1、第13章 時序邏輯電路 13.1 基本雙穩態觸發器 13.2鐘控雙穩態觸發器 13.3寄存器 13.4計數器 13.5集成定時器 下一章 上一章 返回主頁 2022/9/251第13章 時序邏輯電路 13.1 基本雙2雙穩態觸發器： 由門電路加上適當的反饋而構成的一種新的邏輯部件。雙穩態觸發器與門電路區別： 雙穩態觸發器輸出電平的高低不僅取決于當時的輸入，還與以前的輸出狀態有關，是有記憶功能的邏輯部件。 13.1 基本雙穩態觸發器 2雙穩態觸發器：雙穩態觸發器與門電路區別： 13.1 3邏輯狀態相反 觸發器的狀態： Q= 1Q = 0Q = 1Q= 0規定: Q 端的狀態為 觸發器的狀態。一、

2、輸入為低電平有效的基本 RS 觸發器復位狀態置位狀態1. 電路QQRS &12&3邏輯狀態相反 觸發器的狀態： Q= 1Q = 0Q =10 11 00 0QnQn+1SR012. 邏輯功能QnQQRS &12&1 1保持原態401 1QnQn+1SR012. 邏輯功能QnQQR500 ：直接置 0 端 直接復位端R010101011 10 11 00 0QnQn+1SRQn0QQRS &12&1 0置 00 1500 ：直接置 0 端R01 1QnQn+1SR611 ：直接置 1 端 直接置位端S010101011 10 11 00 0QnQn+1SRQn01QQR

3、S &12&0 1置 11 0611 ：直接置 1 端S01 1QnQn+1SR711負脈沖有效010101011 10 11 00 0QnQn+1SRQn01 不定 QQRS &12&0 0不定1 1711負脈沖有效01 1QnQn+1SRQn01 不定8R S Qn+10 0 不定0 1 01 0 11 1 Qn3. 真值表4. 邏輯符號 R 和 S 端部各加一個 小圓圈，表示輸入 信號為低電平有效。QQRS8R S Qn+10 0 9二、輸入為高電平有效的基本 RS 觸發器1. 電路R S Qn+10 0 Qn0 1 11 0 01 1 不定2. 真值表3. 邏輯符號 R 和 S 端部不

4、加一個小 圓圈，表示輸入信號為 高電平有效。QQRSRSQQ 1 1 2 1 9二、輸入為高電平有效的基本 RS 觸發器1. 電路R 10一、RS 觸發器1. 電路結構 四門鐘控型電路結構 門 1、2 組成基本 RS觸發器，門 3、4 組成 導引電路。13.2 鐘控雙穩態觸發器 時鐘脈沖：指揮各觸發器動作的信號。 鐘控觸發器：又稱同步觸發器。 按邏輯功能分類： RS 觸發器、JK 觸發器、 D 觸發器、T 觸發器。 QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 10一、RS 觸發器1. 電路結構 四門鐘控型電路結構 1112. 邏輯功能(1) CP = 0 時01 1導引門 3、4 被封鎖

5、。觸發器保持原態： Qn+1 = Qn設置初態為 1設置初態為 0QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 112. 邏輯功能(1) CP = 0 時01 1導引門 312QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 1(2) CP = 1 時導引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。 R SQn+10 00 11 01 10 01 1Qn 保持原態12QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 13QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 1(2) CP = 1 時導引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。 R SQn+10 00 11 01 11 00 1Q

6、n 1 0113QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 14QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 1(2) CP = 1 時導引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。 R SQn+10 00 11 01 10 11 0Qn 0 11014QQRDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 151(2) CP = 1 時導引門 3、4 打開， 接收 R、S 的信號。 R SQn+10 00 11 01 11 10 0Qn 1 110不定QQ RDSDSRCPSR1 & & 2 3 4 151(2) CP = 1 時導引門 3、4 打開， R 163. 觸發方式 電平觸發方式C

