第4章-集成觸發(fā)器學習指導(dǎo)

1、第四章 集成觸發(fā)器一、內(nèi)容提要能夠存儲一位二值信息的基本單元稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，簡稱觸發(fā)器。觸發(fā)器是組成時序邏輯電路的基本單元。它的顯著特點是具有記憶功能，一個觸發(fā)器能記住1位二值信號（0或1），n個觸發(fā)器組合在一起就能記憶n位二值信號。（一）、觸發(fā)器的特點 l、它有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài) 觸發(fā)器有兩個輸出端，分別記作、，其狀態(tài)是互補的：1，0是一個穩(wěn)定狀態(tài)，稱為1態(tài)；0，1是另一個穩(wěn)定狀態(tài)，稱為0態(tài)； 其他情況如0或1，不滿足互補的條件，稱之為不定狀態(tài)，它既不能算作0態(tài)，也不能算作1態(tài)。 2、在適當?shù)妮斎胄盘栕饔孟?，觸發(fā)器能從原來所處的一個穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)成另一個穩(wěn)態(tài)。 3、在輸入信號取消后，能夠?qū)?/p>

2、得到的新狀態(tài)保存下來，即記憶住這一狀態(tài)。（二）、觸發(fā)器的類型1、按觸發(fā)方式分，有電平觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式和邊沿觸發(fā)方式。2、按邏輯功能分，有RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。（三）、各類觸發(fā)器的狀態(tài)方程1、RS觸發(fā)器：2、 3、 4、 5、 由于目前實際生產(chǎn)的集成時鐘觸發(fā)器只有D型和JK型兩種，如果需要使用其它邏輯功能的觸發(fā)器，可以利用轉(zhuǎn)換邏輯功能的方法，將D或JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成所需功能的觸發(fā)器發(fā)器。二、重點難點本章主要內(nèi)容包括：（1）基本觸發(fā)器的電路組成和工作原理。 （2）RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T和T觸發(fā)器的邏輯功能以及觸發(fā)器的描述方法：邏輯功能表、特性方程、驅(qū)動（激勵

3、）表、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（表）和時序（波形）圖。重點需要掌握的內(nèi)容在于各類觸發(fā)器的邏輯功能和邏輯功能描述方法；各種觸發(fā)方式的特點、脈沖工作特性。 本章的難點主要集中在各觸發(fā)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。三、習題精解知識點:基本RS觸發(fā)器工作狀態(tài)判斷。例4.1 電路如圖4.1所示。已知A、B波形，判斷Q的波形應(yīng)為(A) 、(B)、(C)、(D)中的哪一種。假定觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。 圖4.1解：電路是一個由“或非”門構(gòu)成的基本觸發(fā)器，當都為“1”時，而當=0，=1時，則，而，所以應(yīng)該是(B)波形正確。知識點：電平觸發(fā)的D觸發(fā)器工作特點。例42 圖4.2所示為電平觸發(fā)D觸發(fā)器的CP信號和D輸入信號，設(shè)初始狀態(tài)為

4、0，確定輸出端Q的波形。圖4.2解：在CP=1時，無論D為高電平還是低電平，Q端輸出信號總是和D輸入信號相同；在CP=0期間，Q端的輸出信號將保持不變。綜上，Q端的輸出波形如圖A4.2所示。圖A4.2知識點：邊沿D觸發(fā)器的工作特點。例4.3圖4.3所示為上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的輸入信號和時鐘脈沖波形，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，畫出輸出信號Q的波形。圖4.3解：根據(jù)邊沿D觸發(fā)器的功能特點可知，每個時鐘脈沖CP上升沿到來之后的輸出狀態(tài)等于該上升沿前一瞬間D信號的狀態(tài)，直到下一個時鐘脈沖CP上升沿到來。由此可畫出輸出Q端的波形如圖A4.3所示。圖A4.3例4.4 圖4.4為邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的電路，設(shè)觸發(fā)器

