第三章时序逻辑

1 1
0
1 0
0 1
1
0
CP=1时， J=1，K=0，置1态。
0
1
1
0 1
1 0
0
CP=1时，
1 J=0，K=1，置0态。
1
0
1
1 0
0
0
1
1
1
0
CP=1时， J=K=1，翻转。
01
01 1
1
1
真值表
CP J K Qn 0 ×××
1 000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
若 R＝S 10，触发器就会翻转成为1状态。 ②当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号 ＝10或11，触发器仍为1状态；RS 若 R＝S 01，触发器就会翻转成为0状态。
课堂作业3.3
• 默写：基本SR锁存器的状态方程。 • 画：基本SR锁存器的状态图。
S和 R同时 0 为 Q,Q同1为
真值表
状态
JK=1×
图
0×
0
1
×0
×1
CP
波 形
图J K Q Q
【例6】图所示为芯片74HC112负沿JK触发器的输入波形，请画出输出端的波形图。
课堂练习3.7
1．触发器具有记忆作用是因为它的结构上有
。
2．一个触发器可以存储
位二进制数据。
3. 若将D触发器的D端连在 端上，经100个脉冲作用后，它的次态Q(t+100)=0, 则现态Q(t)应为 。 A. Q(t) =0 B. Q(t) =1 C. 与现态Q(t)无关
Q，
Q
：输出
由与非门构成的基本SR锁存器的电路及符号
以下几页很关键！
输入S、R共有4种可能的情况，下面逐一讨论。 输出确定的情况：
1 0
1 0
0 1
1
0
输入S=1、R=1 ，而输出Q有2种情况？ 可以接受吗？ 1 1
0 1
1 0
1 1
下面考虑状态的变化
(1)原状态S=0, R=1，输出Q=1； 新状态S=1, R=1，输出Q=1。 如果考虑原状态到新状态的连续变化，那么“输入S=1, R=1，输出Q=1”的情况是确定的。不可能出
Q
4. JK触发器的特征方程是
。
5. JK触发器，若Qn = 1，则当 时 Qn+1 = 1。 A. J=K=1 B. J=K=0 C. J=1, K=0 D. J=0, K=1
6．SR触发器，若Qn=1，则当 时Qn+1 =1。 A. S=R=1 B. S=R=0 C. S=1, R=0 D. S=0, R=1
3.2 触发器 flip-flop
• 3.2.1 SR触发器 • 3.2.2 D触发器 • 3.2.3 JK触发器 • 3.2.4 触发器的应用和时间参数
3.2 触发器
锁存器虽然能记忆一位二进制数，但接受的输入数据是在允许使能信号EN控制下进行。存在当 EN受干扰（开关变化），保存数据生变的问题。
当蒸汽机速度过低时，重球会移到调速器的内侧，会再 开启蒸汽机进气阀门，增加蒸汽机速度。
1788年：博尔顿&瓦特引 擎
• 3.1.1 锁存器的基本特性 • 3.1.2 基本SR锁存器 • 3.1.3 门控SR锁存器 • 3.1.4 门控D锁存器
3.1 锁存器
电路图与逻辑符号 R，S ：输入；
工作原理： 数据在时钟有效边沿之前的提前到达，当有效边沿之后，完成相应操作。 JK都为1时的情况：窄脉冲使JK触发器状态反转。当J＝１，K＝１时，对每一个连续的时钟 脉冲，触发器可改变成相反状态或计数状态，称为交替操作。
0 0
1 1
CP=0时，状态不变。
1
1
0
0
0
1
1
CP=1时， J=K=0，状态不变。
功能真值表
R
S
Qn
Qn+1
0
0
0
Ф
0
0
1
Ф
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
状态方程
QRn1
S
S RQn 1
约束条件：R、S不能同时为零。 从卡诺图如何得到这个约束条件？
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 10
×1
0
1
1×
01 ①当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号 ＝01或11，触发器仍为0状态；RS
S1=1 S0=1
S1=1 S0=0
S1=0 S0=1
