第五章-觸發(fā)器課件

第五章觸發(fā)器第五章觸發(fā)器5.1概述觸發(fā)器(Flip-Flop):

存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的基本單元電路.特點(diǎn)：1.具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來(lái)表示邏輯狀態(tài)的0和1，或二進(jìn)制數(shù)的0和1；學(xué)習(xí)要點(diǎn)：掌握：①觸發(fā)器邏輯功能；②動(dòng)作特點(diǎn)及其與電路結(jié)構(gòu)的關(guān)系；③基本SR觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)了解：其它觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)2.在觸發(fā)信號(hào)的操作下，根據(jù)不同的輸入信號(hào)可以置成1或0狀態(tài)。5.1概述觸發(fā)器(Flip-Flop):存儲(chǔ)1位二值信號(hào)1.按邏輯功能分類：SR觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，T觸發(fā)器，D觸發(fā)器等2.觸發(fā)方式分類：電平觸發(fā)，脈沖觸發(fā)，邊沿觸發(fā)觸發(fā)器分類：3.根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理分類：靜態(tài)觸發(fā)器（靠電路狀態(tài)的自鎖存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）（本章介紹）動(dòng)態(tài)觸發(fā)器（通過(guò)在MOS管柵極輸入電容上存儲(chǔ)電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)）1.按邏輯功能分類：2.觸發(fā)方式分類：觸發(fā)器分類：3.5.2SR鎖存器(Set-ResetLatch)一、用或非門組成的鎖存器復(fù)位端置位端用或非門組成的鎖存器高電平有效SR鎖存器：各種觸發(fā)器電路的基本構(gòu)成部分。5.2SR鎖存器(Set-ResetLatch)復(fù)位端置0000001110011011010001101100①1110①鎖存器的特性表初態(tài)次態(tài)置1置0維持不定01101狀態(tài)10010狀態(tài)110000維持狀態(tài)變量0000001110011011010001101100①1二、用與非門組成的鎖存器復(fù)位端置位端用與非門組成的鎖存器低電平有效1100111101010111100010100001①0011①約束條件：SDRD=0動(dòng)作特點(diǎn)：任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)鎖存器的特性表直接置位、復(fù)位鎖存器二、用與非門組成的鎖存器復(fù)位端置位端用與非門組成的鎖存器低電三、SR鎖存器的特點(diǎn)約束條件：SDRD=0動(dòng)作特點(diǎn)：任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)直接置位、復(fù)位鎖存器直接置位復(fù)位鎖存器三、SR鎖存器的特點(diǎn)約束條件：SDRD=0動(dòng)作特點(diǎn)：任何例5.2.1：首先回到高電平例5.2.1：首先回到高電平5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理0XX000XX1110000100111100111011101001011011101*11111*輸入控制電路SR鎖存器101時(shí)鐘信號(hào)電平觸發(fā)SR觸發(fā)器（同步SR觸發(fā)器）置1置0維持不定5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理0XX000X帶異步置位、復(fù)位端的電平觸發(fā)SR觸發(fā)器異步置位端異步復(fù)位端正常工作時(shí)應(yīng)使SD’和RD’處于高電平異步置位和復(fù)位時(shí)應(yīng)使CLK=0帶異步置位、復(fù)位端的電平觸發(fā)SR觸發(fā)器異步置位端異步復(fù)位端二、電平觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)（1）只有當(dāng)CLK變?yōu)橛行щ娖綍r(shí)，觸發(fā)器才能接受輸入信號(hào)，并按照輸入信號(hào)將觸發(fā)器的輸出置成相應(yīng)的狀態(tài)。（2）在CLK=1的全部時(shí)間里，S和R狀態(tài)的變化都可能引起輸出狀態(tài)的改變。在CLK回到0以后，觸發(fā)器保存的是CLK回到0以前瞬間的狀態(tài)。缺點(diǎn)：降低了觸發(fā)器的抗干擾能力二、電平觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)缺點(diǎn)：降低了觸發(fā)器的抗干擾能力例5.3.1：已知電平觸發(fā)SR觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形，試畫出Q和Q`端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0.干擾脈沖例5.3.1：已知電平觸發(fā)SR觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形，試畫出Q三、電平觸發(fā)的D觸發(fā)器（D型鎖存器）CLKDQQ*0X000X111000101011011111特性表電平觸發(fā)的D觸發(fā)器適應(yīng)單端輸入信號(hào)的需要跟隨D變化保持三、電平觸發(fā)的D觸發(fā)器（D型鎖存器）CLKDQQ*0X000三、電平觸發(fā)的D觸發(fā)器（續(xù)）1導(dǎo)通截止=D0導(dǎo)通截止用CMOS傳輸門組成的電平觸發(fā)D觸發(fā)器透明的D型鎖存器例5.3.2：設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0，畫出Q和Q`端的電壓波形。保存狀態(tài)自鎖的閉合回路三、電平觸發(fā)的D觸發(fā)器（續(xù)）1導(dǎo)通截止=D0導(dǎo)通截止用CM5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理提高可靠性，要求每個(gè)CLK周期輸出狀態(tài)只能改變1次1主從SR觸發(fā)器開啟1封鎖翻轉(zhuǎn)保持0封鎖開啟翻轉(zhuǎn)保持5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理提高可靠性，要XXXX0000001110011011010001101101*1111*延遲輸出電路輸出狀態(tài)的變化發(fā)生在CLK信號(hào)的下降沿?？朔穗娖接|發(fā)器在CLK=1期間多次翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題。CLK高電平有效的脈沖觸發(fā)特性主從SR觸發(fā)器的特性表仍需遵守SR=0的約束條件。XXXX00000011100110110100011011狀態(tài)改變2次例5.4.1，