7、P 1 接受信號，并立即輸出相應信號：高電平觸發CP 0 接受信號，并立即輸出相應信號：低電平觸發高電平觸發 SDQQ1S C1 1R RDSRCP低電平觸發 SDQQ1S C1 1R RDSRCP163. 觸發方式 電平觸發方式CP 1 接受信號，并立即17 例 13.2.1 已知高電平觸發 RS 觸發器，R 和 S 端的輸入 波形如圖所示，而且已知觸發器原為 0 態，求輸出端 Q 的波形。RSCP1234Q多次翻轉解17 例 13.2.1 已知高電平觸18二、JK 觸發器1. 電路結構S = J QnR = K Qn 主從型電路結構 從觸發器的輸出狀態由主觸發器的狀態決定 主觸發器JKRD

8、CP 1S C1 1RSDQQ1S C1 1R 從觸發器 CP：0 1 主觸發器打開 接受信號 從觸發器關閉 輸出狀態 不變 CP：1 0 主觸發器關閉 不接受信號 從觸發器打開 輸出相應狀態18二、JK 觸發器1. 電路結構S = J QnR = K192. 邏輯功能J KQn+10 00 11 01 1Qn Q Q 主觸發器JKRDCP 1S C1 1RSDQQ1S C1 1R 從觸發器10 00 0 保持不變S = J QnR = K Qn192. 邏輯功能J KQn+10 0Qn 202. 邏輯功能J KQn+10 00 11 01 1Qn Q Q 主觸發器JKRDCP 1S C1 1

9、RSDQQ1S C1 1R 從觸發器0 10 10 1 0 1S = J QnR = K Qn202. 邏輯功能J KQn+10 0Qn 212. 邏輯功能J KQn+10 00 11 01 1Qn Q Q 主觸發器JKRDCP 1S C1 1RSDQQ1S C1 1R 從觸發器0 11 01 0 1 0S = J QnR = K Qn1 212. 邏輯功能J KQn+10 0Qn 222. 邏輯功能J KQn+10 00 11 01 1Qn Q Q 主觸發器JKRDCP 1S C1 1RSDQQ1S C1 1R 從觸發器0 11 11 0 原態：0 1S = J QnR = K Qn1 新態

10、：1 0222. 邏輯功能J KQn+10 0Qn 232. 邏輯功能J KQn+10 00 11 01 1Qn Q Q 主觸發器JKRDCP 1S C1 1RSDQQ1S C1 1R 從觸發器0 11 10 1 原態：1 0S = J QnR = K Qn1 Qn 新態：0 1232. 邏輯功能J KQn+10 0Qn 24J KQn+10 0 Qn0 1 01 0 11 1 Qn真值表 JK 觸發器具有功能： 記憶 置數 (置 0 和置 1) 計數 3. 觸發方式(1) CP = 1 ( 或 0 ) 時主觸發器接收信號，從觸發器關閉。 (2) CP = 0 ( 或 1 ) 時主觸發器關閉，

11、從觸發器接收主觸 發器的信號。 主從觸發。 24J KQn+10 0 Qn真值表 25SDQQ1K1JC1 RDJKCP(a) 后沿主從觸發 (b) 前沿主從觸發 后沿主從觸發 前沿主從觸發 SDQQ1K 1JC1 RDJKCP25SDQQ1K1JC1 RDJKCP(a) 后沿主從觸發 26 觸發器輸出的狀態，由 CP 前沿所對應的 J 和 K 決定。 觸發器輸出相應狀態的時間卻在 CP 后沿到來時。在 CP 有效期間輸入信號不應變化，不發生一次翻轉現象。 例13.2.2 已知后沿主從觸發 的 JK 觸發器， J 和 K 端的輸入信號波形如圖所示，而且已知觸發器原 為 0 態，求輸出端 Q 的

