電子技術(shù)集成觸發(fā)器

1、電子技術(shù)（第電子技術(shù)（第2 2版）課件版）課件第第8 8章集成觸發(fā)器章集成觸發(fā)器2工作原理 下面分四種情況分析當(dāng)基本RS觸發(fā)器的輸入端發(fā)生變化時(shí)，輸出端的狀態(tài)變化情況。應(yīng)特別注意其輸出端狀態(tài)的改變還與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)。（1）R=S=1 若觸發(fā)器原狀態(tài)為0，即Q=0、 =1，則Q的0狀態(tài)反饋到門(mén)G2輸入端，使其輸出保持為1； 的1狀態(tài)反饋到門(mén)G1輸入端，使其輸出保持為0。 若觸發(fā)器原狀態(tài)為1，即Q=1、 =0，則Q的1狀態(tài)反饋到門(mén)G2輸入端，使其輸出保持為0； 的0狀態(tài)反饋到門(mén)G1輸入端，使其輸出保持為1。 綜上分析可見(jiàn)，無(wú)論原狀態(tài)如何，只要輸入端信號(hào)為R=S=1，觸發(fā)器就保持原狀態(tài)不變，此時(shí)稱(chēng)觸

2、發(fā)器為記憶態(tài)。1位觸發(fā)器可記憶1位二進(jìn)制數(shù) 。QQQQ（2）S=1，R=0 輸入R加負(fù)脈沖可使R=0，無(wú)論 的原態(tài)如何都使 =1。 的1狀態(tài)反饋到門(mén)G1輸入端，使Q=0；Q的0狀態(tài)反饋到門(mén)G2輸入端，使 =1；當(dāng)R上負(fù)脈沖消失，有R=S=1，由（1）的分析可知，觸發(fā)器保持Q=0狀態(tài)不變。 可見(jiàn)，當(dāng)S接高電平、在R端加負(fù)脈沖時(shí)，可使觸發(fā)器置0并保持。（3）S=0，R=1 分析與（2）類(lèi)似，可以得到結(jié)論：當(dāng)R接高電平，在S端加負(fù)脈沖時(shí)，可使觸發(fā)器置1并保持。（4）R=S=0 當(dāng)R端和S端同時(shí)加負(fù)脈沖時(shí)，無(wú)論觸發(fā)器原始狀態(tài)如何，都使Q= =1，這違反了Q與 狀態(tài)相反的邏輯關(guān)系。當(dāng)負(fù)脈沖消失時(shí)，兩個(gè)與

3、非門(mén)的輸入全部為1，則邏輯上輸出應(yīng)都為0。但由于門(mén)G1和G2傳輸延遲時(shí)間會(huì)有差異。如有一個(gè)門(mén)先變?yōu)?，則另一個(gè)門(mén)就不會(huì)再變?yōu)?了。所以，當(dāng)R端和S端的負(fù)脈沖同時(shí)消失時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)是不能確定的，應(yīng)禁止這種狀態(tài)出現(xiàn)。QQQQQQ 綜上所述，基本RS觸發(fā)器具有如下邏輯功能： 保持功能（R=1、S=1）； 置功能（R=0、S=1）； 置功能（R=1、S=0）。 需要注意的是，由與非門(mén)組成的基本RS觸發(fā)器輸入低電平有效，并且不允許在兩個(gè)輸入端同時(shí)加負(fù)脈沖。3基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；（2）有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能；（3）R為復(fù)位輸入端，

4、S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)；（4）由于反饋線的存在，無(wú)論是復(fù)位還是置位，有效信號(hào)只需要作用很短的一段時(shí)間，即“一觸即發(fā)”。8.1.2 觸發(fā)器的功能描述方法 描述觸發(fā)器的邏輯功能，有四種方法：狀態(tài)真值表、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖。1狀態(tài)真值表 描述在輸入信號(hào)的作用下，觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1及現(xiàn)態(tài)Qn與輸入信號(hào)之間關(guān)系的表格稱(chēng)為狀態(tài)真值表。 現(xiàn)態(tài)Qn表示當(dāng)前的輸入信號(hào)作用下的輸出狀態(tài)。次態(tài)Qn+1表示觸發(fā)器新的狀態(tài)，不僅與當(dāng)前的輸入信號(hào)有關(guān)，而且還與觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)Qn有關(guān)。 應(yīng)注意觸發(fā)器的真值表與組合邏輯電路的真值表的不同。狀態(tài)真值表中Qn實(shí)際上是

