第6章 觸發(fā)器及含觸發(fā)器的PLD

1組合邏輯電路...當(dāng)時(shí)的輸入...當(dāng)時(shí)的輸出構(gòu)成組合邏輯電路的基本單元是門電路。在前面所學(xué)習(xí)的組合邏輯電路中，僅僅決定于2而在“時(shí)序邏輯電路”中，時(shí)序邏輯電路...當(dāng)時(shí)的輸出這就要求時(shí)序邏輯電路必須具有記憶功能!不僅與...當(dāng)時(shí)的輸入有關(guān)..過(guò)去的輸出而且與有關(guān)我們將要學(xué)習(xí)的“觸發(fā)器”就具有記憶功能。第6章

觸發(fā)器及含觸發(fā)器的PLD

4本章重點(diǎn)1、各種電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器所具有的動(dòng)作特點(diǎn)；2、觸發(fā)器邏輯功能的分類和觸發(fā)器邏輯功能的描述方法。5觸發(fā)器具有什么功能?

形象地說(shuō)，它具有“一觸即發(fā)”的功能。在輸入信號(hào)的作用下，它能夠從一種狀態(tài)

(0

或1

)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)(1

或

0

)。觸發(fā)器具有什么基本特點(diǎn)

?1）具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)1和0。2）根據(jù)不同的輸入信號(hào)可以置成1或0狀態(tài)。

觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元，是能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的單元電路。6.1概述

6觸發(fā)器如何分類?

按邏輯功能劃分：R-S觸發(fā)器；D觸發(fā)器；J-K觸發(fā)器;按觸發(fā)方式劃分：電平觸發(fā)方式；主從觸發(fā)方式；邊沿觸發(fā)方式。T觸發(fā)器等等?！?”狀態(tài)：Q=1，Q=0“0”狀態(tài)：Q=0，Q=12.有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)3.在輸入信號(hào)的作用下，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

邏輯符號(hào)RSQQRS

雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本特性1.有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端QQ置0端置1端通常，把在輸入信號(hào)發(fā)生變化前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)，用Ｑn和Ｑn表示；把輸入信號(hào)發(fā)生變化后的觸發(fā)器狀態(tài)稱為次態(tài)，用Ｑn+1和Ｑn+1表示。用X表示輸入信號(hào)的集合，則觸發(fā)器的次態(tài)方程為：Ｑn+1

＝f（Ｑn

，X）

次態(tài)方程又稱為狀態(tài)方程、特征方程。81.基本結(jié)構(gòu)S：置位（置1）端R：復(fù)位（置0）端6.2.1基本RS觸發(fā)器兩互補(bǔ)輸出端兩輸入端反饋線QQ.1.2SR6.2RS觸發(fā)器9兩互補(bǔ)輸出端兩輸入端

正常情況下，兩輸出端的狀態(tài)保持相反。通常以Q端的邏輯電平表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即Q=1，Q=0時(shí)，稱為“1”態(tài)；反之為“0”態(tài)。反饋線

基本RS觸發(fā)器2.邏輯功能QQ.1.2SR1010110復(fù)位0

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來(lái)為何種狀態(tài)，當(dāng)S=1，

R=0時(shí)，

將使觸發(fā)器置“0”或稱為復(fù)位。(1)S=1，R

=0QQ.1.2SR11

010

0

0110Qn

：輸入信號(hào)到來(lái)前觸發(fā)器的狀態(tài)，簡(jiǎn)稱原狀態(tài)；Qn+1

：輸入信號(hào)到來(lái)后觸發(fā)器的狀態(tài)，簡(jiǎn)稱次態(tài)。QnQn+1置01201001置位1

結(jié)論:不論觸發(fā)器原來(lái)為何種狀態(tài)，當(dāng)S=0，

R=1時(shí)，

將使觸發(fā)器置“1”或稱為置位。(2)S=0，R

=1QQ.1.2SR13QnQn+1

010

0

0110Qn

表示觸發(fā)器的原狀態(tài)；Qn+1

表示觸發(fā)器的次態(tài)。1

0

0

11

0

11稱為“置1”!14設(shè)原態(tài)為“1”態(tài)1110001觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變1

當(dāng)S=1，

R=1時(shí)，觸發(fā)器保持原來(lái)的狀態(tài)，

即觸發(fā)器具有保持、記憶功能。QQ.1.2SR(3)S=1，R

=115QnQn+1

010

0

0110Qn

表示觸發(fā)器的原狀態(tài)；Qn+1

表示觸發(fā)器的次狀態(tài)。1

0

0

11

0

11110

011

1

1稱為“保持”!1601110011111110若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài)“1”態(tài)(4)S=0，R

=0

當(dāng)信號(hào)S=R

=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，由于與非門的翻轉(zhuǎn)時(shí)間不可能完全相同，觸發(fā)器狀態(tài)可能是“1”態(tài)，也可能是“0”態(tài)，不能根據(jù)輸入信號(hào)確定。若先翻轉(zhuǎn)QQ.1.2SR17RSQnQn+1

010

0

0110Qn

表示觸發(fā)器的原狀態(tài)；Qn+1

表示觸發(fā)器的次狀態(tài)。10

0

1101

10001*0011*0狀態(tài)同時(shí)消失以后輸出狀態(tài)不定!110

0111

1稱為“保持”!

