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文檔簡介

第5單元集成觸發(fā)器

5.1概述

5.2集成觸發(fā)器的基本形式

退出5.3各種功能的觸發(fā)器

在計算機系統(tǒng)和數(shù)字電路系統(tǒng)中,要具有記憶功能的基本邏輯單元。能夠記憶(存儲)1位二值信號的基本單元統(tǒng)稱為觸發(fā)器(FlipFlop,簡寫FF)。5.1概述

觸發(fā)器的模型圖中A、B表示兩個輸入信號。對應不同邏輯功能的觸發(fā)器有不同的名稱,通常稱為觸發(fā)端。Q端狀態(tài)作為觸發(fā)器的輸出狀態(tài)

5.2集成觸發(fā)器的基本形式

基本RS觸發(fā)器又稱直接復位—置位(ResetSet)觸發(fā)器,是構成各種觸發(fā)器的最基本單元。

(1)電路結構:5.2.1基本RS觸發(fā)器1.用與非門組成的基本RS觸發(fā)器(1)電路結構:由兩個門電路交叉連接而成。置0端置1端低電平有效&&GGQQ12RDSDRDSD5.2集成觸發(fā)器的基本形式

5.2.1基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器有兩個互補的輸出端,QGGQSD00&&RD12當Q=1,=0時,稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當=1,Q=0時,稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。011110置000011R稱為置0輸入端低電平有效Qn+1RDSD功能Qn功能表(2)工作原理&&GGQQ12SDQn+1RDSD功能Qn功能表01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端,當Q=1,=0時,稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當=1,Q=0時,稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。101000111置11101S稱為置1輸入端低電平有效RD&&GGQQ12RDSDQn+1RDSD功能Qn功能表01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端,當Q=1,=0時,稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當=1,Q=0時,稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。10置1110111111100001011保持&&GGQQ12RDSDQn+1RDSD功能Qn功能表01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端當Q=1,=0時,稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當=1,Q=0時,稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。10置1110111001111000011保持00不定××01這種輸入狀態(tài)會造成Q=Q=1,既不是0態(tài)也不是1態(tài),而且若R=S=1同時變成R=S=0時無法預測Q的變化,所以這種輸入組合應避免(3).基本RS觸發(fā)器的功能描述

觸發(fā)器的主要描述方式與組合電路的邏輯功能描述相似。觸發(fā)器特有的描述方法是狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、激勵方程、激勵表等。

觸發(fā)器與組合電路的邏輯功能描述比較組合電路觸發(fā)器真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表表達式特征方程波形圖波形圖(1)狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表(又稱“狀態(tài)表”)

觸發(fā)器的次態(tài)不僅與觸發(fā)信號有關,還與觸發(fā)器的原來狀態(tài)有關;將它們與次態(tài)的關系用表格的形式來描述,這種表格稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表(又稱觸發(fā)器的特性表)?;綬S觸發(fā)器狀態(tài)表說明00110100置011000111置111110101保持000001不定態(tài)應避免基本RS觸發(fā)器狀態(tài)簡表

01置010置111保持00不定態(tài)(2)特性方程(又稱狀態(tài)方程)

基本RS觸發(fā)器的特性方程:特性表和特性方程,全面地描述了觸發(fā)器的邏輯功能。其中是基本RS觸發(fā)器的約束條件,表示、不能同時為0。例5.1在基本RS觸發(fā)器電路中,已知和的電壓波形如圖所示,試畫出和端對應的電壓波形。

RDSD基本RS觸發(fā)器的特點總結:(1)有兩個互補的輸出端,有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。(2)有復位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原狀態(tài)三種功能。(3)R為復位輸入端,S為置位輸入端,可以是低電平有效,也可以是高電平有效,取決于觸發(fā)器的結構。(4)由于反饋線的存在,無論是復位還是置位,有效信號只需要作用很短的一段時間,即“一觸即發(fā)”。(4)集成基本RS觸發(fā)器74LS279

