第10章時序數(shù)字電路

1、制作：王林煒 時序邏輯電路時序邏輯電路，簡稱時序電路時序電路。時序電路在邏輯功能上的特點特點是電路任意時刻的輸出信號，不僅與該時刻的輸入信號有關，而且還與輸入信號作用前電路原來的狀態(tài)有關。時序電路的特點表明它具有記憶功能記憶功能。時序電路由組合電路和存儲單元或反饋延遲電路組成。觸發(fā)器觸發(fā)器是時序電路的基本單元。本節(jié)主要講述觸發(fā)器的構成和工作原理。一、概述一、概述一、概述一、概述 觸發(fā)器是具有記憶功能的基本邏輯單元，一個觸發(fā)器能一個觸發(fā)器能存儲存儲 1 位二進制信息位二進制信息。觸發(fā)器的邏輯功能可以用特性表特性表或特特征方程征方程來描述。 數(shù)字電路的基本工作信號是二進制數(shù)字信號和兩狀態(tài)邏輯信號，

2、而觸發(fā)器就是存放這些信號的單元電路，由于數(shù)字信號具有兩狀態(tài)( 0 或 1 )性質(zhì)，故對觸發(fā)器的基本要求基本要求是： 具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài) 0狀態(tài)狀態(tài) 和 1狀態(tài)狀態(tài)； 能夠接收、保存和輸出信號。即在觸發(fā)信號的操作下, 根 據(jù)不同的輸入信號可以置成0或1狀態(tài)。一、概述一、概述 由于采用的電路結構不同，觸發(fā)信號的觸發(fā)方式也不一樣。觸發(fā)方式觸發(fā)方式分為電平觸發(fā)電平觸發(fā)、脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā)和邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)三種。在不同的觸發(fā)方式下，當觸發(fā)信號達到時，觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程具有不同的動作特點。掌握這些動作特點對于正確使用觸發(fā)器是非常必要的。 由于控制方式的不同（即信號的輸入方式及觸發(fā)器狀態(tài)隨輸入信號

3、變化的規(guī)律不同），觸發(fā)器的邏輯功能在細節(jié)上又有所不同。根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能觸發(fā)器邏輯功能的不同分為: SR觸發(fā)器觸發(fā)器、JK觸發(fā)器觸發(fā)器、D觸發(fā)器觸發(fā)器、T觸發(fā)器觸發(fā)器等幾種類型。一、概述一、概述 觸發(fā)器按照電路結構和工作特點電路結構和工作特點的不同，有基本觸發(fā)基本觸發(fā)器器、同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器之分。 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器(SR鎖存器 Set-Reset Latch)：此類觸發(fā)器輸入信號直接加到輸入端。它是觸發(fā)器的基本電路結構形式，是構成其它類型觸發(fā)器的基礎。 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器(電平觸發(fā)的觸發(fā)器)：此類觸發(fā)器輸入信號經(jīng)由控制門輸入，而管理控制門的是

4、CP信號(Clock Pulse 時鐘信號)，即只有在CP信號到來時，輸入信號才能進入觸發(fā)器，否則對電路不起作用。一、概述一、概述 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器(脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器) ：此類觸發(fā)器先將輸入信號送進主觸發(fā)器，然后再傳送給從觸發(fā)器并輸出，整個過程分兩步進行，具有主從控制特點。 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器(邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器) ：此類觸發(fā)器中，只有在時鐘脈沖的上升沿或下降沿時刻，輸入信號才能被接收，邊沿觸發(fā)器電路結構多樣，但邊沿控制是它們的共同特點。 觸發(fā)器按照電路結構和工作特點電路結構和工作特點的不同，有基本觸發(fā)基本觸發(fā)器器、同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器之分。 一

5、、概述一、概述 根據(jù)存儲數(shù)據(jù)的原理存儲數(shù)據(jù)的原理的不同，還可把觸發(fā)器分成靜態(tài)觸靜態(tài)觸發(fā)器發(fā)器和動態(tài)觸發(fā)器動態(tài)觸發(fā)器兩大類。靜態(tài)觸發(fā)器是靠電路狀態(tài)的自鎖存儲數(shù)據(jù)，動態(tài)觸發(fā)器則通過在MOS管柵極輸入電容上存儲電荷來存儲數(shù)據(jù)。本節(jié)只討論靜態(tài)觸發(fā)器。 觸發(fā)器接受輸入信號之前的狀態(tài)稱現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)，用Qn表示。觸發(fā)器接受輸入信號之后的狀態(tài)稱次態(tài)次態(tài)，用 Qn+1表示?，F(xiàn)現(xiàn)態(tài)態(tài)和次態(tài)次態(tài)是兩個相鄰離散時間里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)兩個相鄰離散時間里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。觸發(fā)器次態(tài)次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Qn和輸入信號輸入信號之間的邏輯關系是貫穿本節(jié)的基本問題，如何獲得、描述和理解這種邏輯關系，是本節(jié)學習的中心任務。二、基

