數(shù)字電路及數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計課件四

1、第四章 觸發(fā)器 一、觸發(fā)器的定義v定義：能夠存儲1位二值信號的單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。v特點：1、具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的0和1。v 2、根據(jù)不同的輸入信號可以置成1或0狀態(tài)。電路結(jié)構(gòu)：具有兩個互補的輸出端Q端和 Q 端。當Q=1時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為1狀態(tài)，也稱觸發(fā)器置位；當Q=0時，稱觸發(fā)器的狀態(tài)為0狀態(tài)，也稱觸發(fā)器復(fù)位。二、基本RS觸發(fā)器v1、由或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器.DD1B1BRDSDQQDDSRQQSRDDDDDDSDRDQnQn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 二、基本RS觸發(fā)器v1、由或

2、非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器.DD1B1BRDSDQQDDSRQQSRDDDDDDSDRDQnQn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 保持置 0置 1不定2、由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器QQG1G2SRDDDDDDSRQQSRDD DDDDSDRDQnQn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 2、由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器QQG1G2SRDDDDDDSRQQSRDD DDDDSDRDQnQn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1

3、1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1保持置 0置 1不定三、同步RS觸發(fā)器（鐘控RS觸發(fā)器）v QQG1G2G3G4SRCP.QQG1G2G3G4SRCP.CP SRQnQn+1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 Qn+10 010RQnS0 11 11 0C11S1RQQ DDDDCPQQG1G2G3G4SRCP.CP SRQnQn+1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0

4、 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 保持置 0置 1不定 0 1 0 0 1 1 Qn+10 010RQnS0 11 11 001RSnQRSnQ帶異步置位、復(fù)位端的同步RS觸發(fā)器QQG1G3G4SRCP. C C SRDDDS 異步置位端（異步置1端、直接置1端） 異步復(fù)位端（異步清0端、直接置0端）DR 通常情況下，1DDRSSRQQ1S1RC1 DDSRSRCP.CP=0時，異步置0、置1端的有效電平可使觸發(fā)器立即復(fù)位或置位。例：已知由與非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 和 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。v cptt R0

5、t S0t Q0t Q0四、主從RS觸發(fā)器v 1ASRCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9.主觸發(fā)器從觸發(fā)器主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器1ASRCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9.主觸發(fā)器從觸發(fā)器主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器1ASRCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9.主觸發(fā)器從觸發(fā)器CP=1期間，G3，G4被封鎖，Q保持不變。CP=0期間，G7，G8被封鎖， 保持不變。從而，Q保持不變。Q1ASRCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9.主觸發(fā)器從觸發(fā)器1、CP=1期間，G3，G4被封鎖，Q保持不變。主觸發(fā)器接收信息。01RSnQRSnQ主從RS觸發(fā)器的動作特點：

6、1、CP=1期間，G3，G4被封鎖，Q保持不變。主觸發(fā)器接收信息。v2、CP下降沿到來時，G3，G4解除封鎖，主觸發(fā)器狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。同時，主觸發(fā)器被封鎖（G7，G8被鎖），主觸發(fā)器保持不變。v3、CP=0期間，由于G7，G8被鎖，主、從觸發(fā)器均保持不變。v4、CP上升沿到來時，從觸發(fā)器被封鎖（G3，G4被鎖），Q保持不變。01RSQRSQnn主從RS觸發(fā)器的特性表與特性方程v Qn CP 1* 1 1 1 1* 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0Qn+1QnRS不定態(tài)主從RS觸發(fā)器的邏輯符號v QQ1S1RC 1

7、.主從RS觸發(fā)器的邏輯符號v QQ1S1RC 1 .康華光所編教材使用的符號（負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器）兩書符號的對比QQ1S1RC 1 .QQ1S1RC1 .康華光所編教材使用的符號（負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器）本書使用的符號（負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器） v t CP0123456例1：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 和 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。v cptt R0t S0t Q0t Q0t Q0例2：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。v t CP0123456t

8、S0t R0t Q0t Q0例3：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。v t S0t CP0123456t R0t Q0t Q0例4：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。v t CP0123456t Q0t Q0t S0t R0已知主從已知主從RS觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號波形，觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號波形，求作求作 Q 端的波形的方法小結(jié)：端的波形的方法小結(jié)：v1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q 端的波形。v2、在時鐘的跳沿（負跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀

9、態(tài)移入從觸發(fā)器之中。v3、對負跳沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時鐘的負跳沿到來時，由特性方程算出觸發(fā)器的次態(tài)，從而畫出Q端的波形，而不必畫出主觸發(fā)器Q 端的波形。作業(yè)3.223.273.294.14.4主從RS觸發(fā)器存在約束條件，使用不方便。 JK觸發(fā)器五、主從JK觸發(fā)器1AJKCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9. C C .1AJKCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9. C C .1AJKCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9. C C .nnnnnnnQQKQJQRSQQKRQJS1,nnnQQKQJ)(nnQK

