數(shù)字電路課件：第5章觸發(fā)器

1、,杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,教材原著：數(shù)字電路 龔之春 編著,觸發(fā)器特點(diǎn)：,觸發(fā)器分類(lèi)：,本章重點(diǎn)：,觸發(fā)器外部邏輯功能、觸發(fā)方式。,能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的基本單元。,1.有兩個(gè)能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，分別用來(lái)表示邏輯0和邏輯1。,2.在適當(dāng)輸入信號(hào)作用下，可從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)； 在輸入信號(hào)取消后，能將獲得的新?tīng)顟B(tài)保存下來(lái)。,按觸發(fā)方式分：電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式,按邏輯功能分：R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器和T觸發(fā)器,組合電路：,不含記憶元件,、無(wú)反饋,、輸出與原來(lái)狀態(tài)無(wú)關(guān),觸發(fā)器：,RS觸發(fā)器：又稱(chēng)復(fù)位-置位觸發(fā)器,一、電路,SD、RD：,低電平有效,高電平

2、有效,下標(biāo)D：表示輸入S、R對(duì)觸發(fā)器起直接置位、復(fù)位作用,二、工作原理,四種情況：,輸入互補(bǔ)：,0,1,1,1,0,0,觸發(fā)器置1,觸發(fā)器復(fù)0,1,0,1,0,輸入相同,1,1,原（現(xiàn)）狀態(tài),新（次）狀態(tài),不變,不變,0,0,1,1,同時(shí)為1，不成互補(bǔ)關(guān)系,是一種不正常的強(qiáng)制狀態(tài),假定G1門(mén)的延遲時(shí)間短,1,1,1,0,故：與非門(mén)型RS觸發(fā)器禁止 工作在這種輸入條件,RS觸發(fā)器真值表,三、工作波形,考慮器件內(nèi)部時(shí)延和波形邊沿時(shí)間后的觸發(fā)器波形,Twmin 代表SD和RD信號(hào)交替出現(xiàn)時(shí)的最小時(shí)間間隔。,邏輯符號(hào),同理：或非門(mén)型RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程為,邏輯符號(hào)為:,基本RS觸發(fā)器：又稱(chēng)透明觸發(fā)

3、器，當(dāng)輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)， 直接影響觸發(fā)器的狀態(tài)及輸出,鐘控觸發(fā)器（時(shí)鐘控制的觸發(fā)器）：,觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)間由某個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制,一、鐘控RS觸發(fā)器,1、電路,門(mén)G1、G2構(gòu)成基本 RS觸發(fā)器,門(mén)G3、G4是觸發(fā)引導(dǎo)電路,觸發(fā)器狀態(tài)Q維持不變,觸發(fā)器的狀態(tài)可能發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程及功能表,利用,可得鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程為,其中SR=0是約束條件,功能表,3、邏輯符號(hào),C1：定時(shí)（控制）關(guān)聯(lián)記號(hào)，表示只有在CP為1時(shí)， C1才為1，內(nèi)輸入S或R才起置位或復(fù)位作用,鐘控RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)： 仍需雙路觸發(fā)信號(hào)R及S輸入，而且受RS=0約束條件的限制,二、鐘控D觸發(fā)器（D鎖存器）,1

4、、電路,狀態(tài)的轉(zhuǎn)換仍受時(shí)鐘CP的控制,觸發(fā)器狀態(tài)Q維持不變,觸發(fā)器的狀態(tài)可能發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程與真值表,真值表,狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程,3、邏輯符號(hào),C1：控制關(guān)聯(lián),當(dāng)CP=1時(shí)，C1=1， 外輸入數(shù)據(jù)D才成為內(nèi)輸入數(shù)據(jù)， 并使觸發(fā)器的狀態(tài)Qn+1=Dn,4、鐘控D觸發(fā)器又稱(chēng)為D鎖存器,D：待存入的數(shù)據(jù),在CP=1時(shí)，可將數(shù)據(jù)存入觸發(fā)器 在CP=0時(shí)，D便保留在觸發(fā)器內(nèi)，此時(shí)，門(mén)G3和G4都被CP 所封閉，Q的狀態(tài)已與外輸入D隔離，數(shù)據(jù)D即 使變化，也不再能影響狀態(tài)Q,欲存入新數(shù)據(jù)D，需要待CP再次躍升到高電平，打通閂鎖,7、工作波形,在CP=1時(shí)，觸發(fā)器仍然是透明的，即Q跟隨D變化,在CP

5、=0時(shí)，電路才處于鎖存狀態(tài),MS FFMaster-Slave FF,鐘控觸發(fā)器（鎖存器）： 在CP=1時(shí)，輸入仍然會(huì)直接影響輸出，是透明的,主從觸發(fā)器：可以解決觸發(fā)器輸入與輸出端之間的透明問(wèn)題,一、主從RS觸發(fā)器,1、電路,主觸發(fā)器，接受輸入信號(hào)S、R,從觸發(fā)器， 輸出存儲(chǔ) 信息,時(shí)鐘信號(hào) 互補(bǔ),2、工作過(guò)程,當(dāng)時(shí)鐘CP=1時(shí)，輸入數(shù)據(jù)R、S被存入主觸發(fā)器,從觸發(fā)器的輸入被封閉，它的輸出保持原有狀態(tài),數(shù)據(jù)在CP為高電平時(shí)存入主觸發(fā)器 在CP變?yōu)榈碗娖胶?，才通過(guò)從觸發(fā)器傳到輸出端 故主從觸發(fā)器也稱(chēng)延遲觸發(fā)器,主從觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)：解決了輸入透明的問(wèn)題,主從觸發(fā)器的缺點(diǎn)：R、S均為1時(shí)，仍然要發(fā)生輸