6、本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門與非門組成的基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器(1) 電路組成電路組成 圖示電路是用兩個與非門與非門構成的基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器。 是信號輸入端，字母上的反號表示低電平有效低電平有效，即 端為低電平時表示有信號，高電平時表示無信號， 既表示觸發(fā)器的狀態(tài)，又是兩個互補的信號輸出端。RS、QRS、Q(2) 工作原理工作原理 電路在無輸入信號即電路在無輸入信號即 時有時有兩個穩(wěn)態(tài)兩個穩(wěn)態(tài)1SR0狀態(tài)狀態(tài) 的狀態(tài)1Q0Q 、1狀態(tài)狀態(tài) 的狀態(tài)0Q1Q 、用用Q Q端的狀態(tài)表示觸發(fā)器的狀態(tài)端的狀態(tài)表示觸發(fā)器的狀態(tài)二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門與非門組成的基本基本R-

7、S觸發(fā)器觸發(fā)器(2) 工作原理工作原理 電路電路接收輸入信號接收輸入信號過程過程當 時，觸發(fā)器將置成 1 狀態(tài)狀態(tài)。1R0S、當 時，觸發(fā)器將置成 0 狀態(tài)狀態(tài)。0R1S、 不允許在不允許在 端端同時加輸入信號同時加輸入信號SR、a. 信號同時存在時 端均為高電平均為高電平QQ、 端均為高電平，對觸發(fā)器來說，是一種未定義未定義的狀態(tài)的狀態(tài)，沒有意義。故在正常工作情況下，基本RS觸發(fā)器用做存儲單元時不允許出現(xiàn)不允許出現(xiàn) 端同時為端同時為0的情況的情況。QQ、SR、置置1輸輸入入端端置置0輸輸入入端端二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門與非門組成的基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器(2) 工作原理工作

8、原理b. 信號同時撤消時信號同時撤消時狀態(tài)不定狀態(tài)不定c. 信號分時撤消時狀態(tài)信號分時撤消時狀態(tài)決定于后撤消的信號決定于后撤消的信號 不允許在不允許在 端端同時加輸入信號同時加輸入信號SR、 端同時由低電平跳變到高電平時，觸發(fā)器的狀態(tài)既可能是 0 狀態(tài)，也可能是 1 狀態(tài)，無法預先確定，即出現(xiàn)所謂競態(tài)競態(tài)現(xiàn)象。SR、 如果 端的信號先撤消，則觸發(fā)器變成 1 狀態(tài)；如果 端的信號先撤消，則觸發(fā)器變成 0 狀態(tài)；RS二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器1、由與非門與非門組成的基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器(2) 工作原理工作原理與非門構成的基本RS觸發(fā)器之波形圖二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器2、由或非門或非門組

9、成的基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器(1) 電路組成電路組成 圖示電路是用兩個或非門或非門構成的基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器。 是信號輸入端，字母上沒有反號表示高電平有效高電平有效，即 端為高電平時表示有信號，低電平時表示無信號， 既表示觸發(fā)器的狀態(tài)，又是兩個互補的信號輸出端。RS、QRS、Q 電路在無輸入信號即 R = S = 0時有兩個穩(wěn)態(tài)兩個穩(wěn)態(tài)。當R=0、S=1時觸發(fā)器為 1狀態(tài)狀態(tài)；當R=1、S=0時觸發(fā)器為 0狀態(tài)狀態(tài)。不允許R端和S端同時為高電平。當R=S=1時 端將同時為低電平。當R、S同時由1跳變到0時，競態(tài)競態(tài)；當R、S分時由1跳變到0時觸發(fā)器狀態(tài)決定于后撤消的信號。QQ、二、基本觸

