第五单元时序逻辑电路课件.ppt

1、安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校1第五单元第五单元 时序逻辑电路时序逻辑电路课题一课题一 制作四人抢答电路制作四人抢答电路课题二课题二 计数电路的制作计数电路的制作安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校2课题一课题一 制作四人抢答电路制作四人抢答电路RSRS触发触发器器钟控钟控触发触发器器制作四制作四人抢答人抢答电路电路了解各类触发器的逻辑符号、逻辑功能，提高电子技术的应用能力技能训技能训练练安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校3一一 基本基本RS触发器的基本特点触发器的基本特点1、什么是触发器、什么是触发器具有能存储一位二进制数的基本单元电路

2、统称为触发器。触发器的特点是具有两个稳定的状态，即“0”状态和“1”状态。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校4v2、基本、基本RS触发器的基本结构触发器的基本结构 基本RS触发器是由两个与非门或两个或非门交叉连接构成的。如如图51所示由两个与非门构成的RS触发器。两个与非门各有一个输入端与对方的输出端连接，形成反馈。另一个输入端用于接受外界的输出信号。接受外界信号的端子为触发器的输入端，如上图中的、。两个门电路的输出端就是触发器的输出端，如上图中的Q和。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校5图图51 与非门组成的基本与非门组成的基本RSRS触发触发 器的基本结

3、构图器的基本结构图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校6v3、基本、基本RS触发器的基本功能和特点触发器的基本功能和特点 触发器的显著特点就是具有记忆保存功能，其当前的输出状态不仅和输入信号的状态有关，而且还和该触发器在上一时刻的状态（即原态）相关。在不同的输入情况下，两个输出端Q和会产生不同的状态变化，其中Q的状态就称为触发器的状态。工作原理及真值表见5-1表。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校7 由基本RS触发器的工作原理可以得知，基本RS触发器的输出状态完全由输入信号状态控制，因此又称为直接复位置位触发器。这种触发器电路简单，是构成其他各种触发器的基础。

4、基本RS触发器的电路符号如图52所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校8图图52 基本基本RS触发器的电触发器的电 路符号路符号安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校9 对触发器的逻辑功能进行描述的语言除了真值表以外，还有波形图也是经常使用的另一种语言，基本RS触发器的波形图如图53所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校10图图53 基本基本RS触触 发器的波形图发器的波形图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校11二二 钟控触发器的基本特点钟控触发器的基本特点 一类触发器的输出状态可以在时钟脉冲的控制下发生改变。统称为钟控触

5、发器（可控触发器或同步触发器）。常用的钟控触发器有钟控RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校12v1、钟控、钟控RS触发器的管脚及逻辑功能触发器的管脚及逻辑功能 具有时钟脉冲控制端的RS触发器称为钟控RS触发器，也称同步RS触发器。钟控RS触发器的状态变化不仅取决于输入信号的变化，还受时钟脉冲CP的控制。钟控RS触发器的结构如图54所示：安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校13图54 钟控RS触发器 结构示意图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校14钟控RS触发器的电路符号如图55所示。图图55 钟控钟

6、控RS触发器的电路符号触发器的电路符号安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校15 SD和RD是直接置“1”和直接置“0”端，即这两个端子不受时钟脉冲控制，只要SD或RD出现低电平有效信号，触发器状态将立即被置“1”或“0”。CP端子称为时钟脉冲控制端，由它决定触发器状态是否受输入端信号控制。在CP=0时无论R、S 为何态，触发器均保持原态；CP=1时触发器输出状态由R和S状态决定。钟控RS触发器的逻辑关系如表5-2所示：安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校16 根据钟控RS触发器的真值表，我们还可以总结出它的特征方程，掌握触发器的特征方程，可以很好地为我们应用和设

7、计电路提供很大地帮助。钟控RS触发器的特征方程为：Q =S+RQ n 禁止状态为方程的约束条件：SR=0 时钟RS触发器解决了同步工作的问题，但并没有解决禁止状态出现的问题，而且触发器在CP=1期间，还存在易受外界干扰的问题。如图56所示波形图：安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校17图图56 钟控钟控RS触发器的状触发器的状 态波形图态波形图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校18v2、常用触发器的种类和特点、常用触发器的种类和特点 （1）JK触发器 JK触发器是目前功能较为完善，使用较灵活和通用性较强的一种触发器。其电路符号如图57所示。安安 徽徽 省省 汽

