触发器完整ppt课件

第七章触发器和时序逻辑电路§7.1概述§7.2触发器的基本形式§7.3触发器按逻辑功能的分类§7.4触发器逻辑功能的转换§7.5触发器应用举例§7.6寄存器§7.7计数器的与设计§7.8单稳态触发器.§7.1概述触发器触发器输出有两种可能的状态：0、1；输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。.§7.2触发器的基本形式反馈.输入RD=0,SD=1时若原状态：11001010输出仍保持：.输入RD=0,SD=1时若原状态：01111010输出变为：.输入RD=1,SD=0时若原状态：10101011输出变为：.输入RD=1,SD=0时若原状态：00110101输出保持：.输入RD=1,SD=1时若原状态：10111001输出保持原状态：.输入RD=1,SD=1时若原状态：110110输出保持原状态：.输入RD=0,SD=0时输出全是1但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。...1、触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。.§7.3触发器按逻辑功能的分类一、RS触发器(可控RS触发器）.CP=0时0触发器保持原态.CP=1时1..简化的功能Qn+1---下一状态（CP过后）Qn---原状态.逻辑符号.例：画出RS触发器的输出波形。CPRSQ使输出全为1CP撤去后状态不定.二、D触发器.CP=0时，a、b门被堵，输出保持原态：0.CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：若D=01011001.CP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：若D=11100110.D触发器具有在时钟脉冲上升沿触发的特点。其逻辑功能为：输出端Q的状态随着输入端D的状态而变化，但总比输入端状态的变化晚一步，即某个时钟来到之后Q的状态和该脉冲来到之前D的状态一样。Qn+1=Dn.功能表逻辑符号.CPDQ例：画出D触发器的输出波形。.三、T´和T触发器（1）T´触发器来一个时钟脉冲翻转一次，也叫计数器。RS.工作原理1假设Q=0来一个时钟翻转一次.T´触发器存在的问题1、计数脉冲必须严密配合，CP脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象（CP=1期间，输出状态翻转若干次）。2、为了解决空翻现象，可以采用主从方式触发的触发器。.电路结构.工作原理10F主打开F从关闭输出反馈到F主.1输出反馈到F从0工作原理F主关闭F从打开0.由此可见，主从触发器一个CP只能翻转一次。翻转时刻描述：前沿处，输出交叉反馈到F主。后沿处，输出传递到F从翻转完成。CP.逻辑符号.时序图CPQ下降沿翻转！.（2）T触发器T触发器与T´触发器无本质区别，只是加入了控制端T。T.T逻辑符号.时序图CPQT.（3）JK触发器JK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。.JK触发器的功能被封锁保持原态J=K=0时：.JK触发器的功能相当于T触发器T=1J=K=1时：.JK触发器的功能Qn=0时Qn+1=1J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）.JK触发器的功能Qn=1时F主被封保持原态Qn+1=1.JK触发器的功能Qn+1=0同样原理：J=0，K=1时：.功能表逻辑符号KJ.由以上功能可以看出：它既有记忆功能（当J=K=0时），又能置0（J=0,K=1）、置1（J=1,K=0),而且还能计数（J=K=1时)，所以它的功能最完善。.时序图CPKJQ保持T.1.JK触发器转换成D触发器§7.4触发器逻辑功能的转换.2.JK触发器转换成T触发器.3.D触发器转换成T´触发器.§7.5应用举例例：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。.1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3D时钟清零USC公用清零公用时钟74LS175管脚图.