觸發(fā)器電路課件

觸發(fā)器電路

概述：1.觸發(fā)器：能夠存儲一位二值信號的基本單元電路稱為觸發(fā)器—也稱雙穩(wěn)態(tài)電路。2.觸發(fā)器必須具備以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：①觸發(fā)器：具有二個(gè)自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的1和0，或二進(jìn)制數(shù)的1和0。②根據(jù)不同的輸入信號可以置成1或0狀態(tài)（兩種穩(wěn)態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換或稱翻轉(zhuǎn)）。③在輸入信號消失后。能將獲得的新狀態(tài)保持下來。3.分類：①根據(jù)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)的不同可分為：

基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。②根據(jù)邏輯功能分為：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T’觸發(fā)器等。4.觸發(fā)器的邏輯功能描述①

特性方程②

狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表③

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖④

時(shí)序波形圖

本章主要介紹觸發(fā)器基本結(jié)構(gòu)，邏輯功能，各種觸發(fā)器間的邏輯功能轉(zhuǎn)換。第一節(jié)觸發(fā)器的基本電路

一.基本RS觸發(fā)器

一）電路結(jié)構(gòu):

由兩個(gè)與非門交叉連接而成。低電平有效置0端置1端&&QQG1G2RS

注：基本RS觸發(fā)器（RS鎖存器），其結(jié)構(gòu)最簡單，但卻是各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的基本組成部分。__RS置0端置1端&&QQG1G2RS二）邏輯功能1.分析

可有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：Q=1,Q=0

或Q=0Q=11）當(dāng)R=S=1時(shí)“1”態(tài)（置位狀態(tài)）“0”態(tài)（復(fù)位狀態(tài)）2）當(dāng)R=1S=0時(shí)

G1門被封鎖，Q=1，G2門輸入全為1，則開門，Q=0，觸發(fā)器置成“1”態(tài)。S—稱置1輸入端（置位端）。3）當(dāng)R=0S=1時(shí)

G2門被封鎖，Q=1，G1門輸入全為1，則開門，Q=0，觸發(fā)器置成“0”態(tài)。R—稱置0輸入端（復(fù)位端）。置0端置1端&&QQG1G2RS4）當(dāng)R=0S=0時(shí)

G1門被封鎖，G2門也被封鎖，則Q=Q=1（當(dāng)輸入信號同時(shí)消失后）--狀態(tài)不定。這種情況時(shí)不允許的，所以兩輸入的約束條件為R+S=1。2.功能描述

初態(tài)Qn：觸發(fā)器在接受觸發(fā)信號之前的原穩(wěn)定狀態(tài)。

次態(tài)Qn+1：接受觸發(fā)信號后，建立的新穩(wěn)定狀態(tài)。

注：觸發(fā)器次態(tài)Qn+1是由輸入信號和初態(tài)Qn的取值情況所決定的。1）狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

將觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與初態(tài)Qn、

輸入信號之間的邏輯關(guān)系用表格的形式表示出來，這種表格就稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換特性表。Qn—狀態(tài)變量。φ100φ000011000101101100111110011Qn+1QnSR不定基本RS觸發(fā)器狀態(tài)真值表φ00010101Qn11Qn+1SR簡化RS真值表2）特征方程

描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式稱特征方程或狀態(tài)方程。對次態(tài)卡諾圖化簡，可求得基本RS觸發(fā)器的特征方程。Qn11×1×RS00011011Qn+1卡諾圖01特征方程為：Qn+1=S+RQnR+S=1約束條件3）波形圖（時(shí)序圖）

時(shí)序圖是以輸出狀態(tài)隨時(shí)間變化波形圖的方式描述觸發(fā)器的邏輯功能，是實(shí)驗(yàn)中可以觀察到的波形。例：SQRQ不定初始狀態(tài)為“0”態(tài)

注：基本RS觸發(fā)器除了可用上述與非門組成外，也可利用兩個(gè)或非門組成。SRQQ置0端置1端≥1≥1QQG1G2RS①電路②特性表φ11001110Qn00Qn+1SR×11×1RSQn0001101101③

特性方程Qn+1=S+RQnRS=0④時(shí)序圖RSQQ不定二.集成RS觸發(fā)器

例：CD4043—三態(tài)RS鎖存器（內(nèi)部有4個(gè)RS觸發(fā)單元，每個(gè)觸發(fā)器的輸出端均用CMOS傳輸門對輸出狀態(tài)施加控制，4個(gè)傳輸門的工作狀態(tài)由公用的使能端EN控制）。

EN=1觸發(fā)器工作EN=0觸發(fā)器處于高阻狀態(tài)應(yīng)用：①單脈沖發(fā)生電路，主要用于消除由于機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)的抖動所造成的單脈沖出現(xiàn)的毛刺現(xiàn)象。．SRVDDENVSSCD4043QS14316852．．+VDD?VDDSQ②測量兩脈沖時(shí)間間隔t的電路。．SRVDDENVSSCD4043QS14316852．+VDD．ABVD1VD2R1R2C1C2BAQtS-0.7VR-0.7V三.同步RS觸發(fā)器

