fā)器,JK觸發(fā)器的功能最完善，有兩個控制端J、K。,.,JK觸發(fā)器的功能,被封鎖,保持原態(tài),J=K=0時：,.,JK觸發(fā)器的功能,相當(dāng)于T觸發(fā)器T=1,J=K=1時：,.,JK觸發(fā)器的功能,Qn=0時,Qn+1=1,J=1，K=0時：分兩種情況（Q=0,Q=1）,.,JK觸發(fā)器的功能,Qn=1時,F主被封保持原態(tài),Qn+1=1,.,JK觸發(fā)器的功能,Qn+1=0,同樣原理：,J=0，K=1時：,.,功能表,邏輯符號,K,J,.,由以上功能可以看出：它既有記憶功能（當(dāng)J=K=0時），又能置0（J=0,K=1）、置1（J=1,K=0),而且還能計數(shù)（J=K=1時)，所以它的功能最完善。,.,時序圖,CP,K,J,Q,保持,T,.,1.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器,7.4觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換,.,2.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器,.,3.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器,.,7.5應(yīng)用舉例,例：四人搶答電路。四人參加比賽，每人一個按鈕，其中一人按下按鈕后，相應(yīng)的指示燈亮。并且，其它按鈕按下時不起作用。,電路的核心是74LS175四D觸發(fā)器。它的內(nèi)部包含了四個D觸發(fā)器，各輸入、輸出以字頭相區(qū)別，管腳圖見下頁。,.,1Q,1D,2Q,2D,GND,4Q,4D,3Q,3D,時鐘,清零,USC,公用清零,公用時鐘,74LS175管腳圖,.,+5V,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,賽前先清零,輸出為零發(fā)光管不亮,.,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,+5V,CP,反相端都為1,1,.,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,+5V,若有一按鈕被按下，比如第一個鈕。,0,0,這時其它按鈕被按下也沒反應(yīng),.,時序電路必然具有記憶功能，因而組成時序電路的基本單元是觸發(fā)器。,時序邏輯電路的特點(diǎn),在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且還和電路原來的狀態(tài)有關(guān)者，都叫做時序邏輯電路，簡稱時序電路。,.,7.6寄存器,寄存器是計算機(jī)的主要部件之一，它用來暫時存放數(shù)據(jù)或指令。一個觸發(fā)其只能寄存一位二進(jìn)制數(shù)。寄存器存取數(shù)據(jù)分為：并行和串行兩種。數(shù)碼寄存器和移位寄存器。,.,四位數(shù)碼寄存器,一、數(shù)碼寄存器(寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼的功能）,.,二、移位寄存器,所謂“移位”，就是將寄存器所存各位數(shù)據(jù)，在每個移位脈沖的作用下，向左或向右移動一位。根據(jù)移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器和雙向移位寄存器三種：,.,根據(jù)移位數(shù)據(jù)的輸入輸出方式，又可將它分為串行輸入串行輸出、串行輸入并行輸出、并行輸入串行輸出和并行輸入并行輸出四種電路結(jié)構(gòu)：,串入串出,串入并出,并入串出,并入并出,.,四位串入-串出的左移寄存器,初始狀態(tài)：設(shè)A3A2A1A01011,在存數(shù)脈沖作用下，也有Q3Q2Q1Q01011。,D00,D1Q0,D2Q1,D3Q2,下面將重點(diǎn)討論蘭顏色的那部分電路的工作原理。,.,D00,D1Q0,D2Q1,D3Q2,1011,0110,0110,1100,1100,1000,1000,0000,0000,0000,0000,0000,設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1Q01011,.,用波形圖表示如下：,設(shè)初態(tài)Q3Q2Q1Q01011,.,四位串入-串出的左移寄存器：,四位串入-串出的右移寄存器：,D1Q2,D2Q3,D30,D0Q1,.,四位串入-串出的左移寄存器：,四位串入-串出的右移寄存器：,“L”即需左移的輸入數(shù)據(jù),“R”即需右移的輸入數(shù)據(jù),.,右移串行輸入,左移串行輸入,并行輸入,.,0,1,1,1,1,00,01,10,11,直接清零,保持,右移(從QA向右移動),左移(從QD向左移動),并入,.,7.7計數(shù)器的分析與設(shè)計,一、計數(shù)器的功能和分類,1.計數(shù)器的功能,記憶輸入脈沖的個數(shù)；用于定時、分頻、產(chǎn)生節(jié)拍脈沖及進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算等等。