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文本内容:
触发器及时序逻辑电路知识目标掌握R・S、J.K、D、T等几种类型触发器的逻辑功能,能够分析和实现不同功能触发器之间相互转换;掌握时序逻辑电路分析的步骤,能分析简单的计数器电路;掌握二进制计数器,二一十进制计数器的工作原理,理解同步计数器和异步计数器的区别能力目标会利用触发器设计计数器素质目标培养学生的设计创新能力教学重占
八、、触发器的工作原理,用触发器构成计数器教学难点用触发器构成计数器教学手段实物演示;教学板书;电子课件教学学时10H教学内容与教学过程设计任务一双稳态触发器的研究根本R-S触发器
1.与非门组成的根本R-S触发器电路结构根本R-S触发器是触发器中结构最简单的一种根本R-S触发器的逻辑电路图及逻辑符号如图11-1所示2工作原理1)当R=
0、S=1时:2R=l、S=0时:3R=l、S=1时:4R=
0、S=0时:3特性表和特性方程
①当触发器处在o状态,即0=°时,假设输入信号RS=oi或11触发器仍为o状态;假设RS=10,触发器就会翻转成为1状态
②当触发器处在1状态,即0T时,假设输入信号RS=1O或11触发器仍为1状态;假设RS=01触发器就会翻转成为0状态或非门组成的根本R-S触发器根本R-S触发器也可以用或非门组成,此时其逻辑电路图及逻辑符号如图11-3所示其特性表见表ll-2o.QQQQRSR图11-3由或非门组成的R-S触发器表11-2由或非门组成的R-S触发器特性表综上所述,根本RS触发器有以下特点触发器的次态不仅与输入信号状态有关,而且与触发器的现态有关电路具有两个稳定状态,在无外来触发信号作用时,电路将保持原状态不变在外加触发信号有效时,电路触发翻转,实现置0或置1在稳定状态下两个输出端的状态和必须是相反的,即有约束条件同步R-S触发器电路组成同步R-s触发器是在根本R-s触发器电路根底上增加两个控制门g3和G4一个时钟触发信号CPSCPRSCPR图11-4同步R-S触发器功能分析
(1)当CP=o时,弓
3、弓4门被封锁,0=0=1,此时R、s端的输入不起作用,所以触发器保持原状态不变⑵当即同步时钟脉冲上升沿到来时,弓
3、弓4门解除封锁状态,0二矿Q广下,触发器将按根本R-S触发器的规律发生变化初始状态的预置在实际应用中,有时必须在时钟脉冲C尸到来之时,预先将触发器置成某一初始状态为此,在同步RS触发器电路中设置了专门的直接置位端和直接复位端万(均低电平有效),通过在或端加低电平,直接作用于根本R-S触发器,使其完成置1和置0功能而不受CP脉冲限制,故也称或瓦为异步置位端和异步复位端cp—np~npinr-图11-5RS触发器的时序波形图
(三)边沿触发器边沿J-K触发器边沿J-K触发器的逻辑电路图及逻辑符号如图11-6所示图中G.
3、G#两个与或非门交叉耦合组成根本RS触发器,
3、为输入信号引导门图中人表示边沿触发输入方式qe图11-6J-K触发器的逻辑电路图及逻辑符号1边沿J-K触发器功能分析当CP=O时,触发器保持原来状态当CP=1时,触发器还是保持原来状态Q〃+l=QH+・J0=Q〃0+1=
0.KQl+=0当CP为上升沿时,触发器仍保持原来状态不变在CP=O时,如果触发器的状态为0〃=,尹=1当CP由0—1时,由于与非门G
3、的延时作用,首先与门A输入全1不管与门B输入为何状态,输出Q仲=0触发器保持原态不变,如果触发器原态为1在CP由0-1时触发器同样保持1不变当CP为下降沿时,触发器根据J、K端的输入信号变化J-K触发器的特性方程为0+i=j0+初11-2图11-7为J-K触发器的状态转换图和时序图J=1aCPQb图11-7J-K触发器a状态转换图b时序图维持阻塞触发器1触发器也是应用广泛的触发器,国产触发器多是维持阻塞型逻辑电路及逻辑符号如图11-8所示维持阻塞D触发器的特性方程为Q1+]=D11-3维持阻塞触发器的状态转换图为图11-9D触发器状态转换图触发器应用举例所谓T触发器是一种受控计数型触发器,其特性方程可表示为0+1=『0+了0当受控输入信号T=1时,时钟脉冲到来触发器就翻转;当T=0时,触发器处于保持状态IfIJrmMin—TCPQ图11-10T触发器的逻辑电路图及时序时波形图cp-nTu~ir^IIlq~Im图11-11P触发器的时序波形图任务二存放器的研究存放器按所具备的功能不同可分为两大类数码存放器和移位存放器,下面分别予以介绍
(一)数码存放器数码存放器只具有接收数码和去除原有数码的功能,根据需要可以将存放的数码随时取出参加运算或进行处理
1.工作原理待存数码由高位到低位依次排列为D3D2DQ0在接收数码之前,通常先清零,使各触发器复位如存放数码1010将其送入各个触发器的触发输入端当接收脉冲CP上升沿到达时,触发器『
3、氏翻转为1态,「