10、發(fā)器二、基本觸發(fā)器2、由或非門或非門組成的基本基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器(1) 電路組成電路組成與或門構成的基本RS觸發(fā)器之波形圖 或非門構成的基本RS觸發(fā)器，其特性表特性表和特性方程特性方程與由與非門構成的基本RS觸發(fā)器一樣。二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表特性表和特性方程特性方程(1) 特性表特性表RSQnQn+1000000110101011110001010110無定義無定義111無定義無定義基本RS觸發(fā)器的特性表特性表二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表特性表和特性方程特性方程(1) 特性表特性表 由前表可以看出：當R=S =0即 時，觸發(fā)器保

11、持保持原來的狀態(tài)不變，即 ；當R=0、S=1即 時,觸發(fā)器置置 1，即 ；當R=1、S=0即 時，觸發(fā)器置置 0，即 ；當R=S =1即 是不允許的，屬于無定義無定義的狀態(tài)。nnQQ101SR、1Q1n10SR、0Q1n0 SR1 SRRSQn+100Qn01110011無定義無定義基本RS觸發(fā)器的簡化特性表特性表二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器3、基本R-S觸發(fā)器的特性表特性表和特性方程特性方程(2) 特性方程特性方程RSQnQn+1000000110101011110001010110無定義無定義111無定義無定義011 1010 010110100 RSQnQn+1不僅和R、S有關，還和Qn

12、有關；Qn、R、S三個變量的取值中011、111不允許出現(xiàn)，即最小項 是約束項RSQRSQnn、0RSQRSQ1nn約束條件 特性方程特性方程(1) 主要優(yōu)點主要優(yōu)點0RSQRSQ1nn二、基本觸發(fā)器二、基本觸發(fā)器4、基本R-S觸發(fā)器的主要特點主要特點 結構簡單 具有置置 0 、置置 1 和保持保持功能 電平直接控制，即在輸入信號作用期間，觸發(fā)器的狀態(tài)由 輸入信號電平控制，電路抗干擾差；(2) 存在問題存在問題 R、S之間有約束。 為實現(xiàn)多個觸發(fā)器狀態(tài)的同步翻轉(zhuǎn)，同步觸發(fā)器應運而生。先以同步RS觸發(fā)器為例來說明同步觸發(fā)器的工作原理和特點。 圖示是用與非門構成的同步RS觸發(fā)器。G1、G2門構成基

13、本RS觸發(fā)器, G3、G4是控制門, 輸入信號S、R通過控制門進行傳送，時鐘脈沖CP是輸入控制信號。三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器1、同步同步RS觸發(fā)器(1) 電路組成電路組成三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(2) 工作原理工作原理 CP = 0時控制門G3、G4被封鎖，基本觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。只有當CP = 1時控制門打開后，輸入信號才會被接收，且工作情況與基本 RS 觸發(fā)器沒什么區(qū)別。CPRSQnQn+10保持保持1000保持保持10011010置置 110111100置置 011011110無定義無定義1111無定義無定義0RSQRSQ1nnCP=1期間有效期間有效1、同步同步RS觸發(fā)器三

14、、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3) 主要特點主要特點 時鐘電平控制時鐘電平控制 在CP =1期間觸發(fā)器接收輸入信號，并按輸入信號將觸發(fā)器置成相應的狀態(tài)。CP = 0時觸發(fā)器保持狀態(tài)不變。在CP =1期間，S和R狀態(tài)的變化都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)的改變，在CP回到0以后，觸發(fā)器保存的是CP回到0以前瞬間的狀態(tài)。 R、S之間仍有約束之間仍有約束 同步RS觸發(fā)器在工作過程中，若違反了RS = 0的約束條件，則會出現(xiàn)下列四種情況四種情況。a. CP = 1期間，若 R = S = 1，則會出現(xiàn) 均為高電平 的不正常情況； QQ、1、同步同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3) 主要特點主要特點 R、

15、S之間仍有約束之間仍有約束 同步RS觸發(fā)器在工作過程中，若違反了RS = 0的約束條件，則會出現(xiàn)下列四種情況四種情況。b. CP =1期間，若 R、S信號分時撤消，觸發(fā)器狀態(tài)取決于 后撤消的信號。c. CP = 1期間若R、S同時從1跳變到0，則會出現(xiàn)競態(tài)競態(tài)現(xiàn)象d. 若 R = S = 1時CP 突然撤消，也會出現(xiàn)競態(tài)競態(tài)現(xiàn)象。1、同步同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器(3) 主要特點主要特點1、同步同步RS觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器1、同步同步RS觸發(fā)器 在某些應用場合，需要在CP的有效電平到達之前預先將觸發(fā)器置成指定的狀態(tài)，為此在電路上設有異步置異步置1輸入端輸入端 和異

