北航數(shù)電課件全2010 partq

數(shù)字電路與系統(tǒng)1第五章、觸發(fā)器Part

2第五章@第五版2習(xí)題第五版5.1；5.2；5.3；5.4；5.65.9；5.11；5.12；5.145.20；5.22；5.25；5.27第五章觸發(fā)器3§5.1§5.2§5.3§5.4基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的主從觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換§5.5*

觸發(fā)器的亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象§5.2

脈沖觸發(fā)的主從觸發(fā)器4主從SR觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器可以用主從JK觸發(fā)器構(gòu)成主從D,T,T’觸發(fā)器（參見§5.4所述內(nèi)容）§5.2.1

主從SR觸發(fā)器“”表示延遲輸出QQ電路結(jié)構(gòu)SDSCKR容易混淆，注意RD甄別傳統(tǒng)符號5§5.2.1

主從SR觸發(fā)器工作原理主從觸發(fā)：主、從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個節(jié)拍主觸發(fā)器在CP=1期間QM

和Q

的狀態(tài)仍然會隨S,

RM多次翻轉(zhuǎn)從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)在CP由1變0的時刻（CP下降沿，采樣主觸發(fā)器的狀態(tài)）

CP一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R,S影響從觸發(fā)器不會多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象（克服了CP=1期間觸發(fā)器輸出狀態(tài)可能多次翻轉(zhuǎn)的問題）6§5.2.1

主從SR觸發(fā)器QMQM7§5.2.2

主從JK觸發(fā)器討論：如何避免RS=1造成的不定狀態(tài)？RS觸發(fā)器狀態(tài)方程：代入方程1S

C1

1R主從RS狀態(tài)反饋RS

0Qn1

S

R

Qn18§5.2.2

主從JK觸發(fā)器討論：如何避免RS=1造成的不定狀態(tài)？RS觸發(fā)器狀態(tài)方程：代入方程狀態(tài)反饋RS

0Qn1

S

R

Qn1S

C1

1R1S

C1

1RQQCP29§5.2.2

主從JK觸發(fā)器討論：如何避免RS=1造成的不定狀態(tài)？RS觸發(fā)器狀態(tài)方程：狀態(tài)反饋RS

0Qn1

S

R

Qn1S

C1

1R1S

C1

1RQQCPRSJQK

Q3RS

JQn

KQn

0代入方程Qn1

J

Qn

K

Qn10§5.2.2

主從JK觸發(fā)器卡諾圖RS觸發(fā)器

SRQn

00

01

11

10×11×01

1000主從JK觸發(fā)器?（根據(jù)狀態(tài)方程填寫卡諾圖）JKQn

00

01

11

101

11001

1000110011111§5.2.2

主從JK觸發(fā)器卡諾圖RS觸發(fā)器

SRQn

00

01

11

10×11×01

1000主從JK觸發(fā)器?（根據(jù)狀態(tài)方程填寫卡諾圖）JKQn

00

01

11

101

11001

1000011101212§5.2.2

主從JK觸發(fā)器電路圖符號特性方程（狀態(tài)方程）與狀態(tài)表狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與激勵表

KQn激勵表QnQn+1JK000×011×10×111×0Qn

1

JQn狀態(tài)表JKQn+100Qn10101011QnCP13§5.2.2

主從JK觸發(fā)器動作特點主從——下降沿（后沿）觸發(fā)

CP=1

期間，如果J、K端激勵信號發(fā)生變化，是否還能滿足JK觸發(fā)器的邏輯功能表呢？CPJKQ主Q從t1

t2

t3

t414t5

t6

t7

t8動作特點（續(xù)）主觸發(fā)器在CP從低電平到高電平的時刻，并在整個高電平的時段內(nèi)，主觸發(fā)器的狀態(tài)可以改變一次，并且只能改變一次；“主從復(fù)合”從觸發(fā)器的狀態(tài)變化；說明：主從JK觸發(fā)器的一次性變化現(xiàn)象如果在時鐘脈沖正跳變的時刻，主觸發(fā)器在J,K,Q從,Q從的作用下發(fā)生了一次改變，那么在CP=1期間，無論J,K發(fā)生什么變化，都不引起主觸發(fā)器狀態(tài)變化；如果主觸發(fā)器在時鐘脈沖的正跳變沒有發(fā)生變化，那么在CP=1期間，J,K變化就可能引起主觸發(fā)器的變化；但無論J,K如何變化，主觸發(fā)器只能發(fā)生一次變化；即：如果這種變化發(fā)生，只能與原狀態(tài)相反，不會再翻轉(zhuǎn)過來。15§4.2.2

主從JK觸發(fā)器對觸發(fā)脈沖的寬度，J、K端激勵信號有何要求？動態(tài)特性建立時間setup定義：輸入信號應(yīng)至少

先于CP信號到達(dá)的時間。tset保持時間holdup定義：為了保證觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，輸入信號需要持續(xù)的一段時間。thold傳輸延遲時間最高時鐘頻率t對于主從JK觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)，考慮——主、從的同步RS動態(tài)特性CPtWH

tWLtOJtOKtOQOtOQtPLHtPHL16主從JK觸發(fā)器的動態(tài)特性建立時間

J、K信號至少應(yīng)在

CP下降沿前2tpd時間已穩(wěn)定建立保持時間holdt

要的大于CP的下降時間tf傳輸延遲時間說明：——滿足主觸發(fā)器（同步觸發(fā)器）的輸入信號寬度；——CP經(jīng)一級反相門到從觸發(fā)器，從觸發(fā)器采樣到主觸發(fā)器建立的值?！M管CP下降沿到達(dá)時主觸發(fā)器已

