鎖存器和觸發(fā)器ppt課件學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1鎖存器和觸發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器ppt課件課件第一頁，共56頁。教學(xué)基本(jbn)要求1、掌握(zhngw)鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理2、熟練掌握SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器及T 觸發(fā)器的邏輯(lu j)功能3、正確理解鎖存器、觸發(fā)器的動態(tài)特性第2頁/共56頁第二頁，共56頁。1、時序(sh x)邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器： 時序(sh x)邏輯電路:概述(i sh)鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元 。 結(jié)構(gòu)特征:由組合邏輯電路和存儲電路組成,電路中存在反饋。工作特征：時序邏輯電路的工作特點是任意時刻的輸出狀態(tài)不僅與該當(dāng)前的輸入信號有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。

2、第3頁/共56頁第三頁，共56頁。5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元(cn ch dn yun)電路5.1.1 雙穩(wěn)態(tài)的概念(ginin)5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元(cn ch dn yun)電路第4頁/共56頁第四頁，共56頁。2、鎖存器與觸發(fā)器共同點：具有0 和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一旦(ydn)狀態(tài)被確定，就能自行保持。一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲一位二進制碼。 不同點：鎖存器-對脈沖電平敏感的存儲電路(dinl)，在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。觸發(fā)器-對脈沖邊沿敏感的存儲電路，在時鐘脈沖的上升沿或下降(xijing)沿的變化瞬間改變狀態(tài)。 E E CP CP 第5頁/共56頁第五頁，共56頁。5.1.1

3、 雙穩(wěn)態(tài)的概念(ginin) 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)介介穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 1 Q Q 1 G1 G2 第6頁/共56頁第六頁，共56頁。 1 Q Q 1 G1 G2 反饋(fnku)5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元(cn ch dn yun)電路 Q端的(dund)狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。電路有兩個互補的輸出端1. 電路結(jié)構(gòu) 第7頁/共56頁第七頁，共56頁。2、數(shù)字(shz)邏輯分析電路具有記憶(jy)1位二進制數(shù)據(jù)的功能。 如 Q = 1如 Q = 0 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 10011 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 01100第8頁/共56頁

4、第八頁，共56頁。3. 模擬特性(txng)分析 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 I1 = O2 O1 = I2 0 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點點(Q=1) 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點點( (Q Q= =0 0) ) 介介穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點點 I1(=O2) O1(=I2) a b c d e G1 G2 圖中兩個非門的傳輸特性第9頁/共56頁第九頁，共56頁。5.2.1 SR 鎖存器5.2 鎖存器5.2.1 D 鎖存器第10頁/共56頁第十頁，共56頁。5.2.1 SR 鎖存器5.2 鎖存器 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S +VDD T4 T2 T6 T5 T1 T3 Q Q S R 或或非

5、非門門 G1 或或非非門門 G2 1. 基本(jbn)SR鎖存器初態(tài)：R、S信號作用前Q端的(dund)狀態(tài)，初態(tài)用Q n表示。次態(tài)：R、S信號作用后Q端的(dund)狀態(tài)次態(tài)用Q n+1表示。第11頁/共56頁第十一頁，共56頁。1) 工作(gngzu)原理R=0、S=0狀態(tài)(zhungti)不變00若初態(tài) Q n = 1101 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 若初態(tài) Q n = 001000 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 第12頁/共56頁第十二頁，共56頁。無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器的次態(tài)為為1態(tài)。 信號消失(xiosh)后新的狀態(tài)將被記憶下來。 S 1 Q

6、 Q 1 R G1 G2 01若初態(tài) Q n = 1101 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若初態(tài) Q n = 0010010R=0、S=1置1第13頁/共56頁第十三頁，共56頁。無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。 信號消失后新的狀態(tài)(zhungti)將被記憶下來。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 10若初態(tài) Q n = 1110若初態(tài) Q n = 0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 100101R=1 、 S=0置0第14頁/共56頁第十四頁，共56頁。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1100S=1 、 R=1無論初態(tài)Q n為0或1，觸發(fā)器的次態(tài) 、 都為0 。

