现代电子线路09时序逻辑电路课件.ppt

1、2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.19.1时序逻辑电路时序逻辑电路：电路在某个时刻的输出状态，不仅与该时刻的输入状态有关，还与电路前一时刻的状态有关。即时序逻辑电路具有记忆功能（存储能力）。组合逻辑电路时序逻辑电路框图a1any1ym),(1111jnqqaafy 存储单元z1zkq1qj),(1122jnqqaafy ),(11jnmmqqaafy ),(1111jnqqaagz ),(1122jnqqaagz ),(11jnkkqqaagz ),(11111nnknjqqzzhq ),(12121nnknjqqzzhq

2、),(111nnkjnjjqqzzhq qjn+1是qjn的次状态（后一时刻的状态）输出方程驱动方程状态方程2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.29.2集成单元触发器（双稳态触发器）一、SR触发器1、基本SR触发器电路结构符号RSQQSR当 、时，置位；1R0S1Q0Q当 、时，复位；0R1S0Q1Q当 、时，、保持不变；1R1SQQ当 、时，逻辑关系紊乱，为不定态，应收到约束。0R0S1 QQ置位端复位端Q&QRSG1G22022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.

3、311001111010101111000101000010011SRnQ1nQnQ 、同时撤消（由0变1）后Q状态不定SR特性表约束条件：1 RSQ&QRSG1G22022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.42、同步SR触发器&QQRS&CP4Q3Q3G4G1G2G电路结构符号QQCPCP（clock pulse）：时钟信号，用于多个触发器的同步控制。当 时，G3、G4被封锁，、保持不变；0CP143QQQQ当 时，G3、G4开门，,1CPSQ 3RQ 4当 、时，置位；0R1S1Q0Q当 、时，复位；1R0S0Q1Q当 、时，、

4、保持不变；0R0SQQ当 、时，为不定态。1R1S1 QQR1S11CSR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.5CPSRQnQn+10XX000XX111100111011101001011010000100111110111111特性表约束条件：0SRQn置1置0Qn不定当CP1时，nnnnQRSQRSQRSQ100X110X1SRQn0100011110SnQR化简：约束条件：0SRnnQRSQ1状态方程2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.6例：已知同步S

5、R触发器的输入信号波形，求输出信号波形，设Q的初始值为0。RSQQCP?空翻：在一个时钟脉冲作用下，触发器的状态翻转两次或多次的现象。不定态不定态2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.7二、主从触发器1、主从SR触发器&QQ&3G4G1G2G&RS&CPmQmQ7G8G5G6G19G主触发器从触发器目的：解决空翻问题。原理：用两个同样的同步SR触发器，在互反的时钟脉冲作用下，保证每个时钟周期内输出端的状态最多改变一次。当CP1时，G3、G4封锁，从触发器保持状态，主触发器的输出由S、R的状态决定（可以发生空翻）；当CP由1变0

6、时，G7、G8被封锁，主触发器的状态由此时的S、R决定，G3、G4解除封锁，从触发器的状态由主触发器决定。电路结构2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.8CPSRQnQn+1XXXXQn10011011010001100000001111011111特性表置1置0Qn不定下降沿触发符号QQCP约束条件：0SRnnQRSQ1状态方程R1S11CSR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.92、主从JK触发器&QQ&3G4G1G2G&KJ&CP7G8G5G6G19G目的

7、：去除约束条件。原理：将输出端 、通过反馈线交叉连接R、S，自然满足约束条件SR0。DSDRQQ引入反馈线后，S换成了J，R换成了K，成为主从JK触发器。图中 为直接置位端，为直接复位端，低电平有效。DSDR电路结构2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.10&QQ&3G4G1G2G&7G8G5G6G19G电路结构mQmQ当J1，K0时CP=1，从触发器被封锁，主触发器工作：11nmnnmnnnmQQQKQQJQ即Qm置1，则CP由1变0时，Q置1；当J0，K1时01nmnnmnnnmQQQKQQJQ即Qm置0，则CP由1变0时，

