9.4 时序逻辑电路（课件）-《电工电子技术与技能》同步精品课堂（高教版）

《电工电子技术与技能》（高教版） 高等教育出版社 同步精品课程——中职专业课 第9章 数字电子技术基础 9.4 时序逻辑电路 知识目标 1.学生能够明确时序逻辑电路的基本概念，包括时序逻辑电路的定义、特点以及与时序逻辑电路相关的基本术语（如状态、状态转换、时钟信号等）。 2.学生能够掌握时序逻辑电路的基本组成，包括存储元件（如触发器、寄存器等）和组合逻辑电路，理解它们在时序逻辑电路中的作用和相互关系。 能力目标 1.学生能够运用所学的时序逻辑电路知识，分析给定时序逻辑电路的工作原理和性能特点。 2.学生能够设计简单的时序逻辑电路，如计数器、序列检测器等，并能够通过仿真或实验验证设计的正确性。 情感目标 1.通过学习时序逻辑电路课程，培养学生对电子技术领域的兴趣和热情，激发他们探索和创新的精神。 2.培养学生严谨的逻辑思维能力和科学态度，使他们在学习和工作中能够保持客观、准确和负责任的态度。 三维目标 导入情景 01 基本RS触发器是最简单、最基本的触发器，通常由两个逻辑门 电路交叉相连而成。由两个与非门构成的基本RS 触发器逻辑电路及其图形符号分别如图4.9.25 (a)、(b)输入端，Q 与Q 是它的两个输出端。 新知学习 02 一、触发器 用Multisim10仿真软件创建基本RS 触发器仿真电路，如图 4.9.26所示，Q 、Q 端状态分别用灯 “X1” 、“X2” 状态显示，亮为1、 灭为0。当输入端及与5分别为01、10、11,Q 初始状态分别为0、1时， 观察输出状态，记录观察结果。比较输出结果，总结基本RS 触发器 的功能特点。基本RS 触发器逻辑功能表见表4.9.17。 新知学习 02 (1)电路的初始状态(原态)用Q”表示，触发后的状态(次态) 用Q* 表示。 (2)R 为置0端，S 为置1端，非号表示低电平触发有效。 (3)R=0,S=0 即两输入端同时为有效信号时，Q 与豆同时被强迫为1,出现逻辑混乱，所以这种状态应当避免。 (4)选用触发器时，应了解电路结构形式和触发方式，认清置0 端、置1端是低电平有效还是高电平有效。 一、触发器 新知学习 02 二、计数器 电路组成 如图4.9.28 (a) 所示， 与 非门G₁ 、G₂组成基本RS触发器， G₃、 G₄ 组成控制门，CP 为时钟脉冲。图4.9.28(b) 所示为图形符号， R 为置0端、S 为置1端，引脚不加小圆圈表示高电平有效。 切削运动分析： 新知学习 02 当CP=0 时，G₃ 、G₄ 处于关门状态，不论是R、S端输入信号如何， G₃ 、G₄ 输出都为1,触发器维持原状态。 当CP=1 时 ，G₃ 、G₄ 都打开，触发器的状态由R、S决定。同步 RS触发器逻辑功能见表4.9.18。 二、计数器 切削运动分析： 新知学习 02 集成触发器的触发方式 时钟触发器的翻转必须在时钟脉冲作用时进行，而时钟脉冲一般 可分为4个阶段：上升沿、高电平、下降沿和低电平，所以触发方式也有多种，见表4.9.19。 二、计数器 切削运动分析： 新知学习 02 JK 触 发 器 的 逻 辑 功 能 ( 在CP 的有效边沿)见表4 . 9 . 20。 二、计数器 切削运动分析： 新知学习 02 D 触发器 集成D 触发器是无空翻触发器，常用的集成D 触发器的触发方式 是上升沿触发，如74LS74、74HC74 等。集成D 触发器的图形符号如 图4.9.31所示。图中R 和S。是直接置0端和直接置1端，不受CP 脉 冲的控制。D 是控制输入端，在CP 上升沿到来时触发器是否翻转由D 控制。集成D 触发器的逻辑功能见表4.9.21。 二、计数器 切削运动分析： 新知学习 02 用Multisim10仿真软件创建4位二进制加法计数器功能测试仿真 电路，如图4.9.33所示。