8、汽 车车 工工 业业 学学 校校19图图57 JK触发器电路符号触发器电路符号安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校20 JK触发器的结构是在钟控RS触发器上做了改进。采用了脉冲下降沿触发方式，使得触发器的状态仅在CP脉冲由“1”变“0”时发生动作，在其余时刻，即使输入端有信号变化，输出端状态也均保持不变。两个输入端分别是J和K，为高电平有效。SD和RD仍是直接置“1”和直接置“0”端。JK触发器很好地解决了“空翻”和存在禁止状态的问题。在CP下降沿到来的时刻，描述JK触发器的状态口诀为：J、K不同，与J相同；J、K相同时，为“0”保持，为“1”翻转。其真值表如表53所示。安安

9、徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校21JK触发器的特征方程为：52 常用的JK触发器集成JK触发器的波形图如图58所示。nnQKQJQ安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校22图图58 JK触发器的波形图触发器的波形图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校23 实际应用中大多采用集成JK触发器。常用的集成芯片型号有下降沿触发的双JK触发器74LS112、上升沿触发的双JK触发器CC4027和共用置1、清0端的74LS276四JK触发器等。74LS系列的JK触发器管脚功能见附表。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校24（2）D触发器 D触发

10、器是在JK触发器的基础上扩展出的一种触发器。它采用脉冲上升沿触发，只有一个信号输入端D，D触发器只具有置“0”和置“1”的功能。D触发器的电路符号如图59所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校25图图59 D触发器的电路符号触发器的电路符号安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校26 在CP脉冲的上升沿时刻到来时，D触发器的输出端状态为Q与D相同，其余时刻Q均保持不变，其真值表如表54所示。表54 D触发器逻辑真值表CPDQ功能 00置0 11置1安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校27D触发器的特征方程为：D n=Q 53 常用的集成D触发器有

11、双D触发器74LS74、四D触发器74LS175和六D触发器74LS174等。74LS系列D触发器的管脚功能见附表。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校283）电路举例 例：由一个D触发器构成的电路，如图510所示。问输出端Q的状态将如何变化？图图510 例题电路例题电路安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校291）分析电路构成：该电路只使用了一个D触发器，并将输出端的状态引回至信号输入端作为信号输入。2）分析电路工作状态：在分析电路的工作状态时，比较简便的方法则是运用其特性方程进行分析。例如此电路，的状态被反馈回了输入端D，即有D=；代入D触发器的特性方程后，可

12、得：QQQn)(安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校30Q的波形图 图图511 例题波形图例题波形图观察波形图，CP脉冲每翻转两次，该电路中Q的状态就翻转一次，因此该电路被称为二分频电路。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校31想一想，如图想一想，如图5 51212的电路，的电路，Q Q的状态会怎么变化？的状态会怎么变化？分析后用仿真软件验证。分析后用仿真软件验证。图图512 电路图电路图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校32三三、四人抢答电路的制作、四人抢答电路的制作v1、关于抢答器的要求、关于抢答器的要求（1）抢答器设有4个抢答按钮，同时供

13、4名选手或4个代表队比赛。（2）有一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有显示功能。设有4个LED灯，即选手按动按钮，抢答器通过LED灯显示相应选手的位置。（4）抢答器具有锁存功能。只有最先抢答选手的LED灯可以点亮，随后按动抢答按钮的选手的LED灯不得点亮。（5）最先抢答选手的亮灯能一直保持到主持人用按钮关闭为止。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校33v2、关于抢答电路的分析、关于抢答电路的分析（1）这个抢答器有4个抢答按钮（信号的输入）和4个表示选手位置的LED灯（信号的输出），并且按动按钮后，相应的LED灯可以点亮。（2）在进行抢答时，可能会有好

14、几个选手同时按动按钮，这时就要求在某选手最先按下抢答按钮后，抢答器不光要及时点亮相应的LED灯，同时它还要能屏蔽随后其他选手的输出信号（LED灯不亮），而且点亮的灯要能一直保持住。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校34 （3）钟控触发器一般都有一个清零复位端，让主持人控制这个复位端，就可以满足这个抢答器的要求了。v3、阅读抢答器电路图、阅读抢答器电路图 四人抢答电路如图513所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校35图图513 四人抢答器电路四人抢答器电路安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校36 电路中的核心元件是74LS175集成电路，外