5、的初始狀態(tài)，確定及在時鐘脈沖作用下的波形。圖4.4解：由于兩個D觸發(fā)器的輸入信號分別為另一個D觸發(fā)器的輸出，因此在確定它們的輸出端波形時，應(yīng)分段交替畫出及的波形。圖A4.4知識點：主從JK觸發(fā)器工作特點。例4.5 已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形（設(shè)初始狀態(tài)為0）。圖4.5解：根據(jù)主從觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表可知，在第1個CP高電平期間，J=1，K=0，為1；在第2個CP高電平期間，J=1，K=1，翻轉(zhuǎn)為0；在第3個CP高電平期間，J=0，K=0，保持不變，仍為0；在第4個CP高電平期間，J=1，K=0，為1；在第5個CP高電平期間，J=0，K=1，為0；在第6個CP高電

6、平期間，J=0，K=0，保持不變，仍為0。最后得到輸出波形如圖A4.5所示。圖A4.5知識點：主從JK觸發(fā)器的一次變化問題。例4.6 設(shè)主從JK觸發(fā)器的初態(tài)為1，試畫出它的波形。圖4.6解： 根據(jù)主從JK觸發(fā)器一次變化現(xiàn)象的描述，了解到只有在下面兩種情況下會發(fā)生一次變化現(xiàn)象：一是觸發(fā)器狀態(tài)為0時，J信號的變化；二是觸發(fā)器狀態(tài)為1時，K信號的變化。若在CP=1期間，J、K信號發(fā)生了變化，可按照以下方法來處理： 若原態(tài)Q=0，則由J信號決定其次態(tài)，而與K無關(guān)。此時只要CP=1期間出現(xiàn)過J=1，則CP下降沿時Q為1。否則Q仍為0。 若原態(tài)強，則由K信號決定其次態(tài)，而與J無關(guān)。此時只要CP=1期間出現(xiàn)

7、過K=1，則CP下降沿時Q為0。否則Q仍為1。在圖4.6中，第5、6個CP脈沖的高電平期間，J、K信號發(fā)生了變化，其它CP脈沖的高電平期間，J、K信號沒發(fā)生變化。針對這兩種不同情況分別采用前面介紹的方法畫出它的輸出波形，如圖A4.6所示。圖A4.6知識點：邊沿JK觸發(fā)器工作特點.例4.7 設(shè)邊沿JK觸發(fā)器的初態(tài)為0，輸入信號波形如圖4.7所示，試畫出它的輸出波形。圖4.7解（1）以時鐘下降沿為基準，劃分時間間隔，CP下降沿到來前為現(xiàn)態(tài)，下降沿到來后為次態(tài)。（2）每個時鐘下降沿到來后，根據(jù)觸發(fā)器的特性方程或狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表確定其次態(tài)。輸出波形如圖A4.7所示。圖A4.7知識點：邊沿JK觸發(fā)器級聯(lián)。

8、例4.8 邊沿JK觸發(fā)器FF0和FF1的連接如圖4.8所示，設(shè)兩個觸發(fā)器的初始狀態(tài)都是0狀態(tài)，試確定輸出端、的波形，并寫出這些波形所表示的二進制序列。圖4.8解：根據(jù)邊沿JK觸發(fā)器的特點，可得到、的波形如圖A4.8所示。若將、的時序進行排列，即為00，01，10，11，分別對應(yīng)于0，1，2，3。可見，這個二進制序列每4個時鐘脈沖重復(fù)一次，然后返回0重新開始此序列，此序列相當于對時鐘脈沖進行了計數(shù)。圖A4.8知識點:各類觸發(fā)器工作狀態(tài)判斷。例4.9 電路如圖4.9所示。能實現(xiàn) 的電路是哪一種電路。 圖4.9解： 對(a)電路，只有當A=1時才是計數(shù)型觸發(fā)器；而(b)電路是T觸發(fā)器，只有當T=1時

