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09 模块3 数字电子技术3-时序逻辑电路.pptx

页数:53页文件大小:1.85 MB来源: 电工电子技术项目ppt课件

本课件为项目9时序逻辑电路,围绕遥控开关接收器与可调定时器,讲解各类触发器的功能与触发方式,以及异步与同步计数器、移位寄存器和任意进制计数器的构成,并配有遥控开关接收器与可调定时器两个实施案例。

项目9时序逻辑电路封面页,标示课程名称与本项目在模块3数字电子技术中的位置
项目9任务导览页,列出遥控开关接收器与可调定时器两个任务
任务9.1学习目标页,列出理解RS、JK与D触发器逻辑功能及了解触发方式三项要求
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第1页:时序逻辑电路项目封面

时序逻辑电路项目封面

组合逻辑电路项目7数字电路基础电工电子技术项目教程模块3数字电子技术

第2页:项目9 时序逻辑电路任务导览

项目9 时序逻辑电路任务导览:项目9任务导览页,列出遥控开关接收器与可调定时器两个任务。

9.2可调定时器9.1遥控开关接收器项目9时序逻辑电路

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第3页:任务9.1 遥控开关接收器

任务9.1 遥控开关接收器

9.1遥控开关接收器

  • (1)理解R-S触发器、J-K触发器和D触发器的逻辑功能;
  • (2)了解触发器的触发方式;
  • (3)了解不同触发器之间的转换方法。

第4页:遥控开关任务引入

遥控开关任务引入

当红外发射器按动一下按钮(ON或OFF),在红外接收头的输出端Uo即能输出一个负脉冲。

若希望通过控制一个继电器K的吸合来控制某一电路,仅使用该脉冲是不能实现的,因为脉冲只在短时间内出现,不能维持继电器的长时间闭合。

第5页:触发器的分类与特点

触发器的分类与特点

触发器基本知识常用的时序逻辑电路寄存器、计数器等,通常都是由各类触发器构成的。

根据上述触发器的特征可知,触发器可以记忆1位二值信号。

根据逻辑功能的不同,触发器可以分为基本的RS触发器、JK触发器、D触发器、T和T´触发器;按照触发方式的不同,又可分为电位触发器和边沿触发器。

触发器有两个稳定的状态:“0”状态和“1’状态;不同的输入情况下,它可以被置成0状态或1状态;当输入信号消失后,所置成的状态能够保持不变。

第6页:基本SR触发器

基本SR触发器

对具有互非关系的输出端,其中Q的状态
称为触发器的状态。一对输入端子均为高电平有效。由两个或非门构成的基本RS触发器逻辑符号逻辑图

第7页:基本RS触发器的特性表

基本RS触发器的特性表

中,真值表(truthtable)也
称为特性表(characteristictable)或状态表基本RS触发器的工作原理基本RS触发器的特性表
  • ①当R=1、S=0时:Qn+1=0,置0功能;
  • ②当R=0、S=1时:Qn+1=1,置1功能;
  • ③当R=0、S=0时:Qn+1不变,保持;
  • ④当R=1、S=1时:Qn+1不定,禁止态。

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第8页:特性表与激励表

特性表与激励表

特性表是表达当前输入和当前状态相对应的下一个状态的表。

与之相对应的激劢表(excitationtable)是表示所求状态变化相对应输入的表RSQnextQ×000011010010X11激劢表激劢表在表中×表示:无论输入值是0还是1都无所谓。

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第9页:基本RS触发器的波形图

基本RS触发器的波形图

输入信号取值和状态之间对应关系的图形
称为波形图。置0置1置1禁止保持置1置1QQ禁止

第10页:D触发器

D触发器

二、D触发器管脚排列图QnextD0011特性表DQnextQ000110001111激励表D触发器的次态方程式:

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第11页:74HC573锁存器

74HC573锁存器

应用-74HC573锁存器OE的专业术语为三态允许控制端(低电平有效),通常叫做输出使能端,或输出允许端都可以;D0~D7为数据输入端;Q0~Q7为数据输出端;LE为锁存允许端,或叫锁存控制端。