5、作為輸入信號(hào)，與觸發(fā)器輸入端信號(hào)一起，決定Qn+1的狀態(tài)。基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)真值表見(jiàn)表8-1 。2特性方程 描述觸發(fā)器邏輯功能的邏輯表達(dá)式稱(chēng)為特性方程，也叫做狀態(tài)方程。 基本RS觸發(fā)器的特性方程為： 約束條件： （即R、S不能同時(shí)為0）。表8-1基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)真值表R SQnQn+1功 能 說(shuō) 明0 00 001不穩(wěn)定狀態(tài)0 10 10100置0（復(fù)位）1 01 00111置1（置位）1 11 10101保持原狀態(tài)1nnQSRQ1RS3狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求?；綬S觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖8-2所示，其中符號(hào)表示該

6、信號(hào)可以是1也可以是0。4波形圖 波形圖也叫時(shí)序圖，觸發(fā)器的功能也可以用輸入輸出波形圖直觀地表示出來(lái)。設(shè)基本RS觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，輸入R、S的波形圖，由其邏輯功能，可畫(huà)出輸出Q、 的波形圖如圖8-3所示。圖中虛線所示為考慮門(mén)電路的延遲時(shí)間的情況。Q 圖8-2 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-3 基本RS觸發(fā)器輸入輸出波形圖 在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字系統(tǒng)往往會(huì)含有多個(gè)觸發(fā)器，為了使系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，就希望對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行一定的控制，使其按一定的節(jié)拍翻轉(zhuǎn)。為此，人們給觸發(fā)器加上一個(gè)時(shí)鐘控制端CP，只有在CP端上出現(xiàn)時(shí)鐘脈沖時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能變化。具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時(shí)鐘脈沖同步，所以稱(chēng)為同

7、步觸發(fā)器。1電路結(jié)構(gòu)8.2 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 圖8-4 同步RS觸發(fā)器2邏輯功能 當(dāng)CP=0時(shí)，控制門(mén)G3、G4關(guān)閉，都輸出1。這時(shí)，不管R端和S端的信號(hào)如何變化，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。 當(dāng)CP=1時(shí)，G3、G4打開(kāi)，R、S端的輸入信號(hào)才能通過(guò)這兩個(gè)門(mén)，使基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號(hào)決定。同步RS觸發(fā)器的邏輯功能見(jiàn)表8-2。表8-2同步RS觸發(fā)器邏輯功能表R SQnQn+1功 能 說(shuō) 明0 00 00101保持原狀態(tài)0 10 10111輸出狀態(tài)與S狀態(tài)相同1 01 00100輸出狀態(tài)與S狀態(tài)相同1 11 101輸出狀態(tài)不穩(wěn)定3特性方程 根據(jù)表8-2所示的邏輯

8、功能，可得同步RS觸發(fā)器的特性方程為： 約束條件：RS=04波形圖 在一個(gè)時(shí)鐘周期的整個(gè)高電平期間或整個(gè)低電平期間都能接收輸入信號(hào)并改變狀態(tài)的觸發(fā)方式稱(chēng)為電平觸發(fā)。由此引起的在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻?？辗且环N有害的現(xiàn)象，它使得時(shí)序電路不能按時(shí)鐘節(jié)拍工作，從而造成系統(tǒng)的誤動(dòng)作。同步RS觸發(fā)器的空翻波形如圖8-6所示。 造成空翻現(xiàn)象的原因是同步觸發(fā)器結(jié)構(gòu)的不完善，下面將討論的幾種無(wú)空翻的觸發(fā)器，它們都是從結(jié)構(gòu)上采取措施來(lái)克服空翻現(xiàn)象的。1nnQSRQ 圖8-5 同步RS觸發(fā)器的波形圖 圖8-6 同步RS觸發(fā)器的空翻波形【例8-1】 試用或非門(mén)構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。解：

9、電路結(jié)構(gòu)如圖8-7所示，S仍然稱(chēng)為置1輸入端，但為高電平有效，R仍然稱(chēng)為置0輸入端，也為高電平有效。圖8-7 或非門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器 RS觸發(fā)器的特性方程中有一個(gè)約束條件SR=0，即在工作時(shí)，不允許輸入信號(hào)R、S同時(shí)為1。這一約束條件使得RS觸發(fā)器在使用時(shí)，有時(shí)感覺(jué)不方便。如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？我們注意到，觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端Q、在正常工作時(shí)是互補(bǔ)的，即一個(gè)為1，另一個(gè)一定為0。因此，如果把這兩個(gè)信號(hào)通過(guò)兩根反饋線分別引到輸入端，就一定有一個(gè)門(mén)被封鎖，這時(shí)，就不怕輸入信號(hào)同時(shí)為1了。這就是主從JK觸發(fā)器的構(gòu)成思路。 主從觸發(fā)器由兩級(jí)觸發(fā)器構(gòu)成，其中一級(jí)直接接收輸入信號(hào)，稱(chēng)為主觸發(fā)器；另一級(jí)接收

