时序电路基础课件.ppt

1、时序电路：1.当前的输出不仅和当前的输入有关，而且和历史的输入有关，和当前的电路状态有关。2.用记忆元件记录历史的输入过程，记忆元件有两种状态 0和 1。R S:01-11 Q:0-0R S:10-11 Q:1-1l4-1 集成触发器l4-2 同步时序电路l4-3 集成计数器其及应用l4-4 集成移位寄存器其及应用l4-5 随机访问存储器l4-6 应用实例触发器：一种常用的记忆元件，能存储一位二进制数码,是构成时序逻辑电路的基本单元电路。英文：(掷起落下）触发器的输出也具有两个稳定状态：0或者1（这就是所谓的双稳态），它们只有在特定的输入“触发”下才可能发生改变。因此触发器可用来“记忆”“0”

2、、“1”信息。l4-1-1 基本R-S触发器l4-1-2 时钟R-S触发器l4-1-3 D触发器l4-1-4 J-K触发器l4-1-5 T与T触发器l4-1-6 触发器小结l4-1-7 异步计数器基本R-S触发器：最简单的触发器，是构成其他触发器的 基础。一、与非门构成的基本R-S触发器二、基本R-S触发器的工作波形三、基本R-S触发器的应用四、或非门构成的基本R-S触发器与非门构成的基本R-S触发器Reset为置0端（或复位端）Set为置1端（或置位端）非号“”：表示低电平有效1.电路组成及逻辑符号逻辑符号与非门构成的基本R-S触发器状态真值表现态：指触发器输入信号变化前的状态，用Q Qn

3、n表示；次态：指触发器输入信号变化后的状态，用Q Qn+1n+1表示。状态转换真值表：次态Qn+1与输入信号和现态Q Qn n之间 关系的真值表。状态图状态真值表状态表1SR RQSQn1n 约束方程：约束方程：次态方程：次态方程：或非门构成的基本R-S触发器逻辑符号状态真值表消抖动开关74279逻辑符号CD403逻辑符号 基本RS触发器的触发方式：逻辑电平直接触发。（由输入信号直接控制）在实际工作中，要求触发器按统一的节拍进行状态更新。措施：时钟触发器：具有时钟脉冲CP控制的触发器。该触发器状态的改变与时钟脉冲同步。CP：控制时序电路工作节奏的固定频率的脉冲信号，一般是矩形波。同步触发器的状

4、态更新时刻：受CP输入控制。触发器更新为何种状态：由触发输入信号决定。一、时钟R-S触发器二、时钟R-S触发器的工作波形三、时钟R-S触发器的应用四、时钟R-S触发器的空翻现象1.电路组成及逻辑符号在CP=0期间，G3、G4被封锁，触发器状态不变。在CP=1期间，由R和S端信号决定触发器的输出状态。只有CP=1时，触发器的状态才由输入信号R和S来决定。引导门基本的RS触发器输入端定义符号控制关联符关联对象号 关联对象号关联对象号m m（此处是（此处是1 1）的含义：的含义：仅当控制输入（此处是CP）有效时，具有对应关联号码（此处1）的输入信号（此处是R、S）才能对电路起作用。逻辑符号状态真值表

5、状态图状态图：表示触发器状态转换的图形。它是触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，对输入信号（R、S）提出的要求。状态表01SRQRSQnn约束方程：次态方程：构成数据锁存器（D锁存器）01DDSRDDQDQRSQnnn约束方程：次态方程：逻辑符号空翻现象：在一个CP周期内，触发器状态发生一次以上的翻转现象。在CP为高时，不允许输入信号变化。一、二、D触发器的工作波形三、D触发器的应用四、D触发器的脉冲工作特性五、常用的D触发器D触发器逻辑符号DQn+10011上升沿触发的D触发器：在CP脉冲的上升沿，激励端D的输入将置入触发器。“”表示边沿触发方式状态真值表1.逻辑符号及状态真值

