數字電子技術項目教程（第2版）課件 項目四 由觸發(fā)器構成的搶答器的制作-觸發(fā)器基礎知識

2024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——觸發(fā)器基礎知識

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觸發(fā)器是一個具有記憶功能的二進制信息存儲元件，是構成時序邏輯電路的基本單元。一個觸發(fā)器能記住?1?位二進制信號（0?或?1），n?個觸發(fā)器組合在一起就能記憶?n?位二進制信?號。2024/12/124.1觸發(fā)器基本知識1.觸發(fā)器的基本特點（1）它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。有兩個互補輸出端，分別用

、

表示，其中

端狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。

=1、=0稱為1態(tài)

=0、=1稱為0態(tài)

==0或

==1稱為不定狀態(tài)

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(2)在外信號作用下，兩個穩(wěn)態(tài)可相互轉換（稱翻轉）

(3)它具有記憶功能，無外觸發(fā)時可維持穩(wěn)態(tài)。2.觸發(fā)器的分類

(1)按功能分：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T,觸發(fā)器(2)按結構分：基本觸發(fā)器、時鐘觸發(fā)器。后者又可分為電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)兩大類。2024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——基本RS觸發(fā)器2024/12/124.2基本?RS?觸發(fā)器1.電路組成及符號2024/12/122.邏輯功能分析

為觸發(fā)信號輸入前觸發(fā)器原來的狀態(tài)，稱為現態(tài)，為觸發(fā)信號輸入后，觸發(fā)器從一種狀態(tài)翻轉到另一種的狀態(tài)，稱為次態(tài)。（1）真值表說明0001××0101001001111101012024/12/12（2）特征方程（3）狀態(tài)轉換圖（狀態(tài)圖）2024/12/12（4）波形圖（時序圖）設觸發(fā)器初態(tài)為0

例4-1由與非門構成的基本?RS?觸發(fā)器輸入波形如圖?4.5?所示，試畫出

和

端的波形（設觸發(fā)器的初態(tài)為?0?態(tài)）。2024/12/123.基本?RS?觸發(fā)器的優(yōu)缺點

優(yōu)點：電路簡單，是構成其他觸發(fā)器的基?礎。

缺點：輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制；有約束條?件。2024/12/122024/12/124.基本RS觸發(fā)器的應用——消抖動開關電路

2024/12/125.練習(1)用與非門組成的基本RS觸發(fā)器，設初始狀態(tài)為0，已知輸入、的波形圖如圖，畫出輸出波形圖。SRD（2）用或非門組成RS觸發(fā)器如圖所示。列出它的真值表，說明功能。寫出它的特征方程。畫出狀態(tài)轉換圖。2024/12/122024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——同步RS觸發(fā)器

練習：用與非門組成的基本RS觸發(fā)器，設初始狀態(tài)為0，已知輸入

的波形圖如圖，畫出輸出的波形圖。2024/12/122024/12/124.3同步?RS?觸發(fā)器1.電路組成及符號圖中

為直接置0端，

為直接置1端，CP?稱為時鐘脈沖信號。2024/12/122.邏輯功能分析（1）真值表2024/12/12（2）特征方程（3）狀態(tài)轉換圖2024/12/12（4）波形圖觸發(fā)器CP、R、S波形如圖，則Q的波形如下圖所示（設觸發(fā)器初態(tài)為0）。

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同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換分別由R、S和CP控制，其中，R、S控制狀態(tài)轉換的方向，CP控制狀態(tài)轉換的時刻。在CP=0時，觸發(fā)器不接收信號，保持其狀態(tài)不變；而當CP=1時，觸發(fā)器接收輸入信號R、S，并隨其變化而作相應的變化。

2024/12/123.同步觸發(fā)器存在的問題（1）空翻現象：在CP=1期間，觸發(fā)器輸出狀態(tài)的翻轉出現兩次或兩次以上的現象。（2）同步觸發(fā)器由于?CP?有效時間過長，出現了空翻現象，使觸發(fā)器的應用受到了限?制。

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例?4-2同步?RS?觸發(fā)器的輸入波形如下圖所示，試畫出

端的波形（設觸發(fā)器的初態(tài)0態(tài)）。

為了保證觸發(fā)器可靠地工作，防止出現空翻現象，必須限制輸入的觸發(fā)信號在CP=1期間不發(fā)生變化。2024/12/12項目五、汽車尾燈控制電路的制作——計數器及其應用

