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1、电工电子技术与技能,温风燕 主编,任务二 分析时序逻辑电路 一、计数器,课题十 四人抢答器的组装与调试,1.异步四位二进制加法计数器 2.异步十进制加法计数器,1.异步四位二进制加法计数器,图10-16 异步二进制加法计数器,每输入一个脉冲，就进行一次加1运算的计数器称为加法计数器，也称为递增计数器。图10-16所示为由四个JK触发器构成的异步二进制加法计数器。,1.异步四位二进制加法计数器,图10-17 异步二进制加法计数器的波形图,各触发器接收负跳变脉冲信号时状态就翻转，其波形图如图 10-17所示。,2.异步十进制加法计数器,图10-18 异步十进制加法计数器,1)计数器输入09个计数脉
2、冲时，工作过程与四位二进制异步加法计数器完全相同，第9个计数脉冲后， Q3Q2Q1Q0状态为1001。,图10-18所示为由四个JK触发器组成的异步十进制加法计数器。,2.异步十进制加法计数器,2)第10个计数脉冲到来后，Q0由1变0，其负跳变脉冲输入到FF1和FF3的输入端C1。异步十进制加法计数器状态转换表见表10-7。,表10-7 异步十进制加法计数器状态转换表,3.74LS160十进制集成计数器,图10-19 74LS160十进制集成计数器的外形和引脚排列,74LS160十进制集成计数器的外形和引脚排列如图10-19所示，其 逻辑功能见表10-8。,2.异步十进制加法计数器,表10-8
3、 74LS160逻辑功能,由表10-8可知，74160具有以下功能： 异步清零。当CR=0时，不管其他输入端的状态如何，有无时钟脉冲CP，计数器输出将被直接置零(Q3Q2Q1Q0=0000)，称为异步清零。 同步并行预置数。当CR=1、LD=0时，在输入时钟脉冲CP上升沿的作用下，并行输入端的数据D3D2D1D0被置入计数器的输出端，即Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0,由于这个操作要与CP上升沿同步，所以称为同步预置数。 计数。当CR=LD=CTT=CTP=1时，在CP端输入计数脉冲，计数器进行十进制加法计数。 保持。当CR=LD=1，且CTTCTP=0，即两个使能端中有0时，计数器保持原来
4、的状态不变。,1.基本寄存器,图10-20 四位二进制寄存器,二、寄存器,图10-20所示的是由四个D触发器并联组成的四位二进制寄存器。它能接收和存储四位二进制数码。,2.移位寄存器,图10-21 四位左移移位寄存器,图10-21所示的是由D触发器组成的四位左移移位寄存器,2.移位寄存器,图10-22 移位寄存器波形图,其工作过程如下 1)由置0端输入一个负脉冲使寄存器清零，即Q3Q2Q1Q0=0000，为输入数据作准备。假设要输入的数据是1101，波形如图10-22所示。,2.移位寄存器,2)第一个CP到来前，四个触发器输入端的状态为D3D2D1D0=0001。第一个CP的上升沿到来后，寄存
5、器的状态为Q2Q1Q0Q=0001。 3）第二个CP到来前， D3D2D1D0= Q2Q1Q0QSL=0011。在第二个CP上升沿到来后，寄存器的状态为Q3Q2Q1Q0 =0011。 按照上述规则，第四个CP上升沿到来后，寄存器的状态为Q3Q2Q1Q0=1101，即经过四个CP的输入和控制，一个串行输入的数据1101经过四次左移后被移送到寄存器中。,1.脉冲幅值Um 表示脉冲电压的最大值，其值等于脉冲底部至脉冲顶部之间的电位差，单位为V(伏)。 2.脉冲上升时间tr 表示脉冲前沿从0.1m上升到0.9m所需的时间，单位主要有s(秒)、ms(毫秒)、s(微秒)。tr越小表明脉冲上升越快。 3.脉
6、冲下降时间tf 表示脉冲后沿从0.9m下降到0.1m所需的时间。其数值越小，表明脉冲下降得越快。 4.脉冲宽度tw由脉冲前沿0.5m到脉冲后沿0.5m之间的时间。其值越大，表明脉冲出现后持续的时间越长。 5.脉冲周期T 对于周期性脉冲，脉冲周期指相邻两个脉冲波对应点之间的间隔时间，其倒数为脉冲的频率,任务三 认识脉冲信号的产生与变换电路,一、单稳态触发器,1.与非门组成的单稳态触发器 2.74121集成单稳态触发器 3.单稳态触发器的应用,一、单稳态触发器,图10-28 由与非门组成的单稳态触发器,由与非门组成的单稳态触发器如图10-28所示。,1.与非门组成的单稳态触发器,触发器工作原理分析