16、步置異步置0輸入端輸入端 ，如圖所示。只要在 或 加低電平，即可將觸發(fā)器置1或置0，觸發(fā)器在時鐘信號控制下正常工作時應使 和 處于高電平。DSDRDSDRDSDRDSDRDSDR三、同步觸發(fā)器三、同步觸發(fā)器2、同步同步D觸發(fā)器由圖可得:DS DR 代入同步RS觸發(fā)器的特性方程可得：DQDDnnn QRSQ1CPDQnQn+10000111000101011011111 時鐘控制時鐘控制， 無約束問題無約束問題 CP=1時跟隨時跟隨，下降沿鎖存下降沿鎖存1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從主從RS觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 為了解決電平

17、直接控制問題，提高觸發(fā)器工作的可靠性，即希望在每個CP周期里觸發(fā)器的狀態(tài)僅改變一次。在同步觸發(fā)器基礎上設計出了主從觸發(fā)器。 從圖可以看出主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器由兩個同步RS觸發(fā)器級聯(lián)起來構成, 主觸發(fā)器的控制信號是CP, 從觸發(fā)器的控制信號是 。CP四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 當CP=1時，門G7和G8被打開，門G3和G4被封鎖，主觸發(fā)器根據(jù)輸入信號S和R來確定輸出端狀態(tài)，而從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。 當CP由高電平返回低電平以后，門G7和G8被封鎖，無論輸入信號S和R如何改變，在CP=0期間主觸發(fā)器的狀態(tài)不再改變。與此同時，門G3和

18、G4被打開，從觸發(fā)器按照與主觸發(fā)器相同的狀態(tài)進行狀態(tài)更新。因此，在一個CP周期里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)只可能變化一次。四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 可以看出主從RS觸發(fā)器中，輸入信號的接收和輸出是分兩步分兩步進行的。接收輸入信號過程接收輸入信號過程0RSQRSQM1MnnCP = 1 期間有效期間有效輸出信號過程輸出信號過程0RSQRSQ1nnCP 下降沿到來有效下降沿到來有效四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 從電平觸發(fā)到脈沖觸發(fā)的演變，克服了CP=1期間觸發(fā)器輸出狀態(tài)可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的

19、問題。但由于主觸發(fā)器本身是電平觸發(fā)的同步RS觸發(fā)器，所以在CP=1期間QM和 的狀態(tài)仍然會隨輸入信號S、R的變化而多次改變。且輸入信號仍需遵守SR=0的約束條件。MQ2、 主要特點主要特點 主從控制主從控制，時鐘脈沖觸發(fā)時鐘脈沖觸發(fā) R、S之間有約束之間有約束四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從主從JK觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 為解決主從RS觸發(fā)器的約束問題，設計出了主從JK觸發(fā)器。 從圖可以看出主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器是在主從RS觸發(fā)器基礎上，把 引回到門G7 的輸入端，把Q引回到門G8 的輸入端得到的。Q0QQnnJKSRnnKRJSQQ四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2

20、、主從主從JK觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 若J=1、K=0，則CP=1時主觸發(fā)器置置1，待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器隨之置置1。 若J=0、K=1，則CP=1時主觸發(fā)器置置0，待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器隨之置置0。 若J=1、K=1，分別考慮兩種情況： 當Q=0，門G8被封鎖, CP=1時僅門G7輸出0使主觸發(fā)器置1。待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器的狀態(tài)從原來的0狀態(tài)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)成1狀態(tài)。 當Q=1，門G7被封鎖, CP=1時僅門G8輸出0使主觸發(fā)器置0。待CP下降沿到來后，從觸發(fā)器的狀態(tài)從原來的1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)成0狀態(tài)。四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從主從JK觸發(fā)器1、電路

21、組成電路組成及及工作原理工作原理JKQnQn+1注注0000Qn+1=Qn 保持保持00110100Qn+1=0 置置001101001Qn+1=1 置置110111101 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)1110四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從主從JK觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理代入主從RS觸發(fā)器的特性方程可得：nJSQnKRQnnnKJQQQ1特性方程特性方程 QQ1nnRS nnnKJQQQ QQ nnKJ四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從主從JK觸發(fā)器2、主要特點主要特點 主從控制主從控制，時鐘脈沖觸發(fā)時鐘脈沖觸發(fā) 功能完善功能完善，JK沒有約束沒有約束，使用靈活方便使用靈活方便 存在