8、Q置0；KJCP2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.11&QQ&3G4G1G2G&7G8G5G6G19G电路结构mQmQ当J0，K0时nmnmnnnmQQKQQJQ1即Qm不变，则CP由1变0时，Q不变；当J1，K1时若Q0，则G8被封锁，输出为1，G7输出为0，；0mQ1mQ若Q1，则G7被封锁，输出为1，G8输出为0，；1mQ0mQ这两种情况可以合并为：，则CP由1变0时，。nmnmQQ1nnQQ1KJCP2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.12CPJKQ

9、nQn+1XXXXQn10011011010001100000001111011110特性表置1置0下降沿触发符号K1J1QQCPnnnQKQJQ1状态方程nQnQDSDR1CKJSR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.13例：已知主从JK触发器的输入信号波形，求输出信号波形，设Q的初始值为0。KJQQCP一次变化现象（K1时，主触发器置0，K0时，主触发器保持。）一次变化现象（Q0，G8被封锁，输出始终为1，J1时，主触发器置1，J0时，主触发器状态保持不变。）由于存在一次变化现象，主从JK触发器要求在CP1期间输入状态保持

10、不变。2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.14例：已知主从JK触发器的输入信号波形，求输出信号波形。KJQCPDRDS2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.15三、维持阻塞D触发器&QQ&3G4G1G2G&DCP5G6G电路结构DSDR目的：解决主从JK触发器的一次变化现象。原理：只在时钟的前沿（或后沿）处才允许触发器发生翻转，其余时间将输入信号封锁（阻塞）。图中 为直接置位端，为直接复位端，低电平有效。DSDR维持阻塞D触发器属于边沿触发器。2022-12-1

11、5School of Physics,Peking University第九章 No.16&QQ&3G4G1G2G&DCP5G6GCP0时，G3、G4输出为1，触发器状态保持不变；G5、G6开门，则3Q4Q5Q6QDQ 6DQQ65CP由0变1后，G3、G4开门，则DQQ53DQQ64若D0，Q4随即将G6封锁，若D1，Q3随即将G4、G5封锁，0Q1Q0Q1QDQ 2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.17符号DQQCPDSDRCPDQnQn+1XXXQn000010101111特性表上升沿触发nnDQ1状态方程触发器输出状态

12、与输入信号D相同。1CD1SR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.18例：已知D触发器的输入信号波形，求输出信号波形。DQCPDRDS2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.19四、不同类型触发器之间的转换1、用JK触发器构成T触发器方法：通过比较两种触发器的特征方程，在一种触发器的输入端添加适当的逻辑控制电路，即可构成另一逻辑功能的触发器。nnnQTQTQ1nnnQKQJQ1比较TKJQQCPT用JK触发器构成的T触发器K1J11CT触发器：计数触发器，当T=0

13、时，状态不变；当T=1时，每来一个CP脉冲，状态翻转一次。2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.202、用JK触发器构成D触发器nnnnnnQDQDDQ1nnnQKQJQ1比较nDJ nDK QQCPD1用JK触发器构成的D触发器K1J11C2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.213、用D触发器构成JK触发器nnDQ1nnnQKQJQ1比较D1QQCP用D触发器构成的JK触发器nnnnnQKQJQKQJD1&KJ1C2022-12-15School of Phy

14、sics,Peking University第九章 No.229.3寄存器一、数据寄存器1、用SR触发器构成的数据寄存器（4位）3Q&SR3FF3D7G&6G2Q&2FF2D5G&4G1Q&1FF1D3G&2G0Q&0FF0D1G&0G寄存由SR触发器构成的数码寄存器寄存脉冲有效时，DS DSRD=0，复位；D=1，置位。即：01230123DDDDQQQQSRSRSRSRSRSRSR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.23由SR触发器构成的4位锁存器7475*Quad Latches2022-12-15School of P

15、hysics,Peking University第九章 No.243QD13FF3D2Q2FF2D1Q1FF1D0Q0FF0D寄存由D触发器构成的数据寄存器1C寄存脉冲由0变1时，01230123DDDDQQQQ2、用D触发器构成的数据寄存器（4位）D11CD11CD11C2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.25由D触发器构成的4位锁存器74HC175*Quad D-Type Flip-Flop With Clear2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.2620

