第4章-觸發(fā)器-4.1-基本RS觸發(fā)器-4.2-同步觸發(fā)器-4.3-主從觸發(fā)器-4.4-邊沿觸發(fā)器4.5不同類型觸發(fā)器間的轉換

第4章觸發(fā)器4.1基本RS觸發(fā)器4.2同步觸發(fā)器4.3主從觸發(fā)器4.4邊沿觸發(fā)器4.5不同類型觸發(fā)器間的轉換第4章觸發(fā)器觸發(fā)器是構成時序邏輯電路的基本單元。它是一種具有記憶功能，能儲存1位二進制信息的邏輯電路。觸發(fā)器的特點：③當輸入信號撤消后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。1010①具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，用來表示電路的兩個邏輯狀態(tài)；②在輸入信號作用下，可以被置成“0”態(tài)或“1”狀態(tài)；1我們把輸入信號作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現在狀態(tài)(“現態(tài)”)，用Qn和Qn表示(或用Q和Q表示)；把在輸入信號作用后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為下一狀態(tài)(“次態(tài)”)，用Qn+1和Qn+1表示。現態(tài)和次態(tài)：“0”態(tài)和“1”態(tài)：Q=0、Q=1的狀態(tài)稱“0”態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱“1”態(tài)。觸發(fā)器分類：1.按電路結構（基本，同步，主從，邊沿）2.按控制方式和邏輯功能（RS,JK,D,T）3.按存儲數據的原理（靜態(tài)，動態(tài)）一、電路結構和邏輯符號4.1基本RS觸發(fā)器由兩個與非門的輸入端、輸出端交叉連接構成。(反饋)信號輸入端，低電平有效。0110RDSDQn+10101

011110RDSDQn+10101011

1保持100011RDSDQn+101010111保持0

0不定？1.狀態(tài)轉移真值表三、基本RS觸發(fā)器的功能描述將觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1與現態(tài)Qn，以及輸入信號之間的邏輯關系用表格的形式表示出來，稱為狀態(tài)轉移真值表，簡稱狀態(tài)表或真值表?；綬S觸發(fā)器狀態(tài)真值表RDSDQnQn+1000×001×010001101001101111001111RDSDQn+100不定01010111Qn簡化真值表記憶！次態(tài)Qn+1的卡諾圖2.特征方程描述觸發(fā)器邏輯功能的函數表達式稱為特征方程，又稱狀態(tài)方程或次態(tài)方程。描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉換關系及轉換條件的圖形稱為狀態(tài)轉移圖，簡稱狀態(tài)圖。013.狀態(tài)轉移圖（狀態(tài)圖）RD=×SD=1RD=1SD=×RD=0,SD=1RD=1,SD=0圓圈表狀態(tài)箭頭表轉移方向標注表轉移條件RDSDQQ置1置0置1置1置1保持不允許工作波形圖又稱為時序圖，是描述觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時間和輸入信號變化的規(guī)律的圖形。4.波形圖用或非門組成的基本RS觸發(fā)器(a)電路結構(b)圖形符號Qn+1RDSD功能Qn功能表01置1110110置000011101××不定00保持0101SD仍然稱為置1輸入端，但為高電平有效。RD仍然稱為置0輸入端，也為高電平有效。四基本RS觸發(fā)器（或非門構成）用或非門組成的基本RS觸發(fā)器用與非門組成的基本RS觸發(fā)器集成基本RS觸發(fā)器EN＝1時工作EN＝0時禁止1S2S五、基本RS觸發(fā)器的動作特點①直接復位-置位輸入信號直接加在輸出門上，因此，也把SD()叫做直接置位端，把RD()叫做直接復位端，并且把基本RS觸發(fā)器叫做直接置位、復位觸發(fā)器。②存在約束條件RDSD4.2同步（鐘控）觸發(fā)器1、電路結構和邏輯符號所謂同步觸發(fā)器就是要求只有在同步信號到達時，觸發(fā)器的狀態(tài)才能發(fā)生變化。而這個同步信號叫做時鐘信號（時鐘脈沖），用CP表示。一、同步RS觸發(fā)器2、工作原理①CP＝0時，RD=SD=1，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。－－－電平觸發(fā)方式②CP＝1時，RD=R，SD=S，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。3、功能描述①特性表②特征方程（CP＝1時）RSQn+100Qn01110011不定簡化的狀態(tài)真值表（CP＝1時）不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變③狀態(tài)轉移圖（CP=1）④波形圖（設初態(tài)為0）01R=×S=0R=0S=×R=1,S=0R=0,S=1帶異步置位、復位端的鐘控RS觸發(fā)器(a)邏輯電路(b)邏輯符號將D稱為異步置位（置1）端，將稱為異步復位（置0）端。觸發(fā)器在時鐘信號控制下正常工作時應使D和處于高電平。4、帶異步置位、復位端的鐘控RS觸發(fā)器鐘控RS觸發(fā)器的特點①時鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號，CP＝0時狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對觸發(fā)器狀態(tài)的轉變增加了時間控制。②R、S之間有約束。不能允許出現R和S同時為1的情況，否則會使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。二、同步JK觸發(fā)器CP=1期間有效將S=JQn、R=KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步JK觸發(fā)器的特性方程：JK①特征方程：②特性表JKQn+10

