第四章觸發(fā)器簡

第四章觸發(fā)器簡第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五作業(yè)4-24-34-64-11√4-194-2011第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五

鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成各種時序電路的存儲單元電路，共同點是都具有0和1兩種穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)穩(wěn)定，就能自行保持，并長期存儲1位二進制碼，直到有外部信號作用才有可能改變。

鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路，可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。

觸發(fā)器是一種對脈沖邊沿敏感的存儲電路，只有在作為觸發(fā)信號的時鐘脈沖上升沿或下降沿的變化瞬間才能改變狀態(tài)。第一節(jié)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及工作特點11第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五本節(jié)主要內(nèi)容一、基本RS鎖存器二、邏輯門控RS鎖存器三、主從觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器

T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器

CMOS主從結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器四、邊沿觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器利用傳輸延遲的邊沿JK觸發(fā)器11第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五一、基本RS鎖存器（一）用與非門組成的基本RS鎖存器電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號b.國標(biāo)邏輯符號a.邏輯電路圖11第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五鎖存器有兩個互補的輸出端，通常把Q端的狀態(tài)作為鎖存器的狀態(tài)。Q=1、=01狀態(tài)或置位狀態(tài)

Q=0、=10狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)

邏輯電路圖的另一種畫法11有兩個輸入端R、S，R稱復(fù)位端S稱置位端，均為低電平有效第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五(二)邏輯功能分析初態(tài)：R、S信號作用前Q端的狀態(tài)，用Qn表示。次態(tài)：R、S信號作用后Q端的狀態(tài)，用Qn+1表示。兩個概念11第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五(二)邏輯功能分析RSQnQn+1功能說明0000010110101111約束條件:S+R=1，即不允許S=R=01101010101XX不定（不允許）001101置0（復(fù)位）置1（置位）保持原狀態(tài)第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五不穩(wěn)定狀態(tài)的約束R=S=0同時撤消時電路的狀態(tài)可能有三種情況1、R先變?yōu)?，鎖存器為1狀態(tài)2、S先變?yōu)?，鎖存器為0狀態(tài)3、R、S同時變?yōu)?，鎖存器處于振蕩狀態(tài)110011第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（三）或非門構(gòu)成的基本RS鎖存器輸入端高電平有效邏輯符號邏輯圖11第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五邏輯功能分析RSQnQn+1功能說明0000保持原狀態(tài)00110101置1（置位）01111000置0（復(fù)位）1010110X不定（不允許）111X約束條件:SR=0，即不允許S=R=111第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五例用與非門組成的基本RS鎖存器中，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。解：由與非門組成的基本RS鎖存器的真值表可知，當(dāng)R、S都為高電平時，鎖存器保持原狀態(tài)不變；當(dāng)S

變低電平時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)；當(dāng)R

變低電平時，鎖存器翻轉(zhuǎn)為0狀態(tài)；不允許R、S同時為低電平。11第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，由電平觸發(fā)，能存儲一位二進制數(shù)，是構(gòu)成各種性能更完善的鎖存器的基礎(chǔ)。缺點：

1、鎖存器的狀態(tài)直接由輸入信號控制，而在實際應(yīng)用中，常常要求鎖存器的工作狀態(tài)受某個控制信號的控制，當(dāng)控制信號有效時，鎖存器的狀態(tài)隨著輸入信號狀態(tài)的改變而改變；

2、基本RS鎖存器有約束條件：S+R=1，即不允許S=R=0。(四)基本RS鎖存器的優(yōu)缺點11第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五二、邏輯門控RS鎖存器（一）電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號

電路結(jié)構(gòu)

國標(biāo)邏輯符號基本RS鎖存器使能信號控制門電路鎖存使能輸入端11第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（二）邏輯功能分析

S=1，R=0：Qn+1=1

S=0，R=1：Qn+1=0

S=1，R=1：Qn+1=ФCP=1：CP=0：狀態(tài)發(fā)生變化。狀態(tài)不變Q3=SQ4=R

S=0，R=0：Qn+1=Qn11第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五邏輯門控RS鎖存器的特征表不定（不允許）