9、，才是計數(shù)觸發(fā)器；(c)可以實現(xiàn)計數(shù)即，(d)電路也不可能是計數(shù)式觸發(fā)器。所以實現(xiàn)功能的電路是(c)。9例4.10 電路如圖4.10所示，的電路是哪 一些電路。圖4.10解：對(a)電路，因為是D觸發(fā)器，所以有 對(b)電路，因為是RS觸發(fā)器,所以有 對(c)電路，因為是T觸發(fā)器, 對(d)電路，因為是JK觸發(fā)器, 因此，能實現(xiàn)的電路是（b）和（d）兩個電路。知識點：復(fù)位端的作用。例4.11 由下降沿JK觸發(fā)器組成的電路及其CP、J端輸入波形如圖4.11 所示，試畫出Q端的波形(設(shè)初態(tài)為0)。 圖4.11解：該題的復(fù)位端由CP和Q的與非實現(xiàn)，所以應(yīng)該十分注意復(fù)位端的作用。波形圖為： 四、自我測

10、試題（共100分）（一）不定項選擇題。（本大題共10題，每題1分，共10分）1.N個觸發(fā)器可以構(gòu)成能寄存 位二進制數(shù)碼的寄存器。 A.N-1 B.N C.N+1 D.2N2一個觸發(fā)器可記錄一位二進制代碼，它有 個穩(wěn)態(tài)。A.0 B.1 C.2 D.3 3對于T觸發(fā)器，若原態(tài)Qn=0，欲使新態(tài)Qn+1=1，應(yīng)使輸入T= 。A.0 B.1 C.Q D.4對于D觸發(fā)器，欲使Qn+1=Qn，應(yīng)使輸入D= 。A.0 B.1 C.Q D.5對于JK觸發(fā)器，若J=K，則可完成 觸發(fā)器的邏輯功能。A.RS B.D C.T D.T6欲使JK觸發(fā)器按Qn+1=Qn工作，可使JK觸發(fā)器的輸入端 。A.J=K=0 B.

11、J=Q,K= C.J=,K=Q D.J=Q,K=0 7欲使D觸發(fā)器按Qn+1=n工作，應(yīng)使輸入D= 。A.0 B.1 C.Q D.8描述觸發(fā)器的邏輯功能的方法有 。A.狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表 B.特性方程 C.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 D.狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖9為實現(xiàn)將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器，應(yīng)使 。A.J=D,K= B. K=D,J= C.J=K=D D.J=K=10下列觸發(fā)器中，沒有約束條件的是 。A.基本RS觸發(fā)器 B.主從RS觸發(fā)器 C.同步RS觸發(fā)器 D.邊沿D觸發(fā)器（二） 、判斷題（正確打，錯誤的打。本大題共6題，每題1分，共6分） D觸發(fā)器的特性方程為，與無關(guān)，所以它沒有記憶功能。（ ） RS觸發(fā)器的約束

12、條件RS=0表示不允許出現(xiàn)R=S=1的輸入。（ ） 同步觸發(fā)器存在空翻現(xiàn)象，而邊沿觸發(fā)器和主從觸發(fā)器克服了空翻。（ ） 主從JK觸發(fā)器、邊沿JK觸發(fā)器和同步JK觸發(fā)器的邏輯功能完全相同。（ ） 由兩個TTL或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，當R=S=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)為不定。 對邊沿JK觸發(fā)器，在CP為高電平期間，當J=K=1時，狀態(tài)會翻轉(zhuǎn)一次。（ ）（三）、填空題。（本大題共12 空，每空2分，共24 分）1觸發(fā)器有 2 個穩(wěn)態(tài)，存儲8位二進制信息要 8 個觸發(fā)器。2一個基本RS觸發(fā)器在正常工作時，它的約束條件是+=1，則它不允許輸入= 0 且= 0 的信號。3觸發(fā)器有兩個互補的輸出端Q、，定義觸