22、存在一次變化一次變化問題問題，抗干擾能力有待提抗干擾能力有待提高高 主從主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器在觸發(fā)器中的主觸發(fā)器在CP=1期間期間其狀態(tài)能且只能變化一次其狀態(tài)能且只能變化一次，這個變化可能發(fā)生在CP上升沿，也可能發(fā)生在CP=1期間某時刻，甚至發(fā)生在CP下降沿到來前瞬間，既可能是J、K變化引起的，也可能是干擾脈沖造成的。這是由于把輸出 引回到主觸發(fā)器的輸入控制門G7、G8造成的。QQ、四、主從觸發(fā)器四、主從觸發(fā)器2、主從主從JK觸發(fā)器2、主要特點主要特點 主從控制主從控制，時鐘脈沖觸發(fā)時鐘脈沖觸發(fā) 功能完善功能完善，JK沒有約束沒有約束，使用靈活方便使用靈活方便 存在存在一次變化一次變化問

23、題問題，抗干擾能力有待提抗干擾能力有待提高高 如果是干擾信號引起一次變化，則該變化結果將在CP下降沿到來時被送到從觸發(fā)器，造成永久性錯誤；如果是J、K變化造成，則需判斷產(chǎn)生一次變化的時刻，因為在此之后J、K的變化不再起作用，故一般情況下，主從JK觸發(fā)器要求在CP=1期間輸入信號應保持不變。五、邊沿觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器1、邊沿邊沿D觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 為了解決主從JK 觸發(fā)器的一次變化問題,增強電路工作的可靠性，便出現(xiàn)了邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器的具體電路結構形式多樣，但邊沿觸發(fā)是共同的特點，下面用由同步D 觸發(fā)器級聯(lián)起來構成的邊沿D觸發(fā)器為例來說明電路的工作原理和主要特

24、點。 邊沿D觸發(fā)器雖然具有主從結構形式, 卻是邊沿觸發(fā)的電路。DQn1CP下降沿時刻有效五、邊沿觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器1、邊沿邊沿D觸發(fā)器2、主要特點主要特點 CP邊沿邊沿(上升沿或下降沿上升沿或下降沿)觸發(fā)觸發(fā)。即在CP脈沖上升沿(或下降沿)時刻，觸發(fā)器按特性方程Qn+1=D轉(zhuǎn)換狀態(tài)。 抗干擾能力極強抗干擾能力極強。因為是邊沿觸發(fā)，只要在觸發(fā)沿附近極短暫的時間內(nèi), 輸入信號D保持穩(wěn)定，觸發(fā)器就能夠可靠地接收。 只具有置只具有置1、置、置0功能功能，在某些情況下，使用起來不如JK觸發(fā)器方便，因為JK觸發(fā)器在CP脈沖操作下，根據(jù)J、K取值不同，具有保持、置0、置1、翻轉(zhuǎn)四種功能。五、邊沿觸發(fā)器五、

25、邊沿觸發(fā)器2、邊沿邊沿JK觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理邊沿D觸發(fā)器特性方程DQn1CP下降沿時刻有效nnKJDQQ 則得邊沿JK觸發(fā)器nnnKJQQQ1CP下降沿時刻有效五、邊沿觸發(fā)器五、邊沿觸發(fā)器2、邊沿邊沿JK觸發(fā)器1、電路組成電路組成及及工作原理工作原理 QQnnKJD Q)Q( nnKJ)Q()Q( nnKJKJKJnnQQ nnKJQQ 六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時鐘觸發(fā)器的分類分類 時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器是指受時鐘信號控制的觸發(fā)器受時鐘信號控制的觸發(fā)器，包括同步觸發(fā)器以及具有主從和邊沿觸發(fā)特點的觸發(fā)器。一般時鐘觸發(fā)器特指邊沿觸發(fā)器特指邊

26、沿觸發(fā)器。 按照邏輯功能的不同特點，通常將時鐘觸發(fā)器分為SR觸發(fā)器觸發(fā)器、JK觸發(fā)器觸發(fā)器、D觸發(fā)器觸發(fā)器和T觸發(fā)器觸發(fā)器等幾種類型。1、SR型型和JK型型觸發(fā)器 SR型型觸發(fā)器0RSQRSQ1nnCP下降沿時刻有效 在時鐘脈沖操作下根據(jù)輸入信號S、R取值的不同，凡具有置置0、置置1和保持保持功能的電路，都稱為SR型時鐘觸發(fā)器，簡稱SR觸發(fā)器。六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時鐘觸發(fā)器的分類分類1、SR型型和JK型型觸發(fā)器 JK型型觸發(fā)器 在時鐘脈沖操作下，根據(jù)輸入信號S、R取值的不同，凡具有置置0、置置1、保持保持和翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)功能的電路，都稱為JK型時鐘觸發(fā)器，簡稱JK