10、主觸發(fā)器的輸出信號(hào)，稱(chēng)為從觸發(fā)器。兩級(jí)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)互補(bǔ)，從而有效地克服了空翻現(xiàn)象。8.3 主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 1電路結(jié)構(gòu)主從JK觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號(hào)如圖8-8所示。圖8-8 主從JK觸發(fā)器3特性方程 根據(jù)表8-3可得JK觸發(fā)器的特性方程為：4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖8-9所示。5主從JK觸發(fā)器存在的問(wèn)題一次變化現(xiàn)象 設(shè)主從JK觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，已知輸入J、K的波形如圖8-10所示，可畫(huà)出輸出Q的波形圖。1nnnQJQKQ 圖8-9 主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖8-10 主從JK觸發(fā)器的一次變化波形 由此看出，主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器只變化（翻轉(zhuǎn)

11、）一次，這種現(xiàn)象稱(chēng)為一次變化現(xiàn)象。一次變化現(xiàn)象也是一種有害的現(xiàn)象，如果在CP=1期間，輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào)，就可能造成觸發(fā)器的誤動(dòng)作。為了避免發(fā)生一次變化現(xiàn)象，在使用主從JK觸發(fā)器時(shí)，要保證在CP=1期間，J、K保持狀態(tài)不變?！纠?-2】 設(shè)主從JK觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0，已知輸入J、K的波形圖如圖8-11所示，畫(huà)出輸出Q的波形圖。 圖8-11 JK觸發(fā)器的波形圖 解： 在畫(huà)主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。 （1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）。（2）在CP=1期間，如果輸入信號(hào)的狀態(tài)沒(méi)有改變，判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)就是時(shí)鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)。 要解決JK觸

12、發(fā)器的一次變化問(wèn)題，仍應(yīng)從電路結(jié)構(gòu)上入手，讓觸發(fā)器只接收CP觸發(fā)沿到來(lái)前一瞬間的輸入信號(hào)，這種觸發(fā)器就是邊沿觸發(fā)器。 邊沿觸發(fā)器不僅將觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制在CP觸發(fā)沿到來(lái)的一瞬間，而且將接收輸入信號(hào)的時(shí)間也控制在CP觸發(fā)沿到來(lái)的前一瞬間。因此，邊沿觸發(fā)器既沒(méi)有空翻現(xiàn)象，也沒(méi)有一次變化問(wèn)題，從而大幅提高了觸發(fā)器工作的可靠性和抗干擾能力。1電路結(jié)構(gòu) 圖8-13（a）所示為同步D觸發(fā)器。為了克服同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象，并具有邊沿觸發(fā)器的特性，在圖8-13（a）電路的基礎(chǔ)上引入三根反饋線L1、L2、L3，如圖8-13（b）所示。8.4 邊沿邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器 2邏輯功能D觸發(fā)器只有一個(gè)觸發(fā)輸入端D，因此

13、邏輯關(guān)系非常簡(jiǎn)單，見(jiàn)表8-4。 圖8-13 D觸發(fā)器的邏輯圖表8-4D觸發(fā)器邏輯功能表DQnQn+1功 能 說(shuō) 明001101010011輸出狀態(tài)與D狀態(tài)相同 3特性方程 D觸發(fā)器的特性方程為4狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖8-14所示。 1nQD圖8-14 D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 【例8-3】 邊沿D觸發(fā)器如圖8-13（b）所示，設(shè)初始狀態(tài)為0，已知輸入D的波形圖如圖8-15所示，畫(huà)出輸出Q值的波形。解：根據(jù)D觸發(fā)器的功能表或特性方程可以畫(huà)出輸出Q值的波形圖，如圖8-16所示。 圖8-15 輸入D的波形 圖8-16 輸出Q值的波形 由于是邊沿觸發(fā)器，在畫(huà)波形圖時(shí)，應(yīng)考慮以下兩點(diǎn)。（1）觸

14、發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是上升沿）。（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖觸發(fā)沿前一瞬間，這里是上升沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)。 觸發(fā)器廣泛應(yīng)用在計(jì)數(shù)、分頻、產(chǎn)生不同節(jié)拍的脈沖信號(hào)等電路中。1基本RS觸發(fā)器的應(yīng)用消顫開(kāi)關(guān) 一般的機(jī)械開(kāi)關(guān)，在接通或斷開(kāi)過(guò)程中，由于受觸點(diǎn)金屬片彈性的影響，通常會(huì)產(chǎn)生一串脈動(dòng)式的振動(dòng)。如果將它裝在電路中，則相應(yīng)會(huì)引起一串電脈沖，若不采取措施，將造成電路的誤操作。利用簡(jiǎn)單的RS觸發(fā)器，可以很方便地消除這種機(jī)械顫動(dòng)而造成的不良后果。圖8-19所示為由RS觸發(fā)器構(gòu)成的消顫開(kāi)關(guān)電路及工作波形。2JK觸發(fā)器在控制測(cè)量技術(shù)中的應(yīng)用 JK觸發(fā)器可以用作計(jì)數(shù)器、分頻器、