输入端加2.5V、1Hz 时 钟 脉 冲 ，Q₃ 、Q₂、 Q₁ 、Q₀ 端状态分别用灯X4、X3、X2、X1 状态显示，亮为1,灭为0。 ( 1 ) 当CR=1 时，观察并记录Q₃Q₂Q₁Q 的输出情况，见表4.9.22; 二、计数器 切削运动分析： 新知学习 02 (2)在任意计数时刻，让CR=0, 观察并记录Q₃Q₂Q₁Q₀ 的输出情况。 总结4位二进制加法计数器的功能特点。 三、 加法器 新知学习 02 ( 1 ) 当CR=1 时，每来一个脉冲计数一次，Q₃Q₂Q₁Q₀ 由 0000变化到1111,计数16次后，计数器又从初始状态0000 开始计数。因此，4位二进制计数器又称十六进制计数器。 (2)每输入一个脉冲，就进行一次加1运算的计数器称为加法计数器，也称递增计数器；相反，每输入一个脉冲，就进行一次减1运算的计数器称为减法计数器，也称递减计数器。 (3)构成异步4位二进制加法计数器的4个/K 触发器的脉冲并非受同 一CP 脉冲的控制，各触发器的翻转有先有后，所以称为异步计数器。如果各触发器都受同一个CP 脉冲控制，各触发器的翻转是同步的，则称为同步计数器。 (4)无论计数到何值，只要CR=0, 输 出Q₃O₂0100 立刻为0000, 即CR 为清零端。 三、 加法器 小试牛刀 题目 1： 时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于什么？ A.过去的输入 B. 过去的输出 C. 未来的输入 D. 未来的输出 答案：B 解析：时序逻辑电路的输出不仅取决于当前的输入，还取决于电路过去的状态（即过去的输出），因为时序逻辑电路具有记忆功能。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 下列哪个元件是时序逻辑电路中的核心存储元件？ A. 电阻 B. 电容 C. 触发器 D. 运算放大器 答案：C 解析：触发器是时序逻辑电路中的核心存储元件，它能够存储电路的状态信息。电阻、电容和运算放大器虽然在电路中有重要作用，但它们不是时序逻辑电路中的核心存储元件。 尝试解答下面习题 单相变压器的基本结构包括以下哪些部分？ A. 铁芯、初级绕组、次级绕组、绝缘材料 B. 铁芯、次级绕组、初级绕组、绝缘材料 C. 铁芯、绝缘材料、初级绕组、次级绕组 D. 初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘材料 解析：正确答案是A。单相变压器的基本结构包括铁芯、初级绕组、次级绕组和绝缘材料等组成部分，它们共同实现电能的变压和传输。 小试牛刀 题目 3： 时序逻辑电路按照时钟信号的作用方式可以分为哪两种？ A. 同步和异步 B. 低电平和高电平 C. 正边沿和负边沿 D. 上升沿和下降沿 答案：A 解析：时序逻辑电路按照时钟信号的作用方式可以分为同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路。同步时序逻辑电路中的所有动作都在时钟信号的同步控制下发生，而异步时序逻辑电路则没有统一的时钟信号。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 在时序逻辑电路中，什么是状态转换？ A. 输入信号的变化 B. 输出信号的变化 C. 电路从一个稳定状态转移到另一个稳定状态 D. 触发器内部状态的变化 答案：C 解析：在时序逻辑电路中，状态转换是指电路从一个稳定状态转移到另一个稳定状态的过程。这个过程是由电路的输入信号和当前状态共同决定的。 尝试解答下面习题 题目 5： 下列哪个不是时序逻辑电路的描述方法？ A. 状态转移图 B. 逻辑表达式 C. 时序图 D. 