輸入端所標的小尖角相當于帶圈的輸入符號,為輸入端低電平有效(5)基本RS觸發(fā)器的應用

利用基本RS觸發(fā)器的記憶作可以消除上述開關振動所產(chǎn)生的影響。用觸發(fā)器輸出的信號作為開關信號就不會導致誤動作。

5.2.2觸發(fā)器的各種觸發(fā)方式的實現(xiàn)

觸發(fā)脈沖CP的組成脈沖不同時刻觸發(fā)的符號高電平低電平上升沿下降沿1.電平觸發(fā)方式

電平觸發(fā)方式:在CP=1或CP=0期間,輸入信號可以控制輸出信號。

(1)同步RS觸發(fā)器只有在時鐘控制CP端上出現(xiàn)時鐘脈沖時,觸發(fā)器的狀態(tài)才能改變。這種觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器。1.同步RS觸發(fā)器的電路結構2.邏輯功能當CP=0時,控制門G3、G4關閉,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當CP=1時,G3、G4打開,其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號決定。同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分別由R、S和CP控制,其中,R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向;CP控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時刻。Qn+1RS功能Qn功能表0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)11011010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持01011001011013.波形圖已知同步RS觸發(fā)器的輸入波形,畫出輸出波形圖。2.邊沿控制觸發(fā)

電平觸發(fā)在CP=1期間,只要輸入信號狀態(tài)變化,可能造成一個時鐘周期內(nèi)翻轉(zhuǎn)兩次或兩次以上,以致邏輯動作混亂。利用只在控制信號的上升沿或下降沿那一時刻翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器就可以解決這個問題。邊沿觸發(fā)又分為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)。

在集成電路內(nèi)部,通過電路的反饋控制就可以實現(xiàn)邊沿觸發(fā)。常用的電路形式有主從型和維持阻塞型。想一想:計算機系統(tǒng)中有哪些時鐘?改變CPU的主頻會有什么效果?

5.3各種功能的觸發(fā)器RS觸發(fā)器具有“置1”、“置0”和“保持”的功能。還有具有其他功能的觸發(fā)器。

市面上觸發(fā)器的類型除了RS觸發(fā)器外,還有JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器,其中JK觸發(fā)器的功能是最全面的,除具有“置1”、“置0”和“保持”功能外,還有“翻轉(zhuǎn)”功能。掌握各種觸發(fā)器的符號及功能是正確使用觸發(fā)器的基礎。5.3.1JK觸發(fā)器

1.JK觸發(fā)器的基本特性

JK觸發(fā)器具有“置1”、“置0”、“保持”和“翻轉(zhuǎn)”的功能。

JK觸發(fā)器在脈沖下降沿到來時刻觸發(fā)。

CP1KQ1JQC1JK觸發(fā)器邏輯功能的幾種表示方法(1)功能表:(2)特性方程:Qn+1JK功能QnJK觸發(fā)器功能表0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)00011010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000保持0101Qn+1=Qn(3)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖00011011Qn→Qn+10×1××1×0JK

JK觸發(fā)器的驅(qū)動表

圖中圈內(nèi)是Q的狀態(tài),箭頭的起點對應的圈表示觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Qn,箭頭指向的圈表示觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1。箭頭旁邊J、K表示獲得箭頭所示翻轉(zhuǎn)所需的JK取值組合。

2.典型的JK觸發(fā)器集成電路7473例5.3:設下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)的時鐘脈沖和J、K信號的波形如圖,畫出輸出端Q的波形。設觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。

3.JK觸發(fā)器的波形分析

4.JK觸發(fā)器連接成計數(shù)器

5.3.2T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構成了T觸發(fā)器。CPQ1J1KQC1TQQC11TT觸發(fā)器特性方程:00011011T

