第四章觸發(fā)器

1、第四章觸發(fā)器第四章觸發(fā)器2 第四章第四章 觸發(fā)器觸發(fā)器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述觸發(fā)器觸發(fā)器:(:(Flip-Flop)Flip-Flop)能存儲一位二進(jìn)制信號的基本單元。用能存儲一位二進(jìn)制信號的基本單元。用FFFF表示表示。特點：特點：1.1.有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，用0 0和和1 1表示；表示； 2. 2.輸入信號可改變其狀態(tài)，且輸入信號撤消后輸入信號可改變其狀態(tài)，且輸入信號撤消后, 其改變后的狀態(tài)可保留下來。其改變后的狀態(tài)可保留下來。 分類：分類：按電路結(jié)構(gòu)分：按電路結(jié)構(gòu)分： 基本基本RSFF、同步、同步FF、主從、主從FF、邊沿、邊沿FF(包括包括維持阻塞維持阻塞FF、CMOSF

2、F等等)。其中，基本。其中，基本RSFF無時鐘信號，其他均有時鐘信號。無時鐘信號，其他均有時鐘信號。按邏輯功能分：按邏輯功能分：RSFF、DFF、JKFF、TFF等。等。學(xué)習(xí)要點：學(xué)習(xí)要點： 分清觸發(fā)器邏輯功能與電路結(jié)構(gòu)的區(qū)別；分清觸發(fā)器邏輯功能與電路結(jié)構(gòu)的區(qū)別； 會畫工作波形。會畫工作波形。第四章觸發(fā)器3第二節(jié)第二節(jié) 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點一、基本一、基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器1.電路組成：電路組成： 用與非門和或非門用與非門和或非門均可構(gòu)成，這里介紹與均可構(gòu)成，這里介紹與非門構(gòu)成的電路。非門構(gòu)成的電路。2.輸入信號和狀態(tài)輸入信號和狀態(tài)觸發(fā)器的狀態(tài)：觸發(fā)器的狀態(tài)：用用

3、Q端的值表示。端的值表示。Q=1,Q =0為為1狀態(tài)，反之為狀態(tài)，反之為0狀態(tài)。狀態(tài)。原狀態(tài)：輸入信號沒有改變時原狀態(tài)：輸入信號沒有改變時,該時刻觀察到的狀態(tài)該時刻觀察到的狀態(tài).記為記為 nQ新狀態(tài)：輸入信號變化后出現(xiàn)的狀態(tài)。記為新狀態(tài)：輸入信號變化后出現(xiàn)的狀態(tài)。記為 .也稱為次態(tài)。也稱為次態(tài)。1nQ 在分析電路原理時，要把原狀態(tài)作為已知條件，即把在分析電路原理時，要把原狀態(tài)作為已知條件，即把 作為輸作為輸入變量。入變量。nQ第四章觸發(fā)器4SD:Set(Direct)，置，置1端。端。RD:Reset(Direct)，置，置0端。端。高電平有效高電平有效非號和輸入端非號和輸入端的園圈均表示的園

4、圈均表示低電平有效低電平有效第四章觸發(fā)器5Qn+1=1、Qn+1=03.工作原理工作原理1001 不論原狀態(tài)如何，都有不論原狀態(tài)如何，都有:置置0Qn+1=0、Qn+1=11若：若：Qn=0,則則Qn+1=0若：若：Qn=1,則則Qn+1=1置置1保持保持1當(dāng)兩門當(dāng)兩門tPD相同時，將產(chǎn)生振蕩；相同時，將產(chǎn)生振蕩； 當(dāng)兩門當(dāng)兩門tPD相異時，新狀態(tài)和延遲時間有關(guān)。相異時，新狀態(tài)和延遲時間有關(guān)。不定不定從輸入信號變化起，從輸入信號變化起，經(jīng)經(jīng)2tPD電路穩(wěn)定。電路穩(wěn)定。011(2)若若 和和 同時變?yōu)橥瑫r變?yōu)?，DRDS(1) = =1；1nQ1nQ0DSDR1DSDR=0、 =1DSDR 1，

5、 0DSDR第四章觸發(fā)器64.動作特點動作特點直接控制：直接控制： 輸入信號直接控制輸出端輸入信號直接控制輸出端Q和和Q 的狀態(tài)。的狀態(tài)。工作波形：工作波形：第四章觸發(fā)器7 用或非門構(gòu)用或非門構(gòu)成的基本成的基本RSFF也可用右表描述也可用右表描述。5.邏輯功能的描述邏輯功能的描述(1)特性表特性表保保持持置置1清清0不不定定(2)特性方程特性方程1111010110100DSDRQn01DDnDDnRSQRSQ 只需將表中的只需將表中的SD和和RD看作是看作是該觸發(fā)器輸入信號該觸發(fā)器輸入信號SD和和RD的反的反變量即可。同時將表中的變量即可。同時將表中的 1* 改為改為 0*。第四章觸發(fā)器8(