XX

01

111111置0（復(fù)位）

00

01

110110置1（置位）

11

01

101101保持原狀態(tài)

Qn+101

Qn01

0××100100功能說明Qn+1QnCPRS11狀態(tài)不變第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)R=S=1時當(dāng)CP由1變0時鎖存器的狀態(tài)不定。當(dāng)CP=1時，R、S同時由1變0時鎖存器的狀態(tài)不定。不穩(wěn)定狀態(tài)的約束11第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五的波形。例

邏輯門控SR鎖存器的E、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，鎖存器的原始狀態(tài)為Q=0，試畫出Q3、Q4、Q和Q11第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五(三)鎖存器功能的幾種描述方法1．特性方程2．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3．驅(qū)動表4．波形圖11第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五1.特性方程SR=0（約束條件）鎖存器次態(tài)Qn+1與輸入信號R、S及現(xiàn)態(tài)Qn之間的表達式稱為特征方程。011100XXQn+1SQnR0100011110CP=1時有效11

XX

01

111111

00

01

110110

11

01

101101

Qn+101

Qn01

0××100100Qn+1

QnCPRS第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示在時鐘滿足時，鎖存器從一個狀態(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。11初態(tài)次態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五3.驅(qū)動表用表格的方式表示鎖存器從一個狀態(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

Qn+1

R

S

00

X0

01

01

10

10

11

0X11第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五4.波形圖

用輸入輸出波形來表示鎖存器狀態(tài)的變化。11第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五

由于在CP=1期間，G3、G4門都是開著的，都能接收R、S信號，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則鎖存器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫做空翻。所以，此種鎖存器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)被控制在一個時間間隔內(nèi)，而不是某一時刻。(四)邏輯門控RS鎖存器存在的問題-空翻11空翻第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五三、主從觸發(fā)器（一）主從RS觸發(fā)器

邏輯電路圖邏輯符號表示主從結(jié)構(gòu)表示下降沿有效12第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（1）當(dāng)CP＝1時，CP’＝0，從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變；主觸發(fā)器工作，接收R和S端的輸入信號。（2）當(dāng)CP由1躍變到0時，即CP=0、CP’＝1。主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號R、S不再影響主觸發(fā)器的狀態(tài)；從觸發(fā)器工作，接收主觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。（3）當(dāng)CP=0時，主、從觸發(fā)器均不發(fā)生變化。1.主從RS觸發(fā)器的工作原理主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個節(jié)拍：

主從RS觸發(fā)器的特征方程、真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和驅(qū)動表與邏輯門控RS鎖存器相同。12第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五主從RS觸發(fā)器的缺點在CP=1期間，R、S不能同時為1，即仍有約束RS=0，引入主從JK觸發(fā)器可解決此問題。（1）主從觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)是在CP由1變0時刻（CP下降沿）發(fā)生的。（2）CP一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會有空翻現(xiàn)象。（3）解決輸入端直接控制的問題。主從RS觸發(fā)器的基本特點12第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（二）主從JK觸發(fā)器

將主從RS觸發(fā)器觸發(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。邏輯符號JK12第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五翻轉(zhuǎn)10011111置111010011置000011100狀態(tài)不變01010000說明Qn+1QnKJ1.特性表3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2.特性方程4.驅(qū)動表12

X0

11

X1

10

1X

01

0X

00

J

K

Qn

Qn+1第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五例已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。

在畫主從觸發(fā)器的波形圖時，應(yīng)注意以下兩點：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）。（2）CP=1期間主觸發(fā)器接收，在CP下降沿的瞬間從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。12第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五主從JK觸發(fā)器的一次變化現(xiàn)象

主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器在輸入發(fā)生多次變化的情況下，而其狀態(tài)只能變化（翻轉(zhuǎn)）一次，第二次變化再也不能發(fā)生，這種現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。所以，在使用中，要保證在CP=1期間，Q=0時J不能發(fā)生從0—1—0的變化，Q=1時K不能發(fā)生從0—1—0的變化。12第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五解：畫出輸出波形如圖示。例已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。KJQ12解決的方法：引入邊沿觸發(fā)器第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五1.電路結(jié)構(gòu)