+5VD1D2D3D4CLRCPCP赛前先清零输出为零发光管不亮.D1D2D3D4CLRCP+5VCP反相端都为11.D1D2D3D4CLRCPCP+5V若有一按钮被按下，比如第一个钮。00这时其它按钮被按下也没反应.时序电路必然具有记忆功能，因而组成时序电路的基本单元是触发器。时序逻辑电路的特点在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且还和电路原来的状态有关者，都叫做时序逻辑电路，简称时序电路。.§7.6寄存器寄存器是计算机的主要部件之一，它用来暂时存放数据或指令。一个触发其只能寄存一位二进制数。寄存器存取数据分为：并行和串行两种。数码寄存器和移位寄存器。.四位数码寄存器一、数码寄存器(寄存数码和清除原有数码的功能）.二、移位寄存器所谓“移位”，就是将寄存器所存各位数据，在每个移位脉冲的作用下，向左或向右移动一位。根据移位方向，常把它分成左移寄存器、右移寄存器和双向移位寄存器三种：.根据移位数据的输入－输出方式，又可将它分为串行输入－串行输出、串行输入－并行输出、并行输入－串行输出和并行输入－并行输出四种电路结构：串入－串出串入－并出并入－串出并入－并出.四位串入-串出的左移寄存器初始状态：设A3A2A1A0＝1011在存数脉冲作用下，也有Q3Q2Q1Q0＝1011。D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2下面将重点讨论兰颜色的那部分电路的工作原理。.D0＝0D1＝Q0D2＝Q1D3＝Q2101101100110110011001000100000000000000000000000设初态Q3Q2Q1Q0＝1011.用波形图表示如下：设初态Q3Q2Q1Q0＝1011.四位串入-串出的左移寄存器：四位串入-串出的右移寄存器：D1＝Q2D2＝Q3D3＝0D0＝Q1.四位串入-串出的左移寄存器：四位串入-串出的右移寄存器：“L”即需左移的输入数据“R”即需右移的输入数据.右移串行输入左移串行输入并行输入.0111100011011直接清零保持右移(从QA向右移动)左移(从QD向左移动)并入.§7.7计数器的分析与设计一、计数器的功能和分类1.计数器的功能记忆输入脉冲的个数；用于定时、分频、产生节拍脉冲及进行数字运算等等。2.计数器的分类同步计数器和异步计数器。加法计数器、减法计数器和可逆计数器。有时也用计数器的计数容量(或称模数)来区分各种不同的计数器，如二进制计数器、十进制计数器、二－十进制计数器等等。（一）、计数器的分析.二、异步计数器的分析在异步计数器中，有的触发器直接受输入计数脉冲控制，有的触发器则是把其它触发器的输出信号作为自己的时钟脉冲，因此各个触发器状态变换的时间先后不一，故被称为“异步计数器”。三位二进制异步加法计数器例1.三位二进制异步加法计数器。.101010101000101011011100000101思考题：试画出三位二进制异步减法计数器的电路图，并分析其工作过程。优点：电路简单、可靠缺点：速度慢.小结：1、三级触发器组成的计数器，每8个脉冲循环一次，所以称三位二进制计数器（或称8进制、模8计数器）。退而广之，n个触发器串联，则可组成模数为2n的计数器。2、由波形图可见，Q波形的频率是CP波形频率的一半，为分频器。3、计数顺序，每经一个时钟，自动加1，因此称加法计数器；4、构成减法计数器。.三、同步计数器的分析例2.三位二进制同步加法计数器三位二进制同步加法计数器.分析步骤:1.先列写控制端的逻辑表达式：J2=K2=Q1Q0J1=K1=Q0J0=K0=1Q0：来一个CP，它就翻转一次；Q1：当Q0＝1时，它可翻转一次；Q2：只有当Q1Q0＝11时，它才能翻转一次。.2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程。20010011110101000000011001301000001101140111111111005100000011101610100111111071100000111118111111111000.3.还可以用波形图显示状态转换表.该计数器经8个循环一周，所以是同步八进制计数器（计数器的模数为8）。.思考题：试设计一个四位二进制同步加法计数器电路，并检验其正确性。.