,2.計數(shù)器的分類,同步計數(shù)器和異步計數(shù)器。,加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器。,有時也用計數(shù)器的計數(shù)容量(或稱模數(shù))來區(qū)分各種不同的計數(shù)器，如二進(jìn)制計數(shù)器、十進(jìn)制計數(shù)器、二十進(jìn)制計數(shù)器等等。,（一）、計數(shù)器的分析,.,二、異步計數(shù)器的分析,在異步計數(shù)器中，有的觸發(fā)器直接受輸入計數(shù)脈沖控制，有的觸發(fā)器則是把其它觸發(fā)器的輸出信號作為自己的時鐘脈沖，因此各個觸發(fā)器狀態(tài)變換的時間先后不一，故被稱為“異步計數(shù)器”。,三位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器,例1.三位二進(jìn)制異步加法計數(shù)器。,.,1010101010,00,1,01,0,1,10,1,11,0,0,00,0,1,01,思考題：,試畫出三位二進(jìn)制異步減法計數(shù)器的電路圖，并分析其工作過程。,優(yōu)點(diǎn)：電路簡單、可靠,缺點(diǎn)：速度慢,.,小結(jié)：,1、三級觸發(fā)器組成的計數(shù)器，每8個脈沖循環(huán)一次，所以稱三位二進(jìn)制計數(shù)器（或稱8進(jìn)制、模8計數(shù)器）。退而廣之，n個觸發(fā)器串聯(lián)，則可組成模數(shù)為2n的計數(shù)器。2、由波形圖可見，Q波形的頻率是CP波形頻率的一半，為分頻器。3、計數(shù)順序，每經(jīng)一個時鐘，自動加1，因此稱加法計數(shù)器；4、構(gòu)成減法計數(shù)器。,.,三、同步計數(shù)器的分析,例2.三位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器,三位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器,.,分析步驟:,1.先列寫控制端的邏輯表達(dá)式：,J2=K2=Q1Q0,J1=K1=Q0,J0=K0=1,Q0：來一個CP，它就翻轉(zhuǎn)一次；,Q1：當(dāng)Q01時，它可翻轉(zhuǎn)一次；,Q2：只有當(dāng)Q1Q011時，它才能翻轉(zhuǎn)一次。,.,2.再列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，分析其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。,2001001111010,1000000011001,3010000011011,4011111111100,5100000011101,6101001111110,7110000011111,8111111111000,.,3.還可以用波形圖顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,.,該計數(shù)器經(jīng)8個循環(huán)一周，所以是同步八進(jìn)制計數(shù)器（計數(shù)器的模數(shù)為8）。,.,思考題：試設(shè)計一個四位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器電路，并檢驗(yàn)其正確性。,.,任意進(jìn)制的計數(shù)器，其計數(shù)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換次序未必按二進(jìn)制，各觸發(fā)器的時鐘來源也不一定相同。對這類計數(shù)器的分析，也可采用列表法。只是在分析過程中，要特別注意個觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻。,四、任意進(jìn)制計數(shù)器的分析,.,舉例說明：例1,1.寫出控制端的邏輯表達(dá)式：,J2=Q1Q0，K21,J1=K11,.,2.再列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，分析其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程：,1000011111001,2001011111010,3010011111011,4011111111100,5100011101000,.,如前所述，右圖電路為異步五進(jìn)制加法計數(shù)器。,3.還可以用波形圖顯示狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(略),.,另有三種狀態(tài)111、110、101不在計數(shù)循環(huán)內(nèi)，如果這些狀態(tài)經(jīng)若干個時鐘脈沖能夠進(jìn)入計數(shù)循環(huán)，稱為能夠自行啟動。,4.檢驗(yàn)其能否自動啟動？