1.時序邏輯電路基本結(jié)構(gòu)和特點數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作一、掌握時序邏輯電路的描述方法二、了解時序邏輯電路的分類學(xué)習(xí)目標(biāo)一、邏輯電路的分類邏輯功能組合邏輯電路時序邏輯電路輸出只與當(dāng)前輸入有關(guān)，與電路過去的工作狀態(tài)無關(guān)電路中不包含存儲單元輸出不僅與當(dāng)前輸入有關(guān)，而且與電路過去的工作狀態(tài)有關(guān)電路中包含存儲單元二、時序邏輯電路的一般結(jié)構(gòu)形式組合邏輯電路存儲電路..................組合邏輯電路輸入X組合邏輯電路輸出Y存儲電路輸出Qn+1存儲電路輸入Z存儲電路輸入端三、時序邏輯電路的描述方法組合邏輯電路存儲電路..................驅(qū)動方程存儲電路輸出端存儲電路輸入端三、時序邏輯電路的描述方法組合邏輯電路存儲電路..................驅(qū)動方程狀態(tài)方程存儲電路輸出端電路輸出端存儲電路輸入端三、時序邏輯電路的描述方法組合邏輯電路存儲電路..................共陰極數(shù)碼管狀態(tài)方程輸出方程四、時序邏輯電路的分類1.按存儲電路狀態(tài)變化的特點分時序邏輯電路同步時序邏輯電路異步時序邏輯電路特點所有的觸發(fā)器都受同一個時鐘脈沖的控制特點各個觸發(fā)器無統(tǒng)一的時鐘脈沖，從而狀態(tài)變化不同時發(fā)生四、時序邏輯電路的分類2.按輸出信號特點分米利型（Mealy）輸出信號不僅取決于存儲電路狀態(tài)，而且還取決于輸入變量。摩爾型（Moore）輸出信號僅取決于存儲電路狀態(tài)。2.同步時序邏輯電路的分析方法數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作

另插入5秒左右錄屏視頻。引入當(dāng)給定一個時序邏輯電路時，我們該怎么確定它的功能呢？這個電路有什么功能？它有什么作用？為什么要學(xué)習(xí)邏輯電路的分析方法？時序邏輯電路的種類很多，它們的邏輯功能也各不相同，我們不可能都掌握、都記住。如果掌握了邏輯電路的分析方法，就可以比較方便地分析出電路的邏輯功能。分析邏輯電路都要做什么？時序邏輯電路的分析是根據(jù)給定的電路：寫出它的方程列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖分析出電路的功能簡稱為“一寫一列兩畫一分析”由已知電路圖分析電路功能電路圖→電路功能一寫寫方程。時鐘方程；輸出方程；驅(qū)動方程；狀態(tài)方程。一列列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。兩畫畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；畫時序圖。一分析分析電路功能。時序邏輯電路的分類-按轉(zhuǎn)換狀態(tài)根據(jù)電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換情況的不同，時序邏輯電路可分為同步時序邏輯電路和異步時序邏輯電路。什么是同步時序邏輯電路？在同步時序邏輯電路中，所有的觸發(fā)器的時鐘輸入端CP都連在一起，在同一個時鐘脈沖CP作用下，只要具備翻轉(zhuǎn)條件的觸發(fā)器就會在同一時刻狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。即，觸發(fā)器狀態(tài)的更新和時鐘脈沖CP是同步的，發(fā)生在同一時刻。下圖為同步時序邏輯電路示例。什么是異步時序邏輯電路？在異步時序邏輯電路中，時鐘脈沖CP只觸發(fā)部分觸發(fā)器，其余觸發(fā)器則是由電路內(nèi)部信號觸發(fā)的。因此，電路中觸發(fā)器狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)有先有后，并不都與時鐘脈沖CP同步。下圖為異步時序邏輯電路示例。同步時序邏輯電路的分析在數(shù)字時鐘電路中，電路采用的是同步時序結(jié)構(gòu)，我們在學(xué)習(xí)過程中也主要以同步時序邏輯電路為主。在同步時序邏輯電路中，由于所有的觸發(fā)器都由一個統(tǒng)一的時鐘信號CP觸發(fā)，它只控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，而對觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)沒有影響，所以在分析同步時序邏輯電路時，可以不考慮時鐘條件。同步時序邏輯電路分析步驟1.寫方程同步時序邏輯電路因各觸發(fā)器時鐘相同，可以不列出時鐘方程。時鐘方程時序邏輯電路的輸出邏輯表達式，它通常為現(xiàn)態(tài)和輸入信號的函數(shù)。輸出方程各觸發(fā)器輸入端的邏輯表達式。如JK觸發(fā)器J和K輸入端的邏輯表達式。驅(qū)動方程將驅(qū)動方程帶入相應(yīng)觸發(fā)器的特性方程中，便可得到該觸發(fā)器的狀態(tài)方程。時序邏輯電路的狀態(tài)方程由各觸發(fā)器次態(tài)的邏輯表達式組成。狀態(tài)方程同步時序邏輯電路分析步驟2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表將電路現(xiàn)態(tài)的各種取值帶入狀態(tài)方程和輸出方程中進行計算，求出相應(yīng)的次態(tài)和輸出，從而列出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。如果現(xiàn)態(tài)的起始值已給定時，則從給定值開始計算。如果沒有給定起始值，則可以設(shè)定一個現(xiàn)態(tài)起始值依次進行計算。同步時序邏輯電路分析步驟3.畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是指電路由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)的示意圖。000001/0現(xiàn)態(tài)次態(tài)同步時序邏輯電路分析步驟電路的時序圖是在時鐘脈沖CP作用下，各觸發(fā)器狀態(tài)變化的波形圖。通常要根據(jù)時鐘脈沖CP和狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表繪制。

