數(shù)字電路 第4章 觸發(fā)器-李燕榮版教材2012

第4章觸發(fā)器用于存儲一位二進制碼的基本單元電路。觸發(fā)器是具有記憶功能的單元電路觸發(fā)器是時序電路的基本單元。按照觸發(fā)器邏輯功能的不同分為：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等；按照電路結(jié)構形式的不同分為：基本觸發(fā)器、鐘控觸發(fā)器、主從型觸發(fā)器、邊沿型觸發(fā)器等；觸發(fā)器的邏輯功能常用方法：特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、時序圖、功能表等。4.1觸發(fā)器的基本形式4.2主從結(jié)構觸發(fā)器4.3邊沿觸發(fā)器4.4CMOS觸發(fā)器4.5不同邏輯功能觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換4.1觸發(fā)器的基本形式一.與非門構成的基本RS觸發(fā)器&&G1G2QQSDRD電路結(jié)構SDRDQQSR圖形符號4.1.1基本RS觸發(fā)器&&G1G2QQSDRD電路結(jié)構SDRDQQSR圖形符號當Q=1、Q=0時，稱觸發(fā)器處于1狀態(tài)當Q=0、Q=1時，稱觸發(fā)器處于0狀態(tài)初態(tài)：觸發(fā)器輸入信號變化前的狀態(tài)，用Q

n表示；次態(tài)：觸發(fā)器輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示。1.電路組成和工作原理4.1.1基本RS觸發(fā)器與非門構成的基本RS觸發(fā)器0

1

1

0

0

1

1

1

&&G1G2QQSDRD當SD=1、RD=1時，電路維持原來的狀態(tài)；4.1.1基本RS觸發(fā)器1

0

1

0

1

1

&&G1G2QQSDRD當SD=1、RD=1時，電路維持原來的狀態(tài)；Qn+1=Qn4.1.1基本RS觸發(fā)器1

0

0

1

&&G1G2QQSDRD當SD=1、RD=0時，觸發(fā)器置0；

1

即使RD=0消失，0狀態(tài)仍保持Qn+1=0Qn+1=14.1.1基本RS觸發(fā)器0

1

1

0

&&G1G2QQSDRD當SD=0、RD=1時，觸發(fā)器置1；

1

即使SD=0消失，1狀態(tài)仍保持Qn+1=1Qn+1=04.1.1基本RS觸發(fā)器0

0

1

1

&&G1G2QQSDRD當SD=0、RD=0時,觸發(fā)器非0非1

當SD、RD的0狀態(tài)同時消失時,觸發(fā)器狀態(tài)不可確定

約束條件：SD+RD=1Qn+1=1Qn+1=14.1.1基本RS觸發(fā)器&&G2G1QQSDRDSDRDQQSRSD為置1端，RD為置0端4.1.1基本RS觸發(fā)器2功能表*RD、SD的0狀態(tài)同時消失后觸發(fā)器狀態(tài)不確定功能簡表1010SDQn10Qn+11100RD1*4.1.1基本RS觸發(fā)器特征方程:狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖:3動作特點與非門組成的基本RS觸發(fā)器，輸入信號直接加在輸出門上，所以輸入信號在全部作用時間里都能直接控制輸出端SDRDQQSRSDRDQQSR邏輯符號二.或非門組成的基本RS觸發(fā)器簡化真值表1010SDQn10Qn+11100RD0**RD、SD的1狀態(tài)同時消失后觸發(fā)器狀態(tài)不確定4.1.1基本RS觸發(fā)器特征方程:狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖:約束條件基本RS觸發(fā)器的特點１.基本觸發(fā)器具有置0、置1和保持（記憶）的功能。２.優(yōu)點：電路結(jié)構簡單，是構成各種時鐘觸發(fā)器的基本電路，可以用來存儲1位二進制數(shù)。３.缺點：輸出受輸入信號直接控制，輸入信號有變化，輸出也隨之改變（抗干擾性差）；輸入信號之間有約束。4.基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動作特點）：邏輯電平直接觸發(fā)。（由輸入信號直接控制）4.1.1基本RS觸發(fā)器4.1.2同步觸發(fā)器CP在實際工作中，往往要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的時刻動作。&&G1G2QQ&&G3G4SRCPSDRD邏輯電路鐘控RS觸發(fā)器一.鐘控RS觸發(fā)器組成和工作原理&&G1G2QQ&&G3G4SRCPSDRD邏輯電路QSQCPR1SC11R邏輯符號4.1.2同步觸發(fā)器當CP=0時，&&G1G2QQSDRD&&G3G4SRCP當CP=1時，不論輸入信號R和S如何變化，基本RS觸發(fā)器輸入信號全為1，所以觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。4.1.2同步觸發(fā)器&&G1G2QQSDRD&&G3G4SRCPCP=11010S1*01QnQn+11100RCP=1*R、S的1狀態(tài)同時消失后觸發(fā)器狀態(tài)不確定4.1.2同步觸發(fā)器1010SD1Qn01*Qn+11100RD帶異步置位、復位端的鐘控RS觸發(fā)器邏輯符號QSQSDRDCPRSR1SC11R4.1.2同步觸發(fā)器1.功能表鐘控RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表1010S1*01QnQn+11100RCP=1*R、S的1狀態(tài)同時消失后觸發(fā)器狀態(tài)不確定4.1.2同步觸發(fā)器2特征方程（又稱為狀態(tài)方程）由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到Qn+1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。1010S1*01QnQn+11100RRQn約束條件:SR=04.1.2同步觸發(fā)器3狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖R=0,S=1R=1,S=0R=0