任意进制的计数器，其计数状态的转换次序未必按二进制，各触发器的时钟来源也不一定相同。对这类计数器的分析，也可采用列表法。只是在分析过程中，要特别注意个触发器的翻转时刻。四、任意进制计数器的分析.举例说明：例11.写出控制端的逻辑表达式：J2=Q1Q0，K2＝1J1=K1＝1.2.再列写状态转换表，分析其状态转换过程：10000111110012001011111010301001111101140111111111005100011101000.如前所述，右图电路为异步五进制加法计数器。3.还可以用波形图显示状态转换表(略).另有三种状态111、110、101不在计数循环内，如果这些状态经若干个时钟脉冲能够进入计数循环，称为能够自行启动。4.检验其能否自动启动？111111101000110011101010101011101010结论：经检验，可以自动启动。.5、状态转换图.例2、十进制计数器1、同步十进制计数器2、二-五-十进制计数器用四位二进制数来代表十进制数的每一位数，所以也称二-十进制计数器（最常用的是8421编码方式）。.二-五-十进制计数器74LS29074LS290内部含有两个独立的计数电路：一个是模2计数器(CP0为其时钟，Q0为其输出端)，另一个是模5计数器(CP1为其时钟，Q3Q2Q1为其输出端)。外部时钟CP是先送到CP0还是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1这四个输出端会形成不同的码制。(1).74LS290的介绍.74LS290原理电路图下面将给出它的原理电路图：.1.只输入计数脉冲CP0，由Q0输出，为二进制计数器。2.只输入计数脉冲CP1，由Q3Q2Q1输出，为五进制计数器。.3.将Q0与CP1连接，输入计数脉冲CP0，由逻辑图得出各位触发器的J,K端的逻辑关系式：J0=1，K0＝1J2=1，K2＝1J3=Q2Q1，K3＝1为8421码十进制计数器。.分析：计数时钟先进入CP0时的计数编码。结论：上述连接方式形成8421码。0000000011001020011301004010150110601117100081001900000十进制数.再分析：计数时钟先进入CP1时的计数编码。结论：上述连接方式形成5421码。Q0Q3Q2Q1CP0.CP0CP1R0(1)R0(2)S9(2)S9(1)VCCQ0Q2Q1Q3GND1234567141312111098QAQDQBQCS9(2)SR9(1)R0(2)R0(1)CPBCPA74LS29074LS290管脚分布图.74LS290功能表.（二）、计数器的设计计数器的设计方法很多，大抵可分为两类：一是根据用触发器(Flip-Flop)构成，二是利用具有特定功能的中规模集成组件适当连接而成。一、利用触发器设计某计数电路举例说明其设计步骤：数字控制装置中常用的步进电动机有A、B、C三个绕组。电动机运行时要求三个绕组以AABBBCCCA再回到A的顺序循环通电，试设计满足这一控制要求的计数电路。.设计步骤如下：(1).根据任务要求，确定计数器的模数和所需的触发器个数。这个任务所需计数器的模数为6，触发器的个数为3。(2).确定触发器的类型。最常用的触发器有D触发器和JK触发器，本任务中选用JK触发器。.以QCQBQA为序排列：(3).列写状态转换表或转换图。用三个触发器的输出端QA、QB、QC分别控制电动机的三个绕组A、B、C，并以“1”表示通电，“0”表示不通电。.(4).根据所选触发器的激励表，确定各个触发器在状态转换时对控制端的电平要求。00000011010001101001101111011110000X011X10X111X0注意：“X”即可“0”可“1”。.步进电动机绕组通电激励表.(5).根据各状态下对控制端电平的要求，用卡诺图化简，写出各个控制端的逻辑表达式：(6).画出计数器的逻辑电路图。.(7).检验该计数电路能否自动启动。本计数电路有三个触发器，可有八个状态组合，可是只用去六个，尚有两个未利用，因此需要检验一下能否自行启动。.二、利用集成功能组件设计计数电路74LS290内部含有两个独立的计数电路：一个是模2计数器(CP0为其时钟，Q0为其输出端)，另一个是模5计数器(CP1为其时钟，Q3Q2Q1为其输出端)。外部时钟CP是先送到CP0还是先送到CP1，在Q4Q3Q2Q1这四个输出端会形成不同的码制。