概述基本RS觸發(fā)器幾種時鐘觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的選擇.ppt

,概述 基本 RS 觸發(fā)器 幾種時鐘觸發(fā)器的邏輯功能 觸發(fā)器的選擇和使用,第4章 集成觸發(fā)器,本章教學(xué)基本要求：,掌握 RS 觸發(fā)器、JK 觸發(fā)器、D觸發(fā)器的邏輯功能,了解觸發(fā)器的主要參數(shù),熟悉 RS 觸發(fā)器、JK 觸發(fā)器、D 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和觸發(fā)方式,本章教學(xué)基本要求,概 述,在數(shù)字電路系統(tǒng)中，經(jīng)常采用觸發(fā)器以及由它們與各種門電路一起組成的時序邏輯電路。 時序邏輯電路的特點是：輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時的輸入信號狀態(tài)，而且還與原輸出狀態(tài)有關(guān)。 電路結(jié)構(gòu)上存在反饋，使時序邏輯電路具有記憶功能，即在輸入信號作用撤消后，能保持在輸入信號作用時所具有的輸出狀態(tài)。,觸發(fā)器的分類方法有三種：,按有無動作的統(tǒng)一時間節(jié)拍（時鐘脈沖）來分:有基本觸發(fā)器（無時鐘觸發(fā)器）和時鐘觸發(fā)器。 按電路的結(jié)構(gòu)來分:有主從觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器和主從型邊沿觸發(fā)器等。 按邏輯功能來分:有 RS 觸發(fā)器、D 觸發(fā)器、JK 觸發(fā)器、T 觸發(fā)器、T觸發(fā)器。,有兩個穩(wěn)定狀態(tài)(簡稱穩(wěn)態(tài)):用來表示邏輯 0 和 1。 在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換(稱為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn))。輸入信號消失后，新狀態(tài)可長期保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進制信息。,一個觸發(fā)器可存儲 1 位二進制數(shù)碼,觸發(fā)器的基本特性,一、電路結(jié)構(gòu)：,由兩個與非門構(gòu)成, 兩個輸出端,一個為Q,一個為 .正常情況下, 兩個輸出端是邏輯互補的,即一個為0,一個為1。兩個輸入輸?！癛”、“S”上面的非線,表示這種觸發(fā)器輸入信號為低電平有效.,4.1 基本 RS 觸發(fā)器,二.基本工作原理,1、有兩個穩(wěn)定的狀態(tài),當(dāng)Q=1時,G1輸入端全為1,則G1輸出為0, G2輸入端有0,則G2輸出端為1。,當(dāng)輸入端全為1時,輸出端不變,1,1,1,1,0,1,0,規(guī)定：以Q輸出端的狀態(tài)為 觸發(fā)器的狀態(tài),當(dāng)Q=0時,G1輸入端有0,則G1輸出端為1, G2輸入端全為1,則G2輸出端為0,1,1,0,0,1,0,當(dāng)輸入端全為1時,輸出端不變,1、有兩個穩(wěn)定的狀態(tài),2、在低電平信號作用下,觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài),G1輸入有0,則G1輸出端為1, G2輸入全為1,則Q=0.,Q由1變?yōu)?,置0端,0,1,1,1,1,0,G2輸入有0,則Q=1,G1輸入全為1,則G1輸出端為0,Q由0變?yōu)?,置1端,1,0,0,1,2、在低電平信號作用下,觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài),3、失效的狀態(tài),正常情況下,兩上輸出端邏輯互補,但此時為非正常狀態(tài),不能使用該輸入信號。,0,0,1,1,一、當(dāng)電路進入新的穩(wěn)定狀態(tài)后，即使撤銷 了輸入信號，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)也能夠穩(wěn)定的 保持。,二、 端稱為置0端：從1態(tài)換0態(tài)必須使 端稱為置1端：從0態(tài)換1態(tài)，必須使,特點：,三.