第十一章 觸發(fā)器-lm

第十一章觸發(fā)器4.2JK觸發(fā)器4.3D和T觸發(fā)器4.1RS觸發(fā)器概述

１．觸發(fā)器及其特點觸發(fā)器(FlipFlop，縮寫FF)－－一種能夠記憶二值信息(“1”和“0”)的基本時序邏輯單元電路。觸發(fā)器由門電路構(gòu)成，分為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(多諧振蕩器)等幾種。本章介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，兩個穩(wěn)狀態(tài)分別用“1”和“0”表示。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器指任何具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)且可以通過適當(dāng)?shù)男盘栕⑷敕绞?，使其輸出狀態(tài)從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)的電路。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有以下基本特點：

⑴有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，以便于記憶“1”和“0”。⑵在輸入的觸發(fā)信號作用下，電路能被置于“1”或“0”。

⑶輸入信號消失后，電路能保持獲得的狀態(tài)－－具有“記憶”能力。

２．觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)、次態(tài)和時序的概念現(xiàn)態(tài)－－輸入信號作用的t

時刻，觸發(fā)器所處的狀態(tài)，用Qn表示。次態(tài)－－t

時刻輸入信號作用后，觸發(fā)器獲得的新狀態(tài)，用Qn+1表示。時序－－在輸入信號作用下，觸發(fā)器狀態(tài)更新和演化過程的時間序列。觸發(fā)器的狀態(tài)方程：Qn+1(tn)

=f

[Qn(tn)、xi(tn)]根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，將觸發(fā)器分為：基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊緣觸發(fā)器等。根據(jù)邏輯功能的不同，將觸發(fā)器分為：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。根據(jù)時鐘觸發(fā)方式不同，將觸發(fā)器分為：電平觸發(fā)器和邊緣觸發(fā)器等。不同的電路結(jié)構(gòu)，有不同的動作特點；不同的邏輯功能，有不同的工作原理。了解觸發(fā)器的這些特點，對本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容十分重要。

３．觸發(fā)器的種類⑵特性表－－又稱功能表，用來反映觸發(fā)器輸出狀態(tài)的變化規(guī)律。⑶特性方程－－又稱狀態(tài)方程，反映觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化的函數(shù)式。⑷狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖－－反映觸發(fā)器“0”和“1”兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換及條件的圖形。⑸時序圖－－又稱輸出狀態(tài)演化時序波形圖，類似組合邏輯電路的波形圖。

4.觸發(fā)器邏輯功能的表示方法⑴邏輯電路－－實現(xiàn)觸發(fā)器邏輯功能的電路。

11.2RS觸發(fā)器一、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(jié)構(gòu):由兩個門電路交叉連接而成。低電平有效____觸發(fā)器有兩個互補的輸出端，當(dāng)Q=1，=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當(dāng)=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。Qn+1RS功能Qn功能表

01011100置000011R稱為置0輸入端低電平有效___（2）邏輯功能Qn+1RS功能Qn功能表

01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端，（2）邏輯功能當(dāng)Q=1，=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當(dāng)=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。1

01000111置11101S稱為置1輸入端低電平有效____Qn+1RS功能Qn功能表

01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端，（2）邏輯功能當(dāng)Q=1，=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當(dāng)=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。10置1110111111000___保持10_1101Qn+1RS功能Qn功能表

01置00001觸發(fā)器有兩個互補的輸出端，（2）邏輯功能當(dāng)Q=1，=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。當(dāng)=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。10置11101110011110011保持00不定××01____Qn+1RS功能Qn功能表

01置0000110置11101110011保持00不定××01（3）特性方程（約束條件）__Qn+1RSQn0001111001011100__（3）波形分析

在用與非門組成的基本RS觸發(fā)器中，設(shè)初始狀態(tài)為0，已

知輸入R、S的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。00001111111111111111（約束條件）基本觸發(fā)器的特點總結(jié)：（1）具有直接置1、置0、保持功能。（2）與非門組成的基本RS觸發(fā)器中,觸發(fā)信號低電平有效。（3）是構(gòu)成其他觸發(fā)器的基本單元。（4）輸入信號具有約束。二、同步RS觸發(fā)器

給觸發(fā)器加一個時鐘控制端CP，只有在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(jié)構(gòu)2．邏輯功能當(dāng)CP＝0時，控制門G3、G4關(guān)閉，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)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)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持01011001011013．觸發(fā)器功能的幾種表示方法觸發(fā)器的功能除了可以用功能表表示外，還有幾種表示方法：

（1）特性方程由功能表畫出卡諾圖得特性方程：Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持0101（約束條件）(CP上升沿和CP=1)卡諾圖（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)或保持原狀不變時，對輸入信號的要求。Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持0101R=×S=01S=R=0S=×R=0S=01R=1

0

（3）驅(qū)動表

驅(qū)動表是用表格的方式表示觸發(fā)器從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時，對輸入信號的要求。Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持010100011011Qn→Qn+1×001100×RS

