組合邏輯電路和時序邏輯電路

1、1,電工電子技術(shù)與技能（非電類少學(xué)時）,程周主編,中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材配套多媒體資源,2,15.5 譯碼器和顯示器,,,,,15 組合邏輯電路和時序邏輯電路,15.1 觸發(fā)器,15.2 計(jì)數(shù)器,1,2,3,15.3 寄存器,4,5,15.4 編碼器,3,觸發(fā)器：是具有記憶功能并可以存儲數(shù)字信息的最常用的一種基本單元電路。,15.1　觸發(fā)器,特點(diǎn)：,1.有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，用0和1表示。,2.在適當(dāng)信號作用下，兩種狀態(tài)可

2、以轉(zhuǎn)換。,3.輸入信號消失后，能將獲得的新狀態(tài)保持下來。,4,1．基本 RS 觸發(fā)器,(1)電路組成　　將兩個集成與非門的輸出端和輸入端交叉相接,,基本 RS 觸發(fā)器電路。,(2)符號,上加“－”表示低電平,低電平有效在符號圖中靠近方框處用小圓圈表示，,輸入有效(負(fù)脈沖輸入)。,輸入端，正常時二者總保持相反狀態(tài)。,15.1.1　RS觸發(fā)器,5,定義 Q 端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。,稱觸發(fā)器為 1 狀態(tài)；稱觸發(fā)器為 0 狀態(tài)；,(3)邏

3、輯功能,觸發(fā)器狀態(tài)為 1；,且不管觸發(fā)器原來狀態(tài)是 0 還是 1 態(tài)，輸出狀態(tài)均為 1 態(tài)，稱置 1 或置位功能，,置 1 端或置位端。,端稱為,15.1.1　RS觸發(fā)器,6,,觸發(fā)器狀態(tài)為 0；,觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變；,15.1.1　RS觸發(fā)器,7,(4)邏輯狀態(tài)表,(5)基本 RS 觸發(fā)器工作波形,負(fù)脈沖觸發(fā),15.1.1　RS觸發(fā)器,8,2．同步 RS 觸發(fā)器,觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受時鐘脈沖 CP 控制，翻轉(zhuǎn)到什么狀態(tài)，仍由輸入 R

4、、S 決定。,(1)電路組成,一個基本 RS 觸發(fā)器；,一個控制門(G3、G4),同步是指觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖 CP 同步進(jìn)行。,。,15.1.1　RS觸發(fā)器,9,CP 端及輸入端 R、S 無小圓圈——正脈沖觸發(fā)有效。,(2)邏輯符號,CP = 1 時，觸發(fā)器狀態(tài)由 R、S 決定(見邏輯狀態(tài)表)。,(3)工作原理,CP = 0 時，G3、G4 輸出為 1，觸發(fā)器維持原態(tài)；,15.1.1　RS觸發(fā)器,10,(4)邏輯狀態(tài)表,(5)工

5、作波形,存在問題：在 CP = 1 期間，如果輸入信號發(fā)生多次變化，觸發(fā)器的輸出就可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)——空翻。,15.1.1　RS觸發(fā)器,11,(1)電路組成,由兩個同步 RS 觸發(fā)器構(gòu)成，前一級稱主觸發(fā)器，后一級稱從觸發(fā)器，輸入端使用 J、K 表示，故稱 JK 觸發(fā)器。從觸發(fā)器的狀態(tài)為觸發(fā)器輸出狀態(tài)。,(2)邏輯符號,*15.1.2　主從 JK 觸發(fā)器,12,當(dāng) CP = 1 時，主觸發(fā)器的狀態(tài)由輸入信號 J、K 和觸發(fā)器的原狀態(tài)決定。