邏輯功能的表示方法,(1) 真值表,與非門組成的基本RS觸發(fā)器的真值表,(2)用邏輯符號圖表示,(3)用時序圖(波形圖)表示,1,0,1,1,1,1,1,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,1,1,1,0,0,0,1,1,1,不定,(4) 或非門構(gòu)成的基本 RS 觸發(fā)器,電路結(jié)構(gòu):,輸入端為高電平有效.,邏輯功能的表示方法,或非門組成的基本RS觸發(fā)器的真值表,演示,演示,演示,演示,與非門和或非門基本RS觸發(fā)器組成的真值表,輸入端各自取反,其真值表相同.,例：用RS觸發(fā)器構(gòu)成無抖動開關(guān),在機械開關(guān)扳動或按動過程中,一般都存在接觸抖動,在幾十毫秒的時間里連續(xù)產(chǎn)生多個脈沖,如圖(a)、(b)所示。這在數(shù)字系統(tǒng)中會造成電路的誤動作。為了克服電壓抖動，可在電源和輸出端之間接入一個基本RS觸發(fā)器，在開關(guān)動作時，使輸出產(chǎn)生一次性的階躍，如圖（c）、（d）所示，這種無抖動開頭稱為邏輯開關(guān)。若將開關(guān)S來回扳動一次，即可在輸出端Q得到無抖動的負(fù)的單拍脈沖。如圖（c）輸出端的波形。,四.基本RS觸發(fā)器的優(yōu)缺點,優(yōu)點,缺點,電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。,(1). 輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制。,(2). 有約束條件。,4.2幾種時鐘觸發(fā)器的邏輯功能,基本RS觸發(fā)器屬于異步式或稱為無時鐘觸發(fā)器，動作特點是當(dāng)輸入的置0或置1信號一出現(xiàn)，輸出狀態(tài)就可能隨之而發(fā)生變化。觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換沒有一個統(tǒng)一的節(jié)拍. 在使用觸發(fā)器時,往往要求按一定的節(jié)拍動作。這種觸發(fā)器有兩種輸入端：一種是決定其輸出狀態(tài)的數(shù)據(jù)信號輸入端（如RS觸發(fā)器的置0、置1端R和S），另一種是決定其動作時間的時鐘脈沖（Clock Pulse），簡稱CP輸入端。 具有時鐘脈沖輸入端的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器。,觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的表示,同步 RS 觸發(fā)器,1、電路組成及邏輯符號 它是由基本RS觸發(fā)器和用來引入R、S及時鐘脈沖CP的兩個與非門而構(gòu)成，如圖所示。,時鐘觸發(fā)器邏輯功能的表示方法除使用真值表（特性表）、符號圖、時序圖（波形圖）以外，還用特性方法、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（或轉(zhuǎn)換表）來表示。,2.邏輯功能分析 分析電路可知，在 CP=0 期間， 觸發(fā)器不動作。在CP=1 期間，R 和 S 端的信號經(jīng)倒相后被引導(dǎo)到基本RS觸發(fā)器的輸入端 端和 端。在 CP 作用下，新狀態(tài) 是輸入信號R和 S 及原狀態(tài) 的函數(shù)，即 = F(R,S, ),0,1,1,1,1,輸入端全為1的基本RS觸發(fā)器 輸入狀態(tài)保持不變.,(1)真值表 同步 RS 觸發(fā)器的真值表如表所示。其功能與基本 RS 觸發(fā)器相同，但只能在 CP=1 到來時狀態(tài)才能翻轉(zhuǎn)。,同步RS觸發(fā)器的真值表,演示,演示,演示,演示,是指不允許將R和S同時取為1，所以稱為約束條件。,（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 將觸發(fā)器兩個穩(wěn)態(tài)0和1用兩個圓圈表示，用箭頭表示由現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換方向，在箭頭旁邊用文字符號及其相應(yīng)信號表示實現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必備的輸入條件，這種圖稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。,(2)卡諾圖與特性方程,（約束條件）,將 作為輸出變量,把S、R和 作為輸入變量填入卡諾圖，經(jīng)化簡得特性方程,3、同步RS觸發(fā)器的空翻問題 給時序邏輯電路加時鐘脈沖的目的是統(tǒng)一電路動作的節(jié)拍。