6、4)激勵表（驅(qū)動表激勵表（驅(qū)動表)11101011010100RDSDQn+1Qn (3)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 簡稱：狀態(tài)圖簡稱：狀態(tài)圖10DSDR=1=0DSDR=1=0DS=1DR=DS=DR=1第四章觸發(fā)器9二、同步二、同步RS 觸發(fā)器觸發(fā)器1.1.電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要求某在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要求某些觸發(fā)器在同一時刻動作（改變些觸發(fā)器在同一時刻動作（改變狀態(tài)，也稱為翻轉(zhuǎn)）這就要求有狀態(tài)，也稱為翻轉(zhuǎn)）這就要求有同步信號，該信號稱為時鐘信號同步信號，該信號稱為時鐘信號CP(Clock Pulse)CP(Clock Pulse)。 G G1 1和和G G2

7、2門構(gòu)成基本門構(gòu)成基本RSRS觸發(fā)器。觸發(fā)器。 用用G G3 3和和G G4 4兩門引兩門引入時鐘信號入時鐘信號CPCP。第四章觸發(fā)器102.工作原理工作原理CP=0時：時：G G3 3、G G4 4門均輸出門均輸出1,1,基本基本RSFF RSFF 處處在保持狀態(tài)；輸入信號在保持狀態(tài)；輸入信號S S、R R變變化無影響?；療o影響。CP=1時：時：G G3 3、G G4 4門打開門打開, ,此時電路就是一此時電路就是一個基本個基本RSFFRSFF，只需把輸入信號，只需把輸入信號S S、R R分別看作：分別看作：S = SD R = RD ;注意，輸入信號已無下標(biāo)注意，輸入信號已無下標(biāo)D。按上述

8、規(guī)定，該觸發(fā)器也滿足基本按上述規(guī)定，該觸發(fā)器也滿足基本RSFF的特性表、特性方程和的特性表、特性方程和狀態(tài)圖。狀態(tài)圖。一定要注意，只有一定要注意，只有CP=1時，才能按特性表、特性方程求新時，才能按特性表、特性方程求新狀態(tài)。狀態(tài)。第四章觸發(fā)器113.特性表、特性方程、波形圖特性表、特性方程、波形圖4.動作特點動作特點01SRQRSQnn 在在CP=1CP=1期間，期間，S,RS,R的變化都將引起的變化都將引起Q Q端狀態(tài)的變化。因此易受干擾。端狀態(tài)的變化。因此易受干擾。CPSRQQ0000ttttt5.邏輯功能特點邏輯功能特點有約束有約束SR=0。第四章觸發(fā)器12帶異步置位、復(fù)位端的同步帶異步

9、置位、復(fù)位端的同步RSRS觸發(fā)器（觸發(fā)器（a a）電）電路結(jié)構(gòu)路結(jié)構(gòu) （b b）圖形符號）圖形符號6.6.帶異步置帶異步置0 0、置、置1 1端的同步端的同步RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 注意注意: : 或或 將觸發(fā)器置位或復(fù)位應(yīng)當(dāng)在將觸發(fā)器置位或復(fù)位應(yīng)當(dāng)在CP=0CP=0的狀態(tài)下的狀態(tài)下進(jìn)行進(jìn)行, ,否則在否則在 或或 返回高電平以后預(yù)置的狀態(tài)不一定能返回高電平以后預(yù)置的狀態(tài)不一定能保存下來。保存下來。DS_DR_DR_DS_第四章觸發(fā)器13 D鎖存器鎖存器1D Qn+1 = D 可用來存儲一位二進(jìn)制數(shù)?？捎脕泶鎯σ晃欢M(jìn)制數(shù)。其特點與同步結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器相同。其特點與同步結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器相同。例例4.2.