2024/12/124.4主從?RS?觸發(fā)器在數字系統中，經常需要計算脈沖的個數，能實現計數功能的電路稱為計數器。在計數功能的基礎上，計數器還可以實現計時、定時、分頻和自動控制等功能，是應用十分廣泛的電?路。1.主從觸發(fā)器的基本結構主從觸發(fā)器的基本結構包含兩個結構相同的同步觸發(fā)器，即主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，它們的時鐘信號相位相反。

2024/12/122024/12/122.?主從觸發(fā)器的工作原理CP=1?期間，主觸發(fā)器接收輸入信號，從觸發(fā)器保持不變；CP=0?期間，主觸發(fā)器保持不變，而從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器狀態(tài)。因此，主從觸發(fā)器的狀態(tài)只能在?CP?下降沿時刻翻轉。這種觸發(fā)方式稱為主從觸發(fā)式，克服了空翻現?象。2024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——邊沿觸發(fā)器2024/12/124.5邊沿觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)器是在時鐘信號CP上升沿或下降沿到來瞬間，觸發(fā)器才根據輸入信號改變輸出狀態(tài)，而在時鐘信號CP的其他時刻，觸發(fā)器將保持輸出狀態(tài)不變，從而防止了空翻。如果觸發(fā)器在時鐘脈沖上升沿改變輸出狀態(tài)稱為上升沿觸發(fā)；如果觸發(fā)器在時鐘脈沖下降沿改變輸出狀態(tài)稱為下降沿觸發(fā)。邊沿觸發(fā)器有邊沿

JK?觸發(fā)器、邊沿?D?觸發(fā)器、邊沿?T?觸發(fā)器和邊沿?T′觸發(fā)器?等。2024/12/12一、邊沿JK觸發(fā)器

1.邏輯符號2024/12/122.邏輯功能描述（1）真值表2024/12/12（2）特征方程（3）狀態(tài)轉換圖

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（4）波形圖邊沿JK觸發(fā)器的波形圖如下圖所示，設觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，CP時鐘下降沿有效，試畫出輸出波形。

2024/12/123.集成JK觸發(fā)器74LS1122024/12/12例?4-3

CP?時鐘上升沿有效的?JK?觸發(fā)器，J、K、CP?波形如下圖所示，試畫出

Q?端的波形（設觸發(fā)器的初態(tài)為?0）。2024/12/12二、邊沿D觸發(fā)器1．邏輯符號

2024/12/122.邏輯功能描述（1）真值表

2024/12/12（2）特征方程（3）狀態(tài)轉換圖

2024/12/12

（4）波形圖設邊沿D觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，CP時鐘上升沿有效，試根據輸入波形畫出輸出波形。

2024/12/123.集成邊沿D觸發(fā)器74LS74

為直接置0端，為直接置1端，低電平有效。

2024/12/12?4.D?觸發(fā)器的應用—分頻電路所謂分頻就是降低頻率，N分頻器輸出信號頻率是其輸入信號頻率的N分之一。用D觸發(fā)器可以構成分頻電路，其電路及波形如下圖所示。圖中?CP?是時鐘信號，將

接到D端。設D觸發(fā)器初始狀態(tài)為?0。當第一個時鐘?CP?上升沿到來時，D?觸發(fā)器由?0?翻轉到?1，當第二個時鐘上升沿到來時，D?觸發(fā)器由?1?翻轉到?0，即每一個時鐘周期，觸發(fā)器都翻轉一次；經過兩個時鐘周期，輸出信號才周期變化一次。所以經過由?D?觸發(fā)器組成的分頻電路后，輸出脈沖頻率減少了?1/2，稱為二分頻。若在其輸出端再串接一個同樣的分頻電路就能實現?4?分頻，同理若接

n?個分頻電路就能構成?1/2n?倍的分頻?器。2024/12/12練習:

1.D觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，已知輸入D的波形如下圖所示，畫出輸出Q的波形圖。2024/12/122.設圖中的觸發(fā)器的初態(tài)均為0，試畫出對應的Qa、Qb、Qc、Qd的波形。

2024/12/123.邊沿觸發(fā)器電路如下圖所示，設初始狀態(tài)均為0，試根據CP波形畫出Q1、Q2的波形。2024/12/122024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——邊沿?T?和?T‘觸發(fā)器2024/12/121.?邊沿?T?觸發(fā)器（1）邏輯符號（2）邏輯功能描述