對觸發(fā)器而言，在一個時鐘脈沖作用下，要求觸發(fā)器的狀態(tài)只能翻轉(zhuǎn)一次。而同步RS觸發(fā)器在一個時鐘脈沖作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)可能發(fā)生兩次或兩次以上的翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為空翻。出現(xiàn)空翻現(xiàn)象有以下兩種情況： （1）在CP=1期間，如果輸入端的信號R和S再有變化，可能引起輸出端Q翻轉(zhuǎn)兩次或兩次以上。 如圖所示，保證在CP=1期間只變化一次，則要求在CP=1期間不允許R和S的輸入信號發(fā)生變化。,0,1,0,1,0,0,0,1,1,1,1,（2）當(dāng)同步RS觸發(fā)器接成計數(shù)狀態(tài)時，容易發(fā)生空翻。 設(shè)Q=0，當(dāng)CP=1脈沖到來時，G4輸出0，G2輸出1，Q由0變?yōu)?。如果CP=1繼續(xù)保持，G3輸出0，引起 由0變以1，而Q由1變以0。此時出現(xiàn)空翻。,主從CMOS邊沿D觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu)及符號,包含主觸發(fā)器和從觸發(fā)器兩大部分及其控制門，傳輸門由兩個互補的信號C和非C控制。D為數(shù)據(jù)輸入端，Q和非Q為輸出端。SD、RD為異步直接置位（置1）和復(fù)位（置0）端。,主從CMOS邊沿D觸發(fā)器,所謂異步是復(fù)位和置位時不受時鐘脈沖CP的控制。,2、工作原理和邏輯功能分析,（1）異步復(fù)位和置位功能,無論CP處于何種狀態(tài) SD=1，RD=0,SD=0，RD=1,只有RD=SD=0時，才能使CP、D產(chǎn)生邏輯功能。,兩個輸出端和SD、RD構(gòu)成或非門基本RS觸發(fā)器。,（2）D和CP的觸發(fā)作用,分析RD=SD=0時，D觸發(fā)器的工作情況。,CP=0 時，C=0，TG1、TG4導(dǎo)通，TG2、TG3截止，主、從觸發(fā)器之間由TG3隔離，使信號鎖存于主觸發(fā)器；從觸發(fā)器通過TG4閉環(huán)反饋自鎖，保持原來Q的狀態(tài)。,RD=SD=0 時，,CP=1時，C=1，TG1、TG4截止，TG2、TG3導(dǎo)通，輸入通道被封鎖，主觸發(fā)器通過TG2保持CP上升沿到來前的一瞬間所接收的D信號，而從觸發(fā)器Q的狀態(tài)根據(jù)Z1的狀態(tài)變化而變化。,它具有邊沿觸發(fā)器的特性，故稱為主從型邊沿D觸發(fā)器。,主從觸發(fā)器由互補的時鐘脈沖分別控制兩部分。,3、D觸發(fā)器邏輯功能的表示,D觸發(fā)器具有置0，置1的功能。,特性方程,當(dāng)CP上升沿觸發(fā),D觸發(fā)器的真值表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,維持阻塞邊沿D觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號,各組成部分的功能,輸入端D, 為異步置位端， 為異步復(fù)位端。作用是人為地置1或置0，連線1，2，3，4分別稱為置0維持線，阻塞置1線，置1維持線和阻塞置0線。,SD=RD=1，D=0，CP=0時，G3、G4、G6輸出1，G5輸出0， ，Q保持不變。,SD=RD=1，D=0，CP=1時，G4輸出為0， ，G6不變，G3，G5組成的基本RS觸發(fā)器輸入全為1，輸出保持不變， 。G1、G2組成的RS觸發(fā)器置0。,D=0時,維持阻塞D觸發(fā)器工作原理,SD=RD=1，D=1，CP=0時，G3、G4輸出1，G6輸出0，G5輸出1。,SD=RD=1，D=1，CP=1時，G3輸出0，Q置1。,線1、2的作用保證D=0時，在CP上升沿瞬間使觸發(fā)器置0。線3、4的作用保證D=1時，在CP上升沿瞬間使觸發(fā)器置1。這樣的觸發(fā)器具有抗干擾能力、工作穩(wěn)定可靠。,例 已知維持阻塞邊沿D觸發(fā)器輸入CP和D信號的波形（已知 ），如圖所示，試畫出輸出端Q和 的波形。,負(fù)邊沿JK觸發(fā)器,負(fù)邊沿觸發(fā)器輸出狀態(tài)是根據(jù)CP下降沿到達瞬間輸入信號的狀態(tài)來決定的。而在CP變化前后，輸入信號狀態(tài)變化對觸發(fā)器狀態(tài)都不產(chǎn)生影響。,1、電路結(jié)構(gòu),2、工作原理和邏輯功能分析,設(shè),2、CP=1時，門BB被解除封鎖，基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)可以通過B，B繼續(xù)保持狀態(tài)不變，這時各門輸出函數(shù)式為,無論J、K如何改變，輸出均不改變。