6、,(3) 工作原理,當(dāng) CP 由 1 變?yōu)?0 時，主觸發(fā)器被封鎖，狀態(tài)不變。,*15.1.2　主從 JK 觸發(fā)器,13,(4) 結(jié)論,主從 JK 觸發(fā)器在 CP = 1時，接收輸入信號；在 CP 下降沿輸出相應(yīng)的狀態(tài)。,符號中 CP 端的小圓圈表示同步脈沖的下降沿觸發(fā)。,下降沿觸發(fā),,,,,,,,*15.1.2　主從 JK 觸發(fā)器,14,(5)邏輯狀態(tài)表,(6) 工作波形,當(dāng) J = K = 1 時，觸發(fā)器工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。,*15.1

7、.2　主從 JK 觸發(fā)器,15,符號：,CP 處不加小圓圈，表明觸發(fā)器是由 CP 脈沖的上升沿觸發(fā)?！　P 脈沖上升沿到來后觸發(fā)器的狀態(tài)，等于上升沿到來之前輸入端 D 的狀態(tài)。,邏輯狀態(tài)表：,工作波形：,*15.1.3　D 觸發(fā)器,16,符號：,由 CP 脈沖的下降沿觸發(fā)。T 等于 0 時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變；　 T 等于 1 時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。,邏輯狀態(tài)表：,工作波形：,是一種只具有保持和翻轉(zhuǎn)邏輯功能的觸發(fā)器。,,15.

8、1.4　T 觸發(fā)器,,17,計(jì)數(shù)器：對輸入脈沖的個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路。由具有記憶功能的觸發(fā)器組成?！　∫粋€觸發(fā)器可以計(jì) 1 位二進(jìn)制數(shù)，n 個觸發(fā)器可計(jì) n 位二進(jìn)制數(shù)?！　⊥接?jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖同時加到計(jì)數(shù)器中各個觸發(fā)器的時鐘脈沖端?！　‘惒接?jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)脈沖不是同時加到計(jì)數(shù)器中各個觸發(fā)器的時鐘脈沖端，各觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)有先有后。,計(jì)數(shù)器按數(shù)的循環(huán)長度分二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,按計(jì)數(shù)過程增減分加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。,15.2

9、 計(jì)數(shù)器,18,工作原理：　　觸發(fā)器 J、K 端懸空，工作于計(jì)數(shù)狀態(tài)。,計(jì)數(shù)脈沖作為觸發(fā)器 FF1 的 CP 脈沖，每當(dāng) CP 脈沖下降沿到來時，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；,每當(dāng) Q1下降沿到來時，觸發(fā)器 FF2 翻轉(zhuǎn)一次；,每當(dāng) Q2下降沿到來時，觸發(fā)器 FF3 翻轉(zhuǎn)一次。,15.2.1　異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,19,可見：各觸發(fā)器的狀態(tài)，代表了輸入計(jì)數(shù)脈沖的個數(shù)。,該計(jì)數(shù)器隨著計(jì)數(shù)脈沖的輸入，計(jì)數(shù)狀態(tài)按二進(jìn)制數(shù)遞增規(guī)律變化，稱為加法計(jì)數(shù)器

10、。,當(dāng)輸入 8 個 CP 后，計(jì)數(shù)的恢復(fù) 000，則稱計(jì)數(shù)器模 M＝8。,由波形可見，Q1 端的波形為二分頻； Q2 端的波形為四分頻等； Q3 端的波形為八分頻。,所以計(jì)數(shù)器也可作為分頻器。,4 個觸發(fā)器組成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)模 M ＝16；,n 個觸發(fā)器組成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)模 M ＝2n；,15.2.1　異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,20,3 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表,15.2.1　異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,21,十進(jìn)制有十個狀態(tài)，需用四個觸發(fā)

11、器。采用 8421BCD 編碼方式，十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表如下：,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表,使用集成計(jì)數(shù)器可以方便地構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,15.2.2　十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,22,集成計(jì)數(shù)器種類繁多，功能完善，可擴(kuò)展性、通用性較強(qiáng)。,T210 是集成異步二-五-十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,外引線排列圖,邏輯符號,R0(1)、R0(2) 是復(fù)位端；S9(1)、 S9(2) 是置位端；Q3、Q2、Q1、Q0 是輸出端；CP0、CP1 是脈沖輸入端；UCC 接 +5