RS觸發(fā)器的驅(qū)動表

S=1S=×R=×S=S=R=0001R=010R=驅(qū)動表是狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖的表格表示方式方式（4）波形圖已知同步RS觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。

4．同步觸發(fā)器存在的問題——空翻由于在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。

有效翻轉(zhuǎn)

空翻11.2.3

主從RS觸發(fā)器１．主從RS觸發(fā)器的電路組成和邏輯符號主從RS觸發(fā)器電路和邏輯符號如圖所示。QQCPRSRDSDQ2Q2

RD從

SDR2CP2S2

Q1Q1

RD主

SDR1CP1S1

&(b)

主從RS觸發(fā)器原理電路QQCPRSRDSDQ2Q2

RD從

SDR2CP2S2

Q1Q1

RD主

SDR1CP1S1

&(a)QQ

RS(a)CP

∧由兩個相同的同步RS觸發(fā)器串聯(lián)組合而成，分別稱為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的時鐘信號總是反相的。２．工作原理下面對圖11.3.2(d)所示的電路進行分析。圖11.3.2主從RS觸發(fā)器的邏輯符號QQ

RS(b)CP

∧QQ

RS(c)CP

∧QQ

RS(d)CP

∧QQCPRSRDSDQ2Q2

RD從

SDR2CP2S2

Q1Q1

RD主

SDR1CP1S1

(a)在CP=0期間，主觸發(fā)器被時鐘信號封鎖，從觸發(fā)器的輸入態(tài)不會改變，則主從RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變。即Qn+1=Qn。在CP=1期間，主觸發(fā)器工作，其輸出狀態(tài)Q1n+1隨著輸入信號R和S的變化而改變。但從觸發(fā)器被時鐘封鎖，它的輸出不變。則主從RS觸發(fā)器狀態(tài)仍保持不變。即Qn+1=Qn

。在CP從0到1(上升沿)時刻，主觸發(fā)器從鎖定到工作，同時從觸發(fā)器從工作到被鎖定，則主從RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。即Qn+1=Qn。QQCPRSRDSDQ2Q2

RD從

SDR2CP2S2

Q1Q1

RD主

SDR1CP1S1

&(a)在CP從1到0(下降沿)時刻，主觸發(fā)器從工作到鎖定，同時，從觸發(fā)器從封鎖到工作。主從RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，由CP=1最后時刻輸入的R、S和相應(yīng)的現(xiàn)態(tài)Qn決定，仍遵循基本RS觸發(fā)器邏輯原理工作。

CP下降沿

CP上升沿

CPRSQ2

從

R2CP2S2

Q1

主

R1CP1S1

&QQQ1Q1

時間tt0

時刻CP

CP=0期間CP=1期間CP=0期間

主Q1不工作主Q1工作主Q1不工作從Q2工作從Q2不工作從Q2工作

主從觸發(fā)器Q

如何工作？

主觸發(fā)器Q1和從觸發(fā)器Q2串聯(lián)接力工作，好象交接不暢通?如何解決?

按信號流程，主觸發(fā)器Q1在先，從觸發(fā)器Q2在后，仔細(xì)研究可以找到交接之處??！交接：主觸發(fā)器Q1交給從觸發(fā)器Q2。且必須是工作時交接！！Q1Q2

Q1Q2

Q1Q2ΔtQ1Q2Q1Q2Δt

Q1Q2

Q1Q2

S

RCP不定狀態(tài)Q圖11.3.3主從RS觸發(fā)器時序波形圖11.3同步JK觸發(fā)器１.電路組成和邏輯符號圖所示是與非門構(gòu)成的同步JK觸發(fā)器的原理電路。同步JK觸發(fā)器

SCPRQQSRSDRD與非門邏輯電路&&&&G3

G4

G1

G2

JK在同步RS觸發(fā)器電路的基礎(chǔ)上，增加了輸出到輸入的大回環(huán)交叉反饋，消除輸入觸發(fā)信號均有效時，電路出現(xiàn)不定態(tài)的問題。

J相當(dāng)S，K相當(dāng)R。同步JK觸發(fā)器邏輯符號如圖11.2.8所示。JCPK

RD

QQSD圖11.2.8JK觸發(fā)器的邏輯符號２．工作原理在CP=0期間，門G1、G2均輸出高電平不變(時鐘封鎖了輸入信號)，使門G3、G4構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的輸入始終為高電平不變，則與非門構(gòu)成的同步JK觸發(fā)器的輸出將保持原態(tài)不變，既Qn+1=Qn。在CP=1期間，觸發(fā)器正常工作，工作原理如下。

SCPRQQSRSDRD與非門邏輯電路&&&&G3

G4

G1

G2

JK圖11.2.9(a)

