第4章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、第第4 4章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn)&QQDSDR號(hào)觸發(fā)器的電路與邏輯符與非門構(gòu)成的基本圖RS142G1GRSDSQDRQ電路)(a邏輯符號(hào))(b 本章介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電本章介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和動(dòng)作特點(diǎn)，路結(jié)構(gòu)、工作原理和動(dòng)作特點(diǎn)，是了解、分析和設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯是了解、分析和設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路工作機(jī)理的基礎(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)電路工作機(jī)理的基礎(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是具有輸出狀態(tài)受輸入觸發(fā)器是具有輸出狀態(tài)受輸入端數(shù)據(jù)控制、并能保持端數(shù)據(jù)控制、并能保持“0”或或者者“1”兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路，它是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本它是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本部件根據(jù)邏輯

2、功能可以把雙穩(wěn)部件根據(jù)邏輯功能可以把雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分成態(tài)觸發(fā)器分成RS觸發(fā)器、觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、D觸發(fā)器、觸發(fā)器、T觸發(fā)器和觸發(fā)器和T觸發(fā)器。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以把雙觸發(fā)器。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以把雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分成主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器、維持阻塞結(jié)構(gòu)觸發(fā)器等穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分成主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器、維持阻塞結(jié)構(gòu)觸發(fā)器等 4.1 4.1 基本基本RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器4.1.1 4.1.1 與非門構(gòu)成的基本與非門構(gòu)成的基本RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 1 1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理電路電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)表示低電表示低電平觸發(fā)平觸發(fā)表示輸出表示輸出Q的取反的取反11nQ工作原理工作原理1, 0DDRS0111001nQ初

3、態(tài)（或稱為舊態(tài)，原態(tài)）初態(tài)（或稱為舊態(tài)，原態(tài)） 1nQ次態(tài)（或稱為新態(tài)）次態(tài)（或稱為新態(tài)） 0nQ11nQ1nQ置位端置位端觸發(fā)器置觸發(fā)器置1態(tài)或置態(tài)或置位位0, 1DDRS1011000nQ01nQ1nQ復(fù)位端復(fù)位端置置0態(tài)或復(fù)位態(tài)或復(fù)位11nnQQ11, 1DDRS0011111100保持原態(tài)或保持原態(tài)或存儲(chǔ)狀態(tài)存儲(chǔ)狀態(tài)0, 0DDRS0011111nnQQ禁態(tài)禁態(tài)1111？不定態(tài)不定態(tài)邏輯功能表邏輯功能表簡化功能表簡化功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖1:DDRS約束條件為邏輯功能表邏輯功能表禁態(tài)禁態(tài)禁態(tài)禁態(tài)禁態(tài)禁態(tài)不定不定態(tài)態(tài)由與非門構(gòu)成的集成四基本由與非門構(gòu)成的集成四基本RS觸發(fā)器芯片觸發(fā)器

4、芯片74HC279簡介簡介 管腳圖管腳圖功能表功能表4.1.2 4.1.2 或非門構(gòu)成的基本或非門構(gòu)成的基本RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器電路電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)高電平有高電平有效效邏輯功能表邏輯功能表簡化功能表簡化功能表注：注：CD4043CD4043（CMOSCMOS）是四或）是四或非門構(gòu)成非門構(gòu)成RSRS觸發(fā)器的集成芯片。觸發(fā)器的集成芯片。 4.1.34.1.3基本基本 RSRS觸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用觸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用 基本基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)是輸入端狀態(tài)直接影響輸出端狀態(tài)，觸發(fā)器的特點(diǎn)是輸入端狀態(tài)直接影響輸出端狀態(tài)，所以基本所以基本RS觸發(fā)器是其它觸發(fā)器的組成部分之一，做為設(shè)置觸觸發(fā)器是其它觸發(fā)器的