12、 V 電源；GND 接地。,1．T210 計(jì)數(shù)器邏輯符號,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,23,電路結(jié)構(gòu)：,對應(yīng) Q0 的觸發(fā)器組成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，CP0 為脈沖輸入端。,將 Q0 與 CP1 相連，以 CP0 為脈沖輸入端，可構(gòu)成 8421BCD 碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,將Q3 與CP0 相連，以 CP1 為脈沖輸入端，可構(gòu)成 5421BCD 碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,24,T 210 功能表,T210 具有清零、置數(shù)和記數(shù)

13、功能。,2．T210 計(jì)數(shù)器的功能表,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,25,T 210 功能表,T210 具有清零、置數(shù)和記數(shù)功能。,2．T210 計(jì)數(shù)器的功能表,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,26,T 210 功能表,T210 具有清零、置數(shù)和記數(shù)功能。,2．T210 計(jì)數(shù)器的功能表,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,27,3．用T210構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,（1）構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖（a）是8421BCD碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，圖

14、（b）是5421BCD碼的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,28,3．用T210構(gòu)成任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器,15.2.3　集成計(jì)數(shù)器,（1）構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。下圖中，將Q2、Q1反饋至復(fù)位端，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至0110時，計(jì)數(shù)器立即復(fù)位，計(jì)數(shù)器的有效計(jì)數(shù)狀態(tài)是0000 ～ 0101六個狀態(tài)。,構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器,,29,寄存：將二進(jìn)制數(shù)碼指令或數(shù)據(jù)暫時存儲起來的操作?！　〖拇嫫鳎壕哂屑拇婀δ艿碾娐?，需用具有記憶功能的觸發(fā)器組成。,數(shù)碼寄存器：僅具有接收

15、、存儲和消除原來所存儲數(shù)碼功能的寄存器?！　∫莆患拇嫫鳎撼龜?shù)碼寄存器的功能外，還有移位的功能?！　∫粋€觸發(fā)器可以存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼，寄存n 位二進(jìn)制數(shù)碼需 n 個觸發(fā)器。,15.3.1　寄存器的概念,15.3 寄存器,30,由四個D 觸發(fā)器組成的 4 位數(shù)碼寄存器。,D3D2D1D0 為數(shù)碼輸入端；CP 為時鐘信號控制端； Q3Q2Q1Q0 為數(shù)碼輸出端；Cr 為清零端。,原理 ：(1)清零：當(dāng) Cr = 1 時，Q3Q2Q1Q

16、0 = 0000；(2)存入數(shù)碼：當(dāng) Cr = 0，CP 脈沖上升沿到來時，加在輸入端的數(shù)碼被分別存入 FF3 ~ FF0 中；(3)保持：當(dāng) Cr = 0，CP = 0 時，各觸發(fā)器輸出狀態(tài)與輸入無關(guān)。,15.3.2　數(shù)碼寄存器,31,15.3.3　移位寄存器,功能：具有存儲數(shù)碼的功能和移位的功能?！耙莆弧笔侵冈谝莆幻}沖的作用下，把寄存器存放的數(shù)碼依次左移或右移。分類：單向移位寄存器和雙向移位寄存器。,1.單向移位寄存器

17、 在移位脈沖作用下，所存數(shù)碼只能向某一方向移動的寄存器稱為單向寄存器，單向移位寄存器有左移和右移之分。,32,15.3.3　移位寄存器,（1）左移寄存器,最低位觸發(fā)器的輸入端D0為數(shù)碼輸入端，每個低位觸發(fā)器的輸出端Q與高一位觸發(fā)器的輸入端D相連，各個觸發(fā)器的CP端連在一起作為移位脈沖的控制端，受同一時鐘脈沖的控制。 若有數(shù)碼1011，按移位脈沖的工作節(jié)拍，從高位到低位逐位送到輸入端D0。當(dāng)?shù)谝粋€CP脈沖的上升