S=×R=×

S=00１1010S1*01QnQn+11100R4.1.2同步觸發(fā)器4.工作波形圖CPRSQQt1t2t3t4RSQn+100Qn011100111*例設Q的初始狀態(tài)為04.1.2同步觸發(fā)器鐘控觸發(fā)器在CP為低電平時，不接受輸入激勵信號，狀態(tài)保持不變；當CP為高電平時，觸發(fā)器接受輸入激勵信號，狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種鐘控方式稱為電位觸發(fā)方式。5鐘控RS觸發(fā)器的特點CP=0時，觸發(fā)器狀態(tài)始終保持；不受外界干擾CP=1時，輸入信號在全部作用時間里都能直接改變觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)?？垢蓴_能力與基本RS觸發(fā)器相同。4.1.2同步觸發(fā)器

鐘控RS觸發(fā)器存在的問題:1.當R和S同時為1時存在著狀態(tài)不確定的問題。使用時應當避免R和S同時為1的情況出現(xiàn)。存在著觸發(fā)器空翻現(xiàn)象。若在CP=1期間，輸入信號發(fā)生了多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)可能會發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種與CP無關的的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象稱為觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象。RSQn+100Qn011100111*4.1.2同步觸發(fā)器

電位觸發(fā)方式的觸發(fā)器，在CP＝1且脈沖寬度較寬時，將隨著輸入信號的變化出現(xiàn)連續(xù)不停的多次翻轉(zhuǎn)。如果要求每來一個CP脈沖觸發(fā)器僅翻轉(zhuǎn)一次，則對鐘控信號約定電平的寬度有極其苛刻的要求。

為了避免觸發(fā)器空翻，必須采用其它的電路結(jié)構。主觸發(fā)器從觸發(fā)器QQRR’SS’1CPCPQ主Q主4.1.2同步觸發(fā)器

當CP＝1時，主觸發(fā)器打開并接收輸入信號，而從觸發(fā)器被封鎖，因此觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。這一階段稱為準備階段。在CP由１負跳變至０時刻（CP的下降沿），主觸發(fā)器被封鎖，狀態(tài)保持不變；從觸發(fā)器打開，根據(jù)這一時刻主觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生相應變化。當CP＝０后，主觸發(fā)器仍被封鎖，不再接收輸入信號，因此也不會引起觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生兩次以上的翻轉(zhuǎn)。即不會發(fā)生空翻現(xiàn)象。主觸發(fā)器從觸發(fā)器QQRR’SS’1CPCPQ主Q主4.1.2同步觸發(fā)器4.1.2同步觸發(fā)器二.其他同步觸發(fā)器1.同步T觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)保持功能10TQnQn+1T觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表狀態(tài)方程TCPQQ邏輯符號1TC101T=1T=1T=0T=0狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.1.2同步觸發(fā)器2.同步T’觸發(fā)器狀態(tài)方程1CPQQ1TC14.1.2同步觸發(fā)器3.同步JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖特性方程01J=1，K=×J=×，K=1J=×

K=0J=0

K=×1J1KC1QQ邏輯符號JKCP翻轉(zhuǎn)置1置0保持功能1101000K10J1QnQn+14.1.2同步觸發(fā)器4.同步D觸發(fā)器功能表DQn+10011狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖01D=1D=0D=1D=0特性方程邏輯符號DCPQQ1DC14.2主從結(jié)構觸發(fā)器4.2.1主從RS觸發(fā)器4.2.2主從JK觸發(fā)器4.2.1主從RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表翻轉(zhuǎn)置1置0保持功能1101000K10J1QnQn+1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖特性方程01J=1，K=×J=×，K=1J=×