13、發(fā)器的1狀態(tài)為 ，0狀態(tài)為 ，可見觸發(fā)器的狀態(tài)指的是 端的狀態(tài)。4一個基本RS觸發(fā)器在正常工作時，不允許輸入R=S=1的信號，因此它的約束條件是 。5在一個CP脈沖作用下，引起觸發(fā)器兩次或多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為觸發(fā)器的 ，觸發(fā)方式為主從 式或 邊沿 式的觸發(fā)器不會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。6TTL集成JK觸發(fā)器正常工作時，其和端應(yīng)接 電平。（四）、分析題。（本大題共6題，每題10分）1 畫出圖P4.1所示由與非門組成的基本RS觸發(fā)器輸出端、的電壓波形，輸入端、的電壓波形如圖中所示。圖P4.1 2試分析圖P4.2所示電路的邏輯功能，列出真值表寫出邏輯函數(shù)式。圖P4.23若主從結(jié)構(gòu)JK觸發(fā)器CP、J、K端的電壓波

14、形如圖P4.3所示，試畫出Q、端對應(yīng)的電壓波形。圖P4.34設(shè)圖P4.4中各觸發(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。圖P4.45試寫出圖P4.5（a）中各電路的次態(tài)函數(shù)（即、）與現(xiàn)態(tài)和輸入變量之間的函數(shù)式，并畫出在圖P4.14（b）給定信號的作用下Q1、Q2、Q3、Q4的電壓波形。假定各觸發(fā)器的初始狀態(tài)均為Q=0。圖P4.56試畫出圖P4.6電路在圖中所示CP、信號作用下Q1、Q2、Q3的輸出電壓波形，并說明Q1、Q2、Q3輸出信號的頻率與CP信號頻率之間的關(guān)系。圖P4.6五、自我測試題答案（一）、選擇題1 B2 C3 BD4 C5 C6 ABD7 D8

15、 ABCD9 A10 D（二）、判斷題1. 2. 3. 4. 5. 6. （三）、填空題12 820 0 3Q=1、=0 Q=0、=1 Q4RS=05空翻 主從式 邊沿式（四）、分析題1解 見圖A4.1圖A4.12解：圖P4.2所示電路的真值表S RQnQn+10 0000 0110 1000 1101 0011 0111 100*1 110*由真值表得邏輯函數(shù)式 3解 見圖A4.3圖A4.34解 見圖A4.4圖A4.45解 電路驅(qū)動方程為：，；，；代入特性方程，得狀態(tài)方程：根據(jù)狀態(tài)方程畫波形，見圖A4.5。 圖A4.56解波形見圖A4.6。 圖A4.6若CP的頻率為，則Q1、Q2、Q3的頻率

16、分別為、。六、課后習題答案 題4-1解：已知或非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器的特征方程如下：根據(jù)輸入端S、R的波形圖，得出輸出端、的電壓波形見圖A4.1。題4-2解：見圖A4.2圖A4.2題4-3解：1） CP=0時，SS=1,RR=1,期間，狀態(tài)保持。 CP=1時，即在CP=1的情況下：若R=0，S=0。則RR=1，SS=1，有，狀態(tài)保持。 若R=0，S=1。則RR=1，SS=0，有。 若R=1，S=0。則RR=0，SS=1，有。 若R=1，S=1。則RR=0，SS=1，有。電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表如下表所示：2） 求次態(tài)方程：由上述狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，不難得出次態(tài)方程：3）R與S無需約束條件。題4-4解：見

17、圖A4.4 圖A4.4題4-5解：見圖A4.5 圖A4.5題4-6解：根據(jù)圖示可知該觸發(fā)器的，。由時鐘下降沿觸發(fā)。因此在CP作用下的端波形圖如圖A4.6所示：圖A4.6題4-7解：該觸發(fā)器在CP下降沿處觸發(fā)，因而狀態(tài)的改變都對應(yīng)著CP下降沿處。另外，如果CP=1期間J、K有變化，應(yīng)注意一次變化問題。，為異步復(fù)位、置位端，不受CP的限制。當=0時，；=0時，。根據(jù)所給的CP、J、K和，的波形，所畫端波形如圖A4.7所示。圖A4.7題4-8解： (a)為時鐘下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，(b)為時鐘上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，(c) 為時鐘下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，(d) 為時鐘上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器， (e) 為