27、觸發(fā)器。CP下降沿時刻有效nnnKJQQQ1六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時鐘觸發(fā)器的分類分類 D型型觸發(fā)器 在時鐘脈沖操作下，凡具有置置0、置置1功能的電路，都稱為D型時鐘觸發(fā)器，簡稱D觸發(fā)器。CP下降沿時刻有效Dn1Q2、D型、型、T型型和 型型觸發(fā)器T六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時鐘觸發(fā)器的分類分類 T型型觸發(fā)器 在時鐘脈沖操作下根據(jù)輸入信號T取值的不同，凡具有保持保持、翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當T=0時保持狀態(tài)不變,T=1時一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T型時鐘觸發(fā)器。2、D型、型、T型型和 型型觸發(fā)器TTQnQn+1注注000保持保持011

28、101翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)110nnnnTTTQ QQQ1CP下降沿時刻有效六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換1、時鐘觸發(fā)器的分類分類2、D型、型、T型型和 型型觸發(fā)器TnnQQ1CP下降沿時刻有效 型型觸發(fā)器T 凡是每來一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)一次的電路，都稱為 型時鐘觸發(fā)器。不難看出，在T 觸發(fā)器使 T=1，便是一個 觸發(fā)器。TTQnCPQn+1注注01翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)10六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 由于目前實際生產(chǎn)的集成時鐘觸發(fā)器只有JK型型和D型型，在這里將介紹如何將這兩種觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他類型的觸發(fā)器，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)

29、換步驟轉(zhuǎn)換步驟 寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程； 變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的 特性方程一致； 比較求出轉(zhuǎn)換邏輯； 畫電路圖。六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換nnnKJQQQ1JK觸發(fā)器的特性方程特性方程 JKDDn1QD觸發(fā)器的特性方程特性方程DKDJ比較得：nnnnDDDQQ)QQ(六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換nnnKJQQQ1JK觸發(fā)器的特性方程特性方程 JKTTKTJ比較得：

30、T觸發(fā)器的特性方程特性方程nnnTTQQQ1六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 JK觸發(fā)器到D、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換nnnKJQQQ1JK觸發(fā)器的特性方程特性方程 JKSRRKSJ比較得：SR觸發(fā)器的特性方程特性方程0RSQRSQ1nn QRSQ1nn QR)QQ( nnnS QR)(Q nnSRRS Q)(Q nnRRSSRSnnnSQRQQ1六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 D觸發(fā)器到JK 、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換nnnKJQQQ1JK觸發(fā)器的特性方程特性方程 D JKDn1QD觸發(fā)器的

31、特性方程特性方程比較得：nnKJDQQ 六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 D觸發(fā)器到JK 、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換 D TDn1QD觸發(fā)器的特性方程特性方程T 觸發(fā)器的特性方程特性方程nnTQQ1比較得：nTDQ六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換六、時鐘觸發(fā)器的分類及轉(zhuǎn)換2、不同類型時鐘觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 D觸發(fā)器到JK 、T和SR觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換 D SRDn1QD觸發(fā)器的特性方程特性方程SR觸發(fā)器的特性方程特性方程0RSQRSQ1nn比較得：nDQRS觸發(fā)器類型觸發(fā)器類型功能與約束功能與約束RS觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器

32、功功能能置置0置置1保持保持翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn) 輸入是否有約束輸入是否有約束RS=0無無無無無無觸發(fā)器小結觸發(fā)器小結特性方程特性方程0RSQRSQ1nnRS觸發(fā)器觸發(fā)器基本基本同步同步主從主從邊沿邊沿CP=1期間有效CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效0RSQRSQ1nn0RSQRSQ1nn0RSQRSQ1nn0RSQRSQ1nnJK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器主從主從邊沿邊沿同步同步邊沿邊沿邊沿邊沿CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效CP=1期間有效CP下降(上升)沿有效CP下降(上升)沿有效nnnKJQQQ1Dn1QnnTQQ1Dn1QnnnKJQQQ1特性方程特性方程【