18基本R－S

觸發(fā)器狀態(tài)表邏輯符號(hào)R(ResetDirect)-直接置“0”端(復(fù)位端)S(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)QQSRSRQ100置0011置111不變保持001*不定功能低電平有效1*表示不正常狀態(tài)，0信號(hào)消失后，觸發(fā)器狀態(tài)不定。注意：19由或非門組成的基本RS觸發(fā)器QQ≥1≥1SRQQSRS

RQQn+10000010110101111010101010100110*0*基本RS觸發(fā)器21例：在左圖的基本RS觸發(fā)器電路中，已知輸入電壓波形，畫(huà)出輸出端對(duì)應(yīng)的電壓波形。01X010X111X保持00X禁止QnQn+1QQQQSRRS觸發(fā)器的狀態(tài)方程：

Qn+1＝S＋RQnRS觸發(fā)器的約束條件：

R＋S＝1（RS=0）6.2

RS觸發(fā)器功能表Qn(保持)111（置1）100（置0）01不穩(wěn)Qn+100R

SRSQn01000111101110Φ00Φ1010基本RS觸發(fā)器QRSQ12Ｑ2tpdtpd2tpdtpdＲＳＱ波形圖轉(zhuǎn)換條件觸發(fā)器狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖Ｓ＝０Ｒ＝１Ｓ＝１01Ｒ＝０Ｓ＝1Ｒ＝１Ｓ＝1Ｒ＝１功能表Qn(保持)111（置1）100（置0）01不穩(wěn)Qn+100R

S基本RS觸發(fā)器QRSQ12246.2.2具備時(shí)鐘控制的RS觸發(fā)器

在實(shí)際應(yīng)用中，為協(xié)調(diào)數(shù)字系統(tǒng)各部分的動(dòng)作，常常要求某些觸發(fā)器于同一時(shí)刻動(dòng)作。此時(shí)觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)不但要受輸入端的控制，更重要的是要求各觸發(fā)器能按一定時(shí)間節(jié)拍動(dòng)作。為此,必須引入同步信號(hào),使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。通常把這個(gè)同步信號(hào)叫做時(shí)鐘脈沖（ClockPulse），簡(jiǎn)稱時(shí)鐘，用CP表示。這種受時(shí)鐘信號(hào)控制的觸發(fā)器統(tǒng)稱為時(shí)鐘觸發(fā)器。最簡(jiǎn)單的時(shí)鐘觸發(fā)器：鐘控RS觸發(fā)器。25不變Qn××0說(shuō)明Qn+1SRCP同步（鐘控）RS觸發(fā)器

同步RS觸發(fā)器特性表××011不變不變01置00011011101010110置1110100111不變不變不變Qn001111001*1*不定×111工作原理:約束條件：SR=01）當(dāng)

CP=0時(shí)：觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變；2）當(dāng)

CP=1時(shí)：觸發(fā)器的邏輯功能與RS觸發(fā)器相似，區(qū)別在于R、S端信號(hào)為高有效。26時(shí)序波形圖：CPSR2tpd3tpd2tpd3tpd同步RS觸發(fā)器符號(hào)圖：Q

Q27例1：畫(huà)出鐘控R－S

觸發(fā)器的輸出波形RSCP不定不定鐘控R－S狀態(tài)表CP高電平時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)由R、S確定QQ0100SR01

010111不定Qn+1Qn28同步R-S觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)1.當(dāng)CP=0時(shí),無(wú)論R、S為何種取值組合，輸出端均“保持原態(tài)”；2.

CP=1的全部時(shí)間里，R、S的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化,即輸入信號(hào)多次發(fā)生變化則觸發(fā)器的狀態(tài)也會(huì)多次翻轉(zhuǎn)(空翻現(xiàn)象)。29存在問(wèn)題：時(shí)鐘脈沖不能過(guò)寬，否則出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，即在一個(gè)時(shí)鐘脈沖期間觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次以上。CP克服辦法：采用（主從或邊沿）觸發(fā)器。00SR01010111不定Qn+1QnQ=SQ=R30例2：畫(huà)出同步RS觸發(fā)器的輸出波形。假設(shè)Q的初始狀態(tài)為0。QCPRSCP回到低電平后狀態(tài)不定“空翻”即輸出端隨輸入信號(hào)的多次變化將發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。QQ1R1SC1CPRS31練習(xí)：畫(huà)出同步RS觸發(fā)器的輸出端波形圖。CPRSQQ假設(shè)Q的初始狀態(tài)為0。

在CP=0期間，觸發(fā)器的狀態(tài)“保持”狀態(tài)不定QQ1R1SC1CPRS32Qn→

Qn+1SR000110110×1001×0

同步RS觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)表觸發(fā)器邏輯功能描述方法同步RS觸發(fā)器特性表SRQnQn+1000001011010111101010101010011不定不定33

RS觸發(fā)器的特性方程：QnRS000111100101X011X0Qn+1RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：（約束條件）QRS010110X00XRS觸發(fā)器的卡諾圖：觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向6.2.3RS觸發(fā)器應(yīng)用示例

b.Ｋ由B扳向A端，并且震顫幾次，相當(dāng)于ＲＳ＝０１（或１１）a.Ｋ由A扳向B端，并且震顫幾次，相當(dāng)于ＲＳ＝１０（或１１）０１０１無(wú)震顫開(kāi)關(guān)電路機(jī)械開(kāi)關(guān)在靜止到新的位置之前其機(jī)械觸頭將要震顫幾次。圖示電路可以解決震顫問(wèn)題。設(shè)初始時(shí)Ｋ接Ｒ端，基本原理如下：１０１１０１０１０１