7、nQnQ狀態(tài)(zhungti)不確定約束條件: SR = 0當(dāng)S、R 同時回到0時，由于(yuy)兩個與非門的延遲時間無法確定，使得觸發(fā)器最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。觸發(fā)器的輸出(shch)既不是0態(tài)，也不是1態(tài)第15頁/共56頁第十五頁，共56頁。3）工作(gngzu)波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 第16頁/共56頁第十六頁，共56頁。 1 1 Q Q R S 4）用與非門構(gòu)成(guchng)的基本SR鎖存器、 S Q Q R R S c.國標(biāo)邏輯符號a.電路圖b.功能表 RSQ不定10010100101不變11不變Q約束條件: S +R = 0第17頁/共56頁第十七頁，共56頁。

8、 例 運用基本(jbn)SR鎖存器消除機械開關(guān)觸點抖動引起的脈沖輸出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 第18頁/共56頁第十八頁，共56頁。 100k A B Q 1 2 74HCT00 R S 100k S +5V +5V R S Q 第19頁/共56頁第十九頁，共56頁。2. 邏輯(lu j)門控SR鎖存器 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 電路結(jié)構(gòu) 1R E1 1S Q Q E S R 國標(biāo)邏輯符號簡單(jindn)SR鎖存器使能信號(xnho)控制門電路第20頁/共56頁第二十頁，共56頁。 R

9、 E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 2、工作(gngzu)原理 S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= E=1：E=0：狀態(tài)(zhungti)發(fā)生變化。 狀態(tài)(zhungti)不變Q3 = S Q4 = R第21頁/共56頁第二十一頁，共56頁。 E S R Q3 Q4 Q Q 1 2 3 4 的波形。 邏輯門控SR鎖存器的E、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，鎖存器的原始狀態(tài)為Q = 0，試畫出Q3、Q4、Q和Q R E S & & 1 1

10、1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 第22頁/共56頁第二十二頁，共56頁。5.2.2 D 鎖存器1. 邏輯(lu j)門控D鎖存器 1D E1 Q Q E D 國標(biāo)邏輯符號 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 邏輯電路圖第23頁/共56頁第二十三頁，共56頁。 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =SS =0 R=1D=0Q = 0D=1Q = 1E=0不變E=1= DS =1 R=0D鎖存器的功能表置10111置0100

11、1保持不變不變0功能QDEQ邏輯(lu j)功能第24頁/共56頁第二十四頁，共56頁。2. 傳輸(chun sh)門控D鎖存器 1 1 TG2 TG1 1 1 G1 G2 G4 G3 E C Q Q C C C D C C 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D (c) E=0時(b) E=1時(a) 電路(dinl)結(jié)構(gòu)CTG2導(dǎo)通，TG1斷開(dun ki) TG1導(dǎo)通，TG2斷開Q = DQ 不變第25頁/共56頁第二十五頁，共56頁。 1 1 TG TG 1 1 G1 TG2 G2 G4 G3 E C Q Q C C C TG1

12、 D C C (c) 工作(gngzu)波形 D E Q Q 第26頁/共56頁第二十六頁，共56頁。3. D鎖存器的動態(tài)(dngti)特性定時圖:表示電路動作過程中，對各輸入信號的時間(shjin)要求以及輸出對輸入信號的響應(yīng)時間(shjin)。 D Q tSU tH tW TpLH E TpHL 第27頁/共56頁第二十七頁，共56頁。74HC/HCT373 八D鎖存器 LE 1 1 OE 1 E 1 E 1 E Q1 Q7 Q0 D1 D7 D0 1D C1 C1 1 1D C1 C1 1D C1 C1 4. 典型(dinxng)集成電路第28頁/共56頁第二十八頁，共56頁。74HC/

13、HCT373的功能表OE工作模式工作模式輸輸 入入內(nèi)部鎖存器內(nèi)部鎖存器狀狀 態(tài)態(tài)輸輸 出出LEDnQn使能和讀鎖存使能和讀鎖存器器（傳送模式）（傳送模式）LHLLLLHHHH鎖存和讀鎖存鎖存和讀鎖存器器LLL*LLLLH*HH鎖存和禁止輸鎖存和禁止輸出出H高阻高阻H高阻高阻L*和H*表示門控電平LE由高變低之前(zhqin)瞬間Dn的邏輯電平。第29頁/共56頁第二十九頁，共56頁。5.3 觸發(fā)器的電路(dinl)結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.1 主從(zhcng)觸發(fā)器5.3.2 維持(wich)阻塞觸發(fā)器*5.3.3 利用傳輸延時的觸發(fā)器5.3.4 觸發(fā)器的動態(tài)特性第30頁/共56頁第三十頁，共5

