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1、第21章 触发器和时序逻辑电路,21.1 双稳态触发器,21.2 寄存器,21.3 计数器,21.4 555定时器及其应用,21.5 应用举例,本章要求,1. 掌握 RS、JK、D 触发器的逻辑功能及 不同结构触发器的动作特点; 2. 掌握寄存器、移位寄存器、二进制计数器、 十进制计数器的逻辑功能，会分析时序逻辑 电路; 3. 学会使用本章所介绍的各种集成电路; 4. 了解集成定时器及由它组成的单稳态触发器 和多谐振荡器的工作原理。,第21章 触发器和时序逻辑电路,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
2、称为时序逻辑电路。,时序逻辑电路的特点：,下面介绍双稳态触发器，它是构成时序电路的基本逻辑单元。,21.1 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。,21.1.1 RS 触发器,两互补输出端,1. 基本 RS 触发器,两输入端,反馈线,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
3、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G1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,2. 可控 RS 触发器,基本R-S触发器,导引电路,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 CP = 1 时,1,打开,触发器状态由R，S 输入状态决定。,打开,当 CP = 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,(
4、2) S = 0, R= 1,(3) S =1, R= 0,1,Q=1,Q=0,(4) S =1, R= 1,可控RS状态表,CP高电平时触发器状态由R、S确定,跳转,例：画出可控 RS 触发器的输出波形,可控 RS状态表,CP高电平时触发器状态由R、S确定,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,21.1.2 主从JK触发器,1.电路结构,从触发器,主触发器,反馈线,2. 工作原理,主触发器打开,主触发器状态由J、K决定，接收信号并暂存。,从触发器封锁,从触发器状态保持不变。,CP,CP,状态保持不
5、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。,从触发器打开,主触发器封锁,CP,CP高电平时触发器接收信号并暂存 (即主触发器状态由 J、K决定，从触发器状态保持不变）。,要求CP高电平期间J、K的状态保持不变。,CP低电平时, 主触发器封锁, J、K不起作用,0,1,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,设触发器原态为“1”态,为“？”状态,J=1, K=1时，每来 一个时钟脉冲，状 态翻转一次，即具 有计数功能。,(1) J=1, K=1,跳转,CP,(2) J=0，K=1,设触发器原态为
6、“1”态,设触发器原态为“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,(4) J=0，K=0,设触发器原态为“0”态,CP,结论：,CP高电平时主触发器状态由J、K决定，从触发器状态不变。,3. JK触发器的逻辑功能,Qn,1,0 0,1 1,1 0,0,0 1,CP高电平时，主触发器状态由J、K决定，从触发器状态不变。,(保持功能),(置“0”功能),(置“1”功能),(计数功能),C下降沿触发翻转,例：JK 触发器工作波形,基本R-S触发器,导引电路,21.1.3 维持阻塞 D 触发器,1.电路结构,反馈线,跳转,21.1.3 维持阻塞 D
7、触发器,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,21.1.3 维持阻塞 D 触发器,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上升沿前接收信号，上降沿时触发器翻转，( 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：,例：D 触发器工作波形图,21.1.4 触发器逻辑功能的转换,1. 将JK触
8、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。,21.2 寄存器,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，要 n个触发器。,21.2.1 数码寄存器,仅有寄存数码的功能。,清零,寄存指令,通常由D触发器或R-S触发器组成,并行输入方式,寄存数码,触发器状态不变,清零,寄存指令,并行输出方式,&,&,&,&,Q,Q,Q,Q,状态保持不变,2
9、1.2.2 移位寄存器,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。,寄存数码,1.单向移位寄存器,D,1011,1,Q,1011,1,0,1,1,J,K,FF3,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,数码输入,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,数码输入,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,
10、动画,右移移位寄存器,串行输出,2.并行、串行输入/串行输出寄存器,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,串行输入/串行输出,3. 双向移位寄存器：,既能左移也能右移。,&,.,RD,CP,S,左移输入,待输数据由 低位至高 位依次输入,待输数据由高位至低位依次输入,1,0,1,右移输入,移位控制端,&,&,&,右移串行输入,左移串行输入,21.3 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、时序控制等。,21.3.1 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
11、进制计数器，需用 n个具有计数功能的触发器。,1. 异步二进制加法计数器,异步计数器：计数脉冲C不是同时加到各位触发器。最低位触发器由计数脉冲触发翻转，其他各位触发器有时需由相邻低位触发器输出的进位脉冲来触发，因此各位触发器状态变换的时间先后不一，只有在前级触发器翻转后,后级触发器才能翻转。,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,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
12、， 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.,三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,当相邻低位触发器由1变 0 时翻转,异步二进制加法器工作波形,每个触发器翻转的时间有先后，与计数脉冲不同步,用D触发器构成三位二进制异步加法器,2、若构成减法计数器CP又如何连接？,思考,1、各触发器CP应如何连接？,各D触发器已接成T触发器，即具有计数功能,2. 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
13、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FF0每来一个脉冲就翻转一次；,FF1：当Q0=1时，再来一个脉冲则翻转一次；,FF2：当Q0=Q1= 1时，再来一个脉冲则翻转一次。,四位二进制加法计数器的状态表,四位二进制同步加法计数器级间连接的逻辑关系,由J、K端逻辑表达式，可得出四位同步二进制计数器
14、的逻辑电路。,触发器翻转条件,J、K端逻辑表达式,J、K端逻辑表达式,FF0,每输入一C翻一次,FF1,FF2,FF3,J0 =K0 =1,Q0 =1,J1 =K1 = Q0,Q1 = Q0 = 1,J2 =K2 = Q1 Q0,Q2 = Q1 = Q0 = 1,J3 =K3= Q2 Q1 Q0,（加法）,（减法）,计数脉冲同时加到各位触发器上，当每个到来后 触发器状态是否改变要看J、K的状态。,由主从型 JK 触发器组成的同步四位二进制加法计数器,74LS161型四位同步二进制计数器,(a) 外引线排列图； (b) 逻辑符号,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
15、”。,解：1. 写出各触发器 J、K端和CP端的逻辑表达式,解：当初始状态为“000”时， 各触发器J、K端和C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,21.3.2 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。,1.同步十进制计数器,十进制加法计数器状态表,十进制同步加法计数器,十进制计数器工作波形,常用74LS160型同步十进制加法计数器, 其外引脚排 列及功能表与74LS161型计数器相同。,2. 异步十进制计数器,(1) 74LS290型二-五-十进制计数器,逻辑功能及外引线排列,（1） R01 、 R02 ： 置“0”输入端,逻辑功能,逻辑功能及外引线排列,（1） S91 、 S92
