[信息与通信]数电第3章.ppt

第 3 章 触 发 器,实训3 由触发器构成的改进型抢答器 3.1 触发器概述 3.2 触发器间的相互转换 3.3 触发器的应用 3.4 555定时器及其应用 3.5 常用触发器集成电路简介,1,第 3 章 触 发 器,2,实训3 由触发器构成的改进型抢答器,1.实训目的（1）初步了解触发器的基本功能及特点。（2）熟悉具有接收、保持、输出功能的电路的基本分析方法。（3）掌握触发器应用电路的分析方法。（4）建立时序逻辑电路的基本概念。,第 3 章 触 发 器,3,2.实训设备与器件 实训设备：数字电路测试仪1台，直流稳压电源1台，万用表1只，逻辑笔1支。实训器件：74LS00两片，双四输入与非门74LS20两片，按键式开关4个，指示灯（发光二极管）3只，510 电阻3个，1 k电阻4个，导线若干。,第 3 章 触 发 器,4,3.实训电路 实训电路如图3.1所示。与图2.1比较，改进型抢答器电路减少了一个输入端，而在每一个输入端增加了两个与非门（图3.1中的G4门G9门）。该电路可作为抢答信号的接收、保持和输出的基本电路。S为手动清零控制开关，S1S3为抢答按钮开关。该电路具有如下功能：（1）开关S为总清零及允许抢答控制开关（可由主持人控制）。当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。由抢答按钮开关S1S3实现抢答信号的输入。,第 3 章 触 发 器,5,（2）若有抢答信号输入（开关S1S3中的任何一个开关被按下）时，与之对应的指示灯被点亮。此时再按其他任何一个抢答开关均无效，指示灯仍“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。电路中，6个二输入与非门采用两个74LS00，3个三输入与非门采用两个74LS20。,第 3 章 触 发 器,6,图 3.1 实训3电路,1,2,4,1,2,3,4,5,6,6,10,13,12,10,13,12,11,9,8,1,2,3,4,5,6,4,2,1,6,8,第 3 章 触 发 器,7,74LS20（双四输入与非）,74LS00（四组二输入与非）,第 3 章 触 发 器,8,4.实训步骤与要求 1）检测与查阅器件 用数字集成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标出图3.1中各集成电路输入、输出端的引脚编号。2）连接电路 按图3.1连接电路。先在实训电路板上插接好IC器件。在插接器件时，要注意IC芯片的豁口方向（都朝左侧），同时要保证IC管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。指示灯的正、负极不能接反。在通电前先用万用表检查各IC的电源接线是否正确。,第 3 章 触 发 器,9,3）电路调试 首先按抢答器功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障；若某些功能不能实现，就要设法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向（由输入到输出）查找，也可按信息流程的逆向（由输出到输入）查找。例如，当有抢答信号输入时，观察对应指示灯是否点亮，若不亮，可用万用表（逻辑笔）分别测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确，由此检查线路的连接及芯片的好坏。若抢答开关按下时指示灯亮，松开时又灭掉，说明电路不能保持，此时应检查与非门相互间的连接是否正确，直至排除全部故障为止。,第 3 章 触 发 器,10,4）电路功能试验(1)按下清零开关S后，所有指示灯灭。(2)按下S1S3中的任何一个开关（如S1），与之对应的指示灯（VD1）应被点亮，此时再按其他开关均无效。