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1、医用电子学基础,第七章触发器和时序逻辑电路,第一节双稳态触发器,第一节 双稳态触发器,一、RS 触发器二、主从JK 触发器三、边沿D 触发器四、触发器逻辑功能的转换,1. 基本RS触发器,两个与非门交叉连接构成基本RS触发器,逻辑符号：,结构：,置位端,复位端,一、RS 触发器,第一节 双稳态触发器,触发器置1,触发器置0,保持原状态,在此基础上若两个输入信号同时回到1后，则触发器恢复到“0”状态还是“1”状态无法预测，这是非正常的情况，是工作中要避免的。,违背互补原则,逻辑功能:,第一节 双稳态触发器,约束条件,特性方程,逻辑功能:,第一节 双稳态触发器,输入输出波形：,动作特点：“一触即发
2、”。,第一节 双稳态触发器,2同步RS触发器,逻辑符号,结构,置位端,复位端,控制端,第一节 双稳态触发器,逻辑功能：,控制信号CP=0:与非门G3、G4的输出恒为1；基本RS触发器输入全1，输出保持原来状态不变；,控制信号CP=1:基本RS触发器输入与S、R有关，输入信号才能触发基本RS触发器，使输出状态作相应的转换。,第一节 双稳态触发器,逻辑功能：,约束条件,特性方程,第一节 双稳态触发器, CP=1期间触发； 有约束条件，即不允许R 和S 同时等于1； 存在空翻现象。,动作特点：,第一节 双稳态触发器,逻辑符号,结构,控制端,二、主从JK 触发器,第一节 双稳态触发器,逻辑功能：,在C
3、P 的上升沿到来时，主触发器动作，在CP 的下降沿到来时，从触发器动作。,两个触发器都是同步RS触发器，会在时钟脉冲高电平期间动作。而CP通过一个非门给两个触发器提供时钟脉冲。,第一节 双稳态触发器,逻辑功能：,无约束条件,特性方程,第一节 双稳态触发器,动作特点：, 在时钟脉冲下降沿触发； 不需要输入信号满足约束条件； 不会出现空翻现象。,第一节 双稳态触发器,输入输出波形：,第一节 双稳态触发器,逻辑符号,结构,边沿触发器通常采用维持阻塞结构，又称维持阻塞触发器。,三、边沿D触发器,第一节 双稳态触发器,特点： 触发器输入信号的上升沿前接收输入信号，在上升沿触发，利用内部的维持和阻塞线，使
4、上升沿后即被封锁，没有约束条件，没有空翻现象产生，有很强的抗干扰能力。,第一节 双稳态触发器,逻辑功能：,在时钟脉冲的上升沿动作特性方程: Qn+1D。,第一节 双稳态触发器,四、触发器逻辑功能的转换,第一节 双稳态触发器,在计数器中经常要用到T触发器和 触发器，而集成触发器产品中没有这两种类型的电路。通常，T和触发器主要由JK触发器或D触发器构成。T触发器是根据T端输入信号的不同，在时钟脉冲CP作用下具有“保持”和“翻转”功能的逻辑电路。 触发器是一种翻转型或计数型触发器，它可以实现每来一个时钟脉冲就翻转一次的逻辑功能。,第一节 双稳态触发器,由于JK触发器也具有“保持”和“翻转”功能，因此
5、，把JK触发器的J、K端联在一起作为T端，即可构成T触发器， 如图。,1.JK触发器转换为T触发器,第一节 双稳态触发器,T 触发器的特性方程可由JK触发器的特性方程推导得出，即,由上式可知，T触发器具有的逻辑功能为：当T=0时， ，时钟脉冲作用后触发器状态不变，即具有“保持”功能；当T=1时 ， ，每来一个时钟脉冲，触发器的状态就变化一次，即具有“翻转”功能。T触发器的特性表如下表所示。,第一节 双稳态触发器,2.D触发器转换为 触发器,转换图为,第二节时序逻辑电路,一、时序逻辑电路的分析,1. 时序逻辑电路的特点及分类,定义： 任何时刻电路的输出，不仅和该时刻的输入信号有关，而且还取决于电
6、路原来的状态。,输入,输出,第二节 时序逻辑电路,（1）电路特点,包含存储电路（不可少）和组合电路;,输出状态由存储器状态和输入变量共同决定。,（2）时序逻辑电路分类,按时钟控制方式划分：,同步时序电路：,触发器共用一个时钟 CP，要更新状态的触发器同时翻转。,异步时序电路：,电路中所有触发器没有共用一个 CP。,第二节 时序逻辑电路,2. 时序逻辑电路的分析,（1）分析步骤,时序电路,时钟方程,驱动方程,状态转换表,状态转换图,时序图,CP触发沿,特性方程,输出方程,状态方程,计算,第二节 时序逻辑电路,2. 分析举例,写方程式,驱动方程,状态方程,特性方程,【例 9-1】,解,第二节 时序
