數(shù)電第五章鎖存器觸發(fā)器.ppt

第五章鎖存器 觸發(fā)器 Latch Flip Flop 1 定義和分類2 鎖存器的分析3 觸發(fā)器的分析 觸發(fā)器 Flip Flop 能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的基本單元電路叫做觸發(fā)器 特點(diǎn) 具有 記憶 功能 分析下面的電路 當(dāng)A 0時(shí) F 0某一時(shí)刻 由于外界的干擾使得A信號(hào)突然消失 此時(shí) 相當(dāng)于A輸入端懸空由電路結(jié)構(gòu)得 F 1 干擾發(fā)生前后 F的輸出值發(fā)生的變化 故該電路沒有 記憶 功能 再看下面的電路 當(dāng)A 0時(shí) F 0 某一時(shí)刻 由于外界的干擾使得A信號(hào)突然消失 此時(shí) 相當(dāng)于A輸入端懸空 但F端反饋回來的值仍然為0 由電路結(jié)構(gòu)得 F 0 說明該電路具有 記憶 功能 其根本原因在于 該電路帶有反饋 觸發(fā)器的分類 按穩(wěn)定工作狀態(tài)分 雙穩(wěn)態(tài) 單穩(wěn)態(tài)和無穩(wěn)態(tài) 多諧振蕩器 觸發(fā)器 本章僅討論雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 按結(jié)構(gòu)分 主從結(jié)構(gòu)和邊沿結(jié)構(gòu)觸發(fā)器 本章僅討論邊沿觸發(fā)器 按邏輯功能分 RS JK D T和T 觸發(fā)器 本章重點(diǎn)討論后四種 順序 基本RS 同步RS 主從RS 邊沿D 邊沿JK 1 基本RS觸發(fā)器 電路組成和邏輯符號(hào)基本RS觸發(fā)器有兩種 由與非門構(gòu)成的和由或非門構(gòu)成的 我們以前者為例 輸出端在正常情形下應(yīng)是完全相反的兩種邏輯狀態(tài) 即兩個(gè)穩(wěn)態(tài) 當(dāng)Q 0時(shí) 稱為 0態(tài) 當(dāng)Q 1時(shí) 稱為 1態(tài) 邏輯功能分析 A 當(dāng)R S 0時(shí) 1 1 可以保證門1的輸出值不變 可以保證門2的輸出值不變 此時(shí) 門1和2的輸出值均保持不變 稱為 觸發(fā)器的保持功能 B 當(dāng)S 0 R 1時(shí) 1 0 可以保證門1的輸出值為0 可以保證門2的輸出值為1 1 此時(shí) 觸發(fā)器的Q端始終輸出低電平0 稱為 觸發(fā)器復(fù)位或觸發(fā)器清0 C 當(dāng)S 1 R 0時(shí) 1 0 可以保證門1的輸出值為1 可以保證門2的輸出值為0 1 此時(shí) 觸發(fā)器的Q端始終輸出高電平1 稱為 觸發(fā)器置位或觸發(fā)器置1 D 當(dāng)S R 1時(shí) 0 0 可以保證門1的輸出值為1 可以保證門2的輸出值為1 1 此時(shí) 觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端都輸出高電平1 出現(xiàn)邏輯混亂 稱為 不定狀態(tài) 此情形應(yīng)盡量避免 因此我們得到了基本RS觸發(fā)器的功能表如下 00不定01置110清011保持 和均為低電平有效 故 稱為 置1輸入端或置位輸入端 稱為 清0輸入端或復(fù)位輸入端 如果我們規(guī)定觸發(fā)器原來的狀態(tài)稱為 現(xiàn)態(tài) 用Qn表示 簡記為Q 將觸發(fā)器由于輸入值的影響后的輸出狀態(tài)稱為 次態(tài) 用Qn 1或Qn 1表示 可推導(dǎo)出基本RS觸發(fā)器的真值表如下 000001 保持功能 X X 010011 置1功能 1 1 100101 復(fù)位功能 0 0 110111 不定 0 1 由真值表 利用卡諾圖化簡得 0 X 1 0 1 1 X 0 考慮到要避免不定狀態(tài)發(fā)生 即R S不能同時(shí)為1 故加上一個(gè)約束條件 SR 0 所以 基本RS觸發(fā)器的邏輯函數(shù)表達(dá)式 特征方程 為 由真值表還可以推導(dǎo)出觸發(fā)器的狀態(tài)變化情況 以圖形表示時(shí) 稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 