14、6頁。 E 5.3 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理1. 鎖存器與觸發(fā)器 CP CP 鎖存器在E的高(低)電平(din pn)期間對信號敏感觸發(fā)器在CP的上升(shngshng)沿(下降沿)對信號敏感在VerilogHDL中對鎖存器與觸發(fā)器的描述語句是不同的 E 第31頁/共56頁第三十一頁，共56頁。5.3 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理 1 1 TG TG TG2 Q C C C TG1 D C 主主鎖鎖存存器器 1 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 從從鎖鎖存存器器 Q CP 1 C C G1 G4 G3 G2 主鎖存器與從鎖存器結(jié)構(gòu)(jigu)相

15、同1. 電路(dinl)結(jié)構(gòu)5.3.1 主從觸發(fā)器TG1和TG4的工作狀態(tài)相同TG2和TG3的工作狀態(tài)相同第32頁/共56頁第三十二頁，共56頁。2. 由傳輸門組成(z chn)的CMOS邊沿D觸發(fā)器 工作(gngzu)原理：TG1導(dǎo)通，TG2斷開(dun ki)輸入信號D 送入主鎖存器。TG3斷開，TG4導(dǎo)通從鎖存器維持在原來的狀態(tài)不變。 (1) CP=0時: 1 1 TG TG TG2 Q C C C TG1 D C 主主鎖鎖存存器器 1 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 從從鎖鎖存存器器 Q G1 G4 G3 G2 C =1，C=0，Q跟隨D端的狀態(tài)變化，使Q=D。

16、 CP 1 C C 第33頁/共56頁第三十三頁，共56頁。工作(gngzu)原理：(2) CP由0跳變(tio bin)到1 : 1 1 TG TG TG2 Q C C C TG1 D C 主主鎖鎖存存器器 1 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 從從鎖鎖存存器器 Q G1 G4 G3 G2 C =0，C=1， CP 1 C C 觸發(fā)器的狀態(tài)僅僅取決于CP信號(xnho)上升沿到達前瞬間的D信號(xnho) TG3導(dǎo)通，TG4斷開從鎖存器Q的信號送Q端。TG1斷開，TG2導(dǎo)通輸入信號D 不能送入主鎖存器。主鎖存器維持原態(tài)不變。 第34頁/共56頁第三十四頁，共56頁。 1

17、 TG TG TG2 C C C TG1 D C 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 1 G3 1 1 1 G1 1 1 1 1 RD SD CP 1 C C G4 G2 2. 典型(dinxng)集成電路 74HC/HCT74 中D觸發(fā)器的邏輯圖第35頁/共56頁第三十五頁，共56頁。 74HC/HCT74的功能表DSQDSDR1nQLHHHHHLLHHQn+1DCPHHLLHLLHLHHLQDCP輸 出輸 入DR S C1 1D R S C2 2D R 1SD 1RD 1CP 1D 1Q 1Q 2SD 2RD 2CP 2D 2Q 2Q 國標(biāo)邏輯符號74HC/HCT74的

18、邏輯(lu j)符號和功能表具有直接置1、直接置0，正邊沿(binyn)觸發(fā)的D功能觸發(fā)器第36頁/共56頁第三十六頁，共56頁。5.3.2 維持(wich)阻塞觸發(fā)器1. 電路結(jié)構(gòu)(jigu)與工作原理 C置0維持線響應(yīng)輸入D和CP信號根據(jù) 確定觸發(fā)器的狀態(tài) RS G1 & CP Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q3 S R G4 Q4 D G6 Q Q & 第37頁/共56頁第三十七頁，共56頁。4 CP = 0011DD G1 & C P Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q

19、3 S R Q4 D G6 Q Q & 2、工作(gngzu)原理 Qn+1=QnD 信號進入觸發(fā)器,為狀態(tài)(zhungti)刷新作好準(zhǔn)備Q1 = DQ4= DD信號存于Q4第38頁/共56頁第三十八頁，共56頁。4 當(dāng)CP 由0 跳變?yōu)?01DD G1 & C P Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q3 S R GQ4 D G6 Q Q & 100DDDQn 1在CP脈沖的上升(shngshng)沿，觸法器按此前的D信號刷新第39頁/共56頁第三十九頁，共56頁。4 當(dāng)CP =1在CP脈沖的上升沿到來(doli)瞬間使觸發(fā)器