,1、CP=0時，B、B、G3、G4同時被CP封鎖，P=P=1,門A、A是打開的，基本RS觸發(fā)器 通過A、A的反饋互鎖保持不變。,3、CP的上升沿和下降沿的瞬間電路工作狀態(tài)的變化。,（1）CP由0到1的上升沿到來 瞬間，G3、G4延時，B,B先打 開，先有 然后 出現(xiàn) 。此 時與CP=1時情況相同， J、K不起作用。,（2）在CP由1到0的下降沿瞬間，G3、G4的延遲，B=B=0，P、P要保持一個tpd的延遲，此時， A，A與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，此時 代入同步RS觸發(fā)器的特性方程式，得到,此后，門G3、G4被CP=0封鎖，P=P=1，觸發(fā)器狀態(tài)Q不再受JK觸發(fā)器信號變化的影響。,0,0,0,由此可知，該觸發(fā)器只有在CP下降沿的時刻，才能使輸出Q發(fā)生變化，具有邊沿觸發(fā)的特點。,4、由特性方程所得的真值表,JK觸發(fā)器的真值表,當(dāng)J=K=0時， ；J與K相反時， 狀態(tài)隨J；J=K=1時， 。即0、0不變；0、1出0；1、0出1；1、1翻轉(zhuǎn)。,5、JK 觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和激勵表,例 對負(fù)邊沿JK觸發(fā)器加輸入信號CP、J、K波形如圖所示，圖中J 端存在窄干擾脈沖，試畫出輸出端Q的波形。,Q=0，,0、0不變，0、1出0；1、0出1。1、1翻轉(zhuǎn)。,不變,不變,T 觸發(fā)器和T 觸發(fā)器,T和T觸發(fā)器的邏輯功能 T和T觸發(fā)器是一種可控翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器。 在CP的作用下，根據(jù)輸入信號T情況的不同，決定觸發(fā)器是否翻轉(zhuǎn)。當(dāng)T=0時，CP作用沿到來觸發(fā)器并不翻轉(zhuǎn)，保持原狀態(tài)；當(dāng)T=1時，CP作用沿到來，觸發(fā)器將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 T觸發(fā)器，CP作用沿到來時，其狀態(tài)一定發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所以其功能就是令T=1的T觸發(fā)器。,T和T觸發(fā)器無獨立產(chǎn)品。,用JK、D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換實現(xiàn)T和T觸發(fā)器,輸入為T,輸入全為1,由 JK 觸發(fā)器構(gòu)成的 T,T 觸發(fā)器,用 D 觸發(fā)器構(gòu)成的 T,T 觸發(fā)器,4.3 觸發(fā)器的選擇和使用,各種觸發(fā)器具有不同的邏輯功能，即使功能相同，不同系列的觸發(fā)器在結(jié)構(gòu)、性能等方面也有差異，在使用中注意處理好一些實際問題，綜述如下： 基本RS觸發(fā)器及其性質(zhì)是觸發(fā)器電路的基礎(chǔ)。同步RS觸發(fā)器，在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上加入時鐘脈沖，缺點是有空翻現(xiàn)象。實用的集成時鐘觸發(fā)器分為主從型、邊沿型和主從邊沿型。 同步觸發(fā)器有空翻現(xiàn)象，只能用在脈沖高或低有效電平作用期間輸入信號不變的場合。,本章小結(jié),觸發(fā)器構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的基本邏輯單元，具有記憶功能，用于構(gòu)成時序邏輯電路。,觸發(fā)器有兩個基本特性：有兩個穩(wěn)定狀態(tài)；在外信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換，沒有外信號作用時保持原狀態(tài)不變。因此，觸發(fā)器具有記憶功能，常用來保存二進制信息。,Qn+1 = D,只有 CP 輸入端， 無數(shù)據(jù)輸入端。 來一個CP翻轉(zhuǎn)一次,D 觸發(fā)器,T 觸發(fā)器,RS 觸發(fā)器,JK 觸發(fā)器,T觸發(fā)器,觸發(fā)器根據(jù)邏輯功能不同分為,不同觸發(fā)方式的工作特點,正電平觸發(fā)式觸發(fā)器的狀態(tài)在 CP = 1 期間翻轉(zhuǎn)，