6、表D触发器的特征方程特征方程为 n 1QD状态图状态表逻辑符号D触发器的内部电路3.常用双D触发器74747474逻辑符号(1)双D触发器74LS74外引脚图和逻辑符号 双D触发器7474外引脚图(2)逻辑功能SD RD CP DQn+1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0双D触发器7474的功能表当CP从0变为1时，Q将由CP上升沿到来之前一瞬间D的状态决定。为使触发器能正确地变化到预定的状态，输入信号与时钟脉冲之间应满足一定的时间关系，称为触发器的脉冲工作特性。t tsetset:建立时间t th h:保持时间T TWHWH:时钟高电平 持续时间T TWLWL:

7、时钟低电平 持续时间Tpd:延时时间移位寄存器清清0 0脉冲脉冲11111由于由于Q Q1 1（D D2 2）相对于）相对于t t3 3有有t tpdpd延迟，故到延迟，故到达达t t3 3时，时，D D2 2仍为仍为1 1，则则D D3 3=1=1所有触发器所有触发器CPCP端都连端都连在一起在一起同步时序同步时序电路电路右移的移位右移的移位寄存器寄存器D=Qn计数器：能累加所收到的时钟脉冲个数的逻辑电路数器 问题:前一级的Q接到后一级的CP端问题:如何构成加/减法计数器问题:响应CP下降沿一、下降沿触发的J-K触发器二、J-K触发器的应用三、常用的J-K触发器逻辑符号 JK JK触发器是在

8、RSRS触发器基础上改进而来，在使用中没有约束条件。常见的JKJK触发器有主从结构的，也有边沿型的。1.逻辑符号及状态真值表状态真值表状态转换真值表状态图状态表nnnQKQJQ1次态方程：主从JK触发器延迟输出延迟输出内部电路 下降沿触发下降沿触发十六进制减法计数器n 1nQTQ逻辑符号 状态图 状态表 状态方程 由JK触发器构成的T触发器 由D触发器构成的T触发器 由T触发器构成的异步计数器异步2k进制计数器的结构异步电路：电路中触发器的CP不是连接在同一个输入CP脉冲上，由于电路的延时不同，各触发器翻转的时间有差异。阻塞反馈线：当阻塞反馈线：当Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0=100=

9、100，J J0 0=Q=Q2 2=0=0，CPCP，Q Q0 0被阻塞在被阻塞在0 0阻塞反馈型五进制计数器计数器级联 目前市场上出售的集成触发器产品通常为JK触发器和D触发器两种类型。n1nn1nnn1n1nn1nn1nQQ TQTQ TQKQJQ K-JDQ D0SR QRSQ S-R1SR QRSQ S-R触发器：触发器：触发器：触发器：触发器：时钟触发器：基本 基本RS触发器的触发方式：逻辑电平直接触发。（由输入信号直接控制）在实际工作中，要求触发器的状态按一定的时间 节拍进行状态更新。时钟R-S触发器：具有时钟脉冲CP控制的触发器。该触发器状态的改变与时钟脉冲同步。时钟触发器的状态

10、更新时刻：受CP输入控制。触发器更新为何种状态：由触发输入信号决定。触发器逻辑功能的描述：通常用功能表、时序图、状态表、特性方程和状态图表示。触发器的分类：按逻辑功能不同：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T触发器等。按触发方式不同：电平触发器、边沿触发器和主从触发器等。边沿触发器：靠CP脉冲上升沿或下降沿进行触发。上升沿触发器：靠CP脉冲上升沿触发。下降沿触发器：靠CP脉冲下降沿触发。可提高触发器工作的可靠性，增强抗干扰能力。l4-2-1 同步时序电路的结构和描述l4-2-2 同步时序电路的分析步骤l4-2-3 米里型电路的分析l4-2-4 莫尔型电路的分析l4-2-5 功能表描述