18、沿到來時，第一位數(shù)碼1移入FF0，Q0=1，寄存器的狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0001。第二個CP的上升沿到來后，第二位數(shù)碼0移入FF0，同時原FF0中的數(shù)碼1移入FF1中，Q1=1，寄存器的狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0010。依次類推，經(jīng)過四個CP脈沖后，數(shù)碼由高位到低位依次移入寄存器中。,33,15.3.3　移位寄存器,（1）左移寄存器,左移寄存器的狀態(tài)表如下表所示。,34,15.3.3　移位寄存器,（1）左移寄存器,左移寄存器的波形圖

19、如下圖所示。,35,15.3.3　移位寄存器,（2）右移寄存器,右移寄存器的邏輯圖如下圖所示。,右移寄存器與左移寄存器的區(qū)別是，各觸發(fā)器的連接方式是高位觸發(fā)器的輸出Q連至第一位觸發(fā)器的輸入端D，待存數(shù)碼從低位到高位逐位送到最高位觸發(fā)器的輸入端。,36,15.3.3　移位寄存器,（2）右移寄存器,設(shè)輸入數(shù)碼為1011，移位過程如下表所示。,右移寄存器狀態(tài)表,37,15.3.3　移位寄存器,2.雙向移位寄存器,具有雙向移位功能的寄存器稱為雙

20、向移位寄存器。集成4位雙向移位寄存器CT74LS194的引腳排列圖如下圖所示。,圖中的DSR和DSL分別是右移和左移的數(shù)據(jù)串行輸入端，Q0和Q3分別是左移和右移的數(shù)據(jù)串行輸出端，D0~D3是數(shù)據(jù)的并行輸入端，Q0～Q3是數(shù)據(jù)的并行輸出端。數(shù)據(jù)的輸入和輸出均有串行和并行兩種方式。M1、M0為工作方式控制端，M1、M0的4種取值（00、01、10、11）決定了寄存器的邏輯功能：保持、右移、左移和數(shù)據(jù)并行輸入、并行輸出方式。,,38,15.4

21、　編碼器,1.編碼的概念：在數(shù)字電路中，用二進(jìn)制代碼表示某一具有特定含義的信號（如數(shù)、字符等）的過程稱為編碼。,2.編碼器：具有編碼功能的邏輯器件稱為編碼器 。,3.編碼器的原理框圖如下圖所示。它是將m個請求編碼的信息“編碼”成n位二進(jìn)制代碼輸出。,39,15.4.1　二－十進(jìn)制編碼器,在數(shù)字電路里使用的是二進(jìn)制數(shù)，而日常生活中用到的是十進(jìn)制數(shù)。要想把十進(jìn)制數(shù)輸入到數(shù)字電路中去，必須使用二－十進(jìn)制編碼器將十進(jìn)制碼編為BCD碼。下圖所示為

22、一個采用與非門組成的二－十進(jìn)制編碼器。,40,15.4.2　8線－3線優(yōu)先編碼器,優(yōu)先編碼器的功能是允許同時在幾個輸入端有輸入信號，編碼器按輸入信號預(yù)先排定的優(yōu)先順序，只對優(yōu)先權(quán)最高的一個輸入信號編碼。信號的優(yōu)先權(quán)級別的高低是人為設(shè)定的。,8線－3線優(yōu)先編碼器74LS148的引腳排列和邏輯符號如下圖所示。74LS148是8線輸入、3線輸出的二進(jìn)制編碼器。其作用是將8個輸入信號分別編成3位二進(jìn)制碼輸出。,41,15.4.2　8線－3線優(yōu)先

23、編碼器,42,15.4.2　8線－3線優(yōu)先編碼器,優(yōu)先編碼器74LS148的真值表如下表所示。,43,15.4.3　8421BCD碼優(yōu)先編碼器,8421BCD優(yōu)先編碼器74LS147的引腳排列和邏輯符號如下圖所示。,44,15.4.3　8421BCD碼優(yōu)先編碼器,真值表如下表所示。由表可見，有九個輸入變量，四個輸出變量，它們都是低電平有效，有信號時，輸入為0，輸出組成8421BCD反碼，對應(yīng)于0~9十個十進(jìn)制數(shù)碼。輸入信號的優(yōu)先次序?yàn)?