33、習題【習題】四版教材四版教材P546 10.2 10.3 10.5 10.6五版教材五版教材P389 9.2 9.3 9.5 9.6一、概述一、概述1、時序邏輯電路的特點特點 時序邏輯電路由兩部分組成兩部分組成，一部分是組合電路組合電路，一部分是觸發(fā)器構成的存儲電路存儲電路。時序電路的狀態(tài)狀態(tài)是由存儲電路由存儲電路來記憶和表示來記憶和表示。一、概述一、概述2、時序電路邏輯功能的表示方法邏輯功能的表示方法 邏輯表達式邏輯表達式 X( x1，x2，xn )時序電路的輸入信號Q( q1，q2，qn )存儲電路的輸出信號W( w1，w2，wn )存儲電路的輸入信號這些信號之間的邏輯關系可用以下三個向量

34、函數(shù)三個向量函數(shù)表示Y( y1，y2，yn )時序電路的輸出信號一、概述一、概述2、時序電路邏輯功能的表示方法邏輯功能的表示方法 邏輯表達式邏輯表達式 )(),()(nnntQtXFtY)(),()(nnntQtXGtW)(),()(1nnntQtWHtQ式中tn、tn+1是相鄰的兩個離散時間輸出方程輸出方程驅(qū)動方程驅(qū)動方程狀態(tài)方程狀態(tài)方程一、概述一、概述2、時序電路邏輯功能的表示方法邏輯功能的表示方法 狀態(tài)表狀態(tài)表、卡諾圖卡諾圖、狀態(tài)圖狀態(tài)圖和和時序圖時序圖 因時序電路的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)，是由構成該時序電路的觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)表示的，則不難根據(jù)上節(jié)介紹過的有關方法列出時序電路的狀態(tài)表，畫出時序電路

35、的卡諾圖、狀態(tài)圖和時序圖。具體做法，將在后面結合具體電路進行說明。一、概述一、概述3、時序邏輯電路分類分類 按按邏輯功能邏輯功能分分 寄存器寄存器、移位寄存器移位寄存器、讀讀/寫存儲器寫存儲器、計數(shù)器計數(shù)器、順序脈沖順序脈沖發(fā)生器發(fā)生器等。 按電路中按電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步觸發(fā)器狀態(tài)變化是否同步分分 同步時序電路同步時序電路和異步時序電路異步時序電路。同步時序電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器是同步翻轉(zhuǎn)的；異步時序電路狀態(tài)改變時，電路中要更新狀態(tài)的觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)有先有后，是異步進行的。一、概述一、概述3、時序邏輯電路分類分類 按電路按電路輸出信號的特性輸出信號的特性分分Mealy型型時

36、序電路時序電路)(),()(nnntQtXFtY 輸出不僅與現(xiàn)態(tài)有關，而且還取決于電路的輸入，Moore型型時序電路時序電路輸出僅決定于電路的現(xiàn)態(tài))()(nntQFtY二、時序電路的基本分析方法 分析的一般步驟步驟 時序電路的分析實質(zhì)上就是根據(jù)給定的時序邏輯電路，求其狀態(tài)表、狀態(tài)圖或時序圖。1、 時鐘方程時鐘方程：各個觸發(fā)器時鐘信號的邏輯表達式各個觸發(fā)器時鐘信號的邏輯表達式 輸出方程輸出方程：時序電路各輸出信號的邏輯表達式時序電路各輸出信號的邏輯表達式 驅(qū)動方程驅(qū)動方程：各觸發(fā)器同步輸入端信號的邏輯表各觸發(fā)器同步輸入端信號的邏輯表 達式達式2、把把驅(qū)動方程代入相應觸發(fā)器的特性方程驅(qū)動方程代入相

37、應觸發(fā)器的特性方程，即可求，即可求出時序電路的狀態(tài)方程，也就是各個觸發(fā)器次態(tài)出時序電路的狀態(tài)方程，也就是各個觸發(fā)器次態(tài)輸出的邏輯表達式。輸出的邏輯表達式。二、時序電路的基本分析方法 分析的一般步驟步驟 把電路輸入和現(xiàn)態(tài)的各種可能取值，代入狀態(tài)方程和輸出方程進行計算，求出相應的次態(tài)和輸出。 狀態(tài)方程有效的時鐘信號，即凡不具備時鐘條件的方程式 無效, 也就是說觸發(fā)器將保持原來狀態(tài)不變; 電路的現(xiàn)態(tài)，即組成該電路各個觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)組合; 不能漏掉任何可能出現(xiàn)的現(xiàn)態(tài)和輸入的取值； 若現(xiàn)態(tài)的起始值給定，則可從給定值開始依次進行計算， 若未給定，則可從自己設定的起始值開始依次計算。注意注意二、時序電路的基本