18、時鐘上升沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，(f) 為時鐘下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，各TTL觸發(fā)器端的輸出波形圖如圖A4.8所示。圖A4.8題4-9解：見圖 A4.9圖 A4.9題4-10解：已知時鐘RS觸發(fā)器的特征方程為：1) 時鐘RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器：已知D觸發(fā)器的特征方程為，變換該表達式，使之與時鐘RS觸發(fā)器的特征方程式相同，即。把、視為變量，余下部分視為系數(shù)，根據(jù)變量相同、系數(shù)相等，則方程一定相等的原則，得到：，畫電路圖如圖A4.10（a）所示。2) 時鐘RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器: 已知T觸發(fā)器的特征方程為，變換該表達式，使之與時鐘RS觸發(fā)器的特征方程式相同，即。把、視為變量，余下部分視為系數(shù)，根據(jù)

19、變量相同、系數(shù)相等，則方程一定相等的原則，得到：，畫電路圖如圖A4.10（b）所示。3) 時鐘RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成觸發(fā)器：已知觸發(fā)器的特征方程為，變換該表達式，使之與時鐘RS觸發(fā)器的特征方程式相同，即。把、視為變量，余下部分視為系數(shù)，根據(jù)變量相同、系數(shù)相等，則方程一定相等的原則，得到：，畫電路圖如圖A4.10（c）所示。4) 時鐘RS觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK觸發(fā)器：已知JK觸發(fā)器的特征方程為，把、視為變量，余下部分視為系數(shù)，根據(jù)變量相同、系數(shù)相等，則方程一定相等的原則，得到：，畫電路圖如圖A4.10（d）所示。題4-11解：1）對于FF1,由圖可知，因此該觸發(fā)器的次態(tài)輸出函數(shù)表達式為： （CP上升沿時有效

20、）對于FF2,由圖可知，因此該觸發(fā)器的次態(tài)輸出函數(shù)表達式為： （CP下降沿時有效）2）根據(jù)所給的CP及A、B波形圖，可以畫出各電路端的波形圖如圖A4.11所示。圖A4.11題4-12解：T觸發(fā)器的特征方程為： （CP下降沿有效）端的輸出波形如圖A4.12所示。圖A4.12題4-13解：根據(jù)電路圖可知，而該電路中的觸發(fā)器是CP上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，其新態(tài)方程為：。據(jù)已知的CP信號波形，可以畫出A、B端的輸出波形如圖A4.13所示。 圖A4.13題4-14解：所謂觸發(fā)器的“空翻”是指在同一個時鐘脈沖作用期間觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生兩次或兩次以上變化的現(xiàn)象。引起空翻的原因是在時鐘脈沖作用期間，輸入信號依然直接控制著觸發(fā)器狀態(tài)的變化。具體的說，就是當時鐘CP為1時，如果輸入信號R、S發(fā)生變化，則觸發(fā)器狀態(tài)會跟著變化，從而使得一個時鐘脈沖作用期間引起多次翻轉(zhuǎn)。 題4-15解： 主從JK觸發(fā)器的一次變化問題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP1期間其狀態(tài)能且只能變化一次。對于主從JK觸發(fā)器，在CP=1期間輸入信號發(fā)生過變化后，CP下降沿到達時從觸發(fā)器的狀態(tài)不一定能按此刻輸入信號的狀態(tài)來確定，而必須考慮整個CP1期間輸入信號的變化過程才能確定觸發(fā)器的次態(tài)。主從JK觸發(fā)器中，在時，如果有J=1的干擾，會使；同理，在時，如有K