第三章 时序电路(触发器)
《电工电子技术》课件——触发器
01
02
TTL 维持阻塞 D 触发器（通 常上升沿触发）
TTL 边沿 JK 触发器（通常 下降沿触发）
03
CMOS 边沿 D 触发器和边沿 JK 触发器（通 常上升沿触发）
（二） 边沿 JK 触发器
CP 触发的边沿 JK 触发器 具有异步端的边沿 JK 触发器
可知，边沿 JK 触发器的特性方程：Q n1 JQ n KQ n
特性表：触发器次态与输入信号和电路原有状态之间关系。
次态：触发器在输 入信号变化后的状 态，用 Qn+1 表示。
现态：触发器在输 入信号变化前的状 态，用 Qn 表示。
RD SD Qn Qn+1 000×
001×
说明 状态不定
010 0
011 0
置0
100 1
101 1
置1
110 0 1 1 1 1 保持原状态不变
边沿触发器小结：
4. 边沿触发器的逻辑功能和特性方程与同步触发器 的相同，但由于触发方式不一样，因此，它们的逻 辑功能和特性方程成立的时间不同。边沿触发器的 逻辑功能和特性方程只在时钟的上升沿（或下降沿） 成立。
Qn+1 0
1 0 ××
1
0 0 × × 不定态
1 1 0×
Qn
1 1 1×
Qn
11↑0
0
11↑1
1
可得， D 触发器的特性方程：Qn＋1＝D
说明 异步置 0 异步置 1 禁用
保持
CP 时 Qn+1 = D
例：设触发器初态为 0 ，试对应输入波形画出 Q1、Q2 的波形。
D
1D
CP
C1
(a)
S
CP
电子电路辅导课件2-6(时序电路)
同步时序电路的时 钟方程可省去不写。
写 方 程 式
输出方程：
Y Q Q
n 1
n 2
输出仅与电路现态有关， 为穆尔型时序电路。
J 2 Q1n n 驱动方程： J1 Q0 n J 0 Q2
K 2 Q1n K1 Q0n K0 Q
n 2
3
2
求状态方程
JK触发器的特性方程：
26
2.常用的集成计数器
Q0 Q1 Q2 Q 3
1）4位集成二进制同 步加法计数器 74LS161/163
CTT CTP CP 74LS161
CO LD
CR D0
D1 D 2 D3
②CR=1、LD=0时同步置数。 ①CR=0时异步清零。 ③CR=LD=1且CPT=CPP=1时，按照4位自然二进制码进行 同步二进制计数。 ④CR=LD=1且CPT· P=0时，计数器状态保持不变。 CP
Q
n 1
JQ KQ
n
n
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
n n n Q2 1 J 2Q2n K 2Q2 Q1nQ2n Q1nQ2 Q1n n 1 n n n Q1 J1Q1n K1Q1n Q0 Q1n Q0 Q1n Q0 n 1 n n Q0 J 0Q0n K 0Q0 Q2nQ0n Q2nQ0 Q2n
15
n n Q0 1 Q0 n n n Q1n1 ( X Q0 ) Q1n X Q0 Q1n X Q0 Q1n
状态转换表 状态转换图
Q1Q0 X/Z 00 0/1 11 0/0 0/0 1/0 1/0 01 0/0 10
CP
X
时序电路
X
组合 记忆电路
F
Q
W(t)
组合 记忆 W
组 合 F
二、 同步时序电路分析举例
例1、时序电路如图所示，分析其功能。 时序电路如图所示，分析其功能。
Q1 Q2 Q3
1J
．
1J C1 1K
1J
C
CP
C1
CI C1
1K Q3
“1” ”
1K
解：1. 解：1.写方程 1.写方程
CP 1 1J Q1 C1 1K
2.画出状态迁移关系， 2.画出状态迁移关系，画出状态迁移图 画出状态迁移关系
Q3n Q2nQ1n Q3n+1 Q2n+1Q1n+1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 Q1n+1=J1Q1n+K1Q1n=Q3nQ1n Q2n+1=Q1nQ2n+Q1nQ2n Q3n+1=J3Q3n+K3nQ3n =Q1nQ2nQ3n
．
1J Q2 C1 1K 1
1J Q3 C1 1K Q3
J1=Q3n K1=1 J2 =Q1n K2=Q1n J3=Q1nQ2n K3=1 输出 C=Q3n
Q1n+1=J1Q1n+K1Q1n=Q3nQ1n