2、%保持0态不变,使000=320口°=1010这样待存数据就暂存在存放器中,原存的旧数据被刷新需要取出暂存在存放器的数码时,各位数码在存放器的输出端0000同时取出活零ITETLcp°存放指令图11-12D触发器构成的4位数码存放器
2.集成数码存放器将构成存放器的各个触发器以及有关控制逻辑门集成在一个芯片上,就可以得到集成数码存放器下面以八锁存器74HC373为例说明存放器的应用图11-13八锁存器74HC373-移位存放器移位存放器除具有存储数码功能外,还具有使数码移位功能所谓移位功能,就是存放器中所存数据,可以在移位脉冲作用下逐次左移或右移b图11-14D触发器组成的单向移位存放器12345678w-TLrwLTLrLnjnLrLD」Qo-J1Qz图11-15串出移位存放器移位存放器的输入也可以采用并行输入方式图11-16为一个串行或并行输入,串行输出的移位存放器电路在并行输入时,采用了两步接收第一步先用清零负脉冲把所有触发器清零,第二步利用送数正脉冲,翻开与非门,通过触发器的直接置位端S输入数据然后再在移位脉冲作用下进行数码移位设输入数据3「2口£0为1011其工作过程如图11-17所示漕却送数―nQ「LxTtl图11-17移位存放器的工作过程示意图任务三计数器
(一)二进制加法计数器
1.同步二进制加法计数器二进制只有0和1两个数码,二进制加法的规律是逢二进一,即0+1=11+1=10每当本位是1再加1时,本位就变为0而向高位进位,使高位加1由于双稳态触发器有0和1两个状态,所以一个触发器可以表示一位二进制数表示〃位二进制数,就要用〃个双稳态触发器异步二进制加法计数器二进制加法计数器的特点是每来一个计数脉冲,最低位触发器翻转一次,而高位触发器是在相邻低位触发器从1变为0进位时翻转11-19四位异步二进制加法计数器工作时,先将各触发器清零,使计数器变为0000状态第一个计数脉冲到来时,触发器F翻转为1其余各位触发位不变,计数器变成0001状态第二个计数脉冲输入后,触发器F()由1变为0并向耳发出一个负跳变的进位脉冲,使E翻转为1F2及F3不变,计数器变成0010状态11-4J=K=111-5人=000K3=0;求状态方程由驱动方程和触发器的特征方程,写出各触发器的状态方程”=应+K0=Q以+宓Q;0*=J+瓦以=Q0瑟+宓瑟Q;er1=您+M%=000金+百以根据状态方程,作出状态转移表和时序图,分析逻辑功能从0000〃=0000时开始,依次代入状态方程和输出方程进行计算,结果见表ll-6o表16同步十进制加法计数器的状态转换真值表有效状态、无效状态和自启动在计数器的分类中已经讲过,编码时使用了的代码状态叫做有效状态,反之,没有使用的状态就称为无效状态在图11-22中,1010-1111是无效的,因为8421编码中未使用电路因为某种原因,例如干扰而落入无效状态时,如果在C尸脉冲操作下可以返回到有效状态,那么称为能自启动计数器在输入计数脉冲的作用下,总是循环工作的,在正常情况下,周而复始地在有效状态中的循环叫做有效循环反之,我们把无效循环状态中的循环叫做无效循环,但凡不能自启动的电路,肯定存在着无效循环,这种情况一般在计数器的设计时应设法防止由图11-22知,8421编码的同步十进制加法计数器能够自启动时序逻辑电路是数字电路的另一种类型触发器是时序逻辑电路一种逻辑单元双稳态触发器有0和I两个稳定输出状态,在一定外界信号的作用下可以从一个稳定状态翻转为另一个稳定状态因此,双稳态触发器是具有记忆功能的元件触发器的逻辑功能可用逻辑状态表来表示根据逻辑功能的不同,触发器可分为R-S、J-K、D、T等几种类型由于内部电路结构不同,因而触发方式和时刻也不同根本R-S触发器为低电平触发;可控R-S触发器为高电平触发;其它触发器一般多采用时钟脉冲的上升或下降沿触发时序逻辑电路一般是由组合逻辑电路和具有记忆功能的触发器组成的它的特点是其输出状态不仅与现时的输入状态有关,而且还与电路原来所处的状态有关常用的时序逻辑电路有许多种,本章主要介绍几种常用的存放器和计数器的工作原理及逻辑功能时序逻辑电路的分析,按照以下三个步骤进行
(1)写出组成逻辑电路的各触发器的驱动方程和输出方程;
(2)由驱动方程和触发器的特征方程,写出各触发器的状态方程;
(3)根据状态方程,作出状态转移真值表(时序图)根据上述结果分析时序逻辑电路的功能RSQnQ+功能110不定不允许10101置111000置010000保持11表11-5四位二进制加法计数器的状态表计数脉冲数计数器状态十进制数030QQ00000010001120010230011340100450101560110670111781000891001910101010111011111211001213110113141110141511111516000016计数脉冲序现态次态输出号0’2oQr2o+,co0000000010100010010020010001103001101000401000101050101011006011001110701111000081000100109100100001。