1.中规模计数器组件74LS290的介绍.74LS290原理电路图下面将给出它的原理电路图：.74LS290功能表归纳：1.74LS290在“计数状态”或“清零状态”时，均要求S9(1)和S9(2)中至少有一个必须为“0”。2.只有在R0(1)和R0(2)同时为“1”时，它才进入“清零状态”；否则它必定处于“计数状态”。.2.采用不同的连接，可以构成任意进制计数器。反馈归零（置“0”）法：为了获得任意模数M,在第M个脉冲作用下，将所有“输出为1”的触发器的输出通过与门控制，直接接复位端，使计数器回到“0”态。可以把大模数的计数器改造成小模数的。.例1.构成BCD码六进制计数器。CP0CP1Q0Q3Q1Q2S9(2)S9(1)R0(2)R0(1)74LS2900000CP01103.74LS290的应用.讨论：下述接法行不行?错在何处?警示：切切不可将输出端相互短路！！.只有这样做才是正确的。.例2.用两片74LS290构成36进制8421码计数器。分析：1.如何解决片间进位问题？从右面的状态转换表中可以看到：个位片的Q3可以给十位片提供计数脉冲信号。.分析：2.如何满足“36进制”的要求？3600(00110110).用两片74LS290构成36进制8421码计数器.级连法：利用两个以上的计数器串联起来，获得任意进制计数器。N1进制与N2进制构成N进制（N=N1*N2)。.例3.用74LS290构成5421码的六进制计数器。至此结束在此状态下清零.承接前页的分析结果：在Q0Q3Q2Q1＝1001时清零。.8421码制下：在Q3Q2Q1Q0＝0110时清零同为六进制计数器，两种码制不同接法的比较：5421码制下：在Q0Q3Q2Q1＝1001时清零.§7.8单稳态触发器单稳态触发器简称单稳。它的突出特点是:输出端只有一个稳定状态,另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,但是,经过一定时间以后,它又会自动返回原来的稳定状态。.一、555定时器的原理555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的中规模集成器件。它使用方便,带负载能力较强,目前得到了非常广泛的应用。555定时器的工作原理555定时器的内部电路包括以下几部分:一个由三个相等电阻组成的分压器;两个电压比较器:A1、A2;一个RS触发器;一个反相器和一个晶体管T。具体的结构见后图。...三个电阻构成的分压器给两个比较器提供基准电压:A1的为2VCC/3,A2的为VCC/3。首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。.101000阈值端触发端.附录:.综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:.二、555定时器的应用(1).双稳态触发器:微电机起动停车控制电路。S1:起动按钮S2:停车按钮.仅按下起动按钮S1,则TRVCC/3,TH<2VCC/3,uo保持为1,电机继续转动。如果仅按下按钮S2,TH>2VCC/3,未按S1,当然TR>VCC/3,这时uo=0,电机停止运行。如果松开S2,电机仍不转动。.(2).单稳态触发器:洗相曝光定时器若S打开,则ui=1;若S合上,则ui=0。.TH>2VCC/3,TR>VCC/3按钮S处于打开状态时：uo=0,555内的管T导通,电容CT被短路,TH=0.3V。.按一下S,TR2VCC/3,且已有TR>VCC/3,uo=0;555内的晶体管T也由截止变成导通,电容CT迅速放电而变成0V。.由以上过程可以看出:按钮每按动一次,uo便输出一个正脉冲,其宽度TW由RTCT决定。.红灯亮的时间即为曝光时间TWTW=1.1RTCT.(3).多谐振荡器:又称无稳态触发器。它没有稳定状态，同时不需要外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲。矩形波发生器又称多谐振荡器。它可以由分立元件构成，也可以由集成电路构成。触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。.简易电子琴电路：首先说明如何用555定时器构成多谐振荡器:输出波形.设电容C原先未充电,故TH=TR