12、波形。 1 2 3 4CP解JQK 注意：26 觸發器輸出的狀態，由 CP 前沿所對應的 J 和 K27三、D 觸發器1. 電路結構維持阻塞型輸出電路導引電路輸入電路&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&SDRDQQ123456&CP 特點： 在 CP = 1 期間，即使輸入信號變化，輸出狀態不會改變，只有等下一個 CP1，輸出狀態由輸入信號決定。 27三、D 觸發器1. 電路結構維持阻塞型輸出電路&DS282. 邏輯功能 (1) 當CP = 0 時 S = R = 1門 5 和門 6 打開，可接受輸入信號DB=DA=D門 3 和門 4 關閉 &DSRAB置0維持線置1維持線置

13、0阻塞線置1阻塞線&SDRDQQ123456&CP0 282. 邏輯功能 S = R = 1門 5 和門 6 打開29&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&SDRDQQ123456&CPD1(2) 當CP 由 0變1 時 門 3 和門 4 打開 則 Q = D S = DR = DD = = D= D D29&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&30&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&SDRDQQ123456&CP(3) 當 CP = 1 時 輸入信號被封鎖門 3 和門 4 始終打開，S 和 R 的狀態是互補的。如果： R = D = 0門 6

14、 被關閉！ D 的變化不能傳遞到 S、R 端。10100130&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&31&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&SDRDQQ123456&CP1010如果 S = D = 0門 4 和門 5 同時被關閉！ D 的變化不能傳遞到 S、R 端。 101031&DSRAB置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線&32真值表01DQn+101CPQQRDSD1DC1DCPRDSD1D C1 DCPQQ3. 觸發方式 在跳變沿觸發。(a) 上升沿觸發(b)下升沿觸發32真值表0DQn+10CPQQRDSD1DC1DCPRDS33 例13.2.

15、3 已知上升沿觸發 D 觸發器 D 端的輸入 信號波形，而且 觸原為 0 態，求輸出端 Q 的波形。 1 2 3 4QCPDD 的變化對 Q 無影響解33 例13.2.3 已知上升沿觸發34四、T 觸發器真值表T Qn+101Qn 相同邏輯功能的觸發器，電路結構不同， 觸發方式就不同。 不同邏輯功能的觸發器可相互轉換，但是 邏輯功能改變,觸發方式不變。 Qn34四、T 觸發器真值表T Qn+10Qn 35(1) 將主從型 JK 觸發器改接成 T 觸發器TJ = K =01 Qn+1 = Qn Qn+1 = Qn邏輯符號主從觸發 T 觸發器SD1TC1 RDTCPQQCPQQ1K1JC1SDRD

16、35(1) 將主從型 JK 觸發器改接成 T 觸發器TJ 36(2) 將維持阻塞型 D 觸發器改接成 T 觸發器邊沿觸發 T 觸發器(a) 改接方法(b) 邏輯符號 RDSD1T C1 TCPQQT=1CPSDRD1DC1QQ36(2) 將維持阻塞型 D 觸發器改接成 T 觸發器邊沿觸37 例13.2.4 是供四組人員參加智力競賽的搶答電路。其中采用了四個D 觸發器的集成電路，試分析電路的工作過程。解 比賽之前，先閉合電源開關，使觸發器與電源接通。然后給 RD 加上清零負脈沖，使四個 D 觸發器都預置在 0 態。這時，作指示燈用的發光二極管 D 都不亮，或非門的輸入皆為 0，輸出為 1，與門被

17、打開，時鐘脈沖進入 CP 端。 四位參賽者分別手控按鈕 SB1 SB4，都不按按鈕，則四個 D 觸發器輸入皆為 0，輸出端 Q 為 0。搶答時，誰先按下按鈕，他所屬的 D 觸發器輸入為 1，輸出Q 為 1，相應的指示燈亮。同時，或非門因一個輸入為 1，其輸出為 0，與非門關閉，輸出始終為 0，時鐘脈沖不能進入 CP 端，其他人再按下按鈕不起作用。37 例13.2.4 是供四組人員參38+UCC清零 1D 2D 3D 4D UCCCP 1Q 2Q 3Q 4QRDR4&時鐘脈沖10 0 0 0發光二極管不亮138+UCC清零 1D 2D 3D 390 0 0 0111010+UCC清零 1D 2D