7、逻辑电路,计算，列状态转换表,0 0 0,0,0 0 1,0,0 1 0,0,0 1 1,0,1 0 0,0,0,1 0 1,0 0 0,0,1 1 1,1,0 0 0,0,画状态转换图,1 1 0,1,所以，该电路为七进制计数器，Y是进位输出端。,第二节 时序逻辑电路,画时序图,第二节 时序逻辑电路,二、计数器,1.同步加法计数器,例：同步三位二进制加法计数器,(1) 写方程式,CP0=CP1=CP2=CP,时钟方程,第二节 时序逻辑电路,驱动方程,F0：J0 =K0 =1 每来一个CP，Q0翻转一次；,第二节 时序逻辑电路,（2）列状态转换表,第二节 时序逻辑电路,（3）画状态转换图和时序
8、图,（4）功能描述：电路在输入第8个计数脉冲CP后返回初始的000态，同时进位输出端CO输出一个进位信号，所以该电路为八进制加法计数器。,状态转换图,时序图,第二节 时序逻辑电路,1,2,3,4,5,6,7,8,可以看出，Q0、Ql、Q2的周期分别是CP周期的2倍(2分频)、4倍(4分频)、8倍(8分频)，因此计数器也可作为分频器。,第二节 时序逻辑电路,2.异步加法计数器,【例9-2】分析图9-19所示异步时序逻辑电路的逻辑功能。,第二节 时序逻辑电路,解：,（1）写逻辑方程式,时钟方程,输出方程,第二节 时序逻辑电路,驱动方程,状态方程,第二节 时序逻辑电路,（2）列状态转换表,第二节 时
9、序逻辑电路,（3）画状态转换图和时序图,（4）逻辑功能:电路在输入6个计数脉冲CP后返回初始的000态，同时向高位送出一个进位信号，所以该电路为异步六进制加法计数器。,第二节 时序逻辑电路,3.集成计数器,（1）同步计数器 74LS161,74LS161是四位二进制可预置同步计数器。,外引线排列,CTP,CTT,第二节 时序逻辑电路, 异步清零,74LS161具有以下功能, 计数, 同步并行预置数, 保持,CO为进位输出端，即当Q3Q2Q1Q0=1111时，CO=1。,第二节 时序逻辑电路,【例9-3】应用集成计数器74LS161组成六进制 计数器。,反馈异步清零法：,计数脉冲,0 1 1 0
10、,0110状态在瞬间出现，立即复位0000，在稳定状态下，计数不包括0110状态。,（2）任意进制计数器,第二节 时序逻辑电路,【例9-4】应用计数器74LS161组成十进制计数器。,反馈同步置数法：采用74LS161，方法相同。,1 0 0 1,预置0000,预置D3D2D1D0=0000为计数器状态的最小值。,第二节 时序逻辑电路,寄存器是数字系统常用的逻辑部件，它用来暂时存放数码或指令等。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能暂时存放一位二进制数信息，存放 n 位二进制数时，需要 n 个触发器构成。,三、 寄存器,第二节 时序逻辑电路,1.数码寄存器,通常有接收数码、寄存数码、取出数码和
11、消除原有数码的功能。一般由D 触发器或RS 触发器组成。,清零,待寄存数码,寄存指令,并行输入、输出方式,第二节 时序逻辑电路,清零,寄存指令,第二节 时序逻辑电路,第九章 触发器及时序逻辑电路,2.移位寄存器,每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。,（1）单向移位寄存器,四位右移移位寄存器,待寄存数据从高位至低位：1011,1 1 0 1,0 0 0 0,从高位至低位依次串行输入,1 0 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 1 0 1,第二节 时序逻辑电路,0 0 0 0,CP Q0 Q1 Q2 Q3,1 0 0 0,0 1 0 0,1 0 1 0,1 1
