《电工电子》课件项目六时序逻辑电路的设计.pptx

1、电工电子技术项目化教程任务目标任务目标学习目标：掌握基本RS触发器的电路结构、特性方程、功能表；同步RS触发器的电路结构、特性方程、功能表；主从RS触发器的电路结构、特性方程、功能表；主从JK触发器的电路结构、特性方程、功能表能力目标：利用触发器设计抢答器电路任务分析任务分析通过对不同逻辑功能的触发器的电路结构进行分析，掌握基本RS触发器、同步RS触发器、主从RS触发器、主从JK触发器的特性方程、功能表。会利用触发器设计基本的时序逻辑电路。6.1.16.1.1触发器有关概念触发器有关概念1.触发器定义触发器是指有一个或多个输入，两个互补的输出（Q，），能够存储一位二进制代码的基本单元电路。通常

2、用Q端的状态代表触发器的状态。2.触发器特点。1.有两个稳定状态（简称稳态），可用来表示逻辑0和1。2.在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换（称为状态的翻转）。输入信号消失后，新状态可长期保持下来，因此具有记忆功能，可存储二进制信息。3触发器分类：1.根据功能分为：RS 触发器、JK 触发器、D触发器、T触发器、T触发器2.根据电路结构不同分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器3.根据触发方式不同分为电平触发器、边沿触发器、主从触发器。4触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驱动表（又称激励表）、状态转换图和波形图（又称时序图）等5触发器的作用1.触发器和

3、门电路是构成数字电路的基本单元。触发器有记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来状态有关。2.门电路无记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输出完全取决于该时刻的输入，与电路原来状态无关。6触发器的类型按逻辑功能不同分为:RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器。按触发方式不同分为:电平触发器、边沿触发器和主从触发器。按电路结构不同分为:基本RS触发器和钟控触发器。按存储数据原理不同分为:静态触发器和动态触发器。按构成触发器的基本器件不同分为:双极型触发器和MOS型触发器。7触发器逻辑功能的描述方法 主要有特性表、特性方程、驱动表(又称激励表)、状态转换图和波形

4、图又称时序图)等。6.1.26.1.2触发器的电路结构形式触发器的电路结构形式1基本RS触发器1.电路组成与逻辑符号见图11-1所示。图11-1 电路组成与逻辑符号它有两个稳定的状态：0状态和1状态；信号输出端，Q=0、Q=1的状态称0状态，Q=1、Q=0的状态称1状态。输入端的取反符号代表与非门低电平有效。S和R为输入端。2.真值表基本RS触发器的真值表见表11.14.状态图 描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图(见图11-2）。5.时序图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图。2 同步RS触发器实际工作中，触发器的工作状态不仅要由触发输入信号决定，而且要求按

5、照一定的节拍工作。为此，需要增加一个时钟控制端 CP（具体电路图11-3）。CP 即 Clock Pulse，它是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器，又称钟控触发器。同步触发器是其中最简单的一种，而基本 RS 触发器称异步触发器。1.电路结构与工作原理 CP=0 时，G3、G4被封锁，输入信号 R、S不起作用。基本 RS 触发器的输入均为 1，触发器状态保持不变。CP=1 时，G3、G4解除封锁，将输入信号 R 和 S 取非后送至基本 RS 触发器的输入端。2.逻辑功能与逻辑符号同步RS触发器的逻辑功能与逻辑符号（见图11-4）。异步置 0 端RD 和异步置1

6、 端 SD 不受 CP 控制。实际应用中，常需要利用异步端预置触发器值(置 0 或置 1)，预置完毕后应使RD=SD=1。3.同步触发器存在的问题空翻（如图11-5所示）由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。3 3 主从RS触发器1.主从 RS 触发器电路、符号和工作原理（见图11-6）&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRS主从 RS 触发器工作原理 CP =1 期间，主触发器接受输入信号，从触发器被封锁，使主从 RS 触发器状态保持不变。CP 到

7、达时，CP=0，CP =1。主触发器被封锁，并保持 CP 到达之前的状态不变。这时从触发器工作，S从=Q主，R从=Q主，因此 Q主=0 时，Q从置 0；Q主=1时，Q从置 1，即 Q从=Q主，从触发器翻转到与主触发器相同的状态。CP=0 期间，主触发器被封锁，保持CP 到达之前的状态不变，Q从=Q主，因此，主从 RS 触发器状态保持不变。4主从JK触发器1.电路结构及符号将触发器的两个互补的输出端信号通过两根反馈线分别引到输入端的G7、G8门，这样，就构成了JK触发器。图11-7为主从JK触发器的电路结构和符号。主从JK触发器3工作波形分析例6-1 已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出