n+1 Q2n+1=J2Q2n+K2nQ2n =Q1nQ2n+Q1nQ2n=Q1n⊕Q2n
Q3n+1=J3Q3n+K3nQ3n =Q1nQ2nQ3n
时序逻辑电路
同步时序电路名词解释
同步时序电路名词解释
同步时序电路是一种在电子系统中应用的数字电路，它是通过时钟信号来同步各个部分的操作。
时序电路对于在确定的时间点执行特定任务的应用非常重要，如处理器、存储器和其他数字系统。
以下是同步时序电路的一些基本概念和要素：
1.时钟信号：时钟是同步时序电路的基础。
时钟信号是一个周期性的方波信号，用于同步系统中的各个元件。
时钟信号定义了电路的工作时序，使得不同的操作在特定的时钟周期内完成。
2.触发器：触发器是同步时序电路的核心元件之一。
它们是一种存储器件，通过时钟信号触发，保存输入信号的状态。
D触发器和JK触发器是常见的类型，它们被广泛用于时序电路的设计。
3.寄存器：寄存器是一组触发器的集合，用于存储二进制数据。
寄存器在时钟信号的作用下，将输入数据加载到内部存储单元中。
4.计数器：计数器是一种特殊的时序电路，用于计数时钟脉冲的数量。
它在许多数字系统中被广泛用于生成序列号、实现状态机等应用。
5.状态机：状态机是一种由状态和状态之间的转移组成的时序电路。
它可以是有限状态机（FSM）或无限状态机，用于实现特定的序列逻辑和控制功能。
6.时序逻辑：时序逻辑是指电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于过去的输入和系统的状态。
时序逻辑通过触发器和寄存器来实现。
同步时序电路的设计需要考虑时序关系、时钟周期、信号传播延迟等因素。
合理的时序设计可以确保电路的可靠性、稳定性和正确性。
这对于数字系统的性能和正确功能至关重要。
时序电路逻辑功能描述方式
时序电路逻辑功能描述方式时序电路是一种电子电路，其逻辑功能在不同时间点上发生变化。
在时序电路中，电路的输出不仅依赖于当前的输入信号，还依赖于过去的输入信号和电路的内部状态。
时序电路通常由触发器（Flip-Flop）和组合逻辑门组成。
触发器是一种存储元件，可以存储一个二进制位的状态。
组合逻辑门通过将触发器的输出连接起来，并根据输入信号的条件决定是否改变触发器的状态。
通过这种方式，时序电路可以实现复杂的逻辑功能。
为了描述时序电路的逻辑功能，我们可以使用状态图、状态表和状态方程等方式。
状态图（State Diagram）是时序电路的一种图形表示方法。
它通过节点和有向边来表示电路的不同状态和状态之间的转换关系。
每个节点表示一个电路的状态，每条边表示一种条件下的状态转换。
状态图可以直观地描述时序电路的逻辑功能。
状态表（State Table）是时序电路的一种表格表示方法。
它列出了电路的每个状态和每个状态下的输出。
状态表通常包括当前状态、下一个状态和输出信号等列。
状态表可以清晰地描述电路的逻辑功能，并方便进行状态迁移和输出信号的计算。
状态方程（State Equation）是时序电路的一种数学描述方法。
它通过逻辑代数或布尔代数的形式表示电路的当前状态、输入信号和输出信号之间的关系。
状态方程可以使用逻辑门的真值表或卡诺图来推导得到。
在描述时序电路的逻辑功能时，我们通常需要确定以下几个方面的内容：1.电路的输入信号：输入信号是时序电路的触发条件，决定触发器状态的改变。
输入信号可以是外部输入，如开关和按钮，也可以是其他逻辑电路的输出。
2.电路的内部状态：内部状态是触发器的状态，它存储了电路的前一时刻的信息。
内部状态可以是一个或多个触发器的组合。
3.电路的输出信号：输出信号是根据当前输入信号和内部状态计算得到的结果。
输出信号可以是一个或多个逻辑电平。
4.电路的逻辑功能：逻辑功能是指输入信号和输出信号之间的关系，在不同的状态和条件下，输出信号如何发生改变。
时序逻辑电路知识要点复习
《时序逻辑电路》知识要点复习一、时序逻辑电路1、时序逻辑电路：电路的输出状态不仅与同一时刻的输入状态有关，也与电路原状态有关。
时序逻辑电路具有记忆功能。
2、时序逻辑电路分类：可分为两大类：同步时序电路与异步时序电路。
（1）同步时序电路：各触发器都受到同一时钟脉冲控制，所有触发器的状态变化都在同一时刻发生。
（2）异步时序电路：各触发器没有统一的时钟脉冲(或者没有时钟脉冲)，各触发器状态变化不在同一时刻发生。