10、2 4.2.2 已知同步已知同步RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器輸入信號波形如圖所示，試輸入信號波形如圖所示，試畫出畫出Q Q和和 端的電壓波形端的電壓波形. .設(shè)設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q =0Q =0。_Q第四章觸發(fā)器14三、主從觸發(fā)器三、主從觸發(fā)器1.主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器(1)工作原理工作原理 用兩個同步用兩個同步RSFF連成主連成主從結(jié)構(gòu)。因此，該電路應(yīng)具從結(jié)構(gòu)。因此，該電路應(yīng)具有有RSFF的邏輯功能。的邏輯功能。CP=1 時：時： 主觸發(fā)器保持，此時主觸發(fā)器保持，此時可改變輸入信號可改變輸入信號S,R； 從觸發(fā)器工作，且從觸發(fā)器工作，且Q= 。Q 主觸發(fā)器工作，主觸發(fā)器工作，從

11、觸發(fā)器保持。保從觸發(fā)器保持。保持持CP=0時得到的時得到的主觸發(fā)器的狀態(tài)。主觸發(fā)器的狀態(tài)。CP=0 時：時：01SRQRSQnn 分析可知：主從觸分析可知：主從觸發(fā)器的工作是分兩步走發(fā)器的工作是分兩步走的在的在CP上升沿開始上升沿開始的高電平期間，主觸發(fā)的高電平期間，主觸發(fā)器改變狀態(tài)；在器改變狀態(tài)；在CP 下下降沿到來時，從觸發(fā)器降沿到來時，從觸發(fā)器改變狀態(tài)。顯然，觸發(fā)改變狀態(tài)。顯然，觸發(fā)器在器在CP下降沿翻轉(zhuǎn)。下降沿翻轉(zhuǎn)。第四章觸發(fā)器15看一下輸入一個完看一下輸入一個完整的整的CP脈沖時電路脈沖時電路的工作過程（設(shè)初的工作過程（設(shè)初始狀態(tài)為始狀態(tài)為0）：）：1001000011110(2)特

12、點特點有約束。有約束。在整個在整個CP=1期間輸入信號都控制主觸發(fā)器的狀態(tài)；期間輸入信號都控制主觸發(fā)器的狀態(tài)；無直接控制，翻轉(zhuǎn)分兩步走；無直接控制，翻轉(zhuǎn)分兩步走；第四章觸發(fā)器16(3)特性表，時序圖特性表，時序圖第四章觸發(fā)器172.主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器（1）工作原理）工作原理目的：消除約束條件；目的：消除約束條件； 增加翻轉(zhuǎn)功能。增加翻轉(zhuǎn)功能。&JKS=J QR=KQnnQRSQ1=JQ+KQ QnnQKQJ約束條件自動滿足：約束條件自動滿足：SR=JQ KQ 0(2)特性表，時序圖特性表，時序圖，狀態(tài)圖，狀態(tài)圖翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)置置0置置1保保持持第四章觸發(fā)器18(2)特性表，時序圖，狀態(tài)

13、圖特性表，時序圖，狀態(tài)圖(3)動作特點動作特點翻轉(zhuǎn)分為兩步走；翻轉(zhuǎn)分為兩步走；CP=1期間，主觸期間，主觸發(fā)器只能翻轉(zhuǎn)一次發(fā)器只能翻轉(zhuǎn)一次。此現(xiàn)象稱為。此現(xiàn)象稱為“一一次變化次變化”。10J=1,K=XJ=X,K=1J=0K=XJ=XK=0第四章觸發(fā)器19例4.2.5 的電壓波形圖 例：在主例：在主從從JK觸發(fā)器中觸發(fā)器中，已知，已知CP、J、K的電壓波形如的電壓波形如圖所示，試畫圖所示，試畫出與之對應(yīng)的出與之對應(yīng)的輸出端電壓波輸出端電壓波形。設(shè)觸發(fā)器形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為Q=0 注意到：注意到： 由由于于Q，Q端接回端接回到輸入門上，所到輸入門上，所以以Qn=0時主觸時主觸發(fā)器

14、只能接收置發(fā)器只能接收置1的輸入信號，的輸入信號，在在Qn=1時主觸時主觸發(fā)器只能接收置發(fā)器只能接收置0信號，其結(jié)果信號，其結(jié)果就是在就是在CP=1期期間主觸發(fā)器只可間主觸發(fā)器只可能翻轉(zhuǎn)一次，一能翻轉(zhuǎn)一次，一旦翻轉(zhuǎn)了就不會旦翻轉(zhuǎn)了就不會翻回到原來的狀翻回到原來的狀態(tài)。態(tài)。第四章觸發(fā)器20帶異步置帶異步置0、置、置1端的主從端的主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器JKSDRD多輸入端的情況：多輸入端的情況：QQC1SR1J1KSDRD&1J1KC1QQJ1J2K2K1第四章觸發(fā)器21D四、邊沿觸發(fā)器四、邊沿觸發(fā)器（一）（一）CMOS邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 觸發(fā)器的次態(tài)只取決于時鐘信號上升沿（或下降沿）到達(dá)