(3)按总清零开关S，所有指示灯应全部熄灭。(4)重复步骤(2)和(3)，依次检查各指示灯是否被点亮。,第 3 章 触 发 器,11,5）电路分析 分析图3.1所示实训电路，完成表3.1中的各项内容，表中1表示高电平、开关闭合或指示灯亮；0表示低电平、开关断开或指示灯灭。如果不能正确分析，可以通过试验检测来完成。,第 3 章 触 发 器,12,5.实训总结与分析（1）在实训2中，由于电路本身没有保持功能，所以抢答开关必须用手按住不动，指示灯才会点亮，若手松开指示灯就熄灭，这种操作方式十分不便。在本实训中，通过在输入端接入两个首尾交叉连接的双输入与非门，就解决了这一问题。实验证明，该电路能将输入抢答信号状态“保持”在其输出端不变。比如抢答开关S1按下时，与其连接的与非门G5的输出端Q1变为高电平，使与非门G1输出低电平，指示灯VD1点亮；当开关S1松开后，与非门G5的输出状态仍保持高电平不变，指示灯VD1仍保持点亮状态。,第 3 章 触 发 器,13,（2）在图3.1中，与非门G4、G5连接构成的电路既有接收功能同时又具有保持功能。在电路中可将与非门G4、G5连接构成的电路看成一个专门电路，该电路能接收输入信号并按某种逻辑关系改变输出端状态。在一定条件下，该状态不会发生改变，即“保持”不变。,第 3 章 触 发 器,14,（3）这类具有接收、保持记忆和输出功能的电路简称为“触发器”。触发器有多种不同的功能和不同的电路形式。触发器的电路原理、功能与电路特点是本章学习的主要内容。目前，各种触发器大多通过集成电路来实现。对这类集成电路的内部情况我们不必十分关心，因为我们学习数字电子技术基础课程的目的不是设计集成电路的内部电路。学习时，我们只需将集成电路触发器视为一个整体，掌握它所具有的功能、特点等外部特性，使我们能合理选择并正确使用各种集成电路触发器就可以了。,第 3 章 触 发 器,15,6.实训思考题（1）由双输入与非门构成的保持电路，其输出状态都与哪些因素有关?试列出功能表。（2）若改成六路抢答器，电路将做哪些改动?（3）能否增加其他功能，使抢答器更加实用?,第 3 章 触 发 器,16,3.1.1 触发器的电路模型,第 3 章 触 发 器,17,图 3.2 触发器模型,第 3 章 触 发 器,18,第 3 章 触 发 器,19,3.1.2 触发器的实现 1.构成触发器的基本逻辑单元基本RS触发器,图 3.3 用与非门组成的基本RS触发器及逻辑符号（a）基本RS触发器;（b）逻辑符号;（c）基本RS触发器;（d）逻辑符号,第 3 章 触 发 器,20,(3.1),第 3 章 触 发 器,21,图 3.4 基本RS锁存触发器,第 3 章 触 发 器,22,2.触发器的各种触发方式的实现基本RS触发器的输入端一直影响触发器输出端的状态，属于非时钟控制触发器。这类触发器的基本特点是：电路结构简单，可存储一位二进制代码，是构成各种时序逻辑电路的基础。其缺点是输出状态一直受输入信号控制，当输入信号出现扰动时输出状态将发生变化；不能实现时序控制，即不能在要求的时间或时刻由输入信号控制输出信号；与输入端连接的数据线不能再用来传送其他信号，否则在传送其他信号时将改变存储器的输出数据。时钟控制信号CP,第 3 章 触 发 器,23,图 3.5 时钟控制RS触发器及符号,1）电平控制触发,第 3 章 触 发 器,24,第 3 章 触 发 器,只有当控制输入端CP=1时，输入信号S、R才起作用（置位或复位），否则输入信号R、S 无效，触发器输出端将继续保持原状态不变。只有当时钟控制端CP有效时触发器才接收输入数据，否则输入数据将被禁止。电平控制有高电平触发与低电平触发两种类型。