计数器、寄存器都属于时序逻辑电路。
3、时序逻辑电路由门电路和触发器组成，触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。
二、计数器1、计数器概述：（1）计数器：能完成计数，具有分频、定时和测量等功能的电路。
（2）计数器的组成：由触发器和门电路组成。
2、计数器的分类：按数制分：二进制计数器、十进制计数器、N 进制(任意进制)计数器；按计数方式分：加法计数器、减法计数器、可逆计数器；按时钟控制分：同步计数器、异步计数器。
3、计数器计数容量（长度或模）:计数器能够记忆输入脉冲的数目，就称为计数器的计数容量（或计数长度或计数模），用 M 表示。
3 位二进制同步加法计数器：M=23=8，n 位二进制同步加法计数器：M=2n，n 位二进制计数器需要用n个触发器。
4、二进制计数器(1)异步二进制加法计数器：如下图电路中，四个JK触发器顺次连接起来，把上一触发器的Q 端输出作为下一个触发器的时钟信号，CP0=CP CP1=QCP2=Q1CP3=Q2，J=K=1J1=K1=1 J2=K2=1 J3=K3=1Q3Q2Q1Q为计数输出，Q3为进位输出，Rd 为异步复位（清0）这样构成了四位异步二进制加计数器。
在计数前清零，Q3Q2Q1Q=0000；第一个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0001；第二个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0010；第三个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0011，……，第15个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=1111，第16个脉冲输入后，Q3Q2Q1Q=0000，并向高位输出一个进位信号，当下一个脉冲来时，进入新的计数周期。
数字电路基础_D05-01时序逻辑电路的特点及描述方法
5.1时序逻辑电路的特点及描述方法5.1.1时序逻辑电路的特点第三章在分析组合逻辑电路时，我们看到无论何种逻辑电路形式，都可以表示成输入输出间函数关系式。
对组合逻辑电路来说，任一时刻的输出信号仅与当时的输入信号有关。
通过前面的介绍我们知道，触发器有记忆能力，如果将触发器与组合电路组合在一起，电路会有什么特点呢?图5-1-l给出了简单的时序电路图。
由图中所示，当二进制信号从X端串行输入时，前一个X码值在CP触发后，存于D触发器而被记亿下来，接着下一个X码值来到，使前后两个X值相与，得到输出值。
只有当前X值与前一个X值相同时，输出Z才为1。
这说明由于过去的输入值存于D触发器的状态(Q n) 中，而输出又由当前的输入(X)和电路状态共同决定，所以其输出与过去的输入有关。
上述电路完全不同于组合逻辑电路，我们将这种电路形式称为时序逻辑电路。
其特点为：①逻辑电路通常包括组合电路和记忆电路两部分，记忆电路是必不可少的；②电路的输出不仅决定于当时的输入，而且与过去的输入有关，有记忆能力。
5.1.2时序逻辑电路的描述方法1．逻辑函数图5-1-2所示是时序逻辑电路的通用方框图。
如果以X(t n)代表tn时刻各输入变量，Q(t n)代表t n 时刻各触发器的现态，W(t n )代表t n时刻各触发器的输入函数，Q(t n+1)代表各触发器次态，Z(t n )是t n 时刻时序电路的输出。
为了全面地描述时序逻辑电路输入信号和输出信号的关系，一般需用三组逻辑函数表示：输出函数 Z(t n )＝f[X(t n )，Q(t n )]激励函数(驱动函数) W(tn)＝g[X(t n )，Q(t n)]状态方程(特性方程) Q(t n+1)＝h[W(t n )，Q(t n )]2．状态转换表在第四章中所讲到的特性表通常只分析单一触发器输出和输入信号的逻辑关系。
如果将输入信号、各触发器的现态、次态与输出信号的关系用表格形式表示，即称为状态转换表。
触发器Flip-Flops和时序电路
组合逻辑电路组成，能够将输入信号向左或向右移动指定的位数。
时序电路的应用
数字逻辑控制
时序电路在数字逻辑控制中有着 广泛的应用，例如在计算机、数 字交换机、数控机床等设备中， 都需要使用时序电路来实现数字