K=0J=0

K=×4.2.2主從JK觸發(fā)器1J1KC1QQ邏輯符號JKCP&&G5G6Q’Q’&&G7G8JKCP&&G1G2QQ&&G3G41G9SRR’=KQS’=JQ主觸發(fā)器從觸發(fā)器一.主從型JK觸發(fā)器的工作原理4.2.2主從JK觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器&&G5G6Q’Q’&&G7G8JKCP&&G1G2QQ&&G3G41G9SR在CP=1期間，主觸發(fā)器接收輸入信號，從觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；如果J,K發(fā)生多次變化,主觸發(fā)器只能發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)或不變化反饋線反饋線在CP=0期間，主觸發(fā)器被封鎖(狀態(tài)保持不變)，從觸發(fā)器接收來自主觸發(fā)器的數(shù)據(jù),由于主觸發(fā)器的輸出不會改變,從觸發(fā)器只能發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)或不變化4.2.2主從JK觸發(fā)器在CP的一個周期內(nèi),主從觸發(fā)器的輸出最多只能發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)主觸發(fā)器從觸發(fā)器&&G5G6Q’Q’&&G7G8JKCP&&G1G2QQ&&G3G41G9SR翻轉(zhuǎn)的時刻只能在CP的下降沿4.2.2主從JK觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器&&G5G6Q’Q’&&G7G8JKCP&&G1G2QQ&&G3G41G9SR翻轉(zhuǎn)置1置0保持功能1101000K10J1QnQn+11J1KC1QQ邏輯符號JKCP4.2.2主從JK觸發(fā)器帶異步置位、復位端和多輸入端的主從J-K觸發(fā)器邏輯符號Q&1K&1JQSDRDCPJ2J1K2K1C1

直接置0端和直接置1端低電平有效。4.2.2主從JK觸發(fā)器QnQn1111010111101011QnQn001101×××0110×××10QQKJCPSDRD主從JK

觸發(fā)器功能表Q&K&JQSDRDCP┐┐C14.2.2主從JK觸發(fā)器主從觸發(fā)器小結(jié)

１．主從觸發(fā)器由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器兩部分級聯(lián)而成，分別受兩個互補的時鐘信號控制。

２．主觸發(fā)器和從觸發(fā)器在時鐘信號的驅(qū)動下，交替工作；狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在時鐘信號的下降沿。

３．主從觸發(fā)器與邏輯功能相同的鐘控觸發(fā)器具有相同的特征方程，但觸發(fā)方式和時機不同。

４．主從J-K觸發(fā)器的主觸發(fā)器具有一次翻轉(zhuǎn)特性，因此該觸發(fā)器的抗干擾能力較弱。4.2.2主從JK觸發(fā)器時序圖（以CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器為例）4.2.2主從JK觸發(fā)器4.3.1D觸發(fā)器1.功能表DQn+100112.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖01D=1D=0D=1D=03.特性方程4.3邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿或下降沿進行觸發(fā)。正邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿觸發(fā)。負邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖下降沿觸發(fā)。觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)方式?？商岣哂|發(fā)器工作的可靠性，增強抗干擾能力。4.3.1D觸發(fā)器功能表101Qn0××QDCP01Qn邏輯符號DCPQQ1DC1動作特點：觸發(fā)器的狀態(tài)變化取決于CP輸入信號的有效邊沿輸出狀態(tài)Qn+1

僅取決于Qn和CP的有效邊沿時刻的輸入信號.4.3.1D觸發(fā)器DCPQQ1DC14.3.1D觸發(fā)器由上可見：由于維持－阻塞電路的作用，使得觸發(fā)器僅在CP的上升沿按輸入信號狀態(tài)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，其余時間保持不變。功能表邏輯符號DCPQQ1DC1101Qn0××Qn+1DCP01Qn特征方程4.3.1D觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器輸入信號的電壓波形如圖所示，試畫出輸出端對應的電壓波形，設觸發(fā)器的初態(tài)為0。tCPtDttQQ4.3.1D觸發(fā)器4.3.2JK觸發(fā)器下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)4.3.2JK觸發(fā)器4.4CMOS觸發(fā)器4.4.1CMOS主從D觸發(fā)器101Qn0××Qn+1DCP01Qn4.4.1CMOS主從JK觸發(fā)器

在進行觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換時，可以按照以下幾個步驟進行：（1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程；（2）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；（3）根據(jù)方程式，如果變量相同、系數(shù)相等則方程一定相等的原則，比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，求出轉(zhuǎn)換邏輯；（4）畫電路圖。4.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換4．JK觸發(fā)器到T觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換2．D觸發(fā)器到T’觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換3．JK觸發(fā)器到D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換1．D觸發(fā)器到JK觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換4.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換1．D觸發(fā)器到JK觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1=

JQn

+KQn

D=

JQn

+KQn

Qn+1=DQQDJKCP&&&14.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換2．D觸發(fā)器到T’觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1=DCPQ1DC1Q4.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換3．JK觸發(fā)器到D觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1=D（Qn+Qn

）Qn+1=

JQn

+KQn

Qn+1=DJ=D；K=DQQ1J1KC1CPD14.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換4．JK觸發(fā)器到T觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1=

JQn

+KQn

QTCP1J1KC1J=T；K=T4.5觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換補充:各種觸發(fā)器符號表示低電平有效或非門組成的基本RS觸發(fā)器與非門組成的基本RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器表示觸發(fā)器靠CP上升沿觸發(fā)

表示主從觸發(fā)方式

下降沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)JK觸發(fā)器有主從結(jié)構的，也有邊沿型的。1J1KC1QQ下降沿觸發(fā)