簡稱狀態(tài)圖 圖例 用圓圈表示觸發(fā)器的狀態(tài) 用箭頭表示狀態(tài)的變化方向 發(fā)生變化的條件則按順序標(biāo)明在箭頭旁邊 另外 若已知輸入信號(hào)的波形 則可以作出觸發(fā)器的波形圖 如 求在輸入作用下的輸出波形 首先 將輸入波形分段 作輔助線 再根據(jù)觸發(fā)器的功能表作出輸出波形 功能表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 第1段 輸入為01 輸出置1 Q 第2段 輸入為11 輸出保持 第3段 輸入為01 輸出置1 第4段 輸入為11 輸出保持 第5段 輸入為10 輸出清0 第6段 輸入為11 輸出保持 第7段 輸入為01 輸出置1 第8段 輸入為11 輸出保持 第9段 輸入為01 輸出置1 然后作 的波形 00不定 01置1 10清0 11保持 D觸發(fā)器 JK觸發(fā)器 同步JK觸發(fā)器 由于RS觸發(fā)器存在不定狀態(tài) 所以應(yīng)用時(shí)有局限性 為了克服這個(gè)問題 引入了JK觸發(fā)器 通過上面的分析 我們得知觸發(fā)器的描述至少有下面的幾種方法 1 邏輯圖 2 功能表 3 真值表 4 卡諾圖 5 特征方程 6 狀態(tài)圖 7 波形圖 2 同步RS觸發(fā)器 鐘控RS觸發(fā)器 P276基本RS觸發(fā)器由輸入信號(hào)的組合決定輸出 實(shí)際中往往需要觸發(fā)器在某些特定時(shí)候 或時(shí)刻 才響應(yīng)輸入 因此 必須加入所謂的控制信號(hào) 一般是時(shí)鐘脈沖 電路組成及元件符號(hào) 功能分析 A 在C 0期間 無論S和R為何值 G3和G4均輸出1 此時(shí)為保持功能B 在C 1期間 若SR 00 則G3和G4均輸出1 觸發(fā)器保持 若SR 01 則G3輸出1 G4輸出0 觸發(fā)器清0 若SR 10 則G3輸出0 G4輸出1 觸發(fā)器置1 若SR 11 則G3和G4均輸出0 觸發(fā)器不定 相當(dāng)于在基本RS觸發(fā)器前加入兩個(gè)與非門 只要分析得出這兩個(gè)與非門的輸出 則根據(jù)基本RS觸發(fā)器的功能就能推導(dǎo)出同步RS觸發(fā)器的功能了 因此 可得出同步RS觸發(fā)器的功能表 P276SRQn 1 00保持01清010置111不定 進(jìn)一步得出真值表 SRQnQn 1 000001 010011 100101 110111 保持 0 1 清0 0 0 置1 1 1 不定 X X 再由真值表填卡諾圖 R S均為高電平有效 分別稱為 復(fù)位端和置位端 X 1 1 0 0 1 0 X 考慮到要避免不定狀態(tài)發(fā)生 即R S不能同時(shí)為1 故加上一個(gè)約束條件 SR 0 所以 基本RS觸發(fā)器的邏輯函數(shù)表達(dá)式 特征方程 為 與基本RS觸發(fā)器完全相同 下面 我們分析一下同步RS觸發(fā)器的波形 首先 按CP的值分段 當(dāng)CP 0時(shí) 觸發(fā)器狀態(tài)保持 當(dāng)CP 1時(shí) 觸發(fā)器的輸出由當(dāng)時(shí)的R S決定 若已知觸發(fā)器的初值為0 則輸出波形如下 第1段 CP 0 保持 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q 第2段 CP 1 R S 0 保持 第3段 CP 0 保持 第4段 CP 1 R 0 S 1 置1 第5段 CP 0 保持 第6段 CP 1 R 1 S 0 清0 第7段 CP 0 保持 第8段 CP 1 R S 1 不定 第9段 CP 0 保持 1 RS觸發(fā)器 2 D觸發(fā)器 3 JK觸發(fā)器 常用觸發(fā)器 CP 1期間有效 D觸發(fā)器 D鎖存器 同步D觸發(fā)器 JK觸發(fā)器 同步JK觸發(fā)器 CP 1期間有效 將S JQn R KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程 得同步JK觸發(fā)器的特性方程 由于RS觸發(fā)器存在不定狀態(tài) 所以應(yīng)用時(shí)有局限性 為了克服這個(gè)問題 引入了JK觸發(fā)器 工作原理 1 接收輸入信號(hào)過程CP 1期間 主觸發(fā)器控制門G7 G8打開 接收輸入信號(hào)R