20、的狀態(tài)變化D信號不影響 、 的狀態(tài)，Q的狀態(tài)不變RS G1 & C P Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q3 S R GQ4 D GQ Q & 101置1維持線置0 阻塞線1100第40頁/共56頁第四十頁，共56頁。2. 典型(dinxng)集成電路-74LS74 & CP & & & & D Q Q & SD RD S C1 1D R SD RD CP D Q Q 第41頁/共56頁第四十一頁，共56頁。 D Q tSU tH tW tPLH CP tPHL Tcmin Q tPH

21、L tPLH 5.3.4 觸發(fā)器的動態(tài)(dngti)特性 C1 1D Q Q D C 動態(tài)特性反映其觸發(fā)器對輸入信號和時鐘(shzhng)信號間的時間要求，以及輸出狀態(tài)對時鐘(shzhng)信號響應(yīng)的延遲時間。 建立(jinl)時間保持時間脈沖寬度傳輸延時時間傳輸延時時間第42頁/共56頁第四十二頁，共56頁。保持時間(shjin)tH ：保證D狀態(tài)可靠地傳送到Q建立時間tSU ：保證與D 相關(guān)的電路建立起穩(wěn)定的狀態(tài)，使觸發(fā)器狀態(tài)得到(d do)正確的轉(zhuǎn)換。最高觸發(fā)頻率fcmax ：觸發(fā)器內(nèi)部(nib)都要完成一系列動作，需要一定的時間延遲，所以對于CP最高工作頻率有一個限制。觸發(fā)脈沖寬度tW

22、 ：保證內(nèi)部各門正確翻轉(zhuǎn)。傳輸延遲時間tPLH和tPHL ：時鐘脈沖CP上升沿至輸出端新狀態(tài)穩(wěn)定建立起來的時間第43頁/共56頁第四十三頁，共56頁。5.4.1 D 觸發(fā)器 5.4 觸發(fā)器的邏輯(lu j)功能5.4.2 JK 觸發(fā)器 5.4.3 SR 觸發(fā)器 5.4.4 D 觸發(fā)器功能(gngnng)的轉(zhuǎn)換 5.4.2 T 觸發(fā)器 第44頁/共56頁第四十四頁，共56頁。5.4 觸發(fā)器的邏輯(lu j)功能不同邏輯功能的觸發(fā)器國際(guj)邏輯符號 1D C1 Q Q D CP D 觸發(fā)器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 觸發(fā)器 1T C1 Q Q T CP T 觸發(fā)器 1S

23、C1 1R Q Q S CP R RS 觸發(fā)器第45頁/共56頁第四十五頁，共56頁。5.4.1 D 觸發(fā)器 1. 特性(txng)表 Qn DQn+10000111001112. 特性(txng)方程Qn+1 = D D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 3. 狀態(tài)圖第46頁/共56頁第四十六頁，共56頁。3.狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換圖 翻 轉(zhuǎn)10011111 置 111010011 置 000011100狀態(tài)不變01010000 說 明Qn+1QnKJ1.特性表 1nnnQJQKQ2.特性(txng)方程 0 1 0 0 1 1 0 1 J 1 KQn 0 00 01 11 10 5.

24、4.2 JK 觸發(fā)器 J=0 K= J= K=0 J=1 K= J= K=1 0 1 第47頁/共56頁第四十七頁，共56頁。 J K 1 2 3 4 5 6 7 CP 例5.4.1 設(shè)下降沿觸發(fā)(chf)的JK觸發(fā)(chf)器時鐘脈沖和J、K信號的波形如圖所示試畫出輸出端Q的波形。設(shè)觸發(fā)(chf)器的初始狀態(tài)為0。 Q 第48頁/共56頁第四十八頁，共56頁。5.4.3 T觸發(fā)器 特性(txng)方程狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)換圖特性表nQ1n Q011101110000TnnnQTQTQ1 T=1 T=1 T=0 T=0 0 1 1T C1 Q Q T CP 邏輯符號 第49頁/共56頁第四十九頁，共56頁。4. T觸發(fā)器 Q Q CP C 國際邏輯符號 特性方程nnQQ1時鐘脈沖每作用(zuyng)一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。 第50頁/共56頁第五十頁，共56頁。5.4.4 SR