0保持0

101

011

1翻轉不變不變不變不變置1置0翻轉不變不變不變置1③狀態(tài)轉移表01J=0K=×J=×K=0J=×,K=1J=1,K=×④波形圖（設初態(tài)為0）三、同步T觸發(fā)器①特征方程：②特性表TQn+10Qn1Qn③狀態(tài)轉移表01T=0T=0T=1T=1當T觸發(fā)器的輸入端為T=1時，稱為T′觸發(fā)器。四、同步D觸發(fā)器（D鎖存器）CP=1期間有效將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：①特征方程：②狀態(tài)真值表DQn+10011③狀態(tài)轉移表01D=0D=1D=0D=1④波形圖同步觸發(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。在一個時鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉的現象叫做空翻。

有效翻轉

空翻集成同步D觸發(fā)器CP1、2CP3、4POL＝1時，CP＝1有效，鎖存的內容是CP下降沿時刻D的值；POL＝0時，CP＝0有效，鎖存的內容是CP上升沿時刻D的值。4.3主從觸發(fā)器一、主從RS觸發(fā)器提高可靠性，要求每個CP周期輸出狀態(tài)只能改變1次傳輸延遲工作原理電路特點①主從RS觸發(fā)器解決了輸入信號直接控制和空翻現象②但RS觸發(fā)器仍然存在著約束條件二、主從JK觸發(fā)器JK特性表特性方程波形圖與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號集成主從JK觸發(fā)器低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)主從JK觸發(fā)器存在的問題－－一次翻轉現象所謂一次翻轉現象是指在CP=1期間，主觸發(fā)器接收了輸入激勵信號只發(fā)生一次翻轉后，主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變，它不再隨輸入激勵信號J、K的變化而變化的現象。JK在CP=1期間①Q=0，封鎖G8門，使K的輸入無效，只有J起作用，若J始終為０，則Q保持不變，若J出現了１又返回0,或多次出現１，都會使Q’翻轉變?yōu)椋焙蟛辉谧兓?11011010111主從JK觸發(fā)器存在的問題－－一次翻轉現象JK在CP=1期間②Q=１，封鎖G７門，使J的輸入無效，只有K起作用，若K始終為０，則Q保持不變，若K出現了１又返回0,或多次出現１，都會使Q’翻轉變?yōu)?后不在變化1010111010001缺點：在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進一步提高。2.CP=1時，J、K輸入信號發(fā)生了變化：①若CP下降沿前Q=0，且CP=1期間J出現過高電平，則CP下降沿時Q變?yōu)?。否則Q仍為0。②若CP下降沿前Q=1，且CP=1期間K出現過高電平，則CP下降沿時Q變?yōu)?。否則Q仍為1。小結：主從JK觸發(fā)器波形圖的畫法1.CP=1時，J、K輸入信號沒有發(fā)生變化：輸出狀態(tài)Q由CP下降沿到來前一瞬間的J、K值按JK觸發(fā)器的特征方程來決定。設初態(tài)Q=0