OUTPUTINPUTSQDLEOEHHHLLLHLQ0XLLZXXHH-高电平;L一低也平;X一任意电平;Z高阻态

第12页:门控触发器与危险现象

门控触发器与危险现象

1.门控触发器SR_LATCHSQ~QREND_LATCHDQ~QEN门控触发器就像其名称那样,是带门的触发器。

门是输入是否有效的控制信号。

危险(hazard)由于危险的原因,发生了禁止的输入值输出状态不能确定XYSRQQ’

第13页:引入时钟防范危险

引入时钟防范危险

钟的引入危险XYSRQQ’所谓时钟,
是指周期性变化的矩形波信号。把时钟有效时间段设定在危险发生的时间段以外的时间段内就可以防范危险。

第14页:钟控触发器的振荡问题

钟控触发器的振荡问题

钟控触发器存在的问题时钟的引入可以解除危险的问题,但是,虽然引入时钟,在从触发器的输出端向输入端有反馈的场合,有时仍会产生振荡的问题。

不定输入在时钟为1时是稳定的OutputInputClock在时间有效期间,输入即使是确定不变,输出也会在1和0之间不断变化,这就是振荡现象。

产生振荡现象的电路是不能完成数字电路功能的。

第15页:钟控RS触发器功能真值表

钟控RS触发器功能真值表:钟控RS讲解页,列出时钟与RS输入组合对应的输出状态变化。

钟控RS触发器功能真值表

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第16页:钟控触发器的主要特点

钟控触发器的主要特点

主要特点

  • (1)时钟电平控制。在CP=1期间接收输入信号,CP=0时状态保持不变,与基本RS触发器相比,对触发器状态的转变增加了时间控制。
  • (2)R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况,否则会使触发器处于不确定的状态。不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0保持波形图

第17页:主从型触发器

主从型触发器

2.主从型触发器振荡问题可以通过引入主从型触发器(masterslaveflipflop)加以解决。

QQ~QCLKDQ~QCLKInputOutputClockMSDQ~QCLK在一个时钟有效期内只能产生一次状态变动,因而消除了振荡。

主从型触发器中,在时钟有效期间,输入信号的值要确定,不能变化。

第18页:主从型触发器的动作原理

主从型触发器的动作原理

主从型触发器的动作原理在时钟的上升沿,也就是

  • ①和
  • (3)点,从触发器关闭,主触发器打开,把输入值读取。在时钟的下降沿,也就是
  • ②和
  • ④点,主触发器关闭,触发器的内容由这时的值决定。因此从触发器打开,主触发器的内容向从触发器转移。QQ~QCLKDQ~QCLKInputOutputClockMSDQ~QCLK

第19页:边沿触发器

边沿触发器

3.边沿触发器虽然主从触发器解决了危险和振荡问题,但是仍然存在要求在时钟有效时间段内必须要保持输入信号稳定的问题,这个问题通过引入边沿触发器(edgetriggerflipflop)来解决。