15、移位寄存器等。圖8-20給出一個(gè)JK觸發(fā)器構(gòu)成的時(shí)序邏輯電路，這個(gè)電路可以產(chǎn)生1010的脈沖序列。8.5 觸發(fā)器的應(yīng)用觸發(fā)器的應(yīng)用 圖8-19 消顫開(kāi)關(guān)電路及工作波形圖8-20 JK觸發(fā)器構(gòu)成的時(shí)序邏輯電路8.6 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn) 集成觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試集成觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試 一一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 認(rèn)識(shí)集成觸發(fā)器器件，學(xué)習(xí)觸發(fā)器邏輯功能的測(cè)試方法；2.熟悉基本RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、邏輯功能和觸發(fā)方式；3.熟悉JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式。二 實(shí)驗(yàn)器材數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱、雙蹤示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、74LS00一片、SN74LS112四片、SN74L74一片、導(dǎo)線若干 三 實(shí)驗(yàn)原理圖8-23 實(shí)驗(yàn)

16、用元器件的引腳排列圖 圖8-21 與非門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器 圖8-22 集成觸發(fā)器的邏輯符號(hào)圖1. 基本RS觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試 按圖8-21用與非門(mén)構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，輸入端R、S接邏輯開(kāi)關(guān)，輸出端Q、接電平指示器（發(fā)光二極管）。按表8-5的要求測(cè)試邏輯功能，觀察并記錄輸出端Q的狀態(tài)變化，總結(jié)基本RS觸發(fā)器的邏輯功能。四 實(shí)驗(yàn)步驟表8-5基本RS觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試表四 實(shí)驗(yàn)步驟表8-5基本RS觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試表輸 入輸 出RSQnQn+100010101100111012.集成雙JK觸發(fā)器SN74LS112的邏輯功能測(cè)試測(cè)試 、 的復(fù)位和置位功能；任取SN74LS112芯片中一組JK

17、觸發(fā)器， 、 、J、K端接邏輯開(kāi)關(guān)，CP端接單次脈沖源，Q、 端接電平指示器，參照表8-6的要求改變 、 （J、K、CP處于任意狀態(tài)），并在 =0（ =1）或 =1（ =0）作用期間任意改變J、K、CP的狀態(tài)，觀察Q、 的狀態(tài)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果到表8-6中。四 實(shí)驗(yàn)步驟DRDSDRDSQDRDSDRDSDRDSQ四 實(shí)驗(yàn)步驟表8-6 JK觸發(fā)器異步復(fù)位端和置位端的測(cè)試表CPJKQn+10110RDSD測(cè)試JK觸發(fā)器的邏輯功能。 在 =1， =1的情況下，按表8-7要求改變J、K、CP狀態(tài)，觀察Q、 的狀態(tài)變化，觀察觸發(fā)器狀態(tài)更新是否發(fā)生在CP脈沖的下降沿（即10），記錄到表8-7中。四 實(shí)驗(yàn)步驟D

18、RDSQJKCPQn+1功 能 說(shuō) 明Qn =0Qn =1000110010110100110110110表8-7JK觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試表3.測(cè)試雙D觸發(fā)器SN74LS74的邏輯功能 測(cè)試 、 的復(fù)位和置位功能，測(cè)試方法同前； 測(cè)試D觸發(fā)器的邏輯功能。 按表8-8的要求進(jìn)行測(cè)試，并觀察觸發(fā)器狀態(tài)更新是否發(fā)生在CP脈沖的上升沿（即01）。記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷是否與D觸發(fā)器的工作原理一致。四 實(shí)驗(yàn)步驟表8-8D觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試表DCPQn+1功 能 說(shuō) 明Qn=0Qn=10011010110DRDS五 預(yù)習(xí)要求 1.復(fù)習(xí)基本RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器的邏輯功能；2.熟悉觸發(fā)器功能測(cè)試表格。六 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.整理實(shí)驗(yàn)表格；2.總結(jié)觸發(fā)器的功能和測(cè)試方法；3.總結(jié)觸發(fā)器的性質(zhì)。1.邊沿觸發(fā)與電平觸發(fā)有什么不同？2.如何根據(jù)觸發(fā)器的邏輯功能寫(xiě)出狀態(tài)方程？七 思考題1. 一定不能忘記要接上集成電路芯片的電源線和地線；2.注意集成電路芯片的引腳排列；3.注意觸發(fā)的方式。八 注意事項(xiàng) 時(shí)序邏輯電路在任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還與電路的原狀態(tài)有關(guān)，因此時(shí)序電路