Q

CP

J

K123練習:已知主從JK觸發(fā)器中，CP、J、K的電壓波形，初始狀態(tài)Q＝0，畫出Q的波形4.4邊沿觸發(fā)器同時具備以下條件的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器：①觸發(fā)器僅在CP某一約定跳變沿到來時，才接收輸入信號；②在CP=0或CP=1期間，輸入信號的變化不會引起觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化。優(yōu)點：不僅克服了空翻現象，而且大大提高了抗干擾能力。一、維持阻塞型邊沿D觸發(fā)器CP上升沿到來時紅線使G3=0保持不變，叫置1維持線藍線使G4=1保持不變，為置0阻塞線粉線使G4=0保持不變，為置0維持線綠線使G3=1保持不變，是置1阻塞線工作原理①如果不存在①、②、③這3根線，整個電路是一個同步D觸發(fā)器②加入①、②、③這3根線后，CP=0時輸出不變，CP=1時紅線使G3=0保持不變，藍線使G4=1保持不變，粉線使G4=0保持不變，綠線使G3=1保持不變，因此，最終使Q的輸出只在上升沿變化，其他時候維持不變紅線稱為置1維持線，藍線稱為置0阻塞線；粉線的作用是維持觸發(fā)器0狀態(tài)不變，稱為置0維持線，綠線是置1阻塞線。具有異步置位、復位端和多輸入

端的維持阻塞D觸發(fā)器例題：置0置0置0置1置0置1二、邊沿型JK觸發(fā)器特性方程狀態(tài)真值表例題：置0翻轉置1置0翻轉維持例：已知各觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為Q=0，試畫出在CP信號連續(xù)作用下各觸發(fā)器輸出端的電壓波形。4.5不同類型觸發(fā)器之間的轉換轉換步驟：（1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據兩個方程相等的原則求出轉換邏輯。（4）根據轉換邏輯畫出邏輯電路圖。轉換方法：利用已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉換邏輯。JK觸發(fā)器→D觸發(fā)器寫出D觸發(fā)器的特性方程，并進行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖一、將JK觸發(fā)器轉換為D、T和T＇觸發(fā)器T觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器T＇觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖變換T＇觸發(fā)器的特性方程：JK觸發(fā)器→T＇觸發(fā)器二、將D觸發(fā)器轉換為JK、T和T＇觸發(fā)器D觸發(fā)器→JK觸發(fā)器D觸發(fā)器→T觸發(fā)器D觸發(fā)器→T＇觸發(fā)器第4章小結1．觸發(fā)器有兩個基本性質：（1）在一定條件下，觸發(fā)器可維持在兩種穩(wěn)定狀態(tài)（0或1狀態(tài)）之一而保持不變；（2）在一定的外加信號作用下，觸發(fā)器可從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉變到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。2．描寫觸發(fā)器邏輯功能的方法主要有特性方程、狀態(tài)真值表、狀態(tài)轉移圖和波形圖等。4.同一種功能的觸發(fā)器，可以用不同的電路結構形式來實現；反過來，同一種電路結構形式，可以構成具有不同功能的各種類型觸發(fā)器。3.各種不同邏輯功能的觸發(fā)器的特性方程為：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：低電平有效基本RS觸發(fā)器高電平有效基本RS觸發(fā)器同步（鐘控）RS觸發(fā)器上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器，低電平有效置1置0上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器，高電平有效置1置0下降沿觸發(fā)JK觸發(fā)器，低電平有效置1置0主從型JK觸發(fā)器，低電平有效置1置0主從型T觸發(fā)器，低電平有效置1置0上升沿觸發(fā)使能D觸發(fā)器，高電平有效置1置0⒈（本題共10分）試寫出圖2(a)中電路的次態(tài)函數(即Qn+1與現態(tài)和輸入變量之間的函數式)(4分)；畫出在圖2(b)給定信號的作用