15、形及管脚排列如图514所示。它是一个将4个D触发器集成在一起的芯片。图图514 74LS175外形图外形图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校37具体工作过程如下：（1）清零过程。（2）抢答过程。（3）抢答判决完毕后，主持人通过清 零按钮清零，准备下次抢答安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校38v【技能训练【技能训练】在技能训练中我们将学习在技能训练中我们将学习相关的仿真及根据原理进相关的仿真及根据原理进行电路连接，实现电路应行电路连接，实现电路应具有的功能具有的功能RS触发触发器仿真器仿真JK、D触发器触发器仿真仿真四人抢答四人抢答器仿真器仿真安安 徽徽 省省

16、 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校39一、基本一、基本RS触发器的仿真练习触发器的仿真练习 1、实验条件、实验条件 装有数字电路仿真系统装有数字电路仿真系统2006SE的电脑一的电脑一台台 2、任务目标、任务目标 3、实验步骤、实验步骤 （1）打开仿真软件，进入仿真界面。）打开仿真软件，进入仿真界面。（2）从元件库中选取由与非门构成的）从元件库中选取由与非门构成的 基本基本RS触发器，如图触发器，如图515所示。所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校40图图515 选取基本选取基本RS触发器触发器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校41（3）将选取的基本R

17、S触发器放入工作界面后，分别选取高低电平作为输入信号，选取LED灯作为输出状态显示。如图516所示。（4）将选取的元器件如图517所示连接后，按下仿真运行按钮。此时，Q=0，=1安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校42图图516 高、低电平及高、低电平及LED灯的选取灯的选取安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校43图图517 电路连接图电路连接图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校44（5）操作S、R端的高低电平，观察触发器输出端LED灯的变化。（6）在图中加入4个输入、输出监测点，如图518所示。（7）点击工具栏中的真值表图标，出现真值表记录框

18、，在真值表记录框中选择“记录项设置”后选择“自动设置”。如图519所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校45图图518 加入监测点加入监测点安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校46图图519 真值表记录设置真值表记录设置安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校47（8）在真值表记录框中选择记录方式设置，在记录方式对话框中选择“状态改变时设置”。（9）操作输入端高低电平，并将真值表中显示的各项数值填入任务书的相应表格中。（10）点击波形图图标，出现波形显示设置框后，选择“记录项设置”，在设置记录项对话框中选择“自动设置”。关闭设置记录对话框。如图5

19、20所示。（11）调整最适合的显示速度，操作输入端高低电平，在任务书中描绘出所要求的输出端波形。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校48图图520 波形图记录设置波形图记录设置安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校49v4、任务书的填写、任务书的填写安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校50二、二、JK触发器和触发器和D触发器的仿真练习触发器的仿真练习v1、实验条件、实验条件 装有数字电路仿真系统2006SE的电脑一台安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校51v2、任务目标、任务目标 本次练习的主要目的是熟练掌握JK触发器和D触发器的逻

20、辑功能，并了解电路的分析方法。为后续抢答电路的制作打下基础。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校52v3、实验步骤、实验步骤 （1）打开仿真软件，进入仿真界面。（2）从元件库中选取JK触发器，如图521所示。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校53图图521 选取选取JK触发器触发器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校54（3）再从元件库中分别选取CP脉冲、电源Vcc和高、低电平。如图522所示。图图522 选取选取CP脉冲、脉冲、电源和高、低电平电源和高、低电平安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校55（4）选取LED灯，并按图5

21、23所示连接电路。图图523 选取选取CP脉冲、电源和高、低电平脉冲、电源和高、低电平安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校56（5）启动仿真，操作高、低电平，结合JK触发器的逻辑功能观察LED灯的变化。（6）分别在在CP端、J、K端和Q端建立监测点，分别启动真值表和波形图，观察数值和波形变化，并完成任务书中相关任务的填写。（7）新建一个文件，并从元件库中选取上升沿触发的D触发器。如图524所示。并再次按（3）（6）的操作步骤完成D触发器的相关任务。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校57图图524 选取上升沿触发的选取上升沿触发的D触发器触发器安安 徽徽 省省

22、汽汽 车车 工工 业业 学学 校校58（8）再新建一个文件，连接出图512所示电路。运行电路并启动波形图监测，验证分析结果，完成任务书中相关任务的填写。图图512 电路图电路图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校59三三 四人抢答电路的制作四人抢答电路的制作阅读抢答器电路图 图图513 四人抢答器电路四人抢答器电路安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校60图图514 74LS175外形图外形图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校61图图523 选取选取CP脉冲、脉冲、电源和高、低电平电源和高、低电平安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校