為了適用于單輸入信號(hào)的場(chǎng)合，把同步RS觸發(fā)器做成D觸發(fā)器形式。35基本RS觸發(fā)器導(dǎo)引門電路6.3.1電平觸發(fā)型D觸發(fā)器

CPD6.3D觸發(fā)器CPQQRDSDD36(2)功能分析011輸出端

保持原狀態(tài)CP=0CPQQRDSDD37110110結(jié)論：Qn+1=D0110101011CP=1（無(wú)約束條件）CPQQRDSDDCPQQRDSDD381000

1010

1101

11110XX保持b.功能表CPDQnQn+1

Qn+1=Dc.特性方程D鎖存器a.邏輯符號(hào)QQ1DC1RDSDDCPRS優(yōu)點(diǎn)

：克服了約束條件的限制；存在問(wèn)題：在CP＝1期間，輸出狀態(tài)隨輸入狀態(tài)的變化而變化。電平觸發(fā)型D觸發(fā)器

40CPDQQ1000

1010

1101

11110XX保持CPDQnQn+1

功能表練習(xí)、電路如左上圖，且已知Qn=0。根據(jù)CP及D的波形畫(huà)出輸出端的波形。4112345671413121110981D2D允許3D4DNCVCC1Q2Q3Q4QNCGND允許74LS77(4位鎖存器)

這一類的D鎖存器，有集成組件的產(chǎn)品，如74LS77(4位鎖存器)、74LS75(4位雙穩(wěn)態(tài)鎖存器)，等等。即CP1,2即CP3,442D觸發(fā)器D觸發(fā)器的特性方程：Qn+1=DD觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：QD011001D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：QD0CPDQn+1說(shuō)明011×01Qn01不變置0置1D觸發(fā)器特性表43邊沿觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動(dòng)作特點(diǎn)為了免除CP=1期間輸入控制電平不許改變的限制，可采用邊沿觸發(fā)器。其特點(diǎn)是：觸發(fā)器只在時(shí)鐘跳轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而在CP=1或CP=0期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。

目前已用于數(shù)字集成電路產(chǎn)品中的邊沿觸發(fā)器電路主要有：維持阻塞觸發(fā)器，CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器，利用門電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器等。44a.功能表DCPQQ6.3.2邊沿觸發(fā)型D觸發(fā)器

DCPQQ上升沿翻轉(zhuǎn)下降沿翻轉(zhuǎn)上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)b.特性方程Qn+1=Dc.邏輯符號(hào)45例：D

觸發(fā)器工作波形圖CPDQ上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)46集成的邊沿

D觸發(fā)器簡(jiǎn)介:雙D型正邊沿觸發(fā)器7474(帶預(yù)置和清除端)六D型觸發(fā)器74174單路輸出共直接清除四D型觸發(fā)器74175互補(bǔ)輸出共直接清除邊沿觸發(fā)型D觸發(fā)器

Q【例6-2】圖6-11中為上升沿觸發(fā)型D觸發(fā)器的輸入信號(hào)和時(shí)鐘脈沖波形，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，確定輸出信號(hào)Q的波形。解：

把握邊沿觸發(fā)型D觸發(fā)器工作特性的關(guān)鍵是，確認(rèn)每個(gè)時(shí)鐘脈沖CP上升沿之后的輸出狀態(tài)等于該上升沿前一瞬間D信號(hào)的狀態(tài)，此狀態(tài)將保持到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖CP上升沿到來(lái)時(shí)。由此可畫(huà)出輸出Q的波形如圖6-11所示。圖6-11例6-2波形圖Q

【例6-3】圖6-12為邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的電路圖，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài) Q1Q0=00，試確定Q0及Q1在時(shí)鐘脈沖作用下的波形（參考圖6-13）。最后用QuartusII的時(shí)序仿真器驗(yàn)證。圖6-12例6-3電路圖6-13例6-3波形圖解：由于兩個(gè)D觸發(fā)器的輸入信號(hào)分別為另一個(gè)D觸發(fā)器的輸出，因此在確定它們的輸出端波形時(shí)，應(yīng)分段交替畫(huà)出Q0及Q1的波形（圖6-13）。第1個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí)，初始狀態(tài)Q0Q1=00，D0=1，D1=0，因此Q0=1，Q1=0；第2個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí)，現(xiàn)態(tài)Q0Q1=10，D0=1，D1=1，因此Q0=1，Q1=1；第3個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí)，現(xiàn)態(tài)Q0Q1=11，D0=0，D1=1，因此Q0=0，Q1=1；第4個(gè)CP脈沖到來(lái)時(shí)，現(xiàn)態(tài)Q0Q1=01，D0=0，D1=0，因此Q0=0，Q1=0。D0=Q1n

，D1

＝Q0n

，50練習(xí)：邏輯電路和輸入信號(hào)如圖所示，畫(huà)出觸發(fā)器Q端的波形。觸發(fā)器的初態(tài)均為0。DCPC11DRQQCPDQ51例、