24、 ~ 。例如，當(dāng) =0時，無論其他輸入端是0或是1，輸出端只對 編碼，輸出為0110（原碼為1001）。,,45,15.5　譯碼器和顯示器,譯碼和編碼的過程相反，它能將輸入的二進(jìn)制代碼的含義“翻譯”成對應(yīng)的輸出信號，用來推動顯示電路或控制其他部件工作，實(shí)現(xiàn)代碼所規(guī)定的操作。能實(shí)現(xiàn)譯碼功能的數(shù)字電路稱為譯碼器。譯碼器的原理框圖如下圖所示。,46,15.5.1　二進(jìn)制譯碼器,1．二進(jìn)制譯碼器74LS138是二進(jìn)

25、制譯碼器芯片，其引腳排列和邏輯符號如下圖所示。,圖中A2、A1、A0為地址輸入端，輸入3位二進(jìn)制碼， ～ 是譯碼輸出端，輸出8個高、低電平信號。S1、 、 是使能端，S1高電平有效， 、 是低電平有效。當(dāng)S1、 、 =100時，譯碼器處于譯碼工作狀態(tài)。,47,15.5.1　二進(jìn)制譯碼器,74LS138的真值表如下表所示。,48,15.5.1　二進(jìn)制譯碼器,2.二－十進(jìn)制譯碼器（BCD譯碼器

26、）,將二進(jìn)制代碼譯成0～9十個十進(jìn)制數(shù)信號的電路，稱為二－十進(jìn)制譯碼器。二－十進(jìn)制譯碼器中有4位二進(jìn)制代碼，所以這種譯碼器有4個輸入端，10個輸出端，所以又稱為4線－10線譯碼器。8421BCD碼是最常用的十進(jìn)制編碼。,二－十進(jìn)制譯碼器74LS42是8421BCD譯碼器，下圖所示為其引腳排列和邏輯符號,49,15.5.1　二進(jìn)制譯碼器,2.二－十進(jìn)制譯碼器（BCD譯碼器）,下表所示為二－十進(jìn)制譯碼器74LS42的真值表。,50,15.5

27、.1　二進(jìn)制譯碼器,3.顯示譯碼器,在數(shù)字計(jì)算系統(tǒng)及數(shù)字式測量儀表中，需要把二進(jìn)制代碼譯成十進(jìn)制數(shù)碼或其他符號，再顯示出來。能完成這種邏輯功能的邏輯電路稱為顯示譯碼器。,51,常用的數(shù)碼顯示器有半導(dǎo)體數(shù)碼管和液晶顯示器。,1．半導(dǎo)體數(shù)碼管,15.5.2　數(shù)碼顯示器件,利用七個 LED 的不同發(fā)光組合，可顯示十進(jìn)制數(shù)的十個數(shù)碼。,52,七段發(fā)光二極管的連接方式：,共陽極接法,共陰極接法,對共陰極接法，陽極接高電位時 LED 發(fā)光；陽極接低

28、電位的不發(fā)光。對共陽極接法正好相反。,15.5.2　數(shù)碼顯示器件,優(yōu)點(diǎn)：工作電壓低，使用壽命長、體積小、顏色豐富。缺點(diǎn)：功耗較大。,53,2．液晶顯示器,它利用液晶在外電場作用下，能改變其透光性能，形成不同的亮、暗場，從而顯示出不同的數(shù)字圖形。,15.5.2　數(shù)碼顯示器件,54,數(shù)碼顯示譯碼器輸入為 8421BCD 碼，輸出為相應(yīng)的 a、b、c、d、e、f、g 端的高、低電平，從而使對應(yīng)的 LED 發(fā)光，構(gòu)成十進(jìn)制數(shù)碼。,[例] 數(shù)碼