逻辑控制。
通信技术
在通信技术中，时序电路被广泛 应用于数字信号处理、调制解调、
信道编码等领域。
自动控制
寄存器
寄存器是一种常见的触发器与时序电 路的组合，它由多个触发器组成，用 于存储二进制数据。
计数器
计数器是一种能够自动计数输入脉冲 个数的时序电路，它由多个触发器和 门电路组成。
05 触发器Flip-flops和时序 电路的优化与挑战
触发器Flip-flops的优化策略
减少功耗
通过降低时钟频率、使用低功耗设计 和工艺、以及优化时钟网络来降低功 耗。
触发器Flip-flops是数字逻辑电路 中的基本存储单元，用于存储二进 制状态（0或1）。
工作原理
触发器Flip-flops采用双稳态电路 ，通过时钟信号控制数据输入和 输出，实现状态的存储和切换。
触发器Flip-flops的类型
01
02
03
JK触发器
具有置0、置1、翻转和保 持四种功能，通过改变时 钟信号的相位实现不同操 作。
提高速度
通过优化触发器的结构、减少内部延 迟和传播延迟，以及采用更快的时钟 源来提高速度。
减小面积
通过优化设计、采用更小的单元尺寸 和更高效的布局布线技术来减小面积。
提高可靠性
通过采用冗余设计、错误检测和纠正 技术以及容错逻辑来提高可靠性。
时序电路的优化策略
优化时钟网络
通过减少时钟源的数量、降低时钟频率、 优化时钟分布和减少时钟偏斜来优化时钟
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1）工作原理：
基本R-S 触发器
控制门
当 CP=0 时，G3、G4门被封锁，不管R、S 如何变化，G3、G4门都输出1。触发器的状态不 会改变。
当 CP=1 时，G3、G4开放，R、S经过G3、 G4门反相后，分别施加到G1、G2门。 注意：有效电平变为高电平。
（2）逻辑符
R CP EN S Q
（3）基本RS触发器的描述
功能表 R S 0 0 0 1 1 0 1 1 状态表 Qn+1 功能说明 不定 置0 置1 不变
Ф
0 1 Q
Q 0 1
Qn+1
RS=00 RS=01 RS=11 RS=10
Ф Ф
0 0
0 1
1 1
次态卡诺图
Q
RS 00 0 1 01 0 0 11 0 1 10 1 1
第三章 时序逻辑
§3-0 时序逻辑的概念及特点 §3-1锁存器、触发器 §3-2 寄存器和移位寄存器 §3-3 计数器
§3-4 同步时序逻辑的分析与设计
§3-5 异步时序逻辑的分析与设计
§3-0 时序逻辑的概念及特点
组合逻辑电路
数字电路
时序逻辑电路
组合逻辑电路： 电路任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入， 与电路原来的状态无关。 时序逻辑电路： 电路任意时刻的输出不仅取决于该时刻的输入， 而且与电路 （Set） ： 置位端
（2）工作原理
若R = 1、S = 1，则：
如果 Q 1 R=1 S=1 如果 Q 0 R=1 S=1
Q 1
Q0
G1
Q
Q
0
≥ 1 ＆
1
＆ S=1 G2
R=1
只要保持R = 1、S = 1不变，状态将一直保持下去。 若R = 0、S = 1，则：
2）仍然存在约束条件，存在“空翻”。
在钟控有效期间，如果输入信号发生多次变化，将引起 触发器发生多次翻转，其中只有某一次翻转是我们所希望的， 其它翻转称为 “空翻”。
Ф Ф
（5）状态转换图
RS 00,10 0 10 01 1 00,01
（5）次态卡诺图
Q RS 00 01 11 10 0 1 0 1 1 1
Q n1
由状态表或状态图可 作出次态的卡诺图
0 0
（6）特征方程 次态方程： 约束方程：
Qn1 S RQ
RS 0
由卡诺图化简可 得到次态方程
R=0
Q
Q
Q 1
R=1 S=1
Q0
1
G1
≥ 1 ＆
0
＆ S=1 G2
0
R
R = 0、S = 1，使R-S触发器置0。
若R = 1、S = 0，则：
S=0
Q 1
R=1 S=1
Q0
R = 1、S = 0，使R-S触发器置1。 若R = 0、S = 0，则： Q 1 ，Q 1 在 R = 0、S = 0期间： 当返回 R = 1、S = 1 时：状态不确定。
Q
Q
Q
Q
1
G1
≥ 1 ＆
1
＆ G2
?