D觸發(fā)器應(yīng)用舉例--四路優(yōu)先判決電路發(fā)光二極管Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS17574175：四D型觸發(fā)器,互補(bǔ)輸出,共直接清除52Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS175000011111四個(gè)發(fā)光二極管均不亮!等待有人啟動(dòng)按鈕賽前先清零53Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS17510012號(hào)選手搶答成功

時(shí)鐘的頻率越高，區(qū)分選手按鍵先后的分辨率就越高。這時(shí)其它按鈕被按下也沒(méi)反應(yīng)。6.4主從觸發(fā)器

6.4.1主從RS觸發(fā)器

主從RS觸發(fā)器就是用兩個(gè)同步RS觸發(fā)器連接而成的。

為了克服同步觸發(fā)器存在的空翻（CP=1）問(wèn)題，可以采用主從結(jié)構(gòu)。

其中時(shí)鐘信號(hào)CP，通過(guò)一個(gè)反相器使其互補(bǔ)控制主、從觸發(fā)器。工作原理：

CP=1時(shí)，主觸發(fā)器工作，從觸發(fā)器由于CP=0被封死，觸發(fā)器狀態(tài)不變;

CP=0時(shí)，主觸發(fā)器被封死，觸發(fā)器狀態(tài)保持。

CP由1變0時(shí)，從觸發(fā)器被打開(kāi)，主觸發(fā)器狀態(tài)傳給從觸發(fā)器，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。工作特點(diǎn)：F主、F從輪流工作。CPSRQnQn+1×××0000101001011111×01010101Qn0111001*1*綜合上述分析，主從觸發(fā)器一個(gè)CP只能翻轉(zhuǎn)一次。主從RS觸發(fā)器的特性表*CP回到低電平后輸出狀態(tài)不定！下降沿翻轉(zhuǎn)a.主從RS觸發(fā)器的邏輯符號(hào):Q1RQ1SC1CPQQQQ1R1SC1CP1122RSR、S不相等時(shí)QQ1R1SC1RSCP

主從RS觸發(fā)器只在時(shí)鐘跳變沿翻轉(zhuǎn)，即一個(gè)時(shí)鐘脈沖只翻轉(zhuǎn)一次，所以克服了空翻問(wèn)題。

與同步RS觸發(fā)器一樣仍存在約束條件問(wèn)題。

為了克服約束條件問(wèn)題，又引出了主從JK觸發(fā)器。關(guān)于主從JK觸發(fā)器，稍后再介紹。b.動(dòng)作特點(diǎn)：

但由于其主觸發(fā)器和從觸發(fā)器仍是同步RS觸發(fā)器，在CP=1期間，Q’和Q’的狀態(tài)仍隨R、S的變化而改變。故它還不屬真正的邊沿觸發(fā)器。QCPSRQ例.

在主從RS觸發(fā)器的電路中,若CP、S和R的電壓波形如圖所示，試畫(huà)出Q和Q端的電壓波形。設(shè)Q的初始狀態(tài)為0。RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)演變過(guò)程由兩個(gè)與非門構(gòu)成基本R－S觸發(fā)器由四個(gè)與非門構(gòu)成同步R－S觸發(fā)器由九個(gè)與非門構(gòu)成主從R－S觸發(fā)器公共結(jié)構(gòu)讓其接受時(shí)鐘控制克服空翻6.4.2主從JK觸發(fā)器

為了克服主從RS觸發(fā)器的約束條件問(wèn)題，只需將其輸出端Q和Q分別與其輸入端R和S連接，并另引入兩個(gè)輸入端，分別叫J和K用以與RS觸發(fā)器區(qū)別。這樣就構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。R1

＝KQn.S1

＝JQn.R1=S1=0，Q保持；QQF主F從主從JK觸發(fā)器的工作原理:(1)J＝K=0(2)J=K=1R1

＝KQn.S1

＝JQn.QQRSCCPQQQQRSCCP1122JKR1=Qn

，S1

＝Qn

，Q翻轉(zhuǎn)：Qn+1＝Qn

，(3)J=0，K=11010F主F從R1=QnKS1=QnJ假設(shè)Qn=1=1=01010001結(jié)論：Qn+1=J＝0!Qn+1=J＝0，在CP從1變?yōu)?后出現(xiàn)。

稱為“下降沿翻轉(zhuǎn)”1QQRSCCPQQQQRSCCP1122JK(3)J=0，K=1，1010F主F從R1=QnKS1=QnJ并假設(shè)Qn=0=0=0000101結(jié)論：Qn+1=J＝0!QQRSCCPQQQQRSCCP1122JK010

同理可以證明：無(wú)論Qn是什么狀態(tài)，只要J＝1且K＝0，則Qn+1=J=1！證明過(guò)程略去。階段性小結(jié)：0110JKQn

Qn+1

結(jié)論：無(wú)論Qn是什么值，J=0，K=1時(shí)，Qn+1服從于J

！066結(jié)論：CP=1時(shí)，F(xiàn)主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)不變。CP下降沿()觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。CP=0時(shí)，主觸發(fā)器被封死，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。工作特點(diǎn)：F主、F從輪流工作。QQRSCCPQQQQRSCCP1122JKa.功能表：00Qn11Qn01