16、22-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.27二、移位寄存器1、由触发器构成的移位寄存器D10QR1C0FF1Q1FF2Q2FF3Q3FF串行输入串行输出并行输出清零移位控制由D触发器构成的4位右移寄存器ninDQ10nnQQ011nnQQ112nnQQ213iDD1R1CD1R1CD1R1C2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.28移位控制脉冲串行输入Di（先高后低）Q0Q1Q2Q30（清零脉冲）X00001D3D30002D2D2D3003D1D1D2D304D0D0

17、D1D2D3ninDQ10nnQQ011nnQQ112nnQQ213状态方程在移位控制脉冲作用下的移位情况2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.292、4位双向移位寄存器74HC194*4-Bit Bidirectional Universal Shift Register功能：并行输入；并行输出；串行输入；串行输出。（左移：从QA输出右移：从QD输出）2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.3074HC194功能表2022-12-15School of Physi

18、cs,Peking University第九章 No.312022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.3274HC194dR0DRD1D0S3DLD1S2D0Q1Q2Q3Q74HC194dR0DCPRD1D0S3DLD1S2D0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0D1D3D2D4D5D7D6D右移串行输入左移串行输入0S1SdR3、74HC194应用举例*、74HC194的级联CPCP用两片74HC194级联称为8位双向移动寄存器2022-12-15School of Physics,Peking University第九

19、章 No.33、74HC194、74HC283构成的移位加法器74HC1943D2D0D1D3Y2Y0Y1Y0A1A3A2ACP1S0SLDCP1S0SLDdRCP1S0SLDdRCP1S0SLDdR74HC2833Q2Q0Q1Q0B1B3B2B0S1S3S2SCOCI0A1A3A2A74HC2830B1B3B2B0S1S3S2SCOCI004FF3FF2FF5FF6FF1FF3Q2Q0Q1Q3Q2Q0Q1Q3Q2Q0Q1Q3D2D0D1D3D2D0D1D3D2D0D1D7Y6Y4Y5YC0101110M1M3M2M0N1N3N2N1S0S1CP2CP74HC19474HC19474HC194

20、dR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.34t1：s0s11，并行输入；t2：s01，s10，M、N右移一位；t3：s01，s10，M右移一位，N不变。此时，NMY240S1S1CP2CP11t2t3t2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.359.4计数器一、计数器的分类按计数进制分二进制计数器二-十进制计数器按触发器的触发方式分同步计数器异步计数器按计数增减趋势分加法计数器减法计数器可逆计数器计数器功能：计数、分频、定时、产生特定的脉冲序列等。2022-12-

21、15School of Physics,Peking University第九章 No.36二、二进制计数器0Q1Q2QK1J13FF1C12FF1FF0FF清零DR计数脉冲N用JK触发器构成的异步二进制加法计数器JK触发器的J、K端都接高电平，触发器处于翻转状态（计数状态），每一个时钟脉冲下降沿到来，触发器就翻转一次。3Q1、异步二进制加法计数器K1J11CK1J11CK1J11CRRRR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.370QNDR1Q2Q3Q1234561112131415167891017工作波形2022-12-1

22、5School of Physics,Peking University第九章 No.382、异步二进制减法计数器0Q1Q2Q3FF12FF1FF0FF置位DS计数脉冲N用JK触发器构成的异步二进制减法计数器3QQQQQ先置位，使Q3Q2Q1Q01111，JK触发器工作于计数状态，FF1FF3的时钟信号由前级的 控制，使Q3Q2Q1Q0的状态随计数脉冲递减。QK1J11CK1J11CK1J11CK1J11CSSSS2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.390QNDS1Q2Q3Q1234561112131415167891017工

23、作波形2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.40Q0FF清零DR计数脉冲N用JK触发器构成的异步二进制可逆计数器&Q&Q1FF&Q&Q2FF&Q&Q3FFQ加减控制M1M0，QMQQMMQQMC1，减法计数；M1，QMQQMMQQMC1，加法计数。K1J11CK1J11CK1J11CK1J11CRRRR3、异步二进制可逆计数器置位DSSSSS2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.414、同步二进制加法计数器0Q1Q2Q3FF2FF1FF0FF清零DR计数脉冲N用J

24、K触发器构成的同步二进制加法计数器3Q&K1J11CK1J11CK1J11CK1J11CRRRR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.42100 KJNDR1Q2Q3Q1234561112131415167891017驱动方程：011QKJ1022QQKJ21033QQQKJ工作波形2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.43三、十进制计数器0Q1Q2Q3FF2FF1FF0FF清零DR计数脉冲N用JK触发器构成的8421码异步十进制加法计数器3Q1、异步十进制加法计