18、 3D 4D UCCCP 1Q 2Q 3Q 4QRDR4&時鐘脈沖1按其他按鈕不起作用390 0 0 0111010+UCC清零 40A4 A3 A2 A1O4 O3 O2 O1一、數碼寄存器預先清零0 0 0 0清零指令0010 0 0 0&11110 0 0 0Q4Q3Q2Q1RDRDRDRD1S C1 1RFF4FF3FF21S C1 1R1S C1 1RFF11S C1 1R13.3 寄 存 器40A4 410 0 0 00 0 0 0寄存數碼取出數碼1 1 0 11 1 0 11 1 0 1并行輸入 并行輸出寄存指令取出指令A4 A3 A2 A1O4 O3 O2 O1&1111Q4Q

19、3Q2Q1RDRDRDRD1S C1 1RFF4FF3FF21S C1 1R1S 1C 1RFF11S C1 1R410 0 042二、移位寄存器 按移位方向的不同右移位寄存器左移位寄存器雙向移位寄存器數碼取出端數碼存入端移位1 1 0 10 0 0 01 0 0 00 1 0 01 0 1 01 1 0 1CPQ4 Q3 Q2 Q1D41DC1 RD RD1DC1 1D C1 1D C1 RD RDD3D2D1清零42二、移位寄存器 按移位方向的不同右移位寄存器數碼數碼存入43CPD4Q4 Q3 Q2 Q1存取過程00 0 0 0清零111 0 0 0存入 1 位200 1 0 0存入 2

20、位311 0 1 0存入 3 位411 1 0 0存入 4 位500 1 1 0取出 1 位600 0 1 1取出 2 位700 0 0 1取出 3 位800 0 0 0取出 4 位移位寄存器狀態表 串行輸入 串行輸出43CPD4Q4 Q3 Q2 Q1存取過程00 44Q1CP1 2 3 4 5 6 7 8Q2Q3Q4D 移位寄存器的波形圖： 44Q1CP1 2 3 4 4513.4 計 數 器 按計數方式 加法計數器、減法計數器、可逆計數器。 按觸發方式 同步計數器、異步計數器。 按進位制 二進制計數器、十進制計數器、 任意進制計數器。 一、二進制計數器4513.4 計 數 器 按計數方式一

21、、二進制計數器46 1 0 0 0 (8) 0 1 1 1 (7)異步二進制加法計數器Q41TC1Q4FF4Q31TC1Q3FF3Q11TC1Q1FF2Q11TC1Q1FF1CPRD=1=1T46 1 0 47Q1Q2Q3Q41 4 7 10 13 15 16 CP 十六分頻 四分頻 八分頻 二分頻 二進制加法計數器波形圖： 47Q11 4 48CPQ4 Q3 Q2 Q1Q4 Q3 Q2 Q1012678915160 0 0 00 0 0 10 0 1 0 0 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 1 1 10 0 0 01 1 1 11 1 1 01 1 0 1 1 0 0

22、 11 0 0 00 1 1 10 1 1 00 0 0 10 0 0 0移位寄存器狀態表48CPQ4 Q3 Q2 Q149二、十進制計數器0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 1CP Q3 Q2 Q1 Q0012345678910 十進制數0123456789進位0 0 0 0十進制計數器狀態表 49二、十進制計數器0 0 0 0CP 50J1K11J2Q4Q1，J3K3Q2Q1J4Q3Q2Q1，K4Q1K2Q11CPQ41K1J C1 1K1JC1Q31K 1J C1 Q21K 1J C1

23、Q1RD50J1K11J2Q4Q1，J3K3Q2Q1K251Q0Q1Q2Q31 2 3 4 5 6 7 8 9 10CP 十進制加法計數器波形圖： 51Q0Q1Q2Q31 2 3 52 一、555集成定時器13.5 集成定時器 電源端 放電端 GND 低電平 觸發端 高電平 觸發端 電壓 控制端 復位端 輸出端 UDD D TH COG TL uo RD8 7 6 5 5551 2 3 452 一、555集成定時器13.5 集成定時器 電源端5388RSQQ+UDDTHCOTLDMOSuO8745321RD+ +RRR6 + UDD13 UDD23 U6 23UDD 時：R = 0Q = 0Q