Qn0110Qn+1功能

T觸發(fā)器的功能表

Qn+1=QnQn+1=Qn

當T觸發(fā)器的輸入端為T=1時,稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程:CPQQQC11T15.3.3D觸發(fā)器

D觸發(fā)器的特性方程為:Qn+1=Qn

1.D觸發(fā)器的基本特性

D觸發(fā)器具有“置1”、“置0”

和“保持”的功能。

Qn+10011D0101Qn0011輸出狀態(tài)同D狀態(tài)功能D觸發(fā)器的功能表RDC1S∧QSRQD1DRD——直接置0端,低電平有效;SD——直接置1端;低電平有效。RD和SD不受CP和D信號的影響,具有最高的優(yōu)先級。2.波形分析

例5.4:畫出上升沿翻轉(zhuǎn)的D觸發(fā)器的輸出端Q的波形。解:在波形圖時,應注意以下兩點:(1)觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CP的上升沿。(2)判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CP上升沿前一瞬間輸入端D的狀態(tài)。3.D觸發(fā)器74175

4.D觸發(fā)器的應用

(1)構成計數(shù)器

構成的4進制計數(shù)器。想一想:比較用JK觸發(fā)器構成的4進制計數(shù)器和用D觸發(fā)器構成的計數(shù)器,其連接方法主要差異是什么?

設觸發(fā)器的初態(tài)為Q2Q1=01,其后輸入數(shù)據(jù)發(fā)生變化,在脈沖的上升沿變?yōu)镈2D1=11,使得存儲的數(shù)據(jù)Q2Q1=11。

(2)構成寄存器

(3)搶答電路

實驗本單元學習指導

觸發(fā)器由于具有記憶存儲作用,它可以將各種數(shù)字信息存儲起來,供信息處理時使用,從而在數(shù)字系統(tǒng)中運用極為廣泛。觸發(fā)器的類型,從邏輯功能上區(qū)分,有RS觸發(fā)器,D觸發(fā)器,JK觸發(fā)器,T觸發(fā)器,T’觸發(fā)器。從結構上區(qū)分,有:基本RS觸發(fā)器,鐘控觸發(fā)器,主從觸發(fā)器,邊沿觸發(fā)器。觸發(fā)器的結構往往包含反饋結構,這一結構使得電路的輸出不僅與當前的輸入信號有關,而且與電路原來的輸出狀態(tài)有關。為表征不同時間段的相互影響,在觸發(fā)器的分析過程中,通常會用到Qn來表示于某一狀態(tài),而用Qn+1來表示其下一種狀態(tài)。本單元學習指導

觸發(fā)器運用于數(shù)字電路中時,其工作通常要按一定的時鐘頻率進行,控制觸發(fā)器工作頻率的脈沖稱為時鐘脈沖。有時鐘脈沖作控制信號的觸發(fā)器可以通過時鐘脈沖控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻,常見的翻轉(zhuǎn)時刻有CP=1或CP=0期間、上升沿或下降沿四種,翻轉(zhuǎn)時刻可以從觸發(fā)器邏輯符號中CP輸入線的表示方法中了解。本單元學習指導

對一個觸發(fā)器邏輯功能的分析,通常通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和工作波形幾種形式。常用的幾種觸發(fā)器性能方程。

CP觸發(fā)方式

各種觸發(fā)器的特性方程、觸發(fā)方式名稱特性方程基本RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器同步D觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器T’觸發(fā)器實驗五

基本RS觸發(fā)器的構成,搶答器和二—四分頻電路

一、實驗目的

1.熟悉并掌握RS觸發(fā)器的構成,工作原理和功能測試方法。

2.學會正確使用觸發(fā)器集成芯片。

二、實驗儀器及材料

1.雙蹤示波器。

2.器件:

74LS00二輸入端四與非門

1片

74LS1754D觸發(fā)器

1片

74LS74雙J—K觸發(fā)器

1片

三、實驗內(nèi)容

1.基本RSFF功能測試

基本RS連接圖

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