5、組成部分之一，做為設(shè)置觸發(fā)器的初態(tài)的控制端口發(fā)器的初態(tài)的控制端口 應(yīng)用之一：防抖電路應(yīng)用之一：防抖電路防抖電路防抖電路工作波形工作波形4.2 4.2 時(shí)鐘時(shí)鐘RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器4.2.1 4.2.1 同步同步RSRS觸發(fā)觸發(fā)器器1 1時(shí)鐘觸發(fā)器定義時(shí)鐘觸發(fā)器定義 在數(shù)字電子系統(tǒng)中，常常要在數(shù)字電子系統(tǒng)中，常常要求電路能按照一定節(jié)拍的控制來求電路能按照一定節(jié)拍的控制來工作，如在兩位數(shù)字時(shí)鐘顯示電工作，如在兩位數(shù)字時(shí)鐘顯示電路中，數(shù)字就是按照每秒鐘的時(shí)路中，數(shù)字就是按照每秒鐘的時(shí)間進(jìn)行變化。這就需要一個(gè)節(jié)拍間進(jìn)行變化。這就需要一個(gè)節(jié)拍控制信號(hào)，我們把這個(gè)控制信號(hào)控制信號(hào)，我們把這個(gè)控制信號(hào)稱為信

6、號(hào)，也叫時(shí)鐘脈沖稱為信號(hào)，也叫時(shí)鐘脈沖（Clock Pulse），用），用CLK表示表示 時(shí)鐘時(shí)鐘CLK波形波形將帶有時(shí)鐘控制觸發(fā)的觸發(fā)器將帶有時(shí)鐘控制觸發(fā)的觸發(fā)器統(tǒng)稱為時(shí)鐘觸發(fā)器統(tǒng)稱為時(shí)鐘觸發(fā)器2 2 同步同步RSRS觸發(fā)器的電路及工作原理觸發(fā)器的電路及工作原理電路電路基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)工作原理工作原理 0 CLK=011保持原態(tài)保持原態(tài) CLK=11001110110111100110111001功能表功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)序圖時(shí)序圖特性方程特性方程 時(shí)鐘觸發(fā)器除了用功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖和時(shí)序圖描述邏時(shí)鐘觸發(fā)器除了用功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖和時(shí)序圖描述邏輯功能外，還可以

7、利用特性方程。觸發(fā)器的特性方程就是其輯功能外，還可以利用特性方程。觸發(fā)器的特性方程就是其輸出次態(tài)與觸發(fā)器的輸入端數(shù)據(jù)和輸出初態(tài)的邏輯關(guān)系式輸出次態(tài)與觸發(fā)器的輸入端數(shù)據(jù)和輸出初態(tài)的邏輯關(guān)系式 。0SR1約束條件：nnQRSQ 由時(shí)序圖看出，同步由時(shí)序圖看出，同步RS觸發(fā)器在觸發(fā)器在CLK=1期間，期間，輸出狀態(tài)隨輸入狀態(tài)改輸出狀態(tài)隨輸入狀態(tài)改變而改變。變而改變。同步同步RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)4.2.2 4.2.2 主從主從RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 電路電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)表示在表示在CLK下下降沿到來后觸降沿到來后觸發(fā)發(fā)注意：主從觸發(fā)器的狀態(tài)相同注意：主從觸發(fā)器的狀態(tài)相同01011010主

8、QQ 工作原理工作原理 CLK=00111主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，從觸發(fā)器也保持原態(tài)不變從觸發(fā)器也保持原態(tài)不變 CLK=11011主觸發(fā)器狀態(tài)隨輸入主觸發(fā)器狀態(tài)隨輸入S、R改變，改變，但從觸發(fā)器保持原態(tài)不變但從觸發(fā)器保持原態(tài)不變 CLK=1 CLK=01 00 111主觸發(fā)器狀態(tài)不變，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器狀態(tài)與主觸從觸發(fā)器狀態(tài)與主觸發(fā)器新態(tài)相同發(fā)器新態(tài)相同 主從主從RS觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的改變是在時(shí)鐘脈沖下降沿發(fā)生觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的改變是在時(shí)鐘脈沖下降沿發(fā)生的。其功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、特性方程與同步的。其功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、特性方程與同步RS觸發(fā)器相同觸發(fā)器相同 主從觸發(fā)