38、分析方法 分析的一般步驟步驟列狀態(tài)表、畫狀態(tài)圖或時序圖時應注意： 狀態(tài)轉(zhuǎn)換是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)，不是由現(xiàn)態(tài)轉(zhuǎn)換到現(xiàn)態(tài)， 更不是由次態(tài)轉(zhuǎn)換到次態(tài)； 輸出是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)，不是次態(tài)和輸入的函數(shù)； 畫時序圖時要明確，只有當CP觸發(fā)沿到來時相應觸發(fā)器 才會更新狀態(tài)，否則只會保持原狀態(tài)不變。二、時序電路的基本分析方法 分析的一般步驟步驟 一般情況下，用狀態(tài)圖或狀態(tài)表就可以反映電路的工作特性。但在實際應用中，各個輸入、輸出信號都有確定的物理含義，因此，常需要結合這些信號的物理含義，進一步說明電路的具體功能，或者結合時序圖說明時鐘脈沖與輸入、輸出及內(nèi)部變量之間的時間關系。二、時序電路的基本分析方法 分析舉例

39、舉例試畫出圖示時序電路的狀態(tài)圖和時序圖。解解： 時鐘方程時鐘方程CPCPCPCP210圖示電路是一個同步時序電路，對于同步時序電路時鐘方程可省去不寫。 二、時序電路的基本分析方法 分析舉例舉例試畫出圖示時序電路的狀態(tài)圖和時序圖。 輸出方程輸出方程nnnQQQY012 驅(qū)動方程驅(qū)動方程nnnQKQJQ1nnQKQJ2020 nnQKQJ0101 nnQKQJ1212 nnnnnnnnQQQQQQKQJQ20202000010nnnnnnnnQQQQQQKQJQ01010111111nnnnnnnnQQQQQQKQJQ12121222212二、時序電路的基本分析方法 分析舉例舉例Y輸輸 出出次次

40、態(tài)態(tài)現(xiàn)現(xiàn) 態(tài)態(tài)nQ212nQnQ1nQ011nQ10nQ11101110100111001010000010111001000011111110110010101101nnnnnnQQQQQQ112011210nnnQQQY012二、時序電路的基本分析方法 分析舉例舉例nnnQQQY012/ 時序圖時序圖 狀態(tài)圖狀態(tài)圖二、時序電路的基本分析方法 分析舉例舉例nnnQQQY012/有效狀有效狀態(tài)態(tài) 在時序電路中，凡是被利用了的狀態(tài)，都叫做有效狀態(tài)有效狀態(tài)。無效狀無效狀態(tài)態(tài) 在時序電路中，凡是沒有被利用的狀態(tài)，都叫做無效狀態(tài)無效狀態(tài)。有效有效循環(huán)循環(huán)無效無效循環(huán)循環(huán)二、時序電路的基本分析方法 分析

41、舉例舉例nnnQQQY012/ 能自啟動能自啟動：在時序電路中，雖然存在無效狀態(tài)，但不形成循環(huán)，這樣的 時序電路叫做能夠自啟動能夠自啟動的時序電路。不能自啟動不能自啟動：在時序電路中，既有無效狀態(tài)存在，又形成循環(huán)，這樣的時 序電路稱為不能自啟動不能自啟動的時序電路。CPCPCP2001QCP nnnnnQQDQDQQD01211020nnnnnnnnQQQQQQQQ011211102100QDQn1nnnnnQQDQDQQD01211020nQ212nQnQ1nQ011nQ10nQnnnnnnnnQQQQQQQQ021011101120QnnnnnnnnQQQQQQQQ011211102100

42、QnnnQQQ012 nnM221nnnQQQ012nnnQQQ012nnnQQQ012nnnQQQY012nnQQY02nnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQ0201120101211010nnQQ01nQ2nnnQQQ012nnnQKQJQ1nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ202010201121010201012110001011nnnnnnQKQQJQKQQJKJ020120102100 1nnnnnnQKQQJQKQQJKJ020120102100 1nnQQY02nnQQY02nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQQ202010201121010201012110001011nnQQ01XnXQY1nnQQ01XnnXQQ011XQn10nnnQKQJQ1nnXQQ011XQn10)(110nnnQQXQnnnnQXQQXQ1010nnnXQQXQ110)(00nnQQXnnXQQX00nnQXQ01XKXQJn101XKXJ00