S 有 從觸發(fā)器控制門G3 G4封鎖 其狀態(tài)保持不變 1 0 2 RS觸發(fā)器 主從RS觸發(fā)器 0 1 特性方程 邏輯符號(hào) 電路特點(diǎn) 主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu) 從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問題 具有CP 1期間接收輸入信號(hào) CP下降沿到來時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn) 但其仍然存在著約束問題 即在CP 1期間 輸入信號(hào)R和S不能同時(shí)為1 3 JK觸發(fā)器 同步JK觸發(fā)器 CP 1期間有效 由于RS觸發(fā)器存在不定狀態(tài) 所以應(yīng)用時(shí)有局限性 為了克服這個(gè)問題 引入了JK觸發(fā)器 無論觸發(fā)沿為何值 JK觸發(fā)器的特征方程只有一個(gè) 由特征方程 我們可以推導(dǎo)出JK觸發(fā)器的功能表和真值表 功能表JKQn 1 00011011 保持 清0 置1 翻轉(zhuǎn) 真值表JKQnQn 1 000001010011100101110111 保持 0 1 清0 0 0 置1 1 1 翻轉(zhuǎn) 1 0 狀態(tài)圖 b 下降沿觸發(fā) a 上升沿觸發(fā) 3 JK觸發(fā)器 主從JK觸發(fā)器 邊沿JK觸發(fā)器對于主從觸發(fā)器 觸發(fā)時(shí)刻有兩種情形 CP的上升沿 即由0變1的時(shí)刻 和下降沿 即由1變0的時(shí)刻 其元件符號(hào)為 對于邊沿觸發(fā)器 觸發(fā)時(shí)刻有兩種情形 CP的上升沿 即由0變1的時(shí)刻 和下降沿 即由1變0的時(shí)刻 其元件符號(hào)為 代入主從RS觸發(fā)器的特性方程 即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程 將 主從JK觸發(fā)器沒有約束 主從JK觸發(fā)器 邊沿JK觸發(fā)器 集成邊沿JK觸發(fā)器 74LS112為CP下降沿觸發(fā) CC4027為CP上升沿觸發(fā) 且其異步輸入端RD和SD為高電平有效 注意 CP 1期間有效 4 D觸發(fā)器 D鎖存器 同步D觸發(fā)器 對于邊沿觸發(fā)器 觸發(fā)時(shí)刻有兩種情形 CP的上升沿 即由0變1的時(shí)刻 和下降沿 即由1變0的時(shí)刻 上面的符號(hào)分別與之對應(yīng) C端前帶圈的為下降沿觸發(fā) 4 D觸發(fā)器 D鎖存器 邊沿D觸發(fā)器 邊沿D觸發(fā)器 工作原理 無論觸發(fā)沿為何值 D觸發(fā)器的特征方程只有一個(gè) 由特征方程 我們可以推導(dǎo)出D觸發(fā)器的功能表和真值表 功能表DQn 1 01 將輸入值代入特征方程得 清0 置1 真值表DQnQn 1 00011011 0 0 清0 1 1 置1 狀態(tài)圖 集成邊沿D觸發(fā)器 注意 CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效 5 T觸發(fā)器T觸發(fā)器的輸入端有兩個(gè) 時(shí)鐘脈沖輸入端C 控制輸入端T 其元件符號(hào)為 對于邊沿觸發(fā)器 觸發(fā)時(shí)刻有兩種情形 CP的上升沿 即由0變1的時(shí)刻 和下降沿 即由1變0的時(shí)刻 上面的符號(hào)分別與之對應(yīng) C端前帶圈的為下降沿觸發(fā) 無論觸發(fā)沿為何值 T觸發(fā)器的特征方程只有一個(gè) 由特征方程 我們可以推導(dǎo)出D觸發(fā)器的功能表和真值表 功能表TQn 1 01 將輸入值代入特征方程得 保持 翻轉(zhuǎn) 真值表TQnQn 1 00011011 0 1 保持 1 0 翻轉(zhuǎn) 狀態(tài)圖 6 T 觸發(fā)器將T觸發(fā)器的T端接高電平即為T 觸發(fā)器 T 觸發(fā)器的特征方程為 其功能為 每來一個(gè)觸發(fā)脈沖 觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次 1 