①

真值表2024/12/12T說明00101保持

10110取反

②

特征方程

2024/12/12③

狀態(tài)轉換圖④波形圖

邊沿T觸發(fā)器的波形圖如下圖所示（設觸發(fā)器的初態(tài)為0，CP時鐘上升沿有?效）。2024/12/122.?邊沿?T′觸發(fā)器

（1）邏輯符號

2024/12/12（2）邏輯功能描述

①

真值表2024/12/12②特征方程③

波形圖2024/12/12項目四、由觸發(fā)器構成的搶答器的制作——觸發(fā)器的相互轉換

2024/12/124.5觸發(fā)器的相互轉換1.JK觸發(fā)器轉換為D觸發(fā)器JK觸發(fā)器的特征方程：D觸發(fā)器的特征方程：比較得：J=DK=方法：將JK觸發(fā)器的J端接到D，K端接到，就可實現JK觸發(fā)器轉變?yōu)镈觸發(fā)器。2024/12/122.JK觸發(fā)器轉換為T觸發(fā)器T觸發(fā)器特征方程：JK觸發(fā)器特征方程：比較得：J=TK=T方法：把JK觸發(fā)器的J和K端相連作為T輸入端。如右圖。2024/12/123.JK觸發(fā)器轉換為T’觸發(fā)器將JK觸發(fā)器的J端和K端相連接高電平1，就

構成T’觸發(fā)器，如下圖所示。2024/12/124.D觸發(fā)器轉換為T觸發(fā)器

D觸發(fā)器特征方程為：

T觸發(fā)器特征方程為：比較得D=，D觸發(fā)器轉換為T觸發(fā)器如圖所示。2024/12/122024/12/122024/12/12任務4-1邊沿D觸發(fā)器74LS74邏輯功能測試及應用

1、任務要求

測試雙D觸發(fā)器74LS74邏輯功能，并應用74LS74構成分頻電路及乒乓球練習電?路。2、測試設備與器件

設備：數字電路實驗箱?1?臺、示波器?1?臺

器件：74LS741?塊3、引腳排列圖

2024/12/124、測試內容及步驟（1）D?觸發(fā)器邏輯功能測試將74LS74的1、1、1D端接邏輯電平開關，端接邏輯電平指示，1CP端接點脈沖?源。①

測試

、

的復位、置位功?能。將

接低電平，

接高電平，D端和CP端任意，觀察輸出端狀態(tài)，并記錄在下表中。將

接高電平，

接低電平，D端和CP端任意，觀察輸出端狀態(tài)，并記錄在下表中。②

D?觸發(fā)器邏輯功能測試

利用

的置?0?和置?1?功能設定觸發(fā)器初始狀態(tài)，再將

都接高電平，改變

D?端狀態(tài)，每按一次單次脈沖，觀察輸出端狀態(tài)，并記錄在下表中。

2024/12/122024/12/12（2）應用74LS74構成分頻電路①

利用74LS74構成二分頻電?路

按下圖所示接好分頻電路，其中CP端接點脈沖源，并將CP與Q端接示波器，觀察其波形并記?錄。②

利用74LS74構成四分頻電?路。畫出其電路原理圖，觀察波形并記?錄。（3）乒乓球練習電路設計①

要?求模擬兩名運動員在練球時乒乓球的往返運轉。采用雙D觸發(fā)器74LS74設計電路，由兩名運動員通過控制電路進行操作，設甲運動員是觸發(fā)器Q1輸出，乙運動員是觸發(fā)器Q2輸出，甲擊球時Q2有輸出，乙擊球時Q1有輸?出。②

設計思?路。

框圖，乒乓球練習電路設計框圖如下圖所?示。

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設計思路。由基本RS觸發(fā)器構成控制電路，分別控制兩個D觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器的CP脈沖由連續(xù)脈沖源提供，甲乙運動員分別操作RS觸發(fā)器的輸入端，使其輸出0和1，并使D1=0D2=1，在連續(xù)CP脈沖作用下使Q1=0Q2=1，如此往復，即模擬了乒乓球的往返運?動。

工作波形。乒乓球練習電路波形如右圖所?示。

電路。乒乓球練習電路的控制電路和觸發(fā)電路如下圖

所?示。2024/12/122024/12/12③

測試內容及步?驟

按上圖中的控制電路和觸發(fā)電路連?線。

甲、乙、

接邏輯電平開關，Q1、Q2?端接邏輯電平指示，CP端接點脈沖源。（注意：模擬乒乓球練習的電路設計是在Q1、Q2兩個輸出狀態(tài)互為相反的條件下進行的，即由Q1、Q2?代表的乒乓球不能同時為“1”或同時為“0”，因此應先預置觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，使Q1=1Q2=0，當預