6、出狀態(tài) 不確定的問(wèn)題,因?yàn)镃P變0后，,3、功能表,（1）避免出現(xiàn)R、S同時(shí) 為1的輸入情況,注意點(diǎn)：,（2）在CP=1時(shí)，輸入S、 R均應(yīng)保持不變； 否則按CP在負(fù)跳變前 一段時(shí)間的R、S值， 來(lái)確定最終的輸出 狀態(tài),4、邏輯符號(hào),二、主從JK觸發(fā)器,1、電路,互補(bǔ)的兩個(gè)輸出信號(hào)反饋到最前面的導(dǎo)引門(mén),2、電路的工作情況,1,0,1,0,1,1,在CP=1時(shí)，,1,0,1,0,1,0,1,0,1,JK為11時(shí)， 觸發(fā)器的 狀態(tài)發(fā)生 轉(zhuǎn)換,3、功能表,JK=00,維持原狀態(tài) 即：,JK=01,新?tīng)顟B(tài)復(fù)0,JK=10,新?tīng)顟B(tài)置1,JK=11,新?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)換,6、工作波形,主從RS觸發(fā)器QRS的變化，取

7、決于CP下降沿來(lái)臨前RS的最后一次 變化所指引的狀態(tài),主從JK觸發(fā)器QJK,對(duì)于第七個(gè)脈沖，因?yàn)楝F(xiàn)態(tài)為0，F(xiàn)FM只能接受,S端信號(hào)，實(shí)現(xiàn)置1轉(zhuǎn)換；FFS也就只進(jìn)行置1轉(zhuǎn)換。,一次轉(zhuǎn)換特性,三、帶數(shù)據(jù)鎖定的主從JK觸發(fā)器,普通主從JK觸發(fā)器：要求在時(shí)鐘CP=1期間，輸入數(shù)據(jù)保持不變,帶數(shù)據(jù)鎖定的主從JK觸發(fā)器：能克服上述缺點(diǎn),CP正跳變時(shí)，讀入JK數(shù)據(jù),CP=1后，主觸發(fā)器的兩個(gè)導(dǎo)引門(mén)均被封閉 JK再變化，也不會(huì)影響觸發(fā)器的狀態(tài),有數(shù)據(jù)鎖定的主從JK觸發(fā)器（74110）,1、邏輯符號(hào),J=J1J2J3,小三角記號(hào)，動(dòng)態(tài)輸入記號(hào)，動(dòng)態(tài)輸入，正跳變有效,K=K1K2K3,直接置1端,直接復(fù)0端,3、

8、波形圖,Q的狀態(tài)在CP的下跳沿發(fā)生轉(zhuǎn)換,但Q的狀態(tài)取決于CP的上跳沿時(shí)JK的狀態(tài),主從觸發(fā)器（脈沖型觸發(fā)器）：,在CP高電平期接收輸入數(shù)據(jù)（R，S；J，K；D） 在CP低電平時(shí)轉(zhuǎn)換狀態(tài),存在缺點(diǎn)： 在CP為高電平時(shí)，輸入數(shù)據(jù)要嚴(yán)格保持恒定，避免任何干擾， 否則將導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)的錯(cuò)誤轉(zhuǎn)換,邊沿觸發(fā)器：改進(jìn)了這種缺點(diǎn)。 只要求在時(shí)鐘發(fā)生跳變前后的短時(shí)間內(nèi)，輸入數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定,ET FF（Edge-Triggered FF）,1、邏輯符號(hào),2、功能表,3、波形圖,Q,二、邊沿JK觸發(fā)器,1、用邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的邊沿JK觸發(fā)器電路,2、邏輯符號(hào),3、功能表,4、波形圖,Q,5、兩種商品邊沿JK觸發(fā)器,正邊沿觸

9、發(fā)，,負(fù)邊沿觸發(fā),J，K形式輸入數(shù)據(jù),為減少同一裝置中，器件品種過(guò)多的缺點(diǎn)：,希望各種功能的觸發(fā)器之間能互相置換，即構(gòu)成一種多功能的通用觸發(fā)器,將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器,利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。,轉(zhuǎn)換方法,解：,例5-1 試將圖5-17（b）所示的負(fù)邊沿觸發(fā)JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器,一、翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器,專(zhuān)門(mén)用作翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器,觸發(fā)器有一個(gè)控制變量T,當(dāng)T=1時(shí)，每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器就轉(zhuǎn)換一次,當(dāng)T=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)維持不變,故T觸發(fā)器的狀態(tài)方程式為：,T=0,T=1,T觸發(fā)器沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的商品電路，它通常是由D或JK觸發(fā)器構(gòu)成,用D觸發(fā)器,Q,用JK觸發(fā)器,二、多功能觸發(fā)器,用D觸發(fā)器,控制變量,置數(shù)信號(hào)（加載）,用JK觸發(fā)器,當(dāng)LD=0，J，K取決于T輸入,當(dāng)LD=1，J，K取決于D，使Qn+1=D,邏輯符號(hào),功能表,11 0 1 1,11 1 0 0,一