與非門同步JK觸發(fā)器工作原理

1110J=0

K=0Q=0，Q=1Q=0，Q=1

CP=1&&&&

1101

J=0K=0Q=1，Q=0Q=1，Q=0

CP=1&&&&

JK無效輸入，電路保持現(xiàn)態(tài)不變。

1110

J=0K=1Q=0，Q=1Q=0，Q=1

CP=1&&&&

10011110

J=0K=1Q=1，Q=1Q=1，Q=0Q=0，Q=1

CP=1&&&&

K

有效，置“0”，從“1”到“0”歷經(jīng)不定態(tài)。圖11.2.9(b)

與非門同步JK觸發(fā)器工作原理

01101101

J=1K=0Q=1，Q=1Q=0，Q=1Q=1，Q=0

CP=1&&&&

1101

J=1K=0Q=1，Q=0Q=1，Q=0

CP=1&&&&

J

有效，置“1”，從“0”到“1”歷經(jīng)不定態(tài)。

01101101

J=1K=1Q=1，Q=1Q=0，Q=1Q=1，Q=0

CP=1&&&&

10011110

J=1K=1Q=1，Q=1Q=1，Q=0Q=0，Q=1

CP=1&&&&

J=K=1，電路反態(tài)工作，“0”到“1”，或“1”到“0”。JK觸發(fā)器的時序圖（CP=1有效）

CPJKQ圖11.2.6(a)JK時序波形圖⑴時鐘有效電平期間，在輸入觸發(fā)信號作用下，電路能被置“0”和置“1”，且具有記憶能力；從“1”置“0”和從“0”置“1”時，電路分兩步動作，且以不定狀態(tài)過渡，又稱為空翻現(xiàn)象

CP

Q“0”“0”1234①②③④圖11.2.10⑷當(dāng)J=K=1時，在時鐘信號作用下，電路依次反態(tài)工作，具有計數(shù)能力。如圖11.2.10所示。３．基本特點一、主從JK觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器的缺點：使用時有約束條件RS=01．電路結(jié)構(gòu)將主從RS觸發(fā)器的兩個互補的輸出端信號通過兩根反饋線分別引到輸入端的G7、G8門，這樣，就構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。JK主從觸發(fā)器2．工作原理Qn+1JK功能QnJK觸發(fā)器功能表

0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)0001

1010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000保持0101Qn=Qn110101101010110110CP1K┌Q┌1JQC13．JK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)0001

1010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000保持0101Qn=Qn卡諾圖（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（4）驅(qū)動表00011011Qn→Qn+10×1××1×0JK

JK觸發(fā)器的驅(qū)動表

Qn+1JK功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)0001

1010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000保持0101Qn=Qn

時序波形圖主從JK觸發(fā)器的波形圖畫法如圖所示。Q

KJCP圖11.3.6時序波形圖D觸發(fā)器CPQQ

S

RSDRD&&&G1

G2G3

G4&DQQSDRDDCP邏輯符號QQSDRDDCP

D觸發(fā)器

D觸發(fā)器的邏輯功能只是JK觸發(fā)器的特例，D觸發(fā)器又稱鎖存器，可用來傳輸、存放輸入信號(數(shù)據(jù))。一、電平有效的D觸發(fā)器D觸發(fā)器的特性方程為：Qn+1=D（CP=1有效）0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)功能D觸發(fā)器的功能表

２．工作原理在CP=0期間，同步D觸發(fā)器的輸出將保持原態(tài)不變在CP=1期間，觸發(fā)器能正常工作。同步D觸發(fā)器工作原理

D=0CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

Q=0，Q=1Q=0，Q=11010011110D=0CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

Q=1，Q=0Q=1，Q=110Q=0，Q=1

置“0”，從“1”到“0”歷經(jīng)不定態(tài)1*

101101D=1CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

Q=0，Q=1Q=1，Q=101Q=1，Q=0D=1CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

Q=1，Q=0Q=1，Q=00101

置“1”，從“0”到“1”歷經(jīng)不定態(tài)1*

D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：00011011Qn→Qn+10101D

D觸發(fā)器的驅(qū)動表

0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)功能D觸發(fā)器的功能表

D觸發(fā)器的時序圖：Qn+1=D（CP=1有效）

D時序波形圖CPDQ1K┌Q┌1JQC1CPD┌Q┌DQC1二、邊沿D觸發(fā)器圖4-14邊沿D觸發(fā)器┌Q┌DQC1上升沿D觸發(fā)器下降沿D觸發(fā)器由邊沿JK觸發(fā)器構(gòu)成D觸發(fā)器如圖所示:Ｊ=D，CPDQ上升沿D觸發(fā)器（1）T觸發(fā)器

（2）T’觸發(fā)器T觸發(fā)器的特性方程：

TSDRDCPQQ&&G3

G4

S

R&G1

G2

&T’觸發(fā)器的特性方程：

T=1

SDRDCPQQ&&G3

G4

S

R&G1

G2

&２．工作原理圖11.2.14同步T觸發(fā)器工作原理CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

T=0Q=0，Q=1Q=0，Q=11110CP=1&&G3

G4

&&G1

G2

T=0Q=1，Q=0Q=1，Q=01101

T=0，電路保持現(xiàn)態(tài)不變，Qn+1=Qn

01101