0101010001100000001100000010同步時序邏輯電路分析步驟4.分析電路的功能根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表或波形圖得出電路的邏輯功能。

代入

現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出000001000101000100110011100010010101010001000001000101000100110011100010010101010001數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作3.同步時序邏輯電路的分析實例分析方法：“一寫一列兩畫一分析”寫出它的方程列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖分析電路功能同步時序邏輯電路分析舉例例：試分析如圖所示的邏輯電路，確定其功能。111同步時序邏輯電路分析舉例1.寫方程①時鐘方程：

②輸出方程：

③驅(qū)動方程：

同步時序邏輯電路分析舉例④狀態(tài)方程：將驅(qū)動方程帶入JK觸發(fā)器的特性方程中，可得到電路的狀態(tài)方程。

同步時序邏輯電路分析舉例2.列狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出000001000101000100110011100010010101010001

狀態(tài)轉(zhuǎn)換表就是之間的關(guān)系同步時序邏輯電路分析舉例3.畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖/Y/0/0/0/0/0/1同步時序邏輯電路分析舉例時序圖

010101000110000000110000001000000000123456同步時序邏輯電路分析舉例4.分析電路功能由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或時序圖可以看出，電路在輸入第6個時鐘脈沖CP后，返回原狀態(tài)000，同時輸出端輸出一個高電平進位脈沖信號。因此可以判斷所分析的電路為一個同步六進制計數(shù)器。同步時序邏輯電路分析舉例5.檢查電路是否可以自啟動

同步時序邏輯電路分析舉例將這兩個狀態(tài)代入狀態(tài)方程，可以得到完整的真值表。

現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出00000100010100010011001110001001010101000111011101110101有效狀態(tài)無效狀態(tài)同步時序邏輯電路分析舉例將111代入狀態(tài)方程后，次態(tài)變?yōu)?10，次態(tài)為有效狀態(tài)。所以如果上述邏輯電路由于某種原因進入到無效工作狀態(tài)后，只需要繼續(xù)輸入時鐘脈沖CP，電路便能夠自動進入到有效工作狀態(tài)，所以該電路能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動?，F(xiàn)態(tài)次態(tài)輸出00000100010100010011001110001001010101000111011101110101有效狀態(tài)無效狀態(tài)同步時序邏輯電路分析舉例同步時序邏輯電路分析舉例將兩個無效狀態(tài)畫進狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中，可以得到完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可以清晰地看到電路能夠?qū)崿F(xiàn)自啟動。4.555定時器數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作555定時器介紹555定時器是一種集成電路芯片，常用于定時器、脈沖產(chǎn)生器和振蕩電路中。作為電路中的延時器件、觸發(fā)器或起振元件。555定時器于1971年由西格尼蒂克公司推出，由于其易用性、低廉的價格和良好的可靠性，被廣泛應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中。555定時器得名于其內(nèi)部的三個高精度5KΩ的電阻器，這三個電阻器構(gòu)成本地振蕩器的時間常數(shù)，產(chǎn)生一個穩(wěn)定的時間間隔。555定時器引腳圖引腳功能1-GND接地端。2-Trigger輸入端。該腳會判斷其電壓是否小于1/3Vcc。3-Output輸出端。4-Reset清零端。正常工作時應(yīng)接高電平。5-ControlVoltage控制電壓端。一般不使用，應(yīng)通過一只0.01μF（103）瓷片電容接地，以防引入高頻干擾。6-Threshold輸入端。該腳會判斷其電壓是否大于2/3Vcc。7-Discharge放電端。8-Vcc外接電源。范圍為4.5V~16V，一般用5V。555定時器引腳圖555定時器輸入輸出電平關(guān)系輸出端3號引腳（Output）的電平與輸入電平的關(guān)系如下表所示：輸入引腳輸出引腳4-Reset2-Trigger6-Threshold3-Output7-Discharge低電平0--低電平0ON高電平1<1/3Vcc-高電平1OFF高電平1>1/3Vcc<2/3Vcc保持不變保持不變高電平1>1/3Vcc>2/3Vcc低電平0ON一、施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器可以將輸入變化緩慢的電壓波形變換成符合數(shù)字電路要求的矩形脈沖。由于其具有滯回特性，所以具有較強的抗干擾能力，因此在脈沖的整型和產(chǎn)生方面有著廣泛的應(yīng)用。輸出信號和輸入信號電壓具有滯后電壓傳輸特性的電路均可稱為施密特觸發(fā)器。用555組成施密特觸發(fā)器功能表輸入TH=TR=Vi輸出Vo<1/3Vcc11/3Vcc~2/3Vcc原態(tài)>2/3Vcc0典型電路結(jié)構(gòu)與功能表