設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0.根據(jù)CLK=1期間S和R的狀態(tài)畫出根據(jù)CLK下降沿到達(dá)時(shí)Qm和Q·m的狀態(tài)畫出狀態(tài)改變2次例5.4.1，

設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)2主從JK觸發(fā)器反饋線CLK=1期間，主觸發(fā)器只能翻轉(zhuǎn)一次：由于Q和Q‘接回到輸入門上，在Q=0時(shí)，主觸發(fā)器只能接受置1輸入信號(hào)，在Q=1時(shí)，主觸發(fā)器只能接受置0信號(hào)。2主從JK觸發(fā)器反饋線CLK=1期間，主觸發(fā)器只能翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)011011置1置11010置0置0翻轉(zhuǎn)011011置1置11010置0置0(5)主從JK觸發(fā)器的特性表XXXX00000011100110110100011011011110XXXX0000001110011011010001101101*1111*不定翻轉(zhuǎn)(6)具有多輸入端的主從JK觸發(fā)器(5)主從JK觸發(fā)器的特性表XXXX00000011100例5.4.2，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0.例5.4.2，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0.二、脈沖觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)分兩步動(dòng)作：

第一步：CLK=1期間，主觸發(fā)器接收信號(hào)，從觸發(fā)器保持；

第二步：CLK下降沿到來(lái)時(shí)，“從”按“主”的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。

所以，輸出狀態(tài)只能改變一次。主從SR觸發(fā)器：“主”為同步SR，CLK=1期間，輸入信號(hào)對(duì)“主”都起控制作用。主從JK觸發(fā)器：CLK=1期間，“主”只能翻轉(zhuǎn)一次。主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器：必須考慮CLK=1期間輸入狀態(tài)的全部變化過(guò)程，才能確定CLK下降沿到達(dá)時(shí)觸發(fā)器的次態(tài)。二、脈沖觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)分兩步動(dòng)作：