23、校62图图524 选取选取上升沿触发的上升沿触发的D触发器触发器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校63安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校64 本课题主要介绍了一些常用计本课题主要介绍了一些常用计数器集成电路和数器集成电路和555集成电路的集成电路的功能和特点。通过本课题的学功能和特点。通过本课题的学习可以掌握几种常用计数器的习可以掌握几种常用计数器的基本特点，熟悉异步计数和同基本特点，熟悉异步计数和同步计数电路的特点，了解步计数电路的特点，了解555集集成电路的基本使用方法。通过成电路的基本使用方法。通过计时电路的制作，可以更进一计时电路的制作，可以更进一步

24、提高电子技术的应用能力。步提高电子技术的应用能力。课题二课题二 计数电路的制作计数电路的制作计数器计数器特点特点555集集成器成器60S计计时电路时电路安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校65一、一、熟悉计数器的基本特点熟悉计数器的基本特点1、常用计数器的种类和特点、常用计数器的种类和特点图图526 JK触发器构成触发器构成的四位二进制异步计数器的四位二进制异步计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校66JK触发器的特性方程对电路进行分析，有：nQQ11nQQ22nQQ33nQQ44安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校67图图527 JK触发器

25、触发器构成的四位二进制构成的四位二进制同步计数器同步计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校68JK状态为 1J1K1，2J2K1Q n，3J3K2Q n，4J4K3Q n 各个触发器的状态有:nQQ11nnnnQQQQQ21212nnnnnnQQQQQQQ3213213nnnnnnnnQQQQQQQQQ432143214安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校69图图528 74LS161集成计数器的外形及管脚示意图集成计数器的外形及管脚示意图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校70图图529 74LS290集成计数器的外形及管脚示意图集成计数器

26、的外形及管脚示意图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校712、任意进制计数器的组成方法、任意进制计数器的组成方法图图530 74LS161用预置数复用预置数复位法构成的十进制计数器位法构成的十进制计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校72图图531 74LS161用清零复用清零复位法构成的十进制计数器位法构成的十进制计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校73想一想，如图想一想，如图5 53232的电路，是多少进制的计数器？的电路，是多少进制的计数器？分析后用仿真软件验证分析后用仿真软件验证。图图532 电路图电路图安安 徽徽 省省 汽汽

27、车车 工工 业业 学学 校校74图图533 用用74LS290构成构成的六进制计数器的六进制计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校75图图534 一百进制计数器一百进制计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校76图图535 二十四进二十四进制计数器制计数器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校77二、二、了解了解555集成电路的基本功能集成电路的基本功能1、555集成电路的基本结构集成电路的基本结构图图536 555定时器的外形及管脚示意图定时器的外形及管脚示意图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校782、555集成电路的使用

28、方法集成电路的使用方法 555集成电路的功能取决于两个高、低电平信号的输入端。当6脚电压V62VCC/3、2脚电压V22VCC/3VCC/3时，3脚输出U0为低电平。当6脚电压V62VCC/3、2脚电压V2VCC/3时，3脚输出U0为高电平。当6脚电压V62VCC/3、2脚电压V2VCC/3时，3脚输出U0的状态保持不变。安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校79（a）电路图）电路图（b）波形图）波形图图图537 555构成的单稳态触发器构成的单稳态触发器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校80（a）电路图）电路图（b）波形图）波形图图图540 555构成的施密特

29、触发器构成的施密特触发器安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校81任务三任务三 制作一个制作一个60s的计时电路的计时电路阅读电路原理图阅读电路原理图图图541 60秒计时电秒计时电路原理图路原理图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校82v【技能训练【技能训练】一、集成计数器的仿真练习一、集成计数器的仿真练习实验步骤实验步骤图图542 选取选取74LS161集成计数器集成计数器 安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校83图图543 选取各类元件选取各类元件安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校84图图544 连接连接电路电路安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校85二、制作二、制作555多谐振荡器多谐振荡器图图545 555多谐振荡器电路图多谐振荡器电路图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校86三、制作计数电路三、制作计数电路(a)60秒计数电路接线图秒计数电路接线图安安 徽徽 省省 汽汽 车车 工工 业业 学学 校校87图图5-46 60秒计时电路译码驱动、显示部分接线示意图秒计时电路译码驱动、显示部分接线示意图