第四章1.觸發(fā)器

時序電路必然具有記憶功能，因而組成時序電路的基本單元是觸發(fā)器。時序邏輯電路的特點在數(shù)字電路中，凡是任一時刻的穩(wěn)定輸出不僅決定于該時刻的輸入，而且還和電路原來的狀態(tài)有關(guān)者，都叫做時序邏輯電路，簡稱時序電路。組合邏輯電路存儲功能............XYZW1電子技術(shù)數(shù)字電路部分第四章觸發(fā)器2第四章觸發(fā)器§4.1概述§4.2觸發(fā)器的基本形式§4.3觸發(fā)器按邏輯功能的分類§4.4觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換§4.5觸發(fā)器的觸發(fā)方式§4.6觸發(fā)器應(yīng)用舉例3能夠存儲一位二進制數(shù)字信號的基本單元觸發(fā)器輸出有兩種可能的狀態(tài)：0、1；——雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出狀態(tài)不只與現(xiàn)時的輸入有關(guān)，還與原來的輸出狀態(tài)有關(guān)；觸發(fā)器是有記憶功能的邏輯部件。按功能分類：R-S觸發(fā)器、D型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T型觸發(fā)器等?！?.1概述

觸發(fā)器4&a&b反饋兩個輸入端兩個輸出端§4.2基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器－各種功能觸發(fā)器的基本單元56&a&b輸入RD=0,SD=1時若原狀態(tài)：11001010輸出仍保持：工作原理與邏輯功能7&a&b輸入RD=0,SD=1時若原狀態(tài)：01111010輸出變?yōu)椋杭摧斎隦D=0,SD=1時觸發(fā)器始終處于“0”狀態(tài)，也稱復(fù)位狀態(tài)8輸入RD=1,SD=0時若原狀態(tài)：10101011輸出變?yōu)椋?a&b9輸入RD=1,SD=0時若原狀態(tài)：00110101輸出保持：&a&b即輸入RD=1,SD=0時觸發(fā)器始終處于“1”狀態(tài)，也稱置位狀態(tài)10輸入RD=1,SD=1時若原狀態(tài)：10111001輸出保持原狀態(tài)：&a&b11輸入RD=1,SD=1時若原狀態(tài)：01110110輸出保持原狀態(tài)：&a&b即輸入RD=1,SD=1時觸發(fā)器始終處于記憶狀態(tài)12輸入RD=0,SD=0時0011輸出全是1但當(dāng)RD=SD=0同時變?yōu)?時，翻轉(zhuǎn)快的門輸出變?yōu)?，另一個不得翻轉(zhuǎn)。&a&b13基本觸發(fā)器的功能表14總結(jié)1.基本觸發(fā)器是雙穩(wěn)態(tài)器件，只要令RD=SD=1，觸發(fā)器即保持原態(tài)。穩(wěn)態(tài)情況下，兩個輸出互補。一般定義Q為觸發(fā)器的狀態(tài)。2.在控制端加入負(fù)脈沖，可以使觸發(fā)器狀態(tài)變化。SD端加入負(fù)脈沖，使Q=1，SD稱為“置位”或“置1”端；RD端加入負(fù)脈沖，使Q=0，RD

稱為“復(fù)位”或“清0”端。15二觸發(fā)器邏輯功能的描述方法1、狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表2、狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程3、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖16（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(特性表）現(xiàn)（初）態(tài)：電路在某各考察瞬間tn時刻的狀態(tài)Qn次態(tài)：電路將要達到的下一個狀態(tài)Qn+117簡化真值表18192021波形分析：224.3.同步RS觸發(fā)器&c&d&a&bCP時鐘信號直接清0、置1端

為協(xié)調(diào)各觸發(fā)器的動作，加時鐘脈沖信號CP，叫同步（鐘控）觸發(fā)器。按控制信號的不同，觸發(fā)器又分成以下不同種類：R、S為輸入控制端§4.3觸發(fā)器按邏輯功能的分類23&c&d&a&bCPCP=0時011觸發(fā)器保持原態(tài)24CP=1R=0S=0時1&c&d&a&bCP0011觸發(fā)器保持原態(tài)25CP=1R=0S=1時1&c&d&a&bCP0110觸發(fā)器變?yōu)椤?”態(tài)01126CP=1R=1S=0時1&c&d&a&bCP1001觸發(fā)器變?yōu)椤?”態(tài)1027CP=1R=1S=1時1&c&d&a&bCP1101觸發(fā)器變?yōu)椴淮_定態(tài)0128同步RS觸發(fā)器的功能表29簡化的功能表Qn+1---下一狀態(tài)（一個時鐘脈沖過后的狀態(tài)）Qn---原狀態(tài)30RSCQ邏輯符號31例：畫出同步RS觸發(fā)器的輸出波形。CPRSQSetReset使輸出全為1CP撤去后狀態(tài)不定32狀態(tài)方程3334&c&d&a&bCP異步置1端平時置1異步置0端平時置135RDSDRSCQ邏輯符號365.2.2同步D觸發(fā)器D&c&d&a&bCP輸入端37圖4.2.7D型鎖存器電路