同步RS：在某一指定時(shí)刻按輸入信號所決定的狀態(tài)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，這個(gè)時(shí)刻由外加時(shí)鐘脈沖控制—這種由時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱同步觸發(fā)器（鐘控觸發(fā)器）。一）電路結(jié)構(gòu)&&GGQQ12&&RSCP3G4GRdSdQ3Q4G1、G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器G3、G4組成輸入控制門電路CP為時(shí)鐘脈沖QQSRCCPRSSdRd邏輯符號二）功能分析1）當(dāng)CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，此時(shí)R、S的輸入端不起作用，Q3=Q4=1,觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。2）當(dāng)CP=1時(shí)（CP上升沿到來時(shí)），G3、G4解除封鎖，此時(shí)Q3=S、Q4=R，觸發(fā)器按基本RS觸發(fā)器的規(guī)律發(fā)生變化。三）初始狀態(tài)預(yù)置Sd—異步置位端Rd—異步復(fù)位端不受CP控制Sd、Rd處于高電平時(shí)，觸發(fā)器正常工作。四）功能描述①特性表（CP=1）φ11001110Qn00Qn+1SR②

特性方程Qn+1=S+RQnRS=0③時(shí)序圖CPSdSRdRQQ五）存在的問題CP=1期間，RS的狀態(tài)應(yīng)不變，否則RS狀態(tài)將會引起輸出狀態(tài)相應(yīng)的變化（這種現(xiàn)象稱空翻），則觸發(fā)器的狀態(tài)不能嚴(yán)格按時(shí)鐘節(jié)拍變化，失去了同步的意義。四.狀態(tài)不定的解決方法一）同步D觸發(fā)器&&GGQQ12&&DCP3G4GRdSdQ3Q41.電路2.分析CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，觸發(fā)器保持原態(tài)，輸入不起作用。CP=1時(shí)，G3、G4被解除封鎖。

即：在CP=1期間，D觸發(fā)器的輸出狀態(tài)與輸入信號狀態(tài)相同，在CP=0期間，觸發(fā)器被封鎖狀態(tài)不變。3.功能描述1100Qn+1DCP=1特征方程：Qn+1=D(CP=1)②當(dāng)D=0時(shí)，Q3=1、Q4=0則Q=1，Q=0，觸發(fā)器置0。①當(dāng)D=1時(shí)，Q3=0、Q4=1則Q=1，Q=0，觸發(fā)器置1。二）同步JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．

注：因?yàn)镼、Q不會同時(shí)為“1”，則G3、G4的輸出不會用時(shí)為“0”，避免了觸發(fā)器輸出狀態(tài)不定的情況。2.邏輯功能分析CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，觸發(fā)器保持原狀態(tài)，Qn+1=Qn—無論J、K怎樣變化，輸出與輸入無關(guān)。CP=1時(shí)，可分為下列四種情況：&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．1）J=K=0時(shí)，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1,觸發(fā)器保持原態(tài)，Qn+1=Qn。2）J=0、K=1時(shí)

結(jié)論：不論觸發(fā)器初態(tài)如何，當(dāng)J=0,K=1時(shí)，在CP脈沖作用下，Qn+1=0，即觸發(fā)器置“0”。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=Q4=1，觸發(fā)器保持“0”態(tài)，Qn+1=Qn。②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1、Q4=0，那么Qn+1=0，Qn+1=1，觸發(fā)器置“0”。&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．3）J=1、K=0時(shí)②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1，Q4=1，觸發(fā)器保持“1”原態(tài)，Qn+1=Qn=1。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=0、Q4=1，那么Qn+1=1，Qn+1=0，觸發(fā)器置“1”。

結(jié)論：不論觸發(fā)器初態(tài)如何，當(dāng)J=1,K=0時(shí)，在CP脈沖作用下，Qn+1=1，即觸發(fā)器置“1”。&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．3）J=K=1時(shí)

結(jié)論：不論觸發(fā)器初態(tài)如何，當(dāng)J=K=1時(shí)，觸發(fā)器進(jìn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。

綜上所述，JK觸發(fā)器對應(yīng)于J、K輸入信號的四種可能組合，其輸出均有確定的狀態(tài)，且具有置“0”、置“1”、保持、翻轉(zhuǎn)四種邏輯功能，所以JK觸發(fā)器是一種既沒有不定狀態(tài)，且邏輯功能又比較全面的觸發(fā)器。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=0、Q4=1，那么Qn+1=1，Qn+1=0，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到“1”。②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1，Q4=0，那么Qn+1=0，Qn+1=1,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到“0”。3.邏輯功能描述①同步JK特性表Qn11101010Qn00Qn+1KJ②特征方程S=Q3=CPJQnR=CPKQn．．當(dāng)CP=1時(shí)：