G1
≥ 1 ＆
?
＆ G2
0
R=0
0
S=0
1
R=1
1
S=1
保证R-S触发器正常工作必须满足的条件： R 和 S 不能同时为0。
结论：
（1） 不论现态是什么， 在 R 端施加低电平能将现态强制性 地转换到 “0” 态； 在 S 端施加低电平能将现态强制性 地转换到 “1” 态； R 和 S 不能同时施加低电平。 （2） R 和 S端的有效电平为低电平。
状态转换图：描述时序逻辑电路的重要工具。 圆圈表示状态，圈中标上状态值。 n 1 箭头线表示状态的转移，线旁的值为发生状 状态方程 Q S RQ 次态方程： 态转移的条件； 图旁标明各输入变量的名称及组合次序。 约束方程： R S 1
状态转换图
§3-1-2 门控R-S锁存器
基本R-S锁存器的缺点： （1） 存在约束关系，操作不便； （2） 对R、S要求严格，要相互配合，准确实时。 改进措施： 先施加好R、S信号，再用另一个统一、标 准的信号（CP）实施触发。
n n Q Q 现态：输入作用前的状态，记作 和 。
次态：输入作用后的状态，记作 Qn1 和
Qn1
。
（3）分类：
R-S 按逻辑功能分：
D J-K
T
本节重点: 外部逻辑功能、触发方式。
§3-1-1 基本R-S锁存器
（1）电路及逻辑符号
Q
Q G2
Q
Q
G1
≥1 ＆
＆ S
R R
S
电路
逻辑符号 （注意小圆圈的位置）
（7）门控R-S触发器的特点： 1） 降低了对R、S信号变化的实时性要求。
当EN处于无效电平时，封锁了电路的输入，在EN作用 之前， 有足够的时间准备好R、S信号； 当时钟作用时，R、S信号已稳定，触发器就能可靠地 按要求翻转。 通常，时钟信号就是同步时序逻辑的公共时钟，整个 电路按时钟节拍有序工作。
zi fi ( x1 , y
n 1 j
x p , y1 , x p , y1 ,
yv ), i 1, yv ),
q v
（1） （2）
g j ( x1 ,
j 1,
（1）式称为输出函数，（2）式称为次态函数。 w 称为激励函数。
存储电路由若干触发器组成。
§3-1 锁存器、触发器
（1） 触发器的定义： 具有记忆功能的电子器件。 （2）触发器特点： 有两个稳定状态: “0”状态、“1”状态； 有两个互补的输出端: Q 和 Q ,用于指示当前 所处的状态。“1”态时Q端输出高电平，“0” 态时Q端输出低电平。 有一组输入信号：通常为1~3个，作用 ：令触 发器状态发生转移。
Q
注意： （1） R、S 端无小圆圈，即 高电平为有效电平； （2） EN（门控端）无小圆 圈，即高电平期间CP有效。
（3）功能表
R S 0 0 0 1 1 0 1 1 Qn+1 Q 1 0 功能说明 不变 置1 置0 不定
Ф
（4）状态表
Q 0 1 0 1 1 1 Qn+1 RS=00 RS=01 RS=11 RS=10 0 0
时序逻辑电路模型：
x1 xp
组合逻辑电路
z1 zq
yv … y1
存储电路
对于组合逻辑部分， 输入分为：外部输入 x1 ~ xp ；内部输入 y1~ yv 输出分为：外部输出 z1 ~ zq ；内部输出 w1~ wu
…
w1 … wu
…
存储电路接收 w1~ wu，并予以记忆，输出 y1~ yv ；
y1~ yv 称为时序逻辑电路的状态。 一般，电路的状态在输入发生变化前后是不一样的， 分别称为现态和次态，记为 y（n）和 y（n+1），简记 为 y 和 y（n+1） 。