15、觸發(fā)器的次態(tài)只取決于時鐘信號上升沿（或下降沿）到達(dá)時刻的輸入信號的狀態(tài)。時刻的輸入信號的狀態(tài)。鎖存器鎖存器CP=0時，時，TG3導(dǎo)通，導(dǎo)通，TG4截止。接收數(shù)據(jù)。截止。接收數(shù)據(jù)。CP=1時，時，TG3截止，截止，TG4導(dǎo)通。鎖存數(shù)據(jù)。導(dǎo)通。鎖存數(shù)據(jù)。這是一個這是一個CP=1有效的有效的D鎖存器。鎖存器。觸發(fā)器觸發(fā)器連成主從結(jié)構(gòu)即可。連成主從結(jié)構(gòu)即可。CP=0時，時，主觸發(fā)器接收數(shù)據(jù)；從觸發(fā)器保持。主觸發(fā)器接收數(shù)據(jù)；從觸發(fā)器保持。CP=1時，時，Q主觸發(fā)器保持；主觸發(fā)器保持；從觸發(fā)器接收數(shù)從觸發(fā)器接收數(shù)據(jù)，且據(jù)，且Q= 。第四章觸發(fā)器22 因此這是一個邊沿觸發(fā)器。次態(tài)取決于因此這是一個邊沿觸發(fā)器

16、。次態(tài)取決于CP上升沿到來前上升沿到來前D的值。如果主觸發(fā)器有保持功能（如同步的值。如果主觸發(fā)器有保持功能（如同步RSFF），它就），它就不是邊沿觸發(fā)器了。不是邊沿觸發(fā)器了。第四章觸發(fā)器23D觸發(fā)器的特性表，特性方程和狀態(tài)圖觸發(fā)器的特性表，特性方程和狀態(tài)圖特性表：特性表：特性方程：特性方程：Qn+1=D狀態(tài)圖：狀態(tài)圖：有異步輸入端有異步輸入端SD和和RD的的邊沿邊沿DFF：第四章觸發(fā)器24（二）維持阻塞觸發(fā)器（二）維持阻塞觸發(fā)器（D觸發(fā)器）觸發(fā)器）1.工作原理工作原理CP=0時時觸發(fā)器保持。且有：觸發(fā)器保持。且有：CP上升沿時上升沿時電路按電路按RSFF動作。注意到上式，動作。注意到上式，因此

17、有因此有 Qn+1=D 研究一下研究一下CP上升沿到來后的情況，以上升沿到來后的情況，以判斷它是不是邊沿觸發(fā)器：判斷它是不是邊沿觸發(fā)器：（1）若原來）若原來 D=0,則則G4=0,使得使得D變?yōu)樽優(yōu)?無影響；無影響；（2）若原來）若原來 D=1,則則G4=1,但但G3=0,使得使得D改變?nèi)詿o影響；改變?nèi)詿o影響；將將2號線稱為置號線稱為置1阻塞線、置阻塞線、置0維持線；維持線；將將1號線稱為置號線稱為置1維持線、維持線、3號線稱為置號線稱為置0阻塞線；阻塞線；說明它是說明它是CP上升沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。上升沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。R S =D= D第四章觸發(fā)器25具有異步輸入端和多輸入端的維持阻塞具

18、有異步輸入端和多輸入端的維持阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器第四章觸發(fā)器26（三）利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器（三）利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器CP=0時，電路保持，例如時，電路保持，例如0狀態(tài)；狀態(tài)；CP變?yōu)樽優(yōu)?后，后，B，B兩個門起作用，兩個門起作用，仍然保持；同時仍然保持；同時J,K的影響到達(dá)的影響到達(dá) P和和P點：點：P=J Q P=K QCP下降沿到達(dá)時：下降沿到達(dá)時：一方面一方面B，B門被封鎖，門被封鎖，A，A門起作用；門起作用； 另一方面，利用門另一方面，利用門G3、G4的延遲作用的延遲作用，P和和P的值將維持一小段時間；的值將維持一小段時間；G3,G4門的延遲時間過后，門的延遲時間過后，P=P=1,但對狀態(tài)無影響。但對狀態(tài)無影響。所以它是時鐘下降沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。所以它是時鐘下降沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。在這期間，門在這期間，門G1、G2構(gòu)成基本構(gòu)成基本RSFF,且且P=S ,P=R,代入代入RSFF的特的特性方程性方程 Qn+1=S+RQn 有有: Qn+1=JQn+KQnQn=JQn+KQn第四章觸發(fā)器27第三節(jié)第三節(jié) 觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法 時鐘觸發(fā)器：在時鐘信號作用時鐘觸發(fā)器：在時鐘信號作用下，根據(jù)輸入信號改變狀態(tài)的觸發(fā)下，根據(jù)輸入信號改變狀態(tài)的觸發(fā)器。分為：器。分為：RSFF、JKFF、DFF、TFF、 FF。T一、觸發(fā)器的邏輯功能一