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1、电 工 学,9 数字电路,9.1双稳态触发器,特点： 1、有两个稳定状态“0”态和“1”态； 2、能根据输入信号将触发器置成“0”或“1”态； 3、输入信号消失后，被置成的“0”或“1”态能 保存下来，即具有记忆功能。,双稳态触发器： 是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。,9.1.1 基本RS 触发器,两互补输出端,两输入端,Q,.,&,.,反馈线,B,触发器输出与输入的逻辑关系,设触发器原态为“1”态。,1,0,1,0,设原态为“0”态,1,1,0,触发器保持“0”态不变,复位,0,设原态为“0”态,1,1,0,0,设原态为“1”态,0,0,1,触发器保持“1”态不变,置
2、位,1,设原态为“0”态,0,0,1,1,设原态为“1”态,0,0,1,触发器保持“1”态不变,.,1,1,0,若A先翻转，则触发器为“0”态,“1”态,若先翻转,基本 RS 触发器状态表,逻辑符号,9.1.2 同步 RS 触发器,时钟脉冲,当CP=0时,0,R，S 输入状态不起作用。触发器状态不变。,当 C P= 1 时,1,打开,触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,当 C P= 1 时,1,打开,(1) S=0, R=0,触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,1,1,0,(2) S = 0, R= 1,1,0,1,(3) S =1, R= 0,1,Q=1,Q=0,(4) S =1
3、, R= 1,同步RS触发器状态表,Qn时钟到来前触发器的状态,Qn+1时钟到来后触发器的状态,CP高电平时触发器状态由R、S确定,画出同步 RS 触发器的输出波形,同步 RS状态表,CP高电平时触发器状态由R、S确定,例：,存在问题：,时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。,克服办法：采用 JK 触发器或 D 触发器,9.1.3 主从JK触发器,1.电路结构,从触发器,主触发器,反馈线,R,S,CP,F从,Q,CP,2. 工作原理,F主打开,F主状态由J、K决定，接收信号并暂存。,F从封锁,F从状态保持不变。,CP,R,S,F从,Q,CP,F主,J,K,
4、CP,CP,状态保持不变。,从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。,F从打开,F主封锁,CP,CP高电平时触发器接收信号并暂存（即F主状态由J、K决定，F从状态保持不变）。,要求CP高电平期间J、K的状态保持不变。,CP低电平时,F主封锁J、K不起作用,CP,CP,分析JK触发器的逻辑功能,(1)J=1, K=1,设触发器原态为“0”态,主从状态一致,CP,(1)J=1,K=1,设触发器原态为“1”态,为“？”状态,(1)J=1, K=1,CP,(1)J=1, K=1,设触发器原态为“1”态,J=1, K=1时，每来 一个时钟脉冲，状 态翻转一次，即具 有计
5、数功能。,CP,(2)J=0，K=1,设触发器原态为“1”态,设触发器原态为“0”态,CP,(2)J=0，K=1,设触发器原态为“0”态,J=0, K=1时，时钟 脉冲作用后，必为 “0”态。,CP,(3)J=1，K=0,设触发器原态为“0”态,设触发器原态为“1”态,CP,(3)J=1，K=0,设触发器原态为“1”态,J=1, K=0时，时钟 脉冲作用后，必为 “1”态。,CP,(4)J=0，K=0,设触发器原态为“0”态,设触发器原态为“1”态,CP,(4)J=0，K=0,设触发器原态为“1”态,CP,CP高电平时F主状态由J、K决定，F从状态不变。,结论：,3. JK触发器的逻辑功能,Q
6、n,1,0 0,1 1,1 0,0,0 1,CP高电平时F主状态由J、K决定，F从状态不变。,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),CP下降沿触发翻转,JK 触发器工作波形,例：,基本R-S触发器,导引电路,9.1.4 维持阻塞 D 触发器,1.电路结构,反馈线,2.逻辑功能,（1）D = 0,1,0,当CP = 0时,0,当CP = 1时,0,1,封锁,在CP = 1期间，触发器保持“0”不变,2.逻辑功能,（1）D = 1,0,1,当CP = 0时,1,当CP = 1时,0,1,封锁,在CP = 1期间，触发器保持“1”不变,封锁,上升沿触 发翻转,CP上升沿前接
7、收信号，上升沿时触发器翻转，（ 其Q的状态与D状态一致；但Q的状态总比D的状态变化晚一步，即Qn+1 =Dn；上升沿后输入 D不再起作用，触发器状态保持。 即(不会空翻),结论:,D 触发器工作波形图,例：,9.1.5 触发器逻辑功能的转换,1. 将JK触发器转换为 D 触发器,仍为下降沿 触发翻转,2. 将JK触发器转换为 T 触发器,当J=K时，两触发器状态相同,3. 将 D 触发器转换为 T触发器,触发器仅具有计数功能,即要求来一个CP， 触发器就翻转一次。,电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，当输入信号消失后，电路状态仍维持不变。这种具有存贮记忆功能的电路
