第18讲JK触发器,计数器

千岛湖画面属唐庆玉个人创 作，青山緑水蓝天白云，剽 窃必究
第08讲
第14章
时序逻辑电路
14.1 触发器
14.1.3 J-K触发器 14.3 计数器
清华大学电机系唐庆玉编 1997年10月18日
此课件系清华大学电机系唐庆玉于1997年制作，如发现有人剽窃必究法律责任！
清华大学电机系唐庆玉编1997年10月18日
0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0
(4) Q3的翻转:
Q2Q1Q0=111时,再来一个CP,Q3翻转一次
同步二进制加法计数器设计 用维—阻型J-K触发器 Q3
Q R J Q S K
Q2
Q2Q1Q0
&
Q S K
Q1 Q 0
Q1 &
Q S K Q R J
Q0
Q R J
Q R J
Q S K
J,K=(Q2•Q1•Q0) J,K=(Q1•Q0) J,K=Q0 R 清0脉冲 (1) Q0的翻转： (3) Q2的翻转: (4) Q(2) Q1的翻转: 的翻转: 3 每来一个CP，Q0翻转 Q0=1时,再来一个CP Q1Q0=11时,再来一个 Q2Q1Q0=111时,再来一个CP,Q,3翻转一次 一次 Q1翻转一次 CP,Q2翻转一次
Q2
Q1
Q0
Q S K
Q R J
Q S K
Q R J
Q S K
R
(4) Q0 时, Q3翻转,且 (5)当Q3=1(QQ0时,Q Q 由0翻转成1 时,Q 时,将Q (1)(2)Q31=0)且Q02翻转,JK=11 (3)Q1 时, 0翻转,JK=11 QCP =11时,Q3 1翻转 1清0 2
CP
D (J) K Q3 Q2 Q3
主从型J-K触发器
14. 3计数器
14.3.1 二进制计数器
二进制数: 用0和1两个数字表示, 加1计数,逢2进1 0000 +) 1 0001 +) 1 001 0 第1位的1相当于十进制的2 第0位的1相当于十进制的1
二进制数
4位二进制数: Q3 位数: 权重: 相当于十进制数: 3
4
1
11111111B=
2 1 255 D
8
16位二进制表示的最大数为:
2 1 65535 D
16
4位二进制加法计数器状态转换表
CP Q3 Q2 Q1 Q0 CP Q3 Q2 Q1 Q0
0
1 2 3 4
0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0
9 1 0 0 1
Q3 Q2
R J
Q2 Q0 & 3 Q1QQ0 Q2 Q1 Q0 3 Q2 Q1 Q0 Q
S CP K JR
Q R S JCP K
进位脉冲
个位数 Q1
异步十进制加法计数器 异步十进制加法计数器 Q Q 异步十进制加法计数器 Q Q Q Q Q
R K
异步十进制加法计数器 R R S S
R J
CPK
R
CP CP R Q 由1变成0时，向十位数送一个进位脉冲， 3 使十位数计一个数，同时个位数全变成0000
7
8 9 10
0 1 1 1
1 0 0 0
Q2Q1=11时,Q3由0翻转成1 Q2Q1=00时,Q3被清成0 (5)当Q3=1(Q3=0)且Q0 时,将Q1清0
1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0
异步十进制加法计数器设计
(用下降沿触发的维—阻型J-K触发器)
Q3
& Q R J Q S K Q R J
0
1 2 3 4
0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0
10 1 11 1 12 1
Q1翻转一次
(3) Q2的翻转: Q1Q0=11时,再来一个 CP,Q2翻转一次
13 1 1 0 1
14 1 15 1 16 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0
5
6 7 8
0 1 0 1
正常工作时
CP
K
R=1,S=1 CP下降沿触发的J-K触 发器的R、S功能相同
维持—阻塞型J-K触发器(续) J、K控制端的功能 J K CP Q n+1 说明 0 0 Qn 保持
Q R J
Q S
0
1
CP
1
0
0
1
清0
置1
K
1
1
0,1
Qn
Qn
翻转
CP上升沿触发
CP 下降沿触发的J-K触发器J、K 功能相同，只是在CP下降沿触发
4
2Qቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
用CP下降沿触发的J-K触发器构成2分频器
当JK=11时，在CP下降沿翻转
Q
R Q
CP
S CP K
J
Q
0
1
Q CP
2. 主从型J-K触发器 符号
Q Q
CP
在CP上升沿时,接收J、K
信息,Q不变化
在CP下降沿时,根据接收
R J S
到的J、K信息，Q变化
J K Qn+1 Qn 0 1
CP
K
0 0 1
14.3.4 数字集成电路计数器
常用数字集成电路计数器芯片举例:
74LS160 4位同步十进制加法计数器，直接清除
74LS161
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
时序图
10 11 12 13 14 15 16
1 0 1 0 0 0 0
1 0 1
而异步计数器各触发器 0
1 翻转时刻不同,低位的领先, 0
0 0
0
0 1
高位的迟后, 延迟时间为
1 0 纳秒(ns)级
Q3
0 0
0
同步计数器各触发器在同一时刻翻转
14.3.2 十进制计数器 编码方法: 用4位二进制数表示1位十进制数, 十进制数用0~9十个数字表示,而
0 0 Q R
J K Q S 0 1
Qn
0
1 0
1 1
1
Qn
由JK=11控制触发器
CP上升沿触发
翻转计数
用4个维—阻型J-K触发器组成
4位异步二进制加法计数器 Q3 Q2 Q1 进位脉冲
Q R J Q S K Q R J Q S K Q R J Q S K Q R J
Q0
Q S K
R 清0脉冲
CP 计数脉冲
3
Q2 2
2
Q1 Q0 1
1
0
0
2 2 2 2
8 4 2 1
8421码
8Q3+4Q2+2Q1+1Q0
B代表二进制数
例: Q3Q2Q1Q0=1010B =81+4 0+21+10
(Binary)
D代表十进制数 (Decimal)
=10D
二进制数所表示数的范围: 4位二进制表示的最大数为: 1111B=8+4+2+1=15D= 2 8位二进制表示的最大数为:
4位异步二进制加法
Q3 Q R J Q S K Q R J
Q2 Q S K
Q1
Q
0
计数器时序图
CP Q0
0
R
Q R J
Q S K
Q R J
Q S K
CP
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
13 14 15 16
CP的上升沿
Q0翻转
1 0 1 0 0 0 0
1 0 1 0 1
Q0的上升沿 Q1翻转 Q1的上升沿
0 1 0
1
1
Qn
主从型J－K触发器工作波形图举例
J K
0 0 1 1 0 1 0 1
Qn+1
Qn 0 1 Qn
CP
J
K
CP
接收JK 信号 Q状态
Q
0
转变
置1
清0
翻转
翻转
有多个J、K控制端的J-K触发器
Q R J & CP
Q
S K & K 1 K2
J1 J2 J=J1•J2
K=K1•K2
触发器课堂练习
10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1
5
6 7 8
0 1 0 1
0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0
16 0 0 0 0
要求: 每来一个CP,计数器加1
1. 异步二进制加法计数器 用触发器组成计数器 例: 用维—阻型J-K触发器组成异步二进制加法计数器 J K Qn+1
Q2Q1=00时,Q3被清成0
异步十进制加法计数器
(用下降沿触发的维—阻型J-K触发器)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
时序图
CP
1
Q0 Q1 Q2 Q3
1
0 1 1 0 1 0
1 0 1 0 1 1
1 0 1
1 0
0
0
0
0
1 0 1
0
0
0
0
0
0
0 1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
十进制加法计数器 状态转换表
用J-K触发器构成2分频器 当JK=11时，在CP上升沿翻转
Q R J CP K Q
CP
S
Q 0
1
Q
CP
RS,JK甩空或通过
2 CP Q 4.7k的电阻接高电平
FQ = FCP/2
2个2分频器级联组成4分频器
1Q
Q Q S CP R
2Q
Q
Q S CP K
R
J
K
J
CP
F2Q = FCP/4
CP
CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
2
3
0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0
每10个CP循环一周
4 5 6
7
8 9 10
0 1 1 1
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
2个十进制计数器组成1个 100进制计数器
十位数 Q3
0 0 0 1
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1
10 1 11 1 12 1
每 16 个 循 环 一 周
CP
13 1 1 0 1
14 1 15 1 16 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0
8
1 0 0 0
2. 同步二进制加法计数器
同步: 每个触发器都用同一个CP触发，要翻转时同时
千岛湖风光
14.1.3 J-K触发器
1. 维持—阻塞型J-K触发器（边沿触发）— 类型及符号
有2种类型:
Q Q S CP K R
Q
Q S CP K
R
J
J
CP上升沿触发
CP下降沿触发
维持—阻塞型J-K触发器 (续) R、S端功能 R复位端 S置位端
Q R J Q S
R=0,S=1时Q=0
R=1,S=0时Q=1
CP JK=11
同步二进制加法计数器 Q3
Q R J
波形图
Q1 Q 0
Q2
Q2Q1Q0
Q1 &
Q S K Q R J
Q0
&
Q S K
Q S K
Q R J
Q R J
Q S K
CP R 清0脉冲
同步二进制加法计数器的波形图 与异步二进制加法计数器的画法 相同,状态转换表也相同，但是...
4位同步二进制加法计数器 CP Q0 Q1 Q2
异步十进制加法计数器设计
(用下降沿触发的维—阻型J-K触发器)
2
3 4 5 6
0 0 1 0
0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0
分析状态转换表,找出JK控制规律: (1) CP 时,Q0翻转,JK=11
(2) Q0
(3) Q1 (4) Q0
时,Q1翻转
时, Q2翻转,JK=11 时, Q3翻转,且
数字电路中使用二进制,所以须用 称为二—十进制编码, 又称BCD码
二进制数给十进制数编码 ( BCD—Binary Coded Decimal )
二进制数用8421码
十进制数: 用0 ~ 9 共十个数字表示 所以,用十个4位二进制数表示0~9
十进制数的编码方法
CP Q3 Q2 Q1 Q0
CP Q3 Q2 Q1 Q0
例: 3位十进制数: 100,
0
1 2 3 4
0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0
10 1 用BCD码表示 0 1 0
11 1 0 1 1
12 0001 0000 0 1 1 0 0000 13 1 1 1 14 1 1 0 1 0 0 1 0
BCD码
十进制数
题目:时钟CP及输入信号D 的波形如图所示,试画 出各触发器输出端Q的波形,设各输出端Q的
初始状态=0.
D
J 1 K J 1 K
Q
Q2
CP
D CP
Q
Q3
触发器课堂练习(续)
D
CP
J=0、K=1时，CP Q=0 J=1、K=0时，CP Q=1
J 1 K
Q
Q2 CP
维-阻型J-K触发器 D
CP 1 K J Q
翻转
J-K触发器真值表
J K Qn+1
设计方法: 用低位的Q控制高位的J、K， 决定其翻转还是不翻转。 JK＝00时，不翻转(保持原状) JK＝11时，翻转
0 0
0 1
Qn
0
1 0
1 1
1
Qn
分析状态转换表，找出控制规律：(1) Q0的翻转：
CP Q3 Q2 Q1 Q0
CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 每来一个CP，Q0翻转 一次 (2) Q1的翻转: Q0=1时,再来一个CP ,
Q1 Q2
Q3
0 0
0
0
1
0
Q2翻转
Q2的上升沿
1
0
0 0
0
Q3翻转
异步: 各触发器不同时翻转, 从低位到高位依次翻转
4位异步二进制加法计数器状态转换表
CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 CP Q3 Q2 Q1 Q0 9 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0
1
2 3 4 5 6 7
5
6 7 8 9
0 1 0 1
0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1
15 1 1 1 1
异步十进制加法计数器设计
(用下降沿触发的维—阻型J-K触发器)
Q
Q
在CP 时,根据JK状态Q变化
J K Qn+1
R J
S CP
K
0 0
Qn
0 1
1 0 1 1
0
1 Qn
CP Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1