用555組成施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器輸入輸出波形波形圖由波形圖可以看出，輸入的三角波被整型轉(zhuǎn)換成了方波。施密特觸發(fā)器傳輸特性圖用555組成施密特觸發(fā)器電壓傳輸特性當(dāng)輸入電壓Vin由0上升到2/3Vcc時，輸出電壓Vout由高電平跳變到低電平（1→0）。當(dāng)輸入電壓Vin由Vcc下降到1/3Vcc時，輸出電壓Vout由低電平跳變到高電平（1→0）。由圖可以看出施密特觸發(fā)器具有滯后特性。二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是一種常見的脈沖整形和延時電路；單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路只存在一個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，它具有以下特點：暫穩(wěn)態(tài)維持時間長短取決于電路外接的RC值，與外加觸發(fā)脈沖沒有關(guān)系。電路在無外加觸發(fā)信號作用時，處于一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)。01當(dāng)輸入端有外加脈沖信號作用時，輸出狀態(tài)立刻發(fā)生跳變。電路進入暫時穩(wěn)定狀態(tài)，稱為暫穩(wěn)態(tài)。經(jīng)過一段時間后，電路又自動恢復(fù)至原來的穩(wěn)定狀態(tài)。02用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器典型單穩(wěn)態(tài)電路結(jié)構(gòu)

C

用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器示例波形圖波形寬度：

用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器脈沖持續(xù)寬度與電容關(guān)系圖通過該圖可以快速找到與特定脈沖寬的對應(yīng)的電阻和電容組合。三、多諧振蕩器多諧振蕩器是產(chǎn)生矩形波的自激振蕩器。由于矩形波包含基波和高次諧波等較多的諧波成分，因此而稱為多諧振蕩器。因這類電路不存在穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，故又稱為無穩(wěn)態(tài)電路。接通電源后，不需要外加觸發(fā)信號，電路通過電容的充電和放電就可以在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生自激振蕩，輸出周期性的矩形脈沖信號。用555定時器組成多諧振蕩器典型電路結(jié)構(gòu)

用555定時器組成多諧振蕩器示例波形圖波形寬度：

用555定時器組成多諧振蕩器振蕩頻率與電容關(guān)系圖

如何實現(xiàn)輸出任意占空比的振蕩波形呢？用555定時器組成多諧振蕩器

將電路改進成任意占空比的多諧振蕩器：通過增加D1、D2兩個二極管，改變電路充放電時的電阻值。5.555定時器應(yīng)用實例數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作一、555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例1.波形變換施密特觸發(fā)器可用于將三角波、正弦波以及其他不規(guī)則的信號變換成矩形脈沖。電路原理圖及仿真效果圖555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例

脈沖整形當(dāng)傳輸?shù)男盘柺艿礁蓴_而發(fā)生畸變，可利用施密特觸發(fā)器的滯回特性，將受干擾的信號整形成較好的矩形脈沖。555定時器構(gòu)成施密特觸發(fā)器應(yīng)用舉例脈沖幅度鑒別

