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目 录 (21)
第 21章 章 触发器和时序逻辑电路 第21.1.7题 第21.1.8题 第21.1.9题 第21.1.10题 第21.1.11题 第21.2.1题 第21.3.1题 第21.3.4题 第21.3.5题 第21.3.6题 第21.3.8题 第21.3.9题 第21.6.1题 第21.6.3题 第21.6.4题 第21.6.5题 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 4 4 5 5 7 8 8 8 8 第21.1节 双稳态触发器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
第21.2节 寄存器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第21.3节 计数器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
第21.6节 应用举例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1
List of Tables
1 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 移位(右移)状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 9
3 4位二进制减法计算器的状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 5 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 6 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 7 六拍通电环形分配器的状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 8 状态表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2
List of Figures
1 习题21.1.7图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 习题21.1.8图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 习题21.1.9图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 习题21.1.9图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 习
题21.1.10图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 习题21.1.10图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 习题21.1.11图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 习题21.1.11图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 习题21.1.11图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 习题21.2.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 习题21.3.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 5 6 6 6 7 7 8 8 9
12 习题21.3.4图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 13 习题21.3.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 14 习题21.3.6图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 15 习题21.3.8图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 16 习题21.3.9图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 17 习题21.6.1图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 18 习题21.6.3图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 19 习题21.6.4图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 20 习题21.6.4图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 21 习题21.6.5图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3
21
21.1
21.1.7
触发器和时序逻辑电路
双稳态触发器
根据图1(a)的逻辑图及图1(b)所示相应的CP ,RD 和D的波形,试画出Q1 端 和Q2 端的输出波形,设初始状态Q1 = Q2 = 0。 [解 ] 解 Q1 和Q2 的波形如图1(b)所示。
图 1: 习题21.1.7图
21.1.8 电路如图2(a)所示,试画出Q1 和Q2 的波形。设两个触发器的初始状态均 为0。 [解 ] 解 JK触发器在下降沿触发,D触发器在上升沿触发。也可先列出状态表
图 2: 习题21.1.8图 (如表1所示),而后由此在时钟脉冲CP 的上升沿和下降沿处画出Q1 和Q2 的波 4
形。如图2(b)所示。 来两个时钟脉冲循环一次,输出的是正交波形。 表 1: 状态表 J1 = Q2 K1 = 1 D = Q1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1
时钟脉冲数 0 1 2
CP 0 0→1 1→0 0→1 1→0
Q1 0 0 1 1 0
Q2 0 1 1 0 0
21.1.9 图3所示电路是一个可以产生几种脉冲波形的信号发生器。试从所给时钟脉 冲CP 画出Y1 、Y2 、Y3 三个输出端的波形。设触发器的初始状态为0。 [解 ] 解
图 3: 习题21.1.9图
Y1 = Q Y2 = CP · Q Y3 = CP · Q 因J = Q,K = Q,故可先画出Q(即Y1 )的波形。而后由Y2 = CP · Q,Y3 = CP · Q画出Y2 和Y3 的波形(如图4所示)。 21.1.10 试分析图5所示的电路,画出Y1 和Y2 的波形,并与时钟脉冲CP 比较,说明 电路的功能。设初始状态为Q = 0。 [解 ] 解 由J = Q和K = Q可画出Q和Q的波形。再由输出逻辑式 Y1 = CP
+ Q 5 Y2 = CP + Q
图 4: 习题21.1.9图
图 5: 习题21.1.10图
图 6: 习题21.1.10图
6
画出Y1 和Y2 的波形,如图6所示。 从波形图上看,时钟脉冲CP 经过图5所示的逻辑电路后变为两个不同相的 脉冲,所以上述电路称为双相时钟脉冲发生器。
21.1.11 图7是一单脉冲输出电路,试用一片74LS112型双下降沿JK触发器(其外引 线排列见教材习题21.1.11)和一片74LS00型四2输入与非门[见教材图20.3.3(b)]连 接该电路,画出接线图,并画出CP 、Q1 、Q2 、Y 的波形图。 [解 ] 解 设两触发器的初始状态均为0。接线图和波形图分别如图8和图9所