0

10

1

JKQn+1

b.特性方程：c.邏輯符號(hào):主從JK觸發(fā)器J、K不同，服從J保持計(jì)數(shù)QQ1K1JC1SDRDKJCPQQ1K1JC1SDRDKJCP上升沿翻轉(zhuǎn)集成的主從

JK

觸發(fā)器簡(jiǎn)介:與門輸入JK主從觸發(fā)器7472(帶預(yù)置和清除端)J=J1J2J3,K=K1K2K3雙JK觸發(fā)器7476(帶預(yù)置和清除端)雙JK觸發(fā)器7478(帶預(yù)置端、共清除端、共時(shí)鐘端)雙JK主從觸發(fā)器74107(帶清除端)雙JK主從觸發(fā)器74111(帶數(shù)據(jù)鎖定)例1：畫(huà)出主從JK觸發(fā)器輸出端波形圖。JKQn+1

00Qn11Qn01

010

1CPJKQQQKJCSDRD注意：這里J、K在CP=1期間沒(méi)有變化。例2：討論Q1、Q2

的輸出波形CP假設(shè)初始狀態(tài)Qn=0Q1Q2看懂邏輯符號(hào)；熟練使用功能表。JKCPQ1JKCPQ271練習(xí)：畫(huà)出下圖所示各電路中輸出端的波形圖（初始狀態(tài)為0）：CP123456ACP123456ABQ1JQ2輸出沒(méi)有回送到輸入端，不妨也稱其為“開(kāi)環(huán)”。Q1JKACPJKQ2CPAB=1例4：畫(huà)出下圖所示電路中各輸出端的波形圖：CP123456AJ1K1Q1ACPJ2K2Q2=1初始狀態(tài)為00J1Q2Q1J2輸出已經(jīng)回送到輸入端，那么就稱其為“閉環(huán)”。三、主從觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)CP下降沿到來(lái)時(shí)，F(xiàn)主的輸出傳遞到F從，翻轉(zhuǎn)完成。CPCP=1期間，主觸發(fā)器接收輸入端的信號(hào)主從觸發(fā)器有兩種結(jié)構(gòu)：（1）Q和Q沒(méi)有反饋到輸入端，如主從RS觸發(fā)器，及其由它派生出的各種觸發(fā)器，其主觸發(fā)器仍存在空翻問(wèn)題。（2)Q和Q反饋到輸入端，如主從JK觸發(fā)器，及其由它派生出的D、T觸發(fā)器等，存在一次變化問(wèn)題?，F(xiàn)象如下:CPD如：由主從JK觸發(fā)器派生的D觸發(fā)器：設(shè)Qn=0存在“一次變化”問(wèn)題。Q實(shí)際為什么當(dāng)cp下降沿到來(lái)時(shí)，Q（從觸發(fā)器的狀態(tài)）不按此刻輸入信號(hào)的狀態(tài)變化呢？一次變化問(wèn)題QQQQRSC22cdabCPCPDQ,Q,F從F主解釋如下:CPDQ,110101001011設(shè)Qn=0保持跟隨D端初始狀態(tài)00Q實(shí)際110保持保持注意圖中反饋線已將b門封死。QQQQRSC22cdabCPCPDQ,Q,F從F主歸納

產(chǎn)生上述輸出結(jié)果的根本原因是：

主觸發(fā)器是一個(gè)同步RS觸發(fā)器，且有一對(duì)互補(bǔ)的交叉反饋信號(hào)加在輸入端，在cp=1期間當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，其狀態(tài)能且只能改變一次；

于是導(dǎo)致主觸發(fā)器在CP=1期間，可能記憶一個(gè)錯(cuò)誤的狀態(tài)，等到CP下降沿到來(lái)時(shí)，Q狀態(tài)跟隨Q’的錯(cuò)誤狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。QQQQRSC22cdabCPCPDQ,Q,F從F主

只有在CP=1的全部時(shí)間里輸入始終保持不變的條件下，用CP下降沿到來(lái)時(shí)的輸入狀態(tài)決定觸發(fā)器的次態(tài)才肯定是對(duì)的。否則，必須考慮CP=1期間輸入端狀態(tài)的全部變化過(guò)程，才能確定CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)器的次態(tài)。結(jié)論

因此，在CP＝1期間，一般不允許J、K發(fā)生變化，于是設(shè)法通過(guò)改變電路結(jié)構(gòu)而取消這一限制。在使用主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器時(shí)必須注意：

主從J－K觸發(fā)器小結(jié)1.熟練掌握J(rèn)K觸發(fā)器邏輯符號(hào)的全部含義。2.熟練掌握并正確運(yùn)用JK觸發(fā)器的功能表、特性方程。QQKJCSDRDQQKJCSDRD3.主從JK觸發(fā)器沒(méi)有空翻、約束條件問(wèn)題，但存在“一次變化”問(wèn)題。例.