,25,第 3 章 触 发 器,26,2）边沿控制触发,图 3.6 脉冲沿及表示符号(a)上升沿触发；(b)下降沿触发,第 3 章 触 发 器,27,1.T触发器,图 3.7 边沿控制的T触发器,3.1.3 各种逻辑功能的触发器,第 3 章 触 发 器,28,表 3.4 T触发器的真值表,(3.2),T触发器的特征方程为,第 3 章 触 发 器,29,图 3.8 T触发器波形图,第 3 章 触 发 器,30,2.T触发器,图 3.9 边沿控制T触发器及逻辑符号（a）T触发器;（b）逻辑符号（上升沿与下降沿）,第 3 章 触 发 器,31,表 3.5 T触发器的真值表,T触发器的特征方程为,(3.3),第 3 章 触 发 器,32,图 3.10 T触发器的波形图,第 3 章 触 发 器,33,图 3.11 时钟状态控制D触发器及逻辑符号（a）D触发器;（b）逻辑符号,3.D触发器,第 3 章 触 发 器,34,表 3.6 D触发器的真值表,(3.4),D触发器的特征方程为,第 3 章 触 发 器,35,图 3.12 D触发器的波形图,第 3 章 触 发 器,36,4.JK触发器,图 3.13 边沿控制的JK触发器及其逻辑符号（a）JK触发器;（b）逻辑符号（上升沿）;（c）逻辑符号（下降沿）;（d）简化符号,第 3 章 触 发 器,37,表 3.7 边沿控制JK触发器的真值表,边沿控制JK触发器的特征方程为,(3.5),第 3 章 触 发 器,38,图 3.14 上升沿控制JK触发器的波形图,第 3 章 触 发 器,39,图 3.15 主从JK触发器的电路及逻辑符号（a）主从JK触发器的电路；（b）逻辑符号,主触发器,从触发器,第 3 章 触 发 器,40,由上述分析可见，不论哪种类型的时钟触发器，都具有以下特点：（1）能接收、存储并输出信息。（2）触发器当前的输出状态不仅与当前的输入状态有关，还与触发器原来的输出状态有关。（3）能根据需要设置触发器的初始状态。（4）具有时钟触发端，时钟触发方式可分为电平触发和边沿触发两种，边沿触发又分为上升沿触发和下降沿触发。利用触发器的以上特点可构成各种不同类型的时序逻辑电路。,第 3 章 触 发 器,各类触发器的功能：1 R-S 触发器：具有置 0、置 1、保持功能。2 T触发器：具有翻转功能。3 T 触发器：具有保持、翻转功能。4 D 触发器：具有置 0、置 1 功能。5 J-K 触发器：具有置 0、置 1、保持、翻转功能。,41,第 3 章 触 发 器,42,3.2 触发器间的相互转换,第 3 章 触 发 器,43,图 3.16 主从JK触发器转换为主从D触发器,第 3 章 触 发 器,44,2.JK触发器转换为T触发器 由JK触发器的特征方程可知，只要令J=T，K=T,JK触发器的特征方程就变成为，与T触发器的特征方程（3.3）式相比较完全相同。,第 3 章 触 发 器,45,图 3.17 主从JK触发器转换为主从T、T,第 3 章 触 发 器,46,3.D触发器转换为JK触发器 比较D触发器的特征方程Qn+1=D与JK触发器的特征方程可知，只要能保证，则D触发器就变成了JK触发器。其电路如图3.18所示，通过增加辅助电路（虚框内电路）就能实现两者的转换。,图 3.18 D触发器转换为JK触发器,第 3 章 触 发 器,47,4.D触发器转换为T触发器 比较D触发器的特征方程Qn+1=D与T触发器的特征方程 可知，只要能保证，则D触发器就变成了T触发器。,第 3 章 触 发 器,48,图 3.19 D触发器转换为T触发器,第 3 章 触 发 器,49,3.3 触发器的应用,3.3.1 触发器构成寄存器,图 3.20 触发器构成的寄存器电路图,第 3 章 触 发 器,50,图 3.21 触发器构成的移位寄存器的电路图,第 3 章 触 发 器,51,图 3.21 触发器构成的移位寄存器的电路图,第 3 章 触 发 器,52,第 3 章 触 发 器,53,第 3 章 触 发 器,54,第 3 章 触 发 器,55,第 3 章 触 发 器,56,第 3 章 触 发 器,57,第 3 章 触 发 器,58,第 3 章 触 发 器,59,第 3 章 触 发 器,60,第 3 章 触 发 器,61,