图 7: 习题21.1.11图
图 8: 习题21.1.11图 示。 7
图 9: 习题21.1.11图
21.2
21.2.1
寄存器
试用D触发器组成4位移位寄存器。 [解 ] 解 逻辑图和移位状态如图10和表2所示。设输入数据为1101。
图 10: 习题21.2.1图
21.3
21.3.1
计数器
教材图21.3.1是由主从型JK触发器组成的4位二进制加法计数器。试改变级 间的连接方法,画出也是由该触发器组成的4位二进制减法计数器,并列出其状 态表。在工作之初先清零,使各个触发器的输出端Q0 ~ Q3 均为0。 [解 ] 解 4位二进制减法计数器的逻辑图和状态表分别如图11和表3所示。 8
表 2: 移位(右移)状态表 移位脉冲数 寄存器中的数码 Q3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 1 1 0 0 0 0 Q2 0 0 1 0 1 1 0 0 0 Q1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 Q0 0 0 0 0 1 0 1 1 0
图 11: 习题21.3.1图
9
表 3: 4位二进制减法计算器的状态表 计数脉冲数 二进制数 Q3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 Q2 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 Q1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 十进制数 0 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
10
21.3.4 试用74LS161型同步二进制计数器接成十二进制计数器:(1)用清零法;(2)用 置数法。 [解 ] 解 用清零法和置数法将74LS161型计数器接成十二进制计数器的逻辑图分
图 12: 习题21.3.4图 别如图12(a)和(b)所示。 21.3.5 试用两片74LS290型计数器接成二十四进制计数器。 [解 ] 解 二十四进制计数器的接线图如图13所示。两片74LS290均按8421码十进
图 13: 习题21.3.5图 制计数方式连接,其中片(1)为个位,片(2)为十位。计数脉冲由片(1)的CP0 端 输 入 , 片(2)的 计 数 脉 冲 由 片(1)的 最 高 位Q3 输 出 提 供 。 当 片(1)输 入 第 十 个 脉冲时,Q3 Q2 Q1 Q0 由1001回到0000,Q3 由1变为0。此下降沿使片(2)由0000变 为0001。 当 片(1)输 入 第 二 十 个 脉 冲 时 , 片(2)变 为0010。 再 输 入 四 个 脉 冲 , 11
片(1)的状态为0100。片(2)的Q1 和片(1)的Q2 均为1,立即反馈置0,从而完成一 个计数循环。 21.3.6 试列出图14
所示计数器的状态表,从而说明它是一个几进制计数器。 [解 ] 解 图14所示计数器的状态表如表4所示,它是一个七进制计数器。设初始
图 14: 习题21.3.6图 状态均为0。 注意,当Q1 由1变为0时,触发器F F2 才翻转。 表 4: 状态表 计数脉冲数 0 1 2 3 4 5 6 7 J2 = 1 K2 = 1 J1 = Q0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 K1 = Q2 Q0 0 1 0 1 1 1 1 0 J0 = Q2 Q1 1 1 1 1 1 1 0 1 K0 = 1 Q2 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 Q1 0 0 1 1 0 0 1 0 Q0 0 1 0 1 0 1 0 0
21.3.8 逻辑电路如图15所示。设QA = 1,红灯亮;QB = 1,绿灯亮;QC = 1, 12
黄灯亮。试分析该电路说明三组彩灯点亮的顺序。在初始状态,三个触发器 的Q端均为0。此电路可用于晚会对彩灯的控制。 [解 ] 解 图15所示逻辑电路的状态表如表5所示,由此可知,三组彩灯点亮的顺
图 15: 习题21.3.8图 序为:红灯亮→ 绿灯亮→ 黄灯亮→ 全亮→ 全灭→ 红灯亮→ . . . 。 表 5: 状态表 CP 0 1 2 3 4 5 JA = QB 1 1 0 1 0 1 KA = 1 JB = QA + QC 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 KB = 1 JC = QB 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 KC = QA 0 1 0 0 1 0 QA 0 1 0 0 1 0 QB 0 0 1 0 1 0 QC 0 0 0 1 1 0
21.3.9 分析图16所示的逻辑电路,说明发光二极管做亮3s、暗2s的循环。 [解 ] 解 设初始状态为000。图16所示逻辑电路的状态表如表6所示,由此可 知,发光二极管做亮3s、暗2s的循环。
21.6
21.6.1
应用举例
图17是步进电机六拍通电方式的环形分配器的逻辑电路,请分析之。 13
图 16: 习题21.3.9图
CP 0 1 2 3 4 5 6
DC = QA QC + QB 1 1 1 0 0 1 1
表 6: 状态表 DB = QC DA = QA QB 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0
QC 0 1 1 1 0 0 1
QB 0 0 1 1 1 0 0
QA 0 0 0 1 0 1 0
14
[解 ] 解
先在复位、置位端加负脉冲,使初态QA QB QC = 100,而后输入脉
图 17: 习题21.6.1图 冲,按JK触发器的逻辑功能逐步分析,得出如表7所示的状态表。由表可看出 是步进电机六拍通电方式: U1 → U1 V1 → V1 → V1 W1 → W1 → W1 U1 → U1 . . .
表 7: 六拍通电环形分配器的状态表 脉冲数 JA KA JB KB JC KC U1 V1 0 1 2 3 4 5 6 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0
W1 0 0 0 1 1 1 0
21.6.3 试设计一个三人抢答逻辑电路,要求: (1)每位参赛者有一个按钮,按下就发出抢答信号; (2)主持人另有一个按钮,按下电路复位; (3)先按下按钮者将相应的一个发光二极管点亮,此后,他人再按下各自的按 钮,电路不起作用。 (建议:其中一种三人抢答电路可用两片74LS00组成的三个基本RS触发器和由 两片74LS20组成的三个与非门来实现) 15
图 18: 习题21.6.3图 [解 ] 解 根据题中建议所实现的三人抢答逻辑电路如图18所示,关键是根据要
求(3)
如何连接三个与非门。 21.6.4 试设计一个由两个T 触发器组成的逻辑电路,能实现三个彩灯A、B、C作 图19所示的顺序点亮。 [解 ] 解 所设计的逻辑电路如图20所示。表8是状态表。先清零,三灯全暗。
图 19: 习题21.6.4图
21.6.5 试用由与非门组成的RS触发器并用起动按钮SB2 和停止按钮SB1 来控制电 动机的起停。 16
图 20: 习题21.6.4图
CP 0 1 2 3 4
Q1 0 1 0 1 0
表 8: 状态表 Q2 A 0 0 1 1 0 ? ? ? ? ?
B ? ? ? ? ?
C ? ? ? ? ?
17
[解 ] 解
逻辑电路如图21所示。
图 21: 习题21.6.5图
18
19
1