10、QJ主從JK觸發(fā)器邏輯符號QQ1J1KC1.nnnQKQJQ1本書使用的符號（負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器）主從JK觸發(fā)器特性表v nnnQKQJQ1 Qn CP 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0Qn+1Qn K J保持置 0置 1翻轉(zhuǎn)01nQ11nQnnQQ1nnQQ1主從JK觸發(fā)器邏輯符號QQ1J1KC 1 .康華光所編教材使用的符號（負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器） CP0t J0t K0t12345678例1：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器

11、的初態(tài)為Q=0。 CP0t J0t K0t Q0t Q0t12345678910主從JK觸發(fā)器存在“一次變化現(xiàn)象一次變化現(xiàn)象”。v在CP=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)只能改變一次，而不論JK端發(fā)生了多少次變化。例2：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時鐘信號CP和輸入信號J、K的波形如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。 C P0t J0t K0t1234 C P0t J0t K0t1234 C P0t J0t K0t Q0t Q0t1234789101AJKCPQQQQG1G2G3G4G5G6G7G8G9. C C .例3：已知負邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號如圖所示

12、，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。 CP0t J0t K0t12378 CP0t J0t K0t12378 CP0t J0t K0t Q0t Q0t12378已知主從已知主從JK觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號波形，觸發(fā)器的時鐘信號和輸入信號波形，求作求作 Q 端的波形的方法小結(jié)：端的波形的方法小結(jié)：v1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q 端的波形。要注意主從JK觸發(fā)器的“一次變化現(xiàn)象”。v2、在時鐘的跳沿（負跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。v3、對負跳沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時鐘的負跳沿到來時，由特性方程算出觸發(fā)器的次態(tài)，從而

13、畫出Q端的波形，而不必畫出主觸發(fā)器Q 端的波形。作業(yè)4.74.84.94.10六、邊沿觸發(fā)器v主從JK觸發(fā)器存在“一次變化現(xiàn)象一次變化現(xiàn)象”，抗干擾能力較差。v為了提高觸發(fā)器的可靠性，增強抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP信號下降沿（或上升沿）到達時刻輸入信號的狀態(tài)。而在此之前和之后輸入狀態(tài)的變化對觸發(fā)器的次態(tài)沒有影響。v“邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器”具有這樣的特性。1、利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器v電路圖如下： TG2TG1CPCPD1 A 1 A CPCP TG4TG3CPCP1 A 1 A CPCPG1G2G3G4QQQ Q 1234 TG2TG1CPCPD1 A 1 A CPCP

14、TG4TG3CPCP1 A 1 A CPCPG1G2G3G4QQQ Q 12341、CP=0期間，TG1導(dǎo)通，TG2截止，Q=D，主觸發(fā)器接收信息。從觸發(fā)器中，TG3截止，TG4導(dǎo)通，觸發(fā)器保持不變。2、CP上升沿到來時，TG3導(dǎo)通，主觸發(fā)器狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。同時，TG1截止，將輸入信號與主觸發(fā)器隔離。TG2導(dǎo)通，主觸發(fā)器自行保持不變。3、CP=1期間，主從觸發(fā)器均保持不變。邊沿D觸發(fā)器的特性表：v CPDQnQn+1 0 0 1 1 0 1 0 1 Qn 0 0 1 1特性方程 Qn+1=D具有異步置0、置1端的邊沿D觸發(fā)器v 8 TG2TG1CPCPDCPCP TG4TG3CPCPCP

15、CPQQQ Q 141 B 1 B 1 B 1 B RDDS1U?A74F041 A SSSC1SR1DQQ SDCPRDD.邊沿D觸發(fā)器的邏輯符號，異步置0、置1端高電平有效。2、維持阻塞結(jié)構(gòu)的邊沿D觸發(fā)器v電路圖如下： A A A A A A CPDQQG1G2G3G4G5G6.特性方程 Qn+1=D A A A A A A CPDQQG1G2G3G4G5G6.CPCPCPCPSRDDD12帶異步置位、復(fù)位端的維持阻塞D觸發(fā)器QQC 11DSR A 345612DDC PSRDD例：已知邊沿D觸發(fā)器(正邊沿翻轉(zhuǎn)）的時鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。C

16、P。 CP0t D0t Q0t123478.。 Q0t3、利用傳輸延遲時間的邊沿JK觸發(fā)器v電路圖如下：1 B Q1 B Q A A KC PJG1G2G3G4ABAB B B B B PP邊沿JK觸發(fā)器的特性表：CP JKQnQn+1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn 0 1 0 0 1 1 1 0特性方程nnnQKQJQ1保持置 0置 1翻轉(zhuǎn)C11K1J A JKCPQQCPCPCPCP邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號（下降沿翻轉(zhuǎn)）。要注意該符號與主從JK觸發(fā)器符號的差別。DDDD1JC11KSRQQ C DDDQC11KQ1J

17、B 例：電路如圖，已知D觸發(fā)器為正邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器，JK觸發(fā)器為負邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCP

18、QQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. . C P0t Q a0t123478. Q b0t Q c0t Q d0tC PC P例11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U?B74F74CPCPCPCPQQQQQQQQ( a )( b )( c )( d )C11K1JU?A74LS112AC11K1JU?A74LS112A1. .11DC1U?B74F741DC1U