項(xiàng)目四 觸發(fā)器

1、項(xiàng)目四項(xiàng)目四 觸發(fā)器的功能觸發(fā)器的功能 搶答器鎖存電路的設(shè)計(jì)搶答器鎖存電路的設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目的任務(wù)是熟悉集成觸發(fā)器的功能，掌握集成觸發(fā)器的應(yīng)用；觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本元件。 觸發(fā)器是具有記憶功能的單元電路，它是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯部件。由門電路組成，專門用來接收、存儲(chǔ)、輸出0、1代碼。觸發(fā)器它有雙穩(wěn)態(tài)、單穩(wěn)態(tài)和無穩(wěn)態(tài)之分。本書只介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即電路的輸出有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)0、1。 根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T觸發(fā)器；按照結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器；按觸發(fā)工作方式不同為上邊沿、下降沿觸發(fā)器和高

2、、低電平觸發(fā)器。 觸發(fā)器的定義就是只有輸入觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，輸出狀態(tài)才有可能轉(zhuǎn)換；否則，輸出將保持不變。4.1 觸發(fā)器的概述觸發(fā)器的概述電電路路組組成成和和邏邏輯輯符符號(hào)號(hào) SR QQ S R Q Q(a) 邏輯圖(b) 邏輯符號(hào)& SR信號(hào)輸入端，低電平觸發(fā)信號(hào)有效。信號(hào)輸入端，低電平觸發(fā)信號(hào)有效。信號(hào)輸出端，信號(hào)輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱的狀態(tài)稱0狀態(tài)，狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱的狀態(tài)稱1狀態(tài)，狀態(tài)，4.2 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器 SR QQ&工作原理工作原理R SQ10010 10R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0

3、。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置置0或復(fù)位或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置置0端或復(fù)位端端或復(fù)位端。 SR QQ&0110R SQ1 00R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。1 01 SR QQ&1110R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)存儲(chǔ)起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力記憶能力。R SQ1 000 111 1不變10 SR Q

4、Q&0011R SQ1 000 111 1不變0 0不定R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件約束條件。R SnQ1nQ功 能0 0 00 0 1不 用不 用不 允 許0 1 00 1 10001nQ置01 0 01 0 11111nQ置11 1 01 1 101nnQQ 1保 持特性表（真值表）特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之

5、后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。 Qn0001111000011011RS次態(tài)次態(tài)Qn+1的卡諾圖的卡諾圖約束條件 1)(1SRQRSQRSQnnn特性方程特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式狀態(tài)圖狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖011/1/10/01/當(dāng)觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時(shí)，若輸入信號(hào) 01或11，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；RS當(dāng)觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時(shí)，若輸入信號(hào) 10或11，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；RSRS若 10，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。RS若 01，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。波形圖波形圖反映觸發(fā)器輸入信號(hào)取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)

6、系的圖形稱為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許基本基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無外來觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)R、S情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為RS觸發(fā)器。4.3 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要求某些觸發(fā)器按一定的節(jié)拍同步動(dòng)作，以取得系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。所以，產(chǎn)生了由時(shí)鐘信號(hào)CP控制的觸發(fā)器（又

7、稱鐘控觸發(fā)器）。即在CP信號(hào)有效時(shí)觸發(fā)器的輸出才能根據(jù)輸入信號(hào)狀態(tài)改變，故稱同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器。1 1、同步、同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器G1 G2G3 G4S CP RS CP R&Q QS CP RS CP RQ QQ Q(a) 邏輯電路(b) 曾用符號(hào)1S C1 1RQ Q(c) 國標(biāo)符號(hào)&RSCP0時(shí)，R=S=1，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。CP1時(shí)，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。CP R S QnQn+1功能0 QnnnQQ1 保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1 保持1 0 1 01 0 1 11111nQ 置 11 1 0 01 1 0 10001nQ 置 01

8、1 1 01 1 1 1不用不用不允許特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRSQnnCP=1期間有效期間有效主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)波波形形圖圖（1）時(shí)鐘電平控制。在CP1期間接收輸入信號(hào)，CP0時(shí)狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變增加了時(shí)間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時(shí)為1的情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。C PRSQQ不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變2 2、同步觸發(fā)器存在的問題、同步觸發(fā)器存在的問題4.4 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器1 1、主從、主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器G5 G6G1 G2G7 主觸發(fā)器 G8Qm QmG3 從觸發(fā)器 G4&am

9、p;Q Q&1S R CPCPG9(a) 邏輯電路&工作原理工作原理（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。01RSQRSQnmnmG5 G6G1 G2G7 主觸發(fā)器 G8Qm QmG3 從觸發(fā)器 G4&Q Q&1S R CPCPG9&（2）輸出信號(hào)過程CP下降沿到來時(shí)，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲(chǔ)起來。同時(shí)，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保

10、持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。01RSQRSQnnCP下降沿到來時(shí)有效特性特性方程方程 Q Q S RS CP RQ Q(b) 曾用符號(hào) 1S 1RS CP RQ Q(c) 國標(biāo)符號(hào)CPC1邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)電路特點(diǎn)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CP1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CP1期間，輸入信號(hào)R和S不能同時(shí)為1。G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 從 G4Q Q1G9Qm Qm&2 2、主從、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器nnKQR