Qn+1=S+RQn=JQn+KQnQn=JQn+(K+Qn)Qn=JQn+KQnS+R=JQn+KQn=J+Qn+k+Qn=1③時(shí)序圖CPJKQ第二節(jié)邊沿觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)器：在CP的上升沿或下降沿進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，稱上升沿或下降沿觸發(fā)器（正邊沿或負(fù)邊沿觸發(fā)器）。一.邊沿D觸發(fā)器一）電路結(jié)構(gòu)&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQDSdRdCPQ3Q4Q5Q6QQsdRdcpDDCRSD&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6G1、G2組成基本RS觸發(fā)器。G3～G6組成控制引導(dǎo)門。SdRd

、為異步直接置位、復(fù)位端。D為數(shù)據(jù)輸入端①線—置“1”維持線②線—置“0”維持線③線—置“0”阻塞線④線—置“1”阻塞線QQsdRdcpDDCRS

邏輯符號中R、S端小圓圈表示低電平有效，C端無小圓圈表示觸發(fā)器在CP脈沖上升沿觸發(fā)（有小圓圈則表示下降沿觸發(fā)）。二）工作原理&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D

當(dāng)CP=0時(shí)：G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，初觸發(fā)器狀態(tài)保持變，G5、G6的輸出由輸入信號D決定（D=1，Q6=0,Q5=1；D=0時(shí)，Q6=1,Q5=0）這時(shí)觸發(fā)器處于等待狀態(tài)，在CP上升沿到來后，觸發(fā)器按G5的輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D當(dāng)CP的上升沿到來時(shí)：1.若D=1，則Q5=1，Q6=0，G3開門（Q3=0），G4仍被封鎖（Q4=1），將基本RS置“1”，Qn+1=1，同時(shí)Q3=0，通過①線將G5封鎖，保持Q5=1，Q3=0,維持觸發(fā)器置“1”。另外，為保證在CP=1期間D端的信號變化不影響觸發(fā)器狀態(tài)，又通過置“0”阻塞線③（Q3=0）將G4封鎖，阻止G4因輸入信號D變?yōu)?而出現(xiàn)Q4=0的情況，阻止觸發(fā)器置“0”2.若D=0，則Q5=0，Q6=1，G3被封鎖（Q3=1），G4開門（Q4=0），基本RS置“0”，即Qn+1=0，同時(shí)Q4=0，通過②線將G6封鎖，保持Q6=1，又通過置“1”阻塞線④使G5的輸入全為1，則Q5=0，將G3封鎖，這樣即使D發(fā)生變化也不會影響G5、G6的輸出狀態(tài)，保證了在CP=1期間可靠置“0”。&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D

另外，當(dāng)RdSd=01時(shí)，G3、G6被封鎖，則無論CP和D處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器可靠置“0”

當(dāng)RdSd=10時(shí)，則無論CP和D處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器可靠置“1”

此種觸發(fā)器是在CP上升沿到達(dá)前接受信號，上升沿到達(dá)時(shí)刻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿以后，輸入被封鎖，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變—邊沿觸發(fā)器。

注：這種觸發(fā)器是利用反饋脈沖的阻塞作用來防止空翻現(xiàn)象，故又稱維持阻塞觸發(fā)器。三）功能描述111↑101↑010↑000↑Qn+1QnDCP特性表：11↑00↑Qn+1DCP簡化表狀態(tài)方程：Qn+1=D上升沿觸發(fā)波形圖：CPDQ第三節(jié)觸發(fā)器的邏輯轉(zhuǎn)換4.3.1觸發(fā)器的功能分類從前幾節(jié)的分析可以看出，觸發(fā)器信號輸入的方式不同（有單端輸入的，也有雙端輸入的），觸發(fā)器的狀態(tài)隨輸入信號翻轉(zhuǎn)的規(guī)律也不同，因此，它們的邏輯功能也不完全一樣。1.按照邏輯功能分類按照邏輯功能的不同特點(diǎn)，通常將時(shí)鐘控制的觸發(fā)器分為RS、JK、D、T4種類型。如果將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器，如圖下圖所示。

用JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器2.按照電路結(jié)構(gòu)分類觸發(fā)器按照電路結(jié)構(gòu)不同，可以分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從型觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等幾種類型。觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)不同，其觸發(fā)翻轉(zhuǎn)方式和工作特點(diǎn)也不相同。具有某種邏輯功能的觸發(fā)器可以用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，同樣，用某種電路結(jié)構(gòu)形式也可以構(gòu)造出不同邏輯功能的觸發(fā)器。4.3.2不同類型時(shí)鐘觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換觸發(fā)器按功能分有RS、JK、D、T、T′5種類型，但最常見的集成觸發(fā)器是JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器。T、T′觸發(fā)器沒有集成產(chǎn)品，需要時(shí)，可用其他觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T或T′觸發(fā)器。JK觸發(fā)器與D觸發(fā)器之間的功能也是可以互相轉(zhuǎn)換的。所謂邏輯功能的轉(zhuǎn)換，就是將一種類型的觸發(fā)器，通過外接一定的邏輯電路后轉(zhuǎn)換成另一類型的觸發(fā)器。觸發(fā)器類型轉(zhuǎn)換的示意圖如圖所示。

觸發(fā)器類型轉(zhuǎn)換示意圖轉(zhuǎn)換步驟為①寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。②