边沿型触发器只要求时钟上升沿时值要确定,延迟只会在时钟信号的变化时间发生,和时钟宽度无关。

复位端置位端边沿型D触发器的逻辑符号

第20页:寄存器

寄存器

4.触发器的应用----寄存器(register)寄存器是用于信息临时储存的电路。

一个触发器可以存储1位二进制代码,N位寄存器可以用N个边沿型D触发器并列实现。

一般的,N位寄存器在时钟上升沿把N位数据读取并输出。

在计算机等数字设备中寄存器的使用非常普遍,以下介绍几种常用的集成器件。

第21页:74LS75四位D锁存器

74LS75四位D锁存器

1)74LS75含义NextQEND前一状态Q0×置0010置110174LS75功能表该器件由由4位D触发器构成,两个触发器一样,且共用一个门控信号。

在门控信号EN高电平期间,输出端Q的状态随D端变化,当门控信号EN变成低电平之后,Q端状态保持不变。

这里D是电位信号。

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第22页:74LS273八位D触发器

74LS273八位D触发器

2)74LS273N该器件由8位边沿型D触发器组成,具有8个数据输入端、公共清除端和时钟端,输出具有互补结构。

当脉冲上升沿到来时,D信号被送到Q端输出。

含义NextQDCLK清00××0置000↑1置111↑1前一状态Q×0174LS273功能表74LS273输出端只在时钟脉冲上升沿时随输入信号D变化;而74LS75只要门控端是高电平,输出端就随D端的变化而变化。

此外,74系列中还有一款74LS175,功能和74LS75一样,也是一个4D寄存器,但属于边沿触发型,使用时要注意和74LS75相区别。

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第23页:JK触发器

JK触发器

三、JK触发器含义NextQKJ前一状态Q00置0010置1101翻转Q’11KJQnextQ×000×1101×010×11JK触发器的激励表JK触发器的特性表JK触发器的动作和SR触发器大致相同,只是2个输入都是1时:SR的状态不定;而JK触发器的功能是反转。

JK触发器是SR、D触发器以外非常有代表的触发器,主从型和边沿型都有。

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第24页:双JK触发器74LS112

双JK触发器74LS112

12芯片中包括两个JK触发器,因此也
称为双JK触发器,采用边沿触发方式。管脚排列图中的J和K是控制信号输入端;Q和Q是互非的输出端;CP是时钟脉冲输入端;SD、RD是直接置1端和置0端;字符前面的数字是区分两个触发器的标志数字。置1置0翻转保持波形图与集成JK触发器

第25页:T触发器

T触发器

四、T触发器T触发器是把JK触发器的J输入和K输入连接在一起,用T表示而成的。

T触发器主从型和边沿型都有。

含义QnextT保持Q0翻转Q’1TQnextQ000110101011T触发器的激励表T触发器的特性表T触发器具有保持和翻转两种功能。

如果让T触发器的输入恒为1,则T触发器就成为T´触发器,显然,T´触发器只具有翻转一种功能。

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第26页:遥控开关接收器实施

遥控开关接收器实施

D触发器CD4013作为状态记忆电路,用Q端输出的高电平驱动三极管T,使之饱和,并使继电器K长时间吸合。

红外接收头Uo端每输出一个负脉冲,就会触发(正跳沿有效)CD4013翻转一次;若Uo端没有负脉冲输出,CD4013也就不会翻转,其状态就能得到长久维持。

图中RD端所接的C1和R1是“上电复位”电路。

在接通电源瞬间,由于C1的耦合作用,RD端瞬间为高电平,即RD=1,SD=0(SD接地,永远是低电平),此时D触发器的Q=O,继电器不会闭合,稍后,C1充电结束,RD两端的电压变小,使RD=0,SD=0,于是D触发器CD4013进入正常工作状态。

第27页:任务9.2 可调定时器

任务9.2 可调定时器

9.2可调定时器

  • (1)了解时序逻辑电路的特点;
  • (2)理解计数器和寄存器的概念和功能;
  • (3)掌握计数器的分析和使用方法。

第28页:可调定时器任务引入

可调定时器任务引入

电路的组成该定时器采用数字分频集成电路,定时时间可通过电位器RP调节,定时范围为15s~30min),精度适当。

适当扩充外围辅助电路,可适合于各类家用电器的定时控制用。

如:换气扇、加湿器、空气清新机、电饭煲、给鱼缸换氧等。

第29页:时序逻辑电路的组成

时序逻辑电路的组成

状态(现态)确定下一个输出状态的电路
称为时序电路(sequentialcircuit)。一般的时序电路由组合电路和存储电路两部分构成。时序逻辑电路中最典型的是寄存器和计数器。计数器是用来实现累计电路输入脉冲个数功能的时序电路。在计数功能的基础上,计数器还可以实现计时、定时、分频和自动控制等功能,应用十分广泛。