在主從JK觸發(fā)器電路中,已知CP、J、K的電壓波形如圖所示，試畫(huà)出與之對(duì)應(yīng)的輸出電壓波形。設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為0。第一個(gè)CP高電平期間輸入始終為J=1，K=0。第二個(gè)CP高電平期間K端狀態(tài)發(fā)生過(guò)變化,因而不能簡(jiǎn)單地以CP下降沿到達(dá)時(shí)J、K的狀態(tài)來(lái)決定觸發(fā)器的次態(tài)。JKQCP1234CP下降沿到來(lái)之前，J=0，K=1，主觸發(fā)器被置0，所以雖然CP下降沿來(lái)時(shí)，J=K=0，從觸發(fā)器仍按主觸發(fā)器的狀態(tài)被置0。第三個(gè)CP下降沿來(lái)時(shí)，J=0，K=1，按功能表應(yīng)有Qn+1=0；所以CP下降沿到達(dá)后，從觸發(fā)器按主觸發(fā)器的狀態(tài)被置1。0101111100保持但CP高電平期間出現(xiàn)J=K=1，且觸發(fā)器狀態(tài)為0，故CP下降沿到來(lái)之前主觸發(fā)器被置1。Qn=0時(shí)，主觸發(fā)器只能接受置1信號(hào)，Qn=1時(shí)，主觸發(fā)器只能接受置0信號(hào)。其結(jié)果是在CP=1期間，主觸發(fā)器只有可能翻轉(zhuǎn)一次，一旦翻轉(zhuǎn)了就不會(huì)翻回原來(lái)的狀態(tài)。即一次變化現(xiàn)象。QQRSCCPQQQQRSCCP1122JKF主F從邏輯符號(hào)：CPJKQnQn+1×××

0000101001011111×01010101Qn011100101J1KC1QJCPK＞Qn10Qn特性表6.4.3邊沿觸發(fā)型JK觸發(fā)器

JK觸發(fā)器的特性方程：Qn+1=JQn+KQnQnJK000111100100011011Qn+1JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:QJK0110、1101、110XX0邊沿觸發(fā)型JK觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)型JK觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)型JK觸發(fā)器

856.5

觸發(fā)器的邏輯功能分類及相互間的轉(zhuǎn)換一、分類1.RS觸發(fā)器：在CP脈沖操作下，根據(jù)R、S情況的不同，凡是具有置0、置1和保持功能的電路，都叫RS觸發(fā)器。2.D觸發(fā)器：在CP操作下，根據(jù)D的不同，凡是具有置1、置0功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。3.JK觸發(fā)器：在CP操作下，根據(jù)J、K的不同，凡是具有置1、置0、翻轉(zhuǎn)、保持功能的電路，都稱為JK觸發(fā)器。86觸發(fā)器的邏輯功能分類4.T觸發(fā)器：在CP操作下，根據(jù)T的不同，凡是具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，都稱為T觸發(fā)器。T觸發(fā)器特性表：TQnQn+100110101011001T=0T=0Qn+1=QnQn+1=QnT觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖:T=1T=1邏輯符號(hào):T觸發(fā)器的特性方程：C1QT1NCP87觸發(fā)器的邏輯功能分類5.T′觸發(fā)器：在CP操作下，只具有翻轉(zhuǎn)功能的電路稱為T′觸發(fā)器。T′觸發(fā)器特性表：T′觸發(fā)器的特性方程：6.5.1D觸發(fā)器向其它觸發(fā)器轉(zhuǎn)換

1．D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK觸發(fā)器仍為上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)特性方程對(duì)比法：由此可知：

◆

實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵

是設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，然后求出該轉(zhuǎn)換電路輸出端的邏輯表達(dá)式，即需要轉(zhuǎn)換的觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。◆

轉(zhuǎn)換電路的輸入信號(hào)是轉(zhuǎn)換后觸發(fā)器的輸入信號(hào)和Q、Q

信號(hào)，而輸出信號(hào)則為需要轉(zhuǎn)換的觸發(fā)器

的輸入。

◆

轉(zhuǎn)換前后觸發(fā)方式不變。3.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T、T＇觸發(fā)器6.5.2JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器

特性方程對(duì)比法：JK轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器：JK：Qn+1=JQn+KQnD：Qn+1=D=D（Qn+Qn)=DQn+DQn，對(duì)比得到：K=D，J=D仍為下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)91

將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T

觸發(fā)器T

CQJKSDRDQT觸發(fā)器狀態(tài)表T

Qn+1

01QnQn(保持功能)(計(jì)數(shù)功能)J

K

Qn+1

00Qn

010

101

11Qn

JK觸發(fā)器狀態(tài)表當(dāng)J=K時(shí)，兩觸發(fā)器狀態(tài)相同仍為下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)92練習(xí)：JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T′觸發(fā)器CQKJ1CPJ=K=12023/2/493湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院矩形脈沖波常作為時(shí)鐘信號(hào)。波形的好壞直接關(guān)系到電路能否正常工作。為了定量描述矩形脈沖波，通常采用如圖所示參數(shù)。

trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)6.6基于觸發(fā)器的濾波電路設(shè)計(jì)1.脈沖參數(shù)和信號(hào)頻率概念2023/2/494脈沖周期T——周期性重復(fù)的脈沖序列中，相鄰兩個(gè)脈沖間的時(shí)間間隔。脈沖頻率f——頻率f表示單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)，脈沖幅度Vm——脈沖波形的電壓最大變化幅度。頻率與周期的關(guān)系是倒數(shù)關(guān)系：F=1/T2023/2/495湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院