經(jīng)翻轉(zhuǎn)完畢，輸入狀態(tài)無須繼續(xù)保

持，但為了使此時輸入選通門避免

競爭冒險，需要在CP變成低電平后，

J、K才允許變化（僅只規(guī)定）——從下降沿開始到輸出新狀態(tài)穩(wěn)定建立起來的時間17第五章觸發(fā)器18§5.1§5.2§5.3§5.4基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的主從觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換§5.3

邊沿觸發(fā)器19為了提高觸發(fā)器的抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP信號的沿（上升沿和下降沿）到達(dá)時刻的輸入信號的狀態(tài)，而在此之前和之后輸入狀態(tài)的變化對次態(tài)沒有影響。維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器CMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器CPSRG4G5G6SR§5.3.1維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器Q

QG1

G2置0維持線置1維持線置0阻塞線置1阻塞線010G320SG1G2G3G4G6SR§5.3.1維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器單端輸入Q

QCPRRG5置1維持線置0阻塞線D置0維持線置1阻塞線21§5.3.1

維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器電路圖符號QQS1DC1RSDDCPRD國標(biāo)（美標(biāo)）符號國標(biāo)符號“>”表示邊沿觸發(fā)動作美標(biāo)符號22Qn0011Qn+1D00110011§5.3.1

維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器特性方程（狀態(tài)方程）與狀態(tài)表狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖與激勵表激勵表Qn1

D狀態(tài)表DQn+10011CP23§5.3.1維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器動態(tài)特性建立時間保持時間傳輸延遲最高時鐘頻率24§5.3.1維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器動態(tài)特性建立時間電路特點：CP是加在G3和G4上的；

CP

到達(dá)前，G5和G6的輸出必須穩(wěn)定地建立；

D端的輸入信號必須先于

CP的上升沿到達(dá)；?tset

2tpd25§5.3.1維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器動態(tài)特性保持時間為了實現(xiàn)邊沿觸發(fā)，應(yīng)保證CP=1期間G6的輸出始終不變；或者使G6的變化受到輸入控制門的封鎖；考慮阻塞線。1阻置塞0阻置塞111001D=0

thold,H≥tpd

（封鎖G6）D=1

thold,L

=0

（封鎖G4）26§5.3.2

CMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)兩級：主觸發(fā)器和從觸發(fā)器；每一級：由“門閂”和輸入線、反饋線上的傳輸門構(gòu)成；CP電平作為傳輸門的控制信號…27§5.3.2

CMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器工作原理CP=0時，TG1接通，TG2關(guān)閉，主觸發(fā)器“直通”輸入信號，Q1=D；CP=0時，TG4接通，TG3關(guān)閉，輸出維持不變(從)。當(dāng)CP從0變成1，上升沿……2829§5.3.2

CMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器閉，輸出維持不變（主）。改變CP控制端的極性，可構(gòu)成下降沿觸發(fā)。工作原理（全）CP=0時，TG1接通，TG2關(guān)閉，主觸發(fā)器接收輸入信號，Q1=D；CP=0時，TG4接通，TG3關(guān)閉，輸出維持不變(從)。CP由0變1時，TG1關(guān)閉，

TG2接通，切斷前!Q1的狀態(tài)被主觸發(fā)器鎖存——即：

Q1保持CP上升沿到達(dá)前瞬間的輸入端D的狀態(tài);CP=1，TG3接通，TG4關(guān)上升沿觸發(fā)，發(fā)生“輸入到輸出的復(fù)合”；輸出轉(zhuǎn)換也發(fā)生在上升沿?！?.3.3

利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)G1~G3、G4~G6組成基本RS觸發(fā)器，G7、G8為導(dǎo)引門，其延遲時間大于基本RS觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時間。注意G2和G6門，有時鐘控制端CP的輸入。30§5.3.3

利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器CP=1期間：Qn1

Qn

M

Qn

QnQn1

Qn

N

Qn

QnM

JQnN

KQn31§5.3.3

利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器CP由1跳變0時，首先封鎖G2、G6兩個與門，基本RS觸發(fā)器

等效為：由于延遲時間大，CP下跳時，

G7、G8門的輸出還沒有變化，由基本RS觸發(fā)器特性方程：

KQnQn

JQn

KQnQn1

S

R

Qn

M

NQn

JQn此后，G7、G8門也被封鎖，J、K的變化不再起作用。CP下降沿觸發(fā)。32討論33電平觸發(fā)v.s.

脈沖主從RS

v.s.

脈沖主從JK

v.s.

邊沿觸發(fā)電平觸發(fā)多次翻轉(zhuǎn)；主從RS觸發(fā)從觸發(fā)器的狀態(tài)不會多次翻轉(zhuǎn)，輸出狀態(tài)在一個時鐘周期（相位從下降沿開始）內(nèi)穩(wěn)定不變；主觸發(fā)器仍可能多次翻轉(zhuǎn)；主從JK觸發(fā)一次性改變：一個CP內(nèi)主觸發(fā)器可以改變一次，也只能改變一次；邊沿觸發(fā)為了提高觸發(fā)器的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP信號下降沿（或上升沿）到達(dá)時刻輸入信號的狀態(tài)；在此之前和之后，輸入信號的變化對觸發(fā)器的次態(tài)沒有影響。討論34動態(tài)特性（回顧）脈