波形图 答案：B 解析：逻辑表达式主要用于描述组合逻辑电路，而不是时序逻辑电路。时序逻辑电路的描述方法包括状态转移图、时序图和波形图等。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 6： 触发器按照触发方式可以分为哪几类？ A. RS触发器、JK触发器、D触发器 B. 正边沿触发器、负边沿触发器 C. 同步触发器、异步触发器 D. 高电平触发器、低电平触发器 答案：B 解析：触发器按照触发方式可以分为正边沿触发器（在时钟信号的上升沿触发）和负边沿触发器（在时钟信号的下降沿触发）。RS触发器、JK触发器和D触发器是按照电路结构和功能分类的。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 7： 下列哪个不是时序逻辑电路的应用？ A. 计数器 B. 序列检测器 C. 运算放大器 D. 寄存器 答案：C 解析：运算放大器是模拟电路中的基本元件，用于放大和处理模拟信号，而不是时序逻辑电路的应用。计数器、序列检测器和寄存器都是时序逻辑电路的典型应用。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 8： 由基本RS 触发器组成的“防抖动”电子开关电路如图4.9.27(a) 所示，无论开关在打开还是关闭时，触发器的输出均没有抖动现象，试分析原因。 解：当A=1, B=0, C=1时，电路的输出是0。 小试牛刀 尝试解答下面习题 解：假设开关在1、2之间切换时，其“抖动”波形如图4.9.27 (b) 所示。当开关在1的位置时，R=0,S=1, 输入低电平有效， 根据RS 触发器工作特点，触发器置为0状态；当开关由1切换到2时， R=1,S=0, 所以触发器置为1状态，然后，由于开关的抖动， S 在0和1之间频繁切换，R=1 不变，这样的输入条件下，触发器的状 态不会发生变化。当开关由2切换到1时，分析过程类似。Q 端输出 波形如图4.9.27(b) 所示，可见利用基本RS 触发器可以消除抖动 现象。 小试牛刀 尝试解答下面习题 题目 9： 下降沿触发的集成JK 触发器的J、K、CP 端的波形如图4.9.30 所示。试画出Q 和豆的波形(设触发器的初态为0)。 解：因CP 下降沿触发，所以只有CP 的下降沿到来时触发器才可 能会根据J、K 状态发生变化，分析结果如图4.9.30所示。 小试牛刀 尝试解答下面习题 课堂小结 03 今天我们在课堂上深入探讨了时序逻辑电路的相关知识。时序逻辑电路，作为电子学中的一个重要分支，其独特的记忆功能和状态转换机制，使得它在计算机、通信等领域有着广泛的应用。 我们学习了时序逻辑电路的基本概念，包括它如何依赖当前的输入和电路过去的状态来产生输出。同时，我们还探讨了时序逻辑电路的分类，特别是同步时序逻辑电路和异步时序逻辑电路的工作原理。 在描述时序逻辑电路时，我们学习了状态转移图、时序图等直观的工具，这些工具不仅有助于我们理解电路的工作原理，还能帮助我们进行电路设计和分析。 通过今天的学习，我们不难发现，时序逻辑电路的设计和分析需要严谨的逻辑思维和扎实的专业知识。我相信，通过不断的学习和实践，我们一定能够掌握时序逻辑电路的设计和应用，为未来的学习和工作打下坚实的基础。 最后，我希望大家能够保持对时序逻辑电路的兴趣和热情，积极探索其在实际应用中的可能性，为电子技术的发展贡献自己的力量。 作业布置 04 1.请简述时序逻辑电路与组合逻辑电路的主要区别，并举例说明时序逻辑电路在现实生活或工业应用中的一个实例。 2.给定一个时序逻辑电路的状态转移图，请分析该电路的功能，并绘制其对应的时序图。 3.设计一个简单的时序逻辑电路，实现一个模4的计数器（即计数到3后回到0）。请给出电路的设计思路、使用的触发器类型和连接关系，并画出电路图。 感谢观看 $$