應(yīng)用實例：路燈光控開關(guān)電路路燈光控開關(guān)電路

光線超過設(shè)定值或光線較強時，路燈熄滅。應(yīng)用實例：路燈光控開關(guān)電路光線低于設(shè)定值或光線較弱時，路燈點亮。應(yīng)用實例：路燈光控開關(guān)電路應(yīng)用實例：路燈光控開關(guān)電路電路工作原理如下

01應(yīng)用實例：路燈光控開關(guān)電路

02二、555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例脈沖整形脈沖信號經(jīng)過長距離傳輸后，其邊沿會變差或疊加了某些干擾，為了使這些脈沖信號變成符合要求的波形，這時可利用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行整形。將這些受到干擾的脈沖信號加到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端，輸出端便可得到符合要求的矩形脈沖。555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例脈沖定時由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可輸出寬度和幅度都符合要求的矩形脈沖，因此可以利用它來做定時電路。555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的定時電路和工作波形555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例上圖中，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出的脈沖Uc可作為與門開通時間的控制信號。只有在輸出Uc為高電平期間，與門打開，這時輸出Uo=Ub。當(dāng)輸出Uc為低電平時，與門關(guān)閉，沒有信號通過，輸出Uo=0。555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用舉例

脈沖展寬當(dāng)輸入脈沖寬度較窄時，可用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進行脈沖展寬。

實例：用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成定時電路

實例：用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成定時電路按鈕開關(guān)按下后，電路進入暫穩(wěn)態(tài)，輸出為高電平，繼電器線圈有電流通過，動合觸點閉合，負(fù)載點亮。電容C上的電壓充到12V所用的時間即為定時時間。輸出高電平負(fù)載點亮線圈有電流通過，觸點閉合實例：用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成定時電路由于CO端通過VD1接Vcc，因此電容充到Vcc的時間比沒有VD1要長很多，從而大大延長了定時時間。R、C的值越大，定時時間越長。本示例在proteus仿真中，定時時間約為20秒。三、555定時器構(gòu)成多諧振蕩器應(yīng)用舉例實例：防盜報警器

電路圖A、B間的銅絲閉合時，多諧振蕩器不工作，揚聲器沒有聲音。A、B間的銅絲斷開后，多諧振蕩器開始振蕩，揚聲器發(fā)出聲音。電路圖6.石英晶體多諧振蕩器數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作石英晶體振蕩器在前面學(xué)習(xí)的多諧振蕩器中，由于R、C定時元件和集成器件的閾值電壓受溫度變化和電源電壓波動的影響較大，所以這種RC振蕩器的頻率穩(wěn)定性很差。在對頻率穩(wěn)定性要求較高的場合，普遍采用石英晶體振蕩器。石英晶體通常在電子手表、計算機等電子設(shè)備中用來產(chǎn)生高精度的時間節(jié)拍信號。石英晶體的阻抗頻率特性

石英晶體振蕩器

一、串聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器

一、串聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器

電阻R的取值對于TTL反相器一般選擇0.8~1.5KΩ之間。01對于CMOS反相器一般選擇10~100MΩ之間。02二、并聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器

二、并聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器由CMOS反相器組成的并聯(lián)型石英晶體多諧振蕩器R用來使反相器G1工作在放大區(qū)，其電壓放大倍數(shù)很大，R取值在10~100MΩ之間選取。在反相器G1的輸出端增加反相器G2進行波形整型，用以改善輸出脈沖的上升沿和下降沿，同時也提高了電路的帶負(fù)載能力。三、有源石英晶體振蕩器石英晶體是無源晶體，需要外加反相器、電阻、電容才能組成石英晶體多諧振蕩器。而有源石英晶體多諧振蕩器則是將石英晶體、反相器、電阻和電容構(gòu)成的一個完整的石英晶體多諧振蕩器封裝在一個小型的金屬盒子內(nèi)，通過底部的引腳和外部電路相連，只要接通電源就可以輸出高質(zhì)量的電壓波形。三、有源石英晶體振蕩器

有源石英晶體多諧振蕩器與電路的連接如圖所示。圖中外接電容C為去耦電容，用來減小電源電壓波動對輸出信號的影響。7.設(shè)計秒信號發(fā)生器數(shù)字電子產(chǎn)品設(shè)計與制作學(xué)習(xí)目標(biāo)一、設(shè)計秒信號發(fā)生電路使用555進行設(shè)計電路圖及仿真波形設(shè)計思路使用555進行設(shè)計

周期T=845mS≈1S。占空比q=41%。使用555進行設(shè)計電路圖及仿真