第30页:计数器与触发器状态关系

计数器与触发器状态关系

计数器与触发器状态关系80001160001711101511116011014011151010131011400101200113110011110120100100101110009100191011121314151600000012345678Q0Q1Q2Q3Q0Q1Q2Q310进制数计数状态计数脉冲10进制数计数状态计数脉冲

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第31页:异步计数器

异步计数器

触发器的状态只能依次翻转,并不同步,
称为异步计数器。异步计数器结构简单,但计数速度较慢。

第32页:异步计数器的时序图

异步计数器的时序图

反转。因此,其周期是时钟周期的2倍,
称为2分频,即Q0是时钟脉冲的2分频信号。接着,因为Q1是把Q0当作时钟输入的JK触发器的输出,所以Q1是Q0的2分频信号。同样地,Q3是Q2的2分频信号。

第33页:四位二进制递增计数

四位二进制递增计数

重复进行。这种按升序进行计数的计数器
称为递增计数器(upcounter)。ClockQ0Q1Q2Q3触发器状态随计数脉冲的转换

第34页:D触发器构成异步计数器

D触发器构成异步计数器

用上升沿触发的D触发器构成的4位异步二进制加法计数器及其时序图

第35页:异步十进制计数器

异步十进制计数器

2.异步10进制计数器为了制作2的次方以外自然数M的异步计数器,或者说为了使计数器的输出变成M进制,需要在触发器上加清零复位电路。

因为是10进制计数器,10用2进制表示是1010,因而计数到此时应当全部清零。

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第36页:异步计数器的时序分析

异步计数器的时序分析

ClockQ0Q1Q2Q3从时序图中可以看出:在第10个脉冲来到时,Q1会产生很短的脉冲,这是由于使用Q1的电路需要一定时间。

这个脉冲是个不能回避的问题,也可以说是异步电路的缺点之一。

时序分析

第37页:异步十进制计数器74LS290

异步十进制计数器74LS290

集成计数器QAQCQBQDR92R91R02R01001001001001×010×111×11×计数0×0××0×00××0×00×74LS290功能表74LS290就是按上述原理制成的异步十进制计数器该计数器由一个二进制计数器和一个五进制计数器组成:时钟INA和输出QA组成二进制计数器;时钟INB和输出端QB、QC、QD组成五进制计数器。

另外:这两个计数器还有公共置0端R01、R02和公共置1端R91、R92。

该器件使用灵活,除本身就是二、五进制计数器外,将QA连接到INB还可得到十进制计数器。

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第38页:异步十六进制递减计数器

异步十六进制递减计数器

3.异步16进制递减计数器不使用JK触发器时钟输入的下降沿,而使用上升沿。

基于这样的改动后,计数器变为递减计数器(downcounter)。

利用这一原理,补充时钟的上升沿和下降沿根据外部信号进行选择电路,就可以制成递增递减计数器(updowncounter)。

第39页:同步十六进制计数器

同步十六进制计数器

二、同步计数器异步N进制计数器电路虽然简单,可是存在:“位数多了以后,向高位信号传递就比较费时间”的缺点。

而且,N如果不是2的次方,还会出现短脉冲问题。

1.同步16进制计数器各个低位的输出用AND连在一起,作为J和K的输入。

第40页:同步计数器工作原理与波形

同步计数器工作原理与波形

工作原理与波形 基于“低位全部是1时,用下边的时钟边沿使输出变化”的原理制成74LS163功能表QnCLKENPENT同步清除同步预置计数保持保持↑↑↑××××1×0××10××011101111集成同步计数器ClockQ0Q1Q2Q3本位相邻低位全部为1时,输出才产生变化