9、器的特點(diǎn)主從觸發(fā)器的特點(diǎn)【例【例1】輸入端】輸入端S、R和時(shí)鐘脈沖和時(shí)鐘脈沖CLK的波形如圖所示，加到主的波形如圖所示，加到主從從RS的輸入端，設(shè)初態(tài)為的輸入端，設(shè)初態(tài)為1，畫出主觸發(fā)器和從觸發(fā)器輸出端，畫出主觸發(fā)器和從觸發(fā)器輸出端的波形的波形 。解：解：禁態(tài)禁態(tài)不定不定態(tài)態(tài)4.2.3 4.2.3 時(shí)鐘時(shí)鐘RSRS觸發(fā)器的應(yīng)用觸發(fā)器的應(yīng)用時(shí)鐘時(shí)鐘RS觸發(fā)器可以作為存儲(chǔ)器，即可以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼觸發(fā)器可以作為存儲(chǔ)器，即可以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼 存儲(chǔ)器電路存儲(chǔ)器電路4.3 JK4.3 JK觸發(fā)器觸發(fā)器4.3.1 4.3.1 主從主從JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 雖然主從雖然主從RS觸發(fā)器克服了同步觸發(fā)器克服了同步

10、RS觸發(fā)器在觸發(fā)器在CLK=1期間的輸出狀態(tài)不期間的輸出狀態(tài)不斷隨輸入變化而變化，但仍然存在約束條件。為了使觸發(fā)器輸入數(shù)據(jù)不受斷隨輸入變化而變化，但仍然存在約束條件。為了使觸發(fā)器輸入數(shù)據(jù)不受約束，則將主從約束，則將主從RS觸發(fā)器的輸出端反饋到輸入端，構(gòu)成了主從觸發(fā)器的輸出端反饋到輸入端，構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。電路電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)110主觸發(fā)器的狀主觸發(fā)器的狀態(tài)隨態(tài)隨JK變化變化11nnQQ主0011 1 主從主從JKJK觸發(fā)器的工作原理觸發(fā)器的工作原理 J=K=00011保持原態(tài)：保持原態(tài)： J=0，K=10110010nnQQ01111011nnQQ01nnQQ10100001保

11、持原態(tài)保持原態(tài)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)11110置置0態(tài)態(tài) J=1，K=0100010nnQQ01110111nnQQ01nnQQ1010翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)保持原態(tài)保持原態(tài)1101011001置置1態(tài)態(tài) J=1，K=1110010nnQQ01110111nnQQ01nnQQ1010翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)1101011001010011011nnQQnnQQ1計(jì)數(shù)狀態(tài)計(jì)數(shù)狀態(tài)2 2 主從主從JKJK觸發(fā)器的功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖觸發(fā)器的功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖功能表功能表簡化功能表簡化功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖一次一次變化變化【例【例2】 對(duì)于主從對(duì)于主從JK觸發(fā)器，若時(shí)鐘脈沖觸發(fā)器，若時(shí)鐘脈沖CP、J、K輸入端的輸入端

12、的波形如圖所示，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為波形如圖所示，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為“1”，試畫出主、從觸發(fā)器，試畫出主、從觸發(fā)器輸出端輸出端Q主和的時(shí)序波形主和的時(shí)序波形 解：解：10干擾干擾脈沖脈沖干擾干擾脈沖脈沖一次變化：在初態(tài)一次變化：在初態(tài)Q=0且且CLK=1期間，期間，J出現(xiàn)干擾脈沖會(huì)使觸發(fā)出現(xiàn)干擾脈沖會(huì)使觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化；在初態(tài)器發(fā)生狀態(tài)變化；在初態(tài)Q=1且且CLK=1期間，期間，K出現(xiàn)干擾脈沖也出現(xiàn)干擾脈沖也會(huì)使觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化。會(huì)使觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化。一次一次變化變化主從主從JK觸發(fā)器芯片觸發(fā)器芯片74HC72簡介簡介管腳圖管腳圖功能表功能表邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)置位端置位端復(fù)位端復(fù)位端4.3.2

13、4.3.2 邊沿邊沿JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 為了提高主從為了提高主從JK觸發(fā)器的抗干擾能力，克服一次翻轉(zhuǎn)變化觸發(fā)器的抗干擾能力，克服一次翻轉(zhuǎn)變化問題，出現(xiàn)了邊沿問題，出現(xiàn)了邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 邏輯電路邏輯電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)觸發(fā)脈沖觸發(fā)脈沖下降沿翻下降沿翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工作原理工作原理010011nnQQ11010111011Q隨隨JK變化變化 邊沿邊沿JK觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨輸入改觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨輸入改變只在脈沖下降沿到來的那一瞬間變只在脈沖下降沿到來的那一瞬間集