（a）基本形式（b）7475采用的電路38CP=0時，a、b門被堵塞，輸出保持原態(tài)：011保持D&c&d&a&bCP39CP=1時，a、b門被打開，輸出由D決定：若D=01011001D&c&d&a&bCP40CP=1時，a、b門被打開，輸出由D決定：若D=11100110D&c&d&a&bCP41RDSDDCQ功能表邏輯符號42CPDQ例：畫出同步D觸發(fā)器的輸出波形。435.2.3時鐘JK觸發(fā)器在JK觸發(fā)器中，J,K可以同時為“1”。得到的次態(tài)和初態(tài)相反。44JK觸發(fā)器的特性方程：45例：畫出同步JK觸發(fā)器的輸出波形。465.2.4T觸發(fā)器R2S2CF從R1S1CF主CPTT=0時CP不起作用，T=1時狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。47功能表邏輯符號狀態(tài)方程48時序圖CPQT491、觸發(fā)方式觸發(fā)方式正邊沿觸發(fā)負(fù)邊沿觸發(fā)CP上升沿時刻翻轉(zhuǎn)CP下降沿時刻翻轉(zhuǎn)5.2.5同步觸發(fā)器存在的問題——空翻電平觸發(fā)正電平觸發(fā)負(fù)電平觸發(fā)CP=1時刻CP=0時刻50由于在CP=1期間，G3、G4門都是開著的，都能接收R、S信號，所以，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。在一個時鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻。這種空翻現(xiàn)象應(yīng)該避免。為了解決空翻問題，需采用其他類型的觸發(fā)器。2、空翻515.3邊沿觸發(fā)器為了免除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)方式。目前用于數(shù)字集成電路產(chǎn)品中的邊沿觸發(fā)器電路有利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、利用門電路傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器等，其特點是：觸發(fā)器只在時鐘跳轉(zhuǎn)時發(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。如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在上升沿就叫“上升沿觸發(fā)”或“正邊沿觸發(fā)”。如果翻轉(zhuǎn)發(fā)生在下降沿就叫“下降沿觸發(fā)”或“負(fù)邊緣觸發(fā)”。下面以邊緣觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器為例講解。52&e&f&c&d&a&bDCP設(shè)原態(tài)Q=0并設(shè)D=11CP=0期間，c、d被鎖，輸出為1。001101、正邊緣觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器：531c=1、d=1反饋到a、b的輸入，a、b輸出為0、1。001111010&e&f&c&d&a&bDCP54CP正沿到達時c、d開啟，使c=1，d=0。11110110Q翻轉(zhuǎn)為101&e&f&c&d&a&bDCP55CP正沿過后，d=0將c封鎖,并使b=1，維持d=0，即維持觸發(fā)器為1,阻止了c=0。11001因此以后CP=1期間D的變化不影響輸出。001&e&f&c&d&a&bDCP56邊沿觸發(fā)的D觸發(fā)器功能表正沿觸發(fā)57邏輯符號CQCQ負(fù)沿觸發(fā)正沿觸發(fā)DD58例4.3.1已知維持—阻塞D觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。解：在波形圖時，應(yīng)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)。根據(jù)D觸發(fā)器的功能表，可畫出輸出端Q的波形圖。592.傳輸延遲時間的邊沿JK觸發(fā)器603、CMOS主從結(jié)構(gòu)的邊沿觸發(fā)器1．電路結(jié)構(gòu):由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成主從D觸發(fā)器。由于引入了傳輸門，該電路雖為主從結(jié)構(gòu)，卻沒有一次變化問題，具有邊沿觸發(fā)器的特性。612．工作原理觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個節(jié)拍：（1）當(dāng)CP變?yōu)?時，TG1開通，TG2關(guān)閉。主觸發(fā)器接收D信號。同時，TG3關(guān)閉，TG4開通，從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng)CP由1變?yōu)?時，TG1關(guān)閉，TG2開通，主觸發(fā)器自保持。同時，TG3開通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)。D62書中提到的利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器其次態(tài)均是僅取決于CP信號的上升沿或下降沿到達時輸入的邏輯狀態(tài)，而在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器輸出的狀態(tài)沒有影響。635.4主從觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理提高可靠性，要求每個CLK周期輸出狀態(tài)只能改變1次1、主從RS觸發(fā)器64工作原理（1）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開，接收輸入信號R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。106501（2）輸出信號過程CP下降沿到來時，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時，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。CP下降沿到來時有效特性方程66邏輯符號電路特點主從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直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。但其仍然存在著約束問題，即在CP＝1期間，輸入信號R和S不能同時為1。67XXXX0000001110011011010001101101*1111*特性表686970列出真值表XXXX00000011100110110100011011011110XXXX0000001110011011010001101101*1111*71特性表時序圖72電路特點邏輯符號①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直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。②輸入信號J、K之間沒有約束。③存在一次變化問題。73二、脈沖觸發(fā)方式的動作特點74例7576功能表邏輯符號JCQK狀態(tài)方程77圖4.2.11具有多輸入端的主從JK觸發(fā)器78時序圖CPKJQJQ保持T794、不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換步驟：（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）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。轉(zhuǎn)換方法：利用已有觸發(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。801、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和T＇觸發(fā)器JK觸發(fā)器→RS觸發(fā)器RS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：81比較，得：電路圖822.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器DCQKJCP比較JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器可得：833.JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T＝0時能保持狀態(tài)不變，T＝1時一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。特性表邏輯符號84T觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖85狀態(tài)圖時序圖864.JK觸發(fā)器→T＇觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡每來一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次的電路，都稱為T＇觸發(fā)器。特性表邏輯符號87T＇觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖變換T＇觸發(fā)器的特性方程：88狀態(tài)圖時序圖892、將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK、T和T＇觸發(fā)器1.D觸發(fā)器→JK觸發(fā)器902.D觸發(fā)器→T觸發(fā)器913.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T′觸發(fā)器CQDCP比較D觸發(fā)器和T’觸發(fā)器可得：925.7觸發(fā)器的動態(tài)特性一、輸入信號寬度二、傳輸延遲時間93一、建立時間二、保持時間三、傳輸延遲時間四、最高時鐘頻率94集成觸發(fā)器一、集成觸發(fā)器舉例1．TTL主從JK觸發(fā)器74LS72特點：（1）