自己研究一下第4种情况(保持态): S1=0 S0=0
第三章时序逻辑
如何用逻辑门实现时序电路？
组合电路：输入决定输出 时序电路：有时间记忆功能，当前输出和当前的输入有关，和以前的输入也有关。
逻辑门 + 反馈 = 时序电路
反馈：输出－>影响－>输入。 前一次的输出影响现在的输入－>从而当前的输出受到上一次的输出影响。
• 开环控制 • 闭环控制：正反馈，负反馈
EN=1，
S=0，R=0：Qn+1=Qn
S=1，R=0：Qn+1=1
S=0，R=1：Qn+1=0
S=1，R=1：Qn+1= Ф
状态方程
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Qn1
S RQn
SR 0
约束条件，不 能同时为1
门控SR锁存器真值表
R
S
Qn+1
0
0
Qn
0
1
1
1
0
0
1
1
Ф
课堂作业3.4
• 默写：门控SR锁存器的状态方程。 • 画：门控SR锁存器的状态图。
正沿SR触发器操作原理图
存在问题：与门控锁存器一样，当S和R同时为高时，如果时钟脉冲出现，会使触 发器输出现不稳定情况。 SR触发器：S＝１，R＝１不允许。
【例4】 SR触发器的输入波形如图所示，画出Q和Q的工作波形（假 定触发器现态为0）。
3.2.2 D触发器 D触发器以SR触发器为基础，区别在于：增加了一个非门,变为单输入端D。
带小圆圈：表示时钟信号为负脉
冲。 小三角符号：是将时钟信号转
换成窄脉冲，使触发器按边沿方 式工作。
3.2.1 SR触发器 SR触发器是它是构成D触发器和JK触发器的基础。 数据输入端S和R称为同步输入。S: Set 置1；R:
Reset 置0
SR触发器与门控SR锁存器不同：它有一个窄脉冲转换器。其功能是对应时钟脉冲的上升沿而产 生一个持续时间很短的窄脉冲，称尖锋脉冲。
Q n 1 D D (Q n Q n ) D Q n D nQ
与JK触发器的特性方程比较，得：
J D K D
电路图
D
1J
Q
1
C1
1K
Q
CP
D触发器→JK触发器? 写出JK触发器的特性方程，使之形式与D触发器的特性方程一致：
Qn1JQnKQn
与D触发器的特性方程比较，得：
DJQnKQn
电路图
Q n +1 Qn
功能
Q n1 Q n 保 持
0
Q n1 Q n 保 持
1
0 Q n1 0 置 0
0
1 Q n1 1 置 1
1
1
Q n1 Q n 翻 转
0
JK=00时不变 JK=01时置0 JK=10时置1 JK=11时翻转
特征方程
Qn1JQnKQn
CP=1期间有效
课堂作业3.6
• 根据表3.6，画出卡诺图，推出JK触发器的特征方程。 • 根据表3.6，画出JK触发器的状态转换图。
现输出Q=0。 因此“状态保持不变”。
0 1
0 1
1 1
1
0
(2)原状态S=1, R=0，输出Q=0； 新状态S=1, R=1，输出Q=0。 如果考虑原状态到新状态的连续变化，那么“输入S=1, R=1，输出Q=0”的情况是确定的。不可能出
现输出Q=1。 因此“状态保持不变”。
1 0
1 0
1 0
1
S和R不会同时为高，避免了SR触发器不稳定问题。
【例5】图3.14(a)所示为D触发器的数据输入波形，画出输出的波形图。
实际上不用把CK变成“窄脉冲”，也能做出边沿触发器。方法如下： 把2个电平型的D触发器连起来，构成“主-从”边沿触发器
3.2.3 JK触发器 JK触发器功能同SR触发器类似，也是双输入，JK触发器主要改进：解决SR触发器不稳定问题。 正沿JK触发器
为了提高锁存器工作的可靠性，推出了边沿方式工作的触发器。触发器是一种同步双稳态器件。 同步是指触发器的记忆状态按时钟脉冲（CLK）规定的起动指示点（脉冲边沿）来改变。触发器可 以在时钟脉冲的正沿（上升沿）改变状态，也可以在时钟脉冲的负沿（下降沿）改变状态。
三种形式的触发器逻辑符号， 时钟端C处：
不带小圆圈：表示时钟信号为 正脉冲；
0 1
1 0
如果“输入S=0, R=0，输出Q=1”是原状态，新状态是“输入S=1, R=1”，此时输出Q＝？
0 1
1 0
此时输出Q=0或Q=1都是可能的，因此是不
可控制的。
1
称“输入S=0, R=0”为“不稳”，禁止它出
?
现。
1
?