脈沖寬度Tw——從脈沖波形上升沿上升到0.5Vm起到下降沿下降到0.5Vm止的時(shí)間。上升時(shí)間tr——脈沖波形的上升沿從0.1Vm上升到0.9Vm所需時(shí)間。下降時(shí)間tf——脈沖波形的下降沿從0.9Vm下降到0.1Vm所需時(shí)間。占空比q——脈沖寬度Tw與脈沖周期T之比即

trtf0.1Vm0.5Vm0.9VmTWVmT脈沖波形參數(shù)2.去抖動(dòng)電路設(shè)計(jì)3.時(shí)序仿真

時(shí)序仿真6.7延時(shí)電路的設(shè)計(jì)與測(cè)試

1.設(shè)計(jì)一個(gè)庫(kù)元件2.設(shè)計(jì)頂層電路

3.時(shí)序仿真

時(shí)序仿真6.8含觸發(fā)器的PLD結(jié)構(gòu)6.8.1通用可編程邏輯器件GAL不可編程或陣列可編程與陣列I2I0I1O2O0O1可編程輸出邏輯宏單元（OLMC）

2.GAL16V8的電路結(jié)構(gòu)及工作原理普通型GAL器件GAL16V8含有：

8個(gè)輸入緩沖器

8個(gè)輸出緩沖器

8個(gè)反饋／輸入緩沖器

8個(gè)輸出邏輯宏單元與門陣列(與門陣列由8×8個(gè)與門組成，共形成64個(gè)乘積項(xiàng)，每個(gè)與門有32個(gè)輸入端)

GAL16V8的邏輯電路圖如下頁(yè)所示：OLMCOLMCOLMCOLMC…………123456789191817161514131211GAL16V8邏輯圖OLMC邏輯結(jié)構(gòu)圖CKOE來(lái)自與陣列PTMUX011110010010-11-0-10-001MUXFMMUUXXOSTQQDG1CKOEG2AC0AC0AC1(n)AC1(m)I/O(n)AC1(n)Vcc來(lái)自鄰級(jí)輸出（m）反饋XOR(n)幻燈片11幻燈片8SYN：同步控制字1位，八個(gè)輸出邏輯宏單元共用；AC0：結(jié)構(gòu)控制字1位，八個(gè)輸出邏輯宏單元共用；AC1(n)：結(jié)構(gòu)控制字8位，每個(gè)輸出邏輯宏單元一個(gè)；XOR(n)：極性控制字8位，每個(gè)輸出邏輯宏單元一個(gè)；PT：乘積項(xiàng)禁止控制字64位，每個(gè)與門一個(gè)。GAL16V8的結(jié)構(gòu)控制字

PT(乘積項(xiàng))禁止位32位XOR(n)4位AC01位結(jié)構(gòu)控制AC1(n)8位SYN1位XOR(n)4位PT(乘積項(xiàng))禁止位32位PT63PT31PT32PT082位121314151617181912······19結(jié)構(gòu)控制字及其功能：（1）同步位SYN

確定GAL器件的輸出模式：當(dāng)SYN=0

時(shí)，器件具有寄存器型輸出能力；當(dāng)SYN=1

時(shí)，器件具有純組合型輸出能力。（2）結(jié)構(gòu)控制位AC0

這一位對(duì)于8個(gè)OLMC是公共的，它與OLMC各自的AC1(n)配合，控制各個(gè)多路開(kāi)關(guān)。（3）結(jié)構(gòu)控制位AC1(n)

共有8位，每個(gè)OLMC(n)有單獨(dú)的AC1(n)。對(duì)GAL16V8來(lái)說(shuō)，n為12~19。（4）極性控制位XOR(n)

用于控制輸出信號(hào)的極性。當(dāng)XOR(n)=0時(shí)，輸出信號(hào)低有效；當(dāng)XOR(n)=1時(shí)，輸出信號(hào)高有效。（5）乘積項(xiàng)禁止位PT

共64位，分別控制與門陣列中的64個(gè)乘積項(xiàng)，以便屏蔽某些不用的乘積項(xiàng)。高有效

01011腳為CK，11為OE低有效寄存器型輸出

0100高有效

01111腳為CK，11為OE，至少另有一個(gè)OLMC是寄存器型輸出低有效寄存器型組合輸出

0110高有效

11111腳和11為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門的選通信號(hào)是第一乘積項(xiàng)低有效選通組合輸出

1110高有效

10011腳和11為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門總是選通低有效專用組合輸出

10001腳和11為數(shù)據(jù)輸入，三態(tài)門禁止∕專用輸入模式

101∕備注輸出極性配置功能SYNAC0AC1(n)XOR(n)OLMC的配置控制幻燈片11幻燈片15幻燈片5

通用陣列邏輯（GAL）GAL的3種工作模式GAL器件寄存器模式復(fù)合模式簡(jiǎn)單模式返回

OLMC中除了包含或門陣列和D觸發(fā)器之外，還有了4個(gè)多路選擇器（MUX），其中4選1TSMUX用來(lái)選擇輸出方式和輸出極性，2選1OMUX用來(lái)選擇輸出信號(hào)，4選1FMUX用來(lái)選擇反饋信號(hào)。

寄存器型輸出010功能AC1(n)AC0SYN低有效高有效01輸出極性XOR(n)此時(shí)，引腳1為CK，引腳11為OE來(lái)自與陣列CKCKOEOEI/O(n)XOR(n)來(lái)自鄰級(jí)輸出(m)NC反饋OLMC(n)DQQNC寄存器輸出結(jié)構(gòu)