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第41页:同步十进制计数器

同步十进制计数器

2.同步10进制计数器在异步计数器中,所有触发器值的清零是在计到M时的时钟边沿进行的;而在同步计数器中,是在计到M-1时的下一次时钟边沿全部清零的。

因此,不会有像异步计数器那样产生短脉冲问题的发生。

第42页:74LS160与74LS161

74LS160与74LS161

集成同步十进制计数器异步清除同步预置计数保持保持×↑↑××××1×0××10××011101111QnCLKENPENT74LS160功能表在74系列中,有一款同步二进制计数器74LS161电路符号与功能表和74LS160都一样,也是异步直接清零的计数器,使用时要注意和74LS163相区别。

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第43页:计数器进制分析例题

计数器进制分析例题

例:分析图示计数器为几进制计数器。

假设计数器的初始状态000,并依此确定J、K的值,根据J、K的值确定在CP计数脉冲触发下各触发器的状态。

在第1个CP计数脉冲触发下各触发器的状态为001,按照上述步骤反复判断,直到第5个CP计数脉冲时计数器的状态又回到初始状态000。

即每来5个计数脉冲计数器状态重复一次,所以该计数器为五进制计数器。

第44页:移位寄存器

移位寄存器

次向相邻高位或低位触发器移动的寄存器
称为移位寄存器(shiftregister)。Q0的输入信号在4个时钟脉冲后原样从Q3输出。同时,各位数据1位1位地顺序输入后可以n位并行取出。这种操作被称作串行输入并行输出(SerialInput/ParallelOutput,SIPO)。

第45页:集成寄存器的功能表

集成寄存器的功能表

集成寄存器 功能QAQB…QHCLKAB清0保持移入1移入0移入000…0QA0QB0…QH01QAn…QGn0QAn…QGn0QAn…QGn×0××01××↑111↑10×↑1×0

第46页:双向移位寄存器74LS194

双向移位寄存器74LS194:74LS194讲解页,展示集成双向移位寄存器的引脚排列与功能。

集成双向移位寄存器74LS194

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第47页:N大于M时构成任意进制

N大于M时构成任意进制

四、任意进制计数器的构成由于集成计数器一般都是4位二进制、8位二进制、12位二进制、14位二进制、十进制等几种,若要实现任意进制计数,必须要增加电路。

1)N>M时假定已有N进制计数器,要得到M进制计数器,需要去掉N-M个状态,方法有二种:

第48页:预置数法构成任意进制

预置数法构成任意进制

②、计数器计到某状态时,将计数器预置到某数,使计数器减少M-N种状态对于第一种方法一定要清楚计数器是异步清零还是同步清零。

若为异步清零则要在M状态将计数器清零,若为同步清零,应该在M-1状态将计数器清零。

第49页:N小于M时的计数器组合

N小于M时的计数器组合

进制计数器。2)N<M时同步方式连接
是指两个计数器的时钟端连接到一起,低位进位控制高位的计数使能端。异步方式连接是指低位计数器的进位信号连接到高位计数器的时钟端。

第50页:用74LS161构成60进制计数器

用74LS161构成60进制计数器

高位片计数到3

  • (0011)时,低位片所计数为16×3=48,之后低位片继续计数到12
  • (1100),与非门输出0,将两片计数器同时清零。用74LS161构成60进制计数器

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第51页:8421码60进制与24进制计数器

8421码60进制与24进制计数器:计数器图示页,展示用74LS161构成8421码60进制与24进制计数器的连接。

用74LS161构成8421码60进制和24进制计数器

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第52页:可调定时器电路实施

可调定时器电路实施

14位二进制计数器四2输入与非门A、B连接成R-S触发器。

通电瞬间,因电容C1上的电位不能突变,产生负跳变使触发器置“1”(Q=1),D1反偏截止,IC2的

  • ⑨~
  • ⑩脚与内部电路起振并开始计数,在计数脉冲个数没有达到O13=1时,门D一直输出“1”,从而启动后级负载使被控对象动作。

第53页:定时结束与待机原理

定时结束与待机原理

待计数到O13=1时,门D输出低电平“0”,关闭后级定时负载;与此同时,门C输出低电平“0”,使R-S触发器置“0”(Q=0),D1导通,IC2

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