课堂作业3.2 • 重复刚才的分析过程，写出基本SR锁存器的变化情况。即分析输入和输出的对应情况。
3.3.2 移位寄存器
在时钟信号控制下，将所寄存的数据向左或向右移位的寄存器称为移位寄存器。分类：按方向、 串并行左、右、是否循环、串行、并行的7类组合。
右移寄存器逻辑图
具有右移、左移并行置数功能的寄存器叫做通用移位寄存器。通用移位寄存器功能：并行 置数、保持、左移、右移四种功能。
通用移位寄存器用途十分广泛，累加寄存器、缓冲寄存器、乘除部件中寄存器。四种工作 方式：串入--串出、串入--并出、并入--串出、并入--并出。
继续改进： 解决SR锁存器存在“不稳”态的问题。 这就是D锁存器。
状态方程：Qn+1=D
SR锁存器的S和R的取值受到约束，即不能同时为1。 这里D锁存器解决了这个问题。 但奇怪的是：D触发器好像什么都没做？ 图3.8。
课堂作业3.5
• 默写：D锁存器的状态方程。 • 看图3.8，说明D触发器“做“了什么。（输出Q和输入D是完全一样的吗？为什么不一样）
间）；th：数据保持时间（D在CP有效边沿之后继 续保持时间） （２）时钟信号的时间参数。 twh：时钟CP的高电平宽度；twl：时钟CP保持低电 平的最小持续时间；fmax：触发器最高工作频率
（３）触发器的翻转延迟时间。触发器的翻转延迟时间tp：时钟信号幅度50％到触发器Q端输出 信号幅度50％的时间间隔。
3.3 寄存器和移位寄存器
3.3.1 寄存器
由若干个正沿D触发器构成的一次能存储多位二进制代码的时序逻辑电路，叫寄存器。输出采用三 态门控制，因而适合于挂接在数据总线上。D锁存器也可构成寄存器，常用的寄存器大多由D触发器 构成。
两者区别： D触发器构成的寄存器：时钟信号采用边沿方式工 作，更可靠。 D锁存器构成的寄：时钟信号采用电位方式工作， 易受干扰。
T=1时刻，Xi=1，Xf=0.1, Xd=0.9,Xo1=9; ......
第一个控制系统：1788年，瓦特设计离心式调速器，用于控制蒸汽机速度。利用了负反馈的原理
离心式调速器中有二颗重球，其旋转速度和蒸汽机相 同。 （1）蒸汽机的速度提高时，重球因离心力移到调速器的 外侧，因此会带动机构，关闭蒸汽机进气阀门，降低蒸 汽机速度。
1
因此虽然输入S=1, R=1，输出可能有两种情况：Q=0或Q=1，表面看起来这是不可控制的， 但是如果考虑从原状态到新状态的连续变化，那么只能出现Q=0或Q=1其中之一，不会都出现。 S=1, R=1的情况称为“状态保持”。
输入S=0, R=0，输出Q=1，是确定的。但是书上说是“不稳”，为什么？
9. 若用JK触发器来实现特性方程为
，则JK端的方程为 A.J=AB，K=
。
AB
B.J=AB，K=
AB
C.J=
A B ，K=AB
A B D.J= ，K=AB
Qn1AQnAB
典型触发器的符号：
3.2.4 触发器的应用和时间参数 1.触发器的应用
2.触发器的时间参数
（1）为保证数据写入的正确性的时间参数： ts：数据建立时间（D在CP有效边沿之前的提前时
7．把JK触发器转换成D触发器，则J、K和D的关系应为 。
A. A. J=K=D
B. J=D，K=
C. J= ，K=D D. J=D，K=0
D D
8．JK触发器转换得到D触发器的转换电路是
。
D
1J Q1
1 CP
C1
1K Q1
D
1
1J Q1
CP C1 1K Q1
A.
B.
JK触发器→D触发器 写出D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JK触发器的特性方程一致：
负反馈 negative feedback
X i +
X d
基本放大
X o
–
•
X f
电路A
反馈 电路F
课堂作业3.1： Xon+1 = A (Xi - FXon) 如果A=10，Xi=1，F=0.01，请画出Xo的变化曲线，并指出Xo最后稳定在什么值。 例如：T=0时刻，Xi=1，Xf=0, Xd=1,Xo0=10;
真值表
R
S
0
1
1
0
0
0
1
1
Q
0 1
Q
1 0
不稳（Ф）
保持
R：置零或复位端（低电平置零，逻辑符号上用小圆圈表示） S：置1或置位端（低电平置１） Q：触发器原端或1端
Q ：触发器非端或0端
功能真值表及特征方程 状态转换真值表：输入信号与原态、次态之间的关系
Qn+1的卡诺图
Qn ：原状态或现态（输入） Qn+1：新状态或次态（输出）