11、l4-2-6 自启动l4-2-7 异步信号的处理l4-2-8 小结同步时序电路：电路分成米里(mealy)型和莫尔(moore)型两种。米里型：输出与当前的输入和状态有关。RjQQQxxxgWmiQQQxxxfZrkjjrkii,2,1),(,2,1),(21212121莫尔型：输出只与当前状态有关。RjQQQxxxgWmiQQQfZrkjjrii,2,1),(,2,1),(212121步骤：1、写出各触发器的激励方程和电路输出方程；2、导出各触发器的次态方程；3、由次态方程填写卡诺图得到状态表；4、由状态表画出状态图；5、画出输出波形图；6、总结逻辑功能。n2n1n22n221n2n1n11

12、n111n1n1n2n1n2n12211Q)Qx(QKQJQ Q QKQJQ 2xQQxQQz QxKJ 1KJ 1、求出次态方程方程、写出激励方程和输出例1：xQQxQQzQQxQKQJQQQKQJQnnnnnnnnnnnnn1212212222121111111)(3、画状态表4、画状态图模四可逆计数器五、画输出波形六、总结逻辑功能ABBQAQQQBAZABBQAQDnnnnnn1ABBQAQQQBAZABBQAQDnnnnnn1串行加法器n1n1n1n1n1n1n111n1n1n1n1n1n1n121n2BQAQABABQQABQBABQA)7,6,5,3(m)Q,B,A(DQQBAAB

13、QQBAQBAQBA)7,4,2,1(m)Q,B,A(DQnQZ2n2QZ n1n1n1n1n1n1n111n1n1n1n1n1n1n121n2BQAQABABQQABQBABQA)7,6,5,3(m)Q,B,A(DQQBAABQQBAQBAQBA)7,4,2,1(m)Q,B,A(DQ串行加法器同步、莫尔型、模八计数器nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQZQQT Q TT2101210110102102010)(1Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1Z00000100010100010011001110001001011101110111011111110001nnnnn

14、nnnQQQQQQQQ314213112411 自启动性：电路在无效状态时，经有限个CP脉冲后能自动回到有效状态。无自启动性nnnnnnnnnnQQQQQQQQQQ31421311232111nnnnnnnnnnQQQQQQQQQQ314213112321111K1JQQC11K1JQQC11K1JQQC1FF1FF2FF3CP 从状态图中可以看出，若电路的初始状态为000，则电路不能自启动。（1 1）通过修改原电路设计）通过修改原电路设计 把000状态“插入”正常循环状态，即令000的次态为001，修改后的电路如图所示。1K1JQQC11K1JQQC11K1JQQC1FF1FF2FF3CP1

15、解决方法解决方法（2 2）选用具有置位复位端的触发器）选用具有置位复位端的触发器 在电路状态进入000时，通过直接置位端将Q3的状态立即变成1。1K1JQQC11K1JQQC11K1JQQC1FF1FF2FF3CP1S （3 3）设置开机复位、置位电路，使电路一开始工）设置开机复位、置位电路，使电路一开始工作就进入有效循环作就进入有效循环。开机复位电路开机置位电路 异步输入信号有效电平的持续异步输入信号有效电平的持续时间（即有效脉宽时间（即有效脉宽t tp p）小于）小于CPCP信号信号周期（周期（T TCPCP），那么，输入信号的这），那么，输入信号的这一变化就可能未被触发器所察觉，一变化就可能未被触发器所察觉，从而使电路没有作出正确的响应。从而使电路没有作出正确的响应。异步输入信号有效电平的持续异步输入信号有效电平的持续时间远大于时间远大于CPCP信号的周期，就信号的周期，就有可能被电路多次响应，导致有可能被电路多次响应，导致电路的误动作。电路的误动作。1、确定电路是莫尔型还是米里型。2、写出电路的激励方程和输出方程。3、求出电路的次态方程。4、画出电路的状态表、状态图和波形图。5、分析电路的自启动性。6、总结电路的逻辑功能。