1．寄存器模式寄存器型組合輸出110功能AC1(n)AC0SYN低有效高有效01輸出極性XOR(n)此時(shí)，CK和OE無(wú)任何邏輯功能

注意：

AC0、AC1（n）決定這一級(jí)OLMC為組合輸出，此時(shí)GAL器件中至少有一個(gè)OLMC是寄存器輸出。來(lái)自與陣列CKCKOEOEI/O(n)來(lái)自鄰級(jí)輸出(m)NC反饋OLMC(n)XOR(n)寄存器模式組合輸出雙向口結(jié)構(gòu)

選通組合輸出111功能AC1(n)AC0SYN低有效高有效01輸出極性XOR(n)引腳13~18可配制此結(jié)構(gòu)來(lái)自與陣列CKCKOEOEI/O(n)來(lái)自鄰級(jí)輸出(m)NCNCNCNCNC反饋OLMC(n)XOR(n)引腳1和11為數(shù)據(jù)輸入端，選通信號(hào)為第一乘積項(xiàng)幻燈片15幻燈片5組合輸出雙向口結(jié)構(gòu)2．復(fù)合模式復(fù)合模式專用輸入模式101功能AC1(m)AC0SYN引腳1和11為數(shù)據(jù)輸入端，三態(tài)門禁止CKCKOEOEI/O(n)來(lái)自鄰級(jí)輸出(m)NCNCNCNC反饋OLMC(n)NC反饋輸入結(jié)構(gòu)3．簡(jiǎn)單模式簡(jiǎn)單模式

現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的可編程邏輯器件PLD主要是復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA（FieldProgrammableGateArray）可擦除可編程邏輯器件EPLD（ErasableProgrammableLogicDevice）。6.8.2復(fù)雜可編程邏輯器件

PAL只能一次編程，而GAL采用E2CMOS工藝可重復(fù)編程，編程次數(shù)達(dá)百次以上，甚至達(dá)上萬(wàn)次，因而GAL比PAL獲得更加廣泛的應(yīng)用。GAL器件的主要缺點(diǎn)是密度還不夠大，引腳也不夠多，在進(jìn)行大系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用EPLD、CPLD或FPGA效果更好。

目前主要的半導(dǎo)體器件公司(如Xilinx、Altera、Lattice和AMD等公司)在各自的高密度PLD產(chǎn)品中都有著自己的特點(diǎn)，但總體結(jié)構(gòu)大致相同。大多數(shù)EPLD和CPLD器件中至少包含了三種結(jié)構(gòu)：可編程邏輯宏單元，可編程I/O單元和可編程內(nèi)部連線。

Altera公司的MAX7000系列器件其基本結(jié)構(gòu)包括:邏輯陣列塊（LAB）邏輯宏單元擴(kuò)展乘積項(xiàng)（共享和并聯(lián)）可編程連線陣列（PIA）I/O控制塊MAX7000器件基本結(jié)構(gòu)1.邏輯陣列塊（LAB）每個(gè)LAB由16個(gè)宏單元陣列組成，多個(gè)LAB通過(guò)可編程連線陣列（PIA）和全局總線連接在一起，全局總線由所有的專用輸入、I/O引腳和宏單元饋入信號(hào)。每個(gè)LAB包括以下輸入信號(hào)：①來(lái)自PIA的36個(gè)通用邏輯輸入信號(hào)；②用于輔助寄存器功能的全局控制信號(hào)；③從I/O引腳到寄存器的直接輸入信號(hào)。2.邏輯宏單元器件的宏單元可以單獨(dú)配置成時(shí)序邏輯或者組合邏輯工作方式，EPLD的宏單元同I/O引腳做在一起，稱為輸出邏輯宏單元，一般CPLD的宏單元在內(nèi)部，稱為內(nèi)部邏輯宏單元。EPLD與CPLD除了高密度以外，許多優(yōu)點(diǎn)都體現(xiàn)在邏輯宏單元上。每個(gè)宏單元由三個(gè)功能塊組成：邏輯與陣列乘積項(xiàng)選擇矩陣可編程寄存器MAX7000系列的宏單元36個(gè)來(lái)自PIA的信號(hào)16個(gè)擴(kuò)展乘積項(xiàng)······乘積項(xiàng)選擇矩陣······共享擴(kuò)展項(xiàng)清除選擇全局清除全局時(shí)鐘VCC時(shí)鐘/使能選擇CLRNENAPRND/TQ去I/O控制塊去PIA2來(lái)自I/O引腳快速輸入選擇可編程寄存器寄存器旁路邏輯陣列并聯(lián)擴(kuò)展項(xiàng)（來(lái)自其它宏單元）6.8.2復(fù)雜可編程邏輯器件

邏輯與陣列用來(lái)實(shí)現(xiàn)組合邏輯，它為每個(gè)宏單元提供五個(gè)乘積項(xiàng)。

乘積項(xiàng)選擇矩陣把這些乘積項(xiàng)分配到或門和異或門來(lái)作為基本邏輯輸入，以實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能，或者把這些乘積項(xiàng)作為宏單元的輔助輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)寄存器清除、預(yù)置、時(shí)鐘和時(shí)鐘使能等控制功能。

兩種擴(kuò)展乘積項(xiàng)可用來(lái)補(bǔ)充宏單元的邏輯資源：①共享