,111111101000,110011101010,101011101010,結(jié)論：經(jīng)檢驗(yàn)，可以自動啟動。,.,5、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,.,例2、十進(jìn)制計數(shù)器,1、同步十進(jìn)制計數(shù)器,2、二-五-十進(jìn)制計數(shù)器,用四位二進(jìn)制數(shù)來代表十進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)，所以也稱二-十進(jìn)制計數(shù)器（最常用的是8421編碼方式）。,.,二-五-十進(jìn)制計數(shù)器74LS290,74LS290內(nèi)部含有兩個獨(dú)立的計數(shù)電路：一個是模2計數(shù)器(CP0為其時鐘，Q0為其輸出端)，另一個是模5計數(shù)器(CP1為其時鐘，Q3Q2Q1為其輸出端)。,外部時鐘CP是先送到CP0還是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1這四個輸出端會形成不同的碼制。,(1).74LS290的介紹,.,74LS290原理電路圖,下面將給出它的原理電路圖：,.,1.只輸入計數(shù)脈沖CP0，由Q0輸出，為二進(jìn)制計數(shù)器。,2.只輸入計數(shù)脈沖CP1，由Q3Q2Q1輸出，為五進(jìn)制計數(shù)器。,.,3.將Q0與CP1連接，輸入計數(shù)脈沖CP0，由邏輯圖得出各位觸發(fā)器的J,K端的邏輯關(guān)系式：,J0=1，K01,J2=1，K21,J3=Q2Q1，K31,為8421碼十進(jìn)制計數(shù)器。,.,分析：計數(shù)時鐘先進(jìn)入CP0時的計數(shù)編碼。,結(jié)論：上述連接方式形成8421碼。,00000,00011,00102,00113,01004,01015,01106,01117,10008,10019,00000,十進(jìn)制數(shù),.,再分析：計數(shù)時鐘先進(jìn)入CP1時的計數(shù)編碼。,結(jié)論：上述連接方式形成5421碼。,Q0Q3Q2Q1CP0,.,CP0,CP1,R0(1),R0(2),S9(2),S9(1),VCC,Q0,Q2,Q1,Q3,GND,1,2,3,4,5,6,7,14,13,12,11,10,9,8,QA,QD,QB,QC,S9(2),SR9(1),R0(2),R0(1),CPB,CPA,74LS290,74LS290管腳分布圖,.,74LS290功能表,.,（二）、計數(shù)器的設(shè)計,計數(shù)器的設(shè)計方法很多，大抵可分為兩類：一是根據(jù)要求用觸發(fā)器(Flip-Flop)構(gòu)成，二是利用具有特定功能的中規(guī)模集成組件適當(dāng)連接而成。,一、利用觸發(fā)器設(shè)計某計數(shù)電路,舉例說明其設(shè)計步驟：,數(shù)字控制裝置中常用的步進(jìn)電動機(jī)有A、B、C三個繞組。電動機(jī)運(yùn)行時要求三個繞組以AABBBCCCA再回到A的順序循環(huán)通電，試設(shè)計滿足這一控制要求的計數(shù)電路。,.,設(shè)計步驟如下：,(1).根據(jù)任務(wù)要求，確定計數(shù)器的模數(shù)和所需的觸發(fā)器個數(shù)。,這個任務(wù)所需計數(shù)器的模數(shù)為6，觸發(fā)器的個數(shù)為3。,(2).確定觸發(fā)器的類型。,最常用的觸發(fā)器有D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器，本任務(wù)中選用JK觸發(fā)器。,.,以QCQBQA為序排列：,(3).列寫狀態(tài)轉(zhuǎn)換表或轉(zhuǎn)換圖。,用三個觸發(fā)器的輸出端QA、QB、QC分別控制電動機(jī)的三個繞組A、B、C，并以“1”表示通電，“0”表示不通電。,.,(4).根據(jù)所選觸發(fā)器的激勵表，確定各個觸發(fā)器在狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對控制端的電平要求。,0000,0011,0100,0110,1001,1011,1101,1110,000X,011X,10X1,11X0,注意：“X”即可“0”可“1”。,.,步進(jìn)電動機(jī)繞組通電激勵表,.,(5).根據(jù)各狀態(tài)下對控制端電平的要求，用卡諾圖化簡，寫出各個控制端的邏輯表達(dá)式：,(6).畫出計數(shù)器的邏輯電路圖。,.,(7).檢驗(yàn)該計數(shù)電路能否自動啟動。,本計數(shù)電路有三個觸發(fā)器，可有八個狀態(tài)組合，可是只用去六個，尚有兩個未利用，因此需要檢驗(yàn)一下能否自行啟動。,.,二、利用集成功能組件設(shè)計計數(shù)電路,74LS290內(nèi)部含有兩個獨(dú)立的計數(shù)電路：一個是模2計數(shù)器(CP0為其時鐘，Q0為其輸出端)，另一個是模5計數(shù)器(CP1為其時鐘，Q3Q2Q1為其輸出端)。