8、称为时序逻辑电路。,时序逻辑电路的特点：,上述介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的基本逻辑单元。,9.2 时序逻辑电路分析,寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来存放数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放 n 位二进制时，需要 n个触发器。,9.3 寄存器,寄存器不仅能寄存数码，还有移位的功能。,所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。,清零,写入指令,并行输出方式,&,&,&,&,Q,Q,Q,Q,状态保持不变,9.3.1并行寄存器,并行输入方式,寄存器分类,并行输入/并行输出,串行输入/并行输出,并行输入/串行输出,串
9、行输入/串行输出,寄存数码,用JK触发器组成的移位寄存器,D,1011,1,Q,1011,1,0,1,1,J,K,F3,数据依次向左移动，称左移寄存器，输入方式为串行输入。,Q,Q,Q,再输入四个移位脉冲，1011由高位至低位依次从Q3端输出。,串行输出方式,左移寄存器波形图,1,1,1,1,1,1,0,待存数据,1011存入寄存器,从Q3取出,四位左移移位寄存器状态表,1,2,3,1,0,1,并 行 输 出,再继续输入四个移位脉冲,从 Q3端串行输出1011数码,右移移位寄存器,9.4 计数器,计数器是数字电路和计算机中广泛应用的一种逻辑部件，可累计输入脉冲的个数，可用于定时、分频、时序控制
10、等。,9.4.1 二进制计数器,按二进制的规律累计脉冲个数，它也是构成其它进制计数器的基础。要构成 n位二进制计数器，需用 n个具有计数功能的触发器。,A. 异步二进制加法计数器,异步计数器：计数脉冲CP不是同时加到各位触发器。 因此各位触发器状态变换的时间先后不一， 即异步。,二进制加法计数器状态表,从状态表可看出： 最低位触发器来 一个脉冲就翻转 一次，每个触发 器由 1变为 0 时， 要产生进位信号, 这个进位信号应 使相邻的高位触 发器翻转。,当J、K=1时，具有计数功能，每来一个脉冲触发器就翻转一次.,清零,四位异步二进制加法计数器,在电路图中J、悬空表示J、K=1,下降沿 触发翻转
11、,异步二进制加法器工作波形,异步：每个触发器翻转的时间有先后， 与计数脉冲不同步。,以三位为例：,B. 同步二进制加法计数器,异步二进制加法计数器线路联接简单。各触发器是逐级翻转，因而工作速度较慢。,同步计数器：计数脉冲同时接到各位触发器，各触发器状态的变换与计数脉冲同步。,同步计数器由于各触发器同步翻转，因此工作速度快。但接线较复杂。,二 进 制 数 Q2 Q1 Q0,0 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 8 0 0 0,脉冲数 (CP),二进制加法计数器状态表,最低位触发器F0每来一个脉冲就翻转一次；
12、,F1：当Q0=1时，再来一个脉冲则翻转一次；,F2：当Q0=Q1= 1时，再来一个脉冲则翻转一次。,四位二进制同步加法计数器级间连接的逻辑关系,触发器翻转条件,J、K端逻辑表达式,J、K端逻辑表达式,F0,每输入一CP翻一次,F1,F2,F3,J0 =K0 =1,Q0 =1,J1 =K1 = Q0,Q0 = Q1 = 1,J2 =K2 = Q1 Q0,Q0 = Q1 = Q2 = 1,J3 =K3= Q1 Q1 Q0,由J、K端逻辑表达式，可得出四位同步二进制计数器的逻辑电路。（只画出三位同步二进制计数器的逻辑电路）,（加法）,（减法）,三位同步二进制加法计数器,计数脉冲同时加到各位触发器上
13、，当每个到 来后触发器状态是否改变要看J、K的状态。,各触发器状态的变换和计数脉冲同步,例:分析图示逻辑电路的逻辑功能,说明其用处。 设初始状态为“000”。,解：1. 写出各触发器J、K端和C端的 逻辑表达式（驱动方程）,解：当初始状态为“000”时， 各触发器J、K端和CP端的电平为,由表可知，经5个脉冲循环一次，为五进制计数器。,2.列写状态转换表，分析其状态转换过程,CP1= Q0,由于计数脉冲没有同时加到各位触发器上，所以为异步计数器。,异步五进制计数器工作波形,9.4.2 十进制计数器,十进制计数器： 计数规律：“逢十进一”。它是用四位二进制数表示对应的十进制数，所以又称为二-十进制计数器。,四位二进制可以表示十六种状态，为了表示十进制数的十个状态，需要去掉六种状态，具体去掉哪六种状态，有不同的安排，这里仅介绍广泛使用 8421编码的十进制计数器。,A 异步十进制计数器,驱动方程：J1=K1=1, CP控制； J2=Q4 ,K2=1, Q1控制； J3=K3=1 , Q2控制； J4=Q2Q3 ,K4=1, Q1控制。,十进制加法计数器状态表,十进制计数器工作波形,B同步十进制计数器,十进制加法计数器状态表,十进制计数器工作波形,