25、数器&Q1CO进位输出K1J11CK1J11CK1J11CK1J11CRRRR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.440QNDR1Q2Q3Q1234561178910100 KJ驱动方程：122 KJ31QJ123QQJ11K13KCO2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.450Q1Q2Q3FF2FF1FF0FF清零DR计数脉冲N用JK触发器构成的8421码同步十进制加法计数器3Q2、8421BCD码同步十进制加法计数器&Q1CO进位输出K1J11CK1J11C

26、K1J11CK1J11CRRRR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.46100 KJ驱动方程：031QQJ0123QQQJ0122QQKJ01QK03QKnnnnQQKQJQ0000010状态方程：nnnnnnnnQQQQQQKQJQ01013111111nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ012012222212nnnnnnnnnQQQQQQQKQJQ0301233333132022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.47四、扭环计数器D10Q1C1Q2Q3QD

27、11CD11CD11C0FF1FF2FF3FF3Q用D触发器构成的扭环计数器30QD驱动方程：状态方程：01QD 12QD23QDnnQQ301nnQQ011nnQQ121nnQQ2312022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.4800000001001101111000111111001110)(0123QQQQ10100100100100101101010101101011有效循环无效循环扭环计数器的状态图2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.49D10Q1C1Q

28、2Q3QD11CD11CD11C0FF1FF2FF3FF3Q用D触发器构成的能自启动的扭环计数器2Q1&0000000100110111100011111100111000101001010010110101011010101101)(0123QQQQ3210QQQD自启动：经过几个时钟脉冲后，计数器能自动进入有效循环2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.50附、简单时序逻辑电路的设计*设计的一般步骤对要实现的逻辑功能进行逻辑抽象，确定输入变量、输出变量、以及各状态间的时序关系；列出状态转换表或画出状态转换图；状态化简；确定触发

29、器的类型和数量；写出状态方程、驱动方程；检查自启动能力。2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.51例、用JK触发器实现六进制加法计数器Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1000001001010010011011100100101101000110111状态转换表000001010011100101Q2Q1Q0状态转换图2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.52Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+10000010010100100110111

30、00100101101000110111001010XXQ2n0100011110nnQQ01Q1nQ0nnnQQ02Q2n+1卡诺图010100XXQ2n0100011110nnnQQQ012Q1nQ0nnnQQ01Q1n+1卡诺图100110XXQ2n0100011110nQ0Q1nQ0nQ0n+1卡诺图nnnnnQQQQQ010212nnnnnnQQQQQQ0101211nnQQ0102022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.53nnnnnnQQQQQQ2020112)()(nnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQ1010

31、20101211)()(nnnnQQQQ00010)0()1(比较JK触发器的状态方程：nnnQKQJQ1可得驱动方程：nnQQJ012nQK02nnQQJ021nQK02100 KJ2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.54J2K2J1K1J0K0Q2Q1Q00 X0 X 1X0000 X1 X X10010 XX 0 1X0101 XX 1 X1011X 00 X 1X100X 10 X X1101X11XX1XXQ201000111101Q1Q001XX00XXQ2010001111002QQQ1Q010K1XX11XXX

32、Q201000111101Q1Q010J021QQJ XX10XXXXQ201000111100QQ1Q001QK 方法二：2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.55J2K2J1K1J0K0Q2Q1Q00 X0 X 1X0000 X1 X X10010 XX 0 1X0101 XX 1 X1011X 00 X 1X100X 10 X X11010010XXXXQ20100011110Q1Q001QQ012QQJ XXXX01XXQ20100011110Q1Q002QK 0Q2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.56nnQQJ012nQK02nnQQJ021nQK01100 KJ0Q1Q2FF1FF0FF清零DR计数脉冲N用JK触发器构成的同步六进制加法计数器2Q2QK1J11CK1J11CK1J11CRRR2022-12-15School of Physics,Peking University第九章 No.57自启动能力000001010011100101Q2Q1Q0完全状态转换图nnnnnnQQQQQQ0120212nnnnnnQQQQQQ0101211nnQQ010110111具有自启动能力