7、如下：(1)触发器的稳态 无论输入信号ui为高电平还是低电平，因为G1的反相作用，G2的两个输入中总有一个是低电平，即通常G2处于关闭状态，输出uo为高电平，这是电路的稳态。 (2)外加触发信号，电路翻转为暂稳态 设稳态时ui为低电平。 维持G2开通的条件除ui为高电平外，就是电容C两端的电压大于门G2的关门电平(使与非门的输出电平达到标准高电平的输入电平)。但是uo1由高变低后，已充电的电容C就要通过R和G1放电。电容C两端的电压按指数规律下降，维持G2开通的条件将被破坏，因此G2开通的状态是暂时的，称为暂稳态。 (3)自动返回到稳态 当电容C两端的电压下降到关门电平时，G2由开通状态返回到
8、关闭状态，uo由低电平返回到高电平。,2. 74121集成单稳态触发器,图10-29 74121的引脚排列和逻辑符号,74121是一个具有施密特触发器输入的单稳态触发器，对触发信号要求不高，其引脚排列和逻辑符号如图10-29所示，工作波形如图10-30所示，功能表见表10-11。,2. 74121集成单稳态触发器,图10-30 74121工作波形,2. 74121集成单稳态触发器,表10-11 74121功能表,3.单稳态触发器的应用,图10-31 单稳态触发器波形整形应用,利用单稳态触发器被触发后由稳态进入了暂稳态，暂稳态持续tw时间后自动回到稳态的特性，在脉冲整形、定时或延时方面得到了广泛
9、应用，如图10-31所示。,二、施密特触发器,1.基本工作原理 2.回差特性 3.集成施密特触发器 4.施密特触发器的应用,二、施密特触发器,图10-32 施密特触发器的电路结构和符号,施密特触发器是一种靠输入触发信号维持的双稳态触发器，其特点是：电路具有两个稳态。当输入信号电平升高至上限触发电平时，电路翻转到第二稳态；当输入信号电平降低至下限触发电平时，电路就由第二稳态返回第一稳态。其电路结构和符号如图10-32所示。,1.基本工作原理,图10-33 施密特触发器工作波形,施密特触发器输入三角波时，对应的工作波形如图10-33所示。,1.基本工作原理,(1)第一稳态 输入电压ui=0时，G1
10、关闭，输出高电平；G2开通，输出低电平，电路处于第一稳态。 (2)翻转到第二稳态 随着输入端ui的上升，加到G1的ui1逐渐上升，当ui1大于G1的阈值电压UTH时，G1开通，uo1变为低电平；G2关闭，输出高电平，电路由第一稳态翻转为第二稳态。 在施密特触发器的输入电压ui增大过程中，使输出电压uo2产生跳变所对应的输入电压值UTH定义为上限触发电平。,1.基本工作原理,(3)返回第一稳态 输入端ui从高电平处开始下降，加到G1的ui1也随着下降，当ui1低于G1的阈值电压T时，G1关闭，uo1输出跳变为高电平；G2开通，uo2输出低电平，电路由第二稳态返回第一稳态。 在施密特触发器的输入电
11、压ui降低过程中，输出电压uo2产生跳变所对应的输入电压值UTL定义为下限触发电平。,图10-34 施密特触发器的电压传输特性,2.回差特性,回差是施密特触发器的固定特性，其电压传输特性如图10-34所示。,3.集成施密特触发器,图10-35 74LS132的引脚排列,集成施密特触发器有TTL和CMOS两大系列。74LS132 TTL集成施密特触发器为四二输入的施密特与非门触发器，其引脚排列如图10-35所示。,4.施密特触发器的应用,(1)波形变换 施密特触发器可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号，如图10-36所示。,图10-36 施密特触发器波形变换,4.施密特触发
12、器的应用,图10-37 施密特触发器整形,(2)脉冲整形 当脉冲信号在传输过程中受到干扰使波形变坏时，可应用施密特触发器来整形，如图10-37所示。,4.施密特触发器的应用,(3)幅度鉴别 由图10-38可见，若将一系列幅度各异的脉冲信号加到施密特触发器的输入端时，只有那些幅度大于TH的脉冲才会在输出端产生输出信号。,图10-38 施密特触发器鉴幅,三、多谐振荡器,1.电路组成 2.基本工作原理,1.电路组成,图10-39 RC耦合多谐振荡器电路,图10-39所示为RC耦合多谐振荡器电路，图中非门G1、G2连接成阻容耦合正反馈电路，使之产生振荡。,2.基本工作原理,图10-40 RC耦合多谐振
13、荡器电容的充放电,如图10-40a所示，非门G2输出高电平时，通过R2向C1充电，导致G2的输入端电位逐渐上升；非门G1输出低电平时，电容C2将通过R1放电，导致G1的输入端电位逐渐下降，最后使G1输出高电平(1态)、G2输出低电平(0态)，进入第二稳态。 如图10-40b所示，非门G1输出高电平时，将通过R1对C2充电，导致G1的输入端电位逐渐上升。电容C1则通过R2放电，G2的输入端电位逐渐下降，最后使电路又从第二暂稳态返回第一暂稳态。,2.基本工作原理,图10-41 RC耦合多谐振荡器的工作波形,此后不断充电、放电，持续不断地翻转，产生矩形脉冲，图10-41所示为该电路的工作波形。 输出矩形脉冲的周期由电容充、 放电的时间常数决定，当R1=R2=R、 C1=C2=C时，振荡周期为T1.4RC。,