各種觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換 用待求觸發(fā)器的輸入表示現(xiàn)有觸發(fā)器的輸入信號(hào) 從而求出轉(zhuǎn)換電路 1 將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS D T和T 觸發(fā)器 2 將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK T和T 觸發(fā)器 用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)RS觸發(fā)器功能 用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)D觸發(fā)器功能 分析 JK觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而D觸發(fā)器為待求 所以應(yīng)求出用D來表示J K的表達(dá)式 解 比較兩種觸發(fā)器的特征方程得 兩式若要相等 則必有 作圖得 D 用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T觸發(fā)器功能 分析 JK觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而T觸發(fā)器為待求 所以應(yīng)求出用T來表示J K的表達(dá)式 解 比較兩種觸發(fā)器的特征方程得 兩式若要相等 則必有 作圖得 T 用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T 觸發(fā)器功能 分析 JK觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而T 觸發(fā)器為待求 考慮到T 觸發(fā)器是將T觸發(fā)器的T端置1得到 所以只要求出T觸發(fā)器 再令T 1即可 解 利用上題的結(jié)論得 Vcc 用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)JK觸發(fā)器功能 分析 D觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而JK觸發(fā)器為待求 所以應(yīng)求出用J K來表示D的表達(dá)式 解 比較兩種觸發(fā)器的特征方程得 兩式若要相等 則必有 作圖得 用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T觸發(fā)器功能 分析 D觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而T觸發(fā)器為待求 所以應(yīng)求出用T來表示D的表達(dá)式 解 比較兩種觸發(fā)器的特征方程得 兩式若要相等 則必有 作圖得 用D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T 觸發(fā)器功能 分析 D觸發(fā)器是現(xiàn)有觸發(fā)器 而T 觸發(fā)器為待求 先作出T觸發(fā)器 再令T為1即得T 觸發(fā)器 解 利用上題結(jié)論得 用T觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)T 觸發(fā)器功能 解 令T 1即可 作圖得 2 觸發(fā)器的波形分析首先觀察觸發(fā)器的符號(hào) 確定其觸發(fā)時(shí)刻 其次寫出觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程 再將驅(qū)動(dòng)方程代入其特征方程求出次態(tài)方程 最后 根據(jù)處值 觸發(fā)時(shí)刻和次態(tài)方程作觸發(fā)器的輸出波形 已知各觸發(fā)器的初態(tài)均為0 求作在CP作用下的觸發(fā)器輸出波形 另外 無論哪一種觸發(fā)器都存在一個(gè)問題 在上電的瞬間 觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)是不可預(yù)期的 即通電的一霎那 觸發(fā)器的初始狀態(tài)可能是0態(tài)也可能是1態(tài) 那么對于分析電路就帶來了一定的麻煩