第一步：CL例5.4.3，初始狀態(tài)為Q=0例5.4.3，初始狀態(tài)為Q=05.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器提高可靠性一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1用兩個(gè)電平觸發(fā)D觸發(fā)器組成的邊沿觸發(fā)器增強(qiáng)抗干擾能力次態(tài)僅取決于CLK信號(hào)下降/上升沿到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器提高可靠性一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1利CMOS傳輸門組成的邊沿觸發(fā)器XXX0X01X1上升沿觸發(fā)利CMOS傳輸門組成的邊沿觸發(fā)器XXX0X01X1上升沿觸發(fā)帶有異步置位、復(fù)位端的CMOS邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器邊沿觸發(fā)方式次態(tài)僅取決于CLK信號(hào)下降/上升沿到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)提高了抗干擾能力提高了電路的工作可靠性動(dòng)作特點(diǎn)：帶有異步置位、復(fù)位端的CMOS邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器邊沿觸發(fā)方式2維持阻塞觸發(fā)器維持阻塞結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)SR觸發(fā)器置1維持線置0維持線置1阻塞線置0阻塞線2維持阻塞觸發(fā)器維持阻塞結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)SR觸發(fā)器置1維持線置3利用門電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器利用門電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器SR鎖存器輸入控制門3利用門電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器利用門電路傳輸延遲時(shí)間5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法5.6.1觸發(fā)器按邏輯功能的分類邏輯功能不同的原因 輸入方式不同（單端，雙端輸入）； 次態(tài)（）隨輸入變化的規(guī)則不同；幾種類型

SR觸發(fā)器 JK觸發(fā)器 T觸發(fā)器 D觸發(fā)器5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法5.6.1觸發(fā)器按邏輯一、SR觸發(fā)器0000001110011011010001101101*1111*定義凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下，具有如下功能的觸發(fā)器稱為SR觸發(fā)器特性方程一、SR觸發(fā)器00000011100110110100011狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)二、JK觸發(fā)器定義凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下，具有如下功能的觸發(fā)器稱為JK觸發(fā)器特性方程00000011100110110100011011011110二、JK觸發(fā)器定義凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下，具有如下功能的觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)三、T觸發(fā)器定義T=1時(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；T=0時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)到達(dá)后，狀態(tài)不變特性方程000010101110三、T觸發(fā)器定義T=1時(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)四、D觸發(fā)器定義特性方程000010101111凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下，具有如下功能的觸發(fā)器稱為D觸發(fā)器四、D觸發(fā)器定義特性方程000010101111凡在時(shí)鐘狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖符號(hào)五、JK、SR、T觸發(fā)器的特性比較JK觸發(fā)器的邏輯功能最強(qiáng)將JK觸發(fā)器用作SR、T觸發(fā)器目前生產(chǎn)的觸發(fā)器定型產(chǎn)品中只有JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器兩類五、JK、SR、T觸發(fā)器的特性比較JK觸發(fā)器的邏輯功能最強(qiáng)5.6.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能、觸發(fā)方式的關(guān)系電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能同一種電路結(jié)構(gòu)形式可以接成不同邏輯功能的觸發(fā)器；同一邏輯功能的觸發(fā)器可用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；

電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能之間不存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系！電路結(jié)構(gòu)和觸發(fā)方式

同步SR結(jié)構(gòu)………………電平觸發(fā) 主從SR結(jié)構(gòu)………………脈沖觸發(fā) D觸發(fā)器結(jié)構(gòu)………………邊沿觸發(fā)維持阻塞結(jié)構(gòu)……………… 邊沿觸發(fā)門電路傳輸延遲時(shí)間結(jié)構(gòu)………………邊沿觸發(fā)

觸發(fā)方式是由電路結(jié)構(gòu)決定！5.6.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能、觸發(fā)方式的關(guān)系5.7觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性5.7.1SR鎖存器的動(dòng)態(tài)特性一、門電路的平均傳輸延遲時(shí)間二、輸入信號(hào)寬度

三、傳輸延遲時(shí)間5.7觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性5.7.1SR鎖存器的動(dòng)態(tài)特性5.7.2電平觸發(fā)SR觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性一、輸入信號(hào)寬度

二、傳輸延遲時(shí)間5.7.2電平觸發(fā)SR觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性5.7.3主從觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性一、建立時(shí)間：輸入信號(hào)先于CLK動(dòng)作沿到達(dá)的時(shí)間

二、保持時(shí)間5.7.3主從觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性三、傳輸延遲時(shí)間

四、最高時(shí)鐘頻率三、傳輸延遲時(shí)間5.7.4維持阻塞觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性一、建立時(shí)間

二、保持時(shí)間5.7.4維持阻塞觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性三、傳輸延遲時(shí)