,外部時鐘CP是先送到CP0還是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1這四個輸出端會形成不同的碼制。,1.中規(guī)模計數(shù)器組件74LS290的介紹,.,74LS290原理電路圖,下面將給出它的原理電路圖：,.,74LS290功能表,歸納：,1.74LS290在“計數(shù)狀態(tài)”或“清零狀態(tài)”時，均要求S9(1)和S9(2)中至少有一個必須為“0”。,2.只有在R0(1)和R0(2)同時為“1”時，它才進(jìn)入“清零狀態(tài)”；否則它必定處于“計數(shù)狀態(tài)”。,.,2.采用不同的連接，可以構(gòu)成任意進(jìn)制計數(shù)器。,反饋歸零（置“0”）法：為了獲得任意模數(shù)M,在第M個脈沖作用下，將所有“輸出為1”的觸發(fā)器的輸出通過與門控制，直接接復(fù)位端，使計數(shù)器回到“0”態(tài)。,可以把大模數(shù)的計數(shù)器改造成小模數(shù)的。,.,例1.構(gòu)成BCD碼六進(jìn)制計數(shù)器。,CP0,CP1,Q0,Q3,Q1,Q2,S9(2),S9(1),R0(2),R0(1),74LS290,0000,CP,0110,3.74LS290的應(yīng)用,.,討論：下述接法行不行?錯在何處?,警示：切切不可將輸出端相互短路！,.,只有這樣做才是正確的。,.,例2.用兩片74LS290構(gòu)成36進(jìn)制8421碼計數(shù)器。,分析：1.如何解決片間進(jìn)位問題？,從右面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表中可以看到：個位片的Q3可以給十位片提供計數(shù)脈沖信號。,.,分析：2.如何滿足“36進(jìn)制”的要求？,36,00,(00110110),.,用兩片74LS290構(gòu)成36進(jìn)制8421碼計數(shù)器,.,級連法：利用兩個以上的計數(shù)器串聯(lián)起來，獲得任意進(jìn)制計數(shù)器。N1進(jìn)制與N2進(jìn)制構(gòu)成N進(jìn)制（N=N1*N2)。,.,例3.用74LS290構(gòu)成5421碼的六進(jìn)制計數(shù)器。,至此結(jié)束,在此狀態(tài)下清零,.,承接前頁的分析結(jié)果：,在Q0Q3Q2Q11001時清零。,.,8421碼制下：,在Q3Q2Q1Q00110時清零,同為六進(jìn)制計數(shù)器，兩種碼制不同接法的比較：,5421碼制下：,在Q0Q3Q2Q11001時清零,.,7.8單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器簡稱單穩(wěn)。,它的突出特點(diǎn)是:輸出端只有一個穩(wěn)定狀態(tài),另一個狀態(tài)則是暫穩(wěn)態(tài).加入觸發(fā)信號后,它可以由穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài),但是,經(jīng)過一定時間以后,它又會自動返回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。,.,一、555定時器的原理,555定時器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的中規(guī)模集成器件。它使用方便,帶負(fù)載能力較強(qiáng),目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。,555定時器的工作原理,555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:一個由三個相等電阻組成的分壓器;兩個電壓比較器:A1、A2;一個RS觸發(fā)器;一個反相器和一個晶體管T。具體的結(jié)構(gòu)見后圖。,.,.,.,三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準(zhǔn)電壓:A1的為2VCC/3,A2的為VCC/3。,首先討論上圖中加彩色部分的電路的工作原理。,.,1,0,1,0,0,0,閾值端,觸發(fā)端,.,附錄:,.,綜合以上的分析結(jié)果,便可得到555的功能表:,.,二、555定時器的應(yīng)用,(1).雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:微電機(jī)起動停車控制電路。,S1:起動按鈕,S2:停車按鈕,.,僅按下起動按鈕S1,則TRVCC/3,這時uo=0,電機(jī)停止運(yùn)行。,如果松開S2,電機(jī)仍不轉(zhuǎn)動。,.,(2).單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器:洗相曝光定時器,若S打開,則ui=1;,若S合上,則ui=0。,.,TH2VCC/3,TRVCC/3,按鈕S處于打開狀態(tài)時：,uo=0,555內(nèi)的管T導(dǎo)通,電容CT被短路,T