8、输出Q的波形图（设初始状态为0）在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）（2）判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态。经过分析，得到最后的波形图为图11-8所示。4.主从触发器的特点工作特点：CP=1 期间，主触发器接收输入信号；CP=0 期间，主触发器保持 CP 下降沿之前状态不变，而从触发器接受主触发器状态。因此，主从触发器的状态只能在 CP 下降沿时刻翻转。这种触发方式称为主从触发式。图11-8 波形图优点：只能在 CP 边沿时刻翻转，因此克服了空翻，可靠性和抗干扰能力强，应用范围广。任务目标任务目标学习目标

9、：掌握时序逻辑电路特点、分析方法和设计方法。能力目标：学习基本触发器设计时序逻辑电路的方法任务分析任务分析通过对时序逻辑电路的分析和设计方法的掌握，利用触发器设计一个7进制计数器6.2.16.2.1相关知识点相关知识点1时序逻辑电路的结构时序逻辑电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，还与电路的原状态有关。2时序电路的特点具有两个特点：含有记忆元件（最常用的是触发器）、具有反馈通道。时序电路示意图如图12-1所示图12-1 时序电路示意图6.2.26.2.2时序逻辑电路的分析方法时序逻辑电路的分析方法1分析时序逻辑电路的一般步骤1由逻辑图写出下列各逻辑方程式：1）各触发器的时钟方程

10、。2）时序电路的输出方程。3）各触发器的驱动方程。2将驱动方程代入相应触发器的特性方程，求得时序逻辑电路的状态方程。3根据状态方程和输出方程，列出该时序电路的状态表，画出状态图或时序图。4根据电路的状态表或状态图说明给定时序逻辑电路的逻辑功能。2同步时序逻辑电路的分析举例例6-1试分析下图12-2所示的时序逻辑电路，已知X=0。解：该电路为同步时序逻辑电路，时钟方程可以不写。（1）写出输出方程：（2）写出驱动方程（3）写出JK触发器的特性方程，然后将各驱动方程代入JK触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：n0n1n0n1QQQ)QX(FnnQQXJ110nnQQXJ00110K11Kn1n0

11、n1n0n11n111n1QQQ)QX(QKQJQn0n1n0n1n00n001n0QQQ)QX(QKQJQ输出方程（3）状态转换表及状态图作状态转换表12-1及状态图见图12-3所示nnnQQQ0110nnnQQQ1011nnQQZ01图12-3 X=0时的状态图（5）画时序波形图。根据状态表或状态图，可画出在CP脉冲作用下电路的时序图（图12-4）。（6）逻辑功能分析：该电路一共有3个状态00、01、10当X=0时，按照加1规律从00011000循环变化，并每当转换为10状态（最大数）时，输出F=1。所以该电路是一个可控的3进制加法计数器6.2.3 6.2.3 异步时序逻辑电路的分析举例异

12、步时序逻辑电路的分析举例例例6-36-3试分析下图试分析下图12-512-5所示的时序逻辑电路所示的时序逻辑电路该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：该电路为异步时序逻辑电路。具体分析如下：图12-5 时序逻辑电路1.写出各逻辑方程式时钟方程：CP0=CP（时钟脉冲源的上升沿触发。）CP1=Q0（当FF0的Q0由01时，Q1才可能改变状态。）输出方程：各触发器的驱动方程：2.将各驱动方程代入D触发器的特性方程，得各触发器的次态方程：3.作状态转换表。nnQDQ00101111nnQDQ（CP由01时此式有效）（Q0由01时此式有效）4.作状态转换图（图12-6）、时序图（图12-7）。5.逻

13、辑功能分析 由状态图可知：该电路一共有4个状态00、01、10、11，在时钟脉冲作用下，按照减1规律循环变化，所以是一个4进制减法计数器，Z是借位信号。Q/0/0/110111000Q/001Z1QCPQ04 4同步时序逻辑电路的设计方法同步时序逻辑电路的设计方法同步时序逻辑电路的设计步骤同步时序逻辑电路的设计步骤1.1.根据设计要求，设定状态，导出对应状态图或状态根据设计要求，设定状态，导出对应状态图或状态表。表。2.2.状态化简。消去多余的状态，得简化状态图（表）。状态化简。消去多余的状态，得简化状态图（表）。3.3.状态分配，又称状态编码。即把一组适当的二进制状态分配，又称状态编码。即把一组适当的二进制代码分配给简化状态图（表）中各个状态。代码分配给简化状态图（表）中各个状态。4.4.选择触发器的类型。选择触发器的类型。5.5.根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计电路的输出方程和驱动方程。导出待设计电路的输出方程和驱动方程。6.6.根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。7.7.检查电路能否自启动。检查电路能否自启动。