11、QJS 下降沿到來時(shí)有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn 1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。J K QnQn+1功能0 0 00 0 101nnQQ1 保持0 1 00 1 10001nQ 置 01 0 01 0 11111nQ 置 11 1 01 1 110nnQQ1 翻轉(zhuǎn)CPJKQ時(shí)時(shí)序序圖圖J=K=0時(shí)，保持J和K不等時(shí)，隨JJ=K=1時(shí)，翻轉(zhuǎn) Q Q J KJ CP KQ Q曾用符號(hào) 1J 1KJ CP KQ Q國標(biāo)符號(hào)CPC1電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)主從JK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

12、控制的問題，具有CP1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)。輸入信號(hào)J、K之間沒有約束。存在一次變化問題。G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&帶清零端和預(yù)置端的帶清零端和預(yù)置端的主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置1G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&10001111 SDJ CP K RD Q QSD RD J KJ CP KQ Q曾用符號(hào)國標(biāo)符號(hào)CPRDSD S 1J 1K R Q QC1帶清零端和預(yù)置端的主從帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器

13、的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)集成主從集成主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 14 13 12 11 10 9 87472 1 2 3 4 5 6 7VCC SD RD K3 K2 K1 Q(b) 7472 的引腳圖(a) 74LS76 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS76 1 2 3 4 5 6 7 81K 1Q 1Q GND 2K 2Q 2Q 2J1CP 1SD 1RD 1J VCC2CP 2SD 2RDNC CP J1 J2 J3 Q GND321KKKK 321JJJJ 低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā) 1J 2K S RSD J1 J2 J3 CP K1 K2 K3 R

14、DQ QCP&與輸入主從與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號(hào)J、K之間沒有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。4.5 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 邊沿觸發(fā)器是在時(shí)鐘信號(hào)CP上升沿或下降沿到來瞬間，觸發(fā)器才根據(jù)輸入觸發(fā)信號(hào)改變輸出狀態(tài)，而在時(shí)鐘信號(hào)CP的其它時(shí)刻，觸發(fā)器保持輸出狀態(tài)不變。所以防止了由于 CP時(shí)間過長而引起的空翻和振蕩現(xiàn)象。1 1、邊沿、邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器DCP&Q Q

15、1&1111JK&nnnnnnnnnnQKQJKJQKQJQKQJKQQJKQQJD)()(nnnQKQJDQ1CP下降沿時(shí)刻有效 J CP K Q Q J KQ Q曾用符號(hào) J CP K 1J 1KQ Q國標(biāo)符號(hào) CP C1邊沿邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器的邏輯符號(hào)的邏輯符號(hào)邊沿邊沿JK觸發(fā)觸發(fā)器的特點(diǎn)器的特點(diǎn)邊沿觸發(fā)，無一次變化問題。功能齊全，使用方便靈活。抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高。集成邊沿集成邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器(a) 74LS112 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS112 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J

16、 2SD 2Q1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND(b) CC4027 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9CC4027 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2K 2J 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1K 1J 1SD VSS74LS112為為CP下降沿觸發(fā)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。2. 2. 邊沿邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器工作原理工作原理G5 G6G1 G2CPG3 從 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&（1）CP0時(shí)，門G7、G8被封鎖，門G

17、3、G4打開，從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器Q=Qm、Q=Qm，輸入信號(hào)D不起作用。（2）CP1時(shí)，門G7、G8打開，門G3、G4被封鎖，從觸發(fā)器狀態(tài)不變，主觸發(fā)器的狀態(tài)跟隨輸入信號(hào)D的變化而變化，即在CP1期間始終都有Qm=D。G5 G6G1 G2CPG3 從 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&DQn1下降沿時(shí)刻有效（3）CP下降沿到來時(shí)，封鎖門G7、G8，打開門G3、G4，主觸發(fā)器鎖存CP下降時(shí)刻D的值，即Qm=D，隨后將該值送入從觸發(fā)器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿過后，主觸發(fā)器鎖存的CP下降沿時(shí)刻D的值被保存下來，而從觸發(fā)器的狀態(tài)也將保持不變。綜

18、上所述，邊沿D觸發(fā)器的特性方程為： D CP Q Q DQ Q曾用符號(hào) D CP 1DQ Q國標(biāo)符號(hào) CP C1邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)邊沿邊沿D觸發(fā)器的功能表觸發(fā)器的功能表下降沿時(shí)刻有效DQn1 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引腳排列圖 (b) CC4013引腳排列圖

19、集成邊沿集成邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。CP上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā) 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。 比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。 根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。 利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。4.6 觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換1 1、將、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQS

20、RRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比較，得：1J C11KSCPRQQ電路圖電路圖JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器1J C11KDQQ1CP寫出D觸發(fā)器的特性方程，并進(jìn)行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：DKDJ電電路路圖圖JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T0時(shí)能保持狀態(tài)不變，T1時(shí)一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。T QnQn +1功 能0 00 101nnQQ1 保 持1 01 110nnQQ1翻 轉(zhuǎn)特性表特性表邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) T CP 1TQ Q C1T觸發(fā)器特性方程：nnnnQTQTQTQ1與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：TKTJ電電路路圖圖1J C11KTQQCP01T=1/1/0/0/CPTQ