置0維持線響應(yīng)輸入D和CP信號根據(jù)Q3Q4確定觸發(fā)器的狀態(tài)四、邊沿觸發(fā)器邏輯符號>表示邊沿觸發(fā)，外側(cè)無圓圈，表示上升沿觸發(fā)。（一）維持阻塞D觸發(fā)器12第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五2.特性表

DQnQn+1功能說明000輸出狀態(tài)與D狀態(tài)相同0101011113.特性方程Qn+1=D

4.狀態(tài)圖5.驅(qū)動表

Qn

Qn+1

D

00

0

01

1

10

0

11

112第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五邏輯符號RD—直接置0端，低電平有效；SD—直接置1端；低電平有效。126.帶有RD和SD的維持阻塞D觸發(fā)器第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五輸入輸出

RDSDCPD

QQ

01XX10XX110111

01100110功能表特點：（1）單輸入端的雙D觸發(fā)器。（2）它們都帶有直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效。（3）為CMOS邊沿觸發(fā)器，CP上升沿觸發(fā)。邏輯符號引腳分布127.典型集成電路-----74HC74（雙D觸發(fā)器）第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（二）利用傳輸延遲的觸發(fā)器（JK觸發(fā)器）

1、電路結(jié)構(gòu)

邏輯符號12第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五2.典型集成電路-----74HC76（雙JK觸發(fā)器）

邏輯符號引腳分布輸入輸出RDSDCPJKQnQn

0

1

XXX

01

1

0

XXX

10

1

100保持

1

101

01

1

110

10

1

111翻轉(zhuǎn)功能表12第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五3.典型集成電路-----74LS112（雙JK觸發(fā)器）

引腳分布輸入輸出RDSDCPJKQnQn

0

1

XXX

01

1

0

XXX

10

1

100保持

1

101

01

1

110

10

1

111翻轉(zhuǎn)功能表邏輯符號12第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)觸發(fā)器的邏輯功能及功能轉(zhuǎn)換一、觸發(fā)器按邏輯功能的分類時鐘控制-鎖存器邊沿觸發(fā)-觸發(fā)器12第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（一）幾種時鐘控制觸發(fā)器的國際邏輯符號基本RS鎖存器鐘控RS鎖存器主從RS鎖存器主從JK鎖存器T觸發(fā)器T’觸發(fā)器12第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（二）幾種邊沿觸發(fā)器的國際邏輯符號D觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器SR觸發(fā)器12JK觸發(fā)器D觸發(fā)器第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（三）各種觸發(fā)器的邏輯功能（1）特性表

Qn

DQn+1000011100111（2）特性方程Qn+1=D

（3）狀態(tài)圖1.D

觸發(fā)器12第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖翻轉(zhuǎn)10011111置111010011置000011100狀態(tài)不變01010000說明Qn+1QnKJ（1）特性表（2）特性方程2.JK

觸發(fā)器12第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五例設(shè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器時鐘脈沖和J、K信號的波形如圖所示試畫出輸出端Q的波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。12第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五3.T觸發(fā)器（2）特性方程（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（1）特性表011101110000T邏輯符號12第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五國際邏輯符號特性方程時鐘脈沖每作用一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。4.T’觸發(fā)器12第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五5.RS

觸發(fā)器（1）特性表

（2）特性方程（3）狀態(tài)圖Qn

SRQn+1000000100101011不確定100110101101111不確定

SR=0（約束條件）12第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五二、觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換1.D觸發(fā)器構(gòu)成JK

觸發(fā)器組合電路DKJ12Qn+1=D

第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五2.D觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器Qn+1=D

組合電路DT

12第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五3.D觸發(fā)器構(gòu)成T'觸發(fā)器Qn+1=D

CPQ二分頻12第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五4.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器分別寫出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程比較得：畫出邏輯圖：121第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期五4.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T或T’觸發(fā)器寫出T觸發(fā)器的特性方程：畫出邏輯圖：與JK觸發(fā)