24、 = 1 MOS 管導通 U2 13UDD時：S= 0Q = 1Q = 0MOS 管截止5388RQQ+UDDTHCOTLDMOSuO8745354U6U2 R S Q QMOS管0 1 0 11 0 1 01 1 保持 導通 截止 保持555 集成定時器狀態表23UDD23UDD23UDD13UDD13UDD13UDD54U6U2 R S Q 55T oCR1 U6、U2 uO= 0 例13.5.1 如圖所示是利用 集成定時器組成的溫度控制電路。 試分析該電路的工作原理。 U6 23UDD13UDD 、U2 切斷加熱器T oCR1 U6、U2 uO= 1 U6 23UDD13UDD 、U2

25、接通加熱器。 8 41 562 3 7 R1 R2 R3 555+UDDuo0.01F解55T oCR1 U6、U2 uO= 0 56二、單穩態觸發器 特點： 在外來觸發信號的作用下，能夠由穩態翻轉成另一暫穩狀態，暫穩狀態維持一 定時間后，又會自動 返回到穩態。 只有一個穩態的觸發器。8 41 53 uOuI +UDDRC 55562756二、單穩態觸發器 特點： 只有一個穩態的觸發器。8 57 無輸入信號時： uI = 1 設 Q = 1Q = 0 Q = 1 ，MOS 管導通 7 端接通，C 放電 U623UDD 設 Q = 0 Q 維持 0 態。 Q = 0MOS管截止，7 端斷開23U

26、DD U6 電容 C 充電 uC = u6 Q = 0 Q = 1，MOS 管導通 7 端接地，C 不能充電，觸發器的穩態為: uO = Q = 08 41 53 uOuI +UDDRC 55562757 無輸入信號時： 設 Q = 1Q = 0 Q 58(1) t = 0 t1時，uI 未輸入：uO = 0(2) t = t1 t2時，輸入觸發脈沖 uI ：u2 = ui 13 UDD uO= 1C充電:uC = u6 (3) t t2 時，uI 消失， u2=uI 13UDDC 繼續充電：uC = u6 ，uO= Q = 1OtuIOtuCOtuOt1t223UDD23UDD u6= uC

27、 =8 41 53 uOuI +UDDRC 55562758(1) t = 0 t1時，uI 未輸入：uO =59t3(4) t t3 時, uO= Q = 023UDDu6= uC Q = 1 ，MOS 管導通C 放電U6 23UDD uO= Q = 0暫穩態tWtW = t ln3= 1.1RC8 41 53 uOuI +UDDRC 555627t1t223UDDOtuIOtuCOtuO59t3(4) t t3 時, uO= Q = 0260時間uiuCu6 =uCu2 =uiRSuCQMOS狀態0t1高電平011保持0導通穩態t1低電平0101截止跳變t1t2低電平充電101截止暫態t2

28、 t3高電平充電01保持1截止暫穩t3高電平010導通跳變t3 后高電平放電11保持0導通穩態單穩態觸發器狀態表31UDD31UDD31UDD31UDD32UDD32UDD32UDD32UDD32UDD31UDD31UDD32UDD32UDD60時間uiuCu6 =uCu2 =uiRSuCQMOS狀61 例13.5.2 洗相曝光定時電路。它是在集成定時器 組成的單穩態觸發器的輸出端接一繼電器 KA 的線圈， 并用繼電器的動合和動斷觸點控制曝光用的紅燈和白燈。 控制信號由按鈕 SB 發出。圖中二極管 D1 起隔離作用， D2 起防止繼電器線圈斷電時產生過高的電動勢損壞集成 定時器。試說明該電路的工作原理。 解 由集成定時器組成的單穩態觸發器的工作原 理可知，不按按鈕 SB，2 端為高電平，輸出 uO0， 繼電器 KA 線圈不通電，動合觸點斷開，白燈滅，動 斷觸點閉合，紅燈亮。 61 例1