12、0 1,移位脉冲,寄存器中的数据,移位过程,清 零,右移一位,右移二位,右移三位,右移四位,四位右移位寄存器状态表,0,1,2,3,4,第二节 时序逻辑电路,（2）双向移位寄存器,所谓双向移位寄存器是指可以实现数据的左移和右移功能。,4位双向移位寄存器74LS194,具有置0、保持、右移位、左移位及并行输入数据的功能。,第二节 时序逻辑电路,SR：右移串行输入端,SL：左移串行输入端,D0D1D2D3：并行输入端,S0、S1：工作方式控制端,第二节 时序逻辑电路,第二节 时序逻辑电路,第三节555定时器及其应用,第三节 555定时器及其应用,555定时器（555 timer）是一种多用途的集模
13、拟、数字电路于一体的中规模集成电路，由于使用灵活、方便，所以在波形的产生与变换、测量与控制、家用电器、医学影像设备等诸多领域中都得到了应用。本节在介绍555定时器的结构和功能的基础上，重点介绍555定时器的应用，即由555定时器组成的施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。,第三节 555定时器及其应用,一、555定时器（CB555）,1.电路结构,下图所示是双极型的CB555定时器的电路结构图和外引脚排列图。它含有两个电压比较器C1和C2、一个由与非门组成的基本RS触发器、一个与门、一个非门、一个放电三级管T以及由三个5k的电阻组成的分压器。比较器比较器C1的参考电压为 ，加在同相输入端；C
14、2的参考电压为 ，加在反相输入端。两者均有分压器上取得。,第三节 555定时器及其应用,电路结构,外引脚图,第三节 555定时器及其应用,7端：放电端，,1端：接地端，,2端：低电平触发端，,3端：输出端，,4端：复位端，正常工作时此端应处于高电平，,5端：电压控制端，当有输入时，可以改变C1、C2的参考电压，,6端：高电平触发端,8端：电源端。,2.个引脚功能,第三节 555定时器及其应用,第三节 555定时器及其应用,二、由555定时器组成的施密特触发器,施密特触发器的特点,第一，输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降的过程中对应的输入转换电平不同
15、； 第二，在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。,第三节 555定时器及其应用,1.电路组成,第三节 555定时器及其应用,2.工作原理,当uI由0逐渐升高时的工作过程：,当 时， ， 。,当 时， 不变。,当 时， ，,即uO由高电平跳变为低电平。,第三节 555定时器及其应用,当uI由大于 开始下降时的工作过程：,当 时， ，,当 时， 不变。,当 时， ， ，,即uO由低电平跳变为高电平，电路再次翻转。,如果输入uI的波形是三角波，电路的工作波形如上图。,第三节 555定时器及其应用,三、由555定时器组成的单稳态触发器,单稳态触发器的特点,第一，它有稳
16、态和暂稳态两个不同的工作状态； 第二，在触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间后，再自动返回稳态； 第三，暂稳态维持时间的长短取决于电路中的RC参数值。,第三节 555定时器及其应用,1.电路组成,电路图,波形图,第三节 555定时器及其应用,2.工作原理,（1）稳态,电路通电后在没有触发信号时，电路只有一个稳定状态,（2）暂稳态,外加触发信号，电路从稳定翻转到暂稳状态;,暂稳态持续一段时间后，自动翻转回到稳态。,此时，输出的是矩形脉冲，其宽度（暂稳态期的持续时间）,第三节 555定时器及其应用,四、由555定时器组成的多谐振荡器,多谐振荡器是一种自激振荡电路，当电路连接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲，由于矩形脉冲中除基波外还含有极丰富的高次谐波，所以人们把这种电路叫做多谐振荡器。多谐振荡器是常用的一种矩形波发生器，触发器和时序电路中的时钟脉冲一般都是由多谐振荡器产生的。,第三节 555定时器及其应用,1.电路组成,电路图,波形图,第三节 555定时器及其应用,2.工作原理,接通电源UCC后，电容C放电所需的时间为,当放电结束时，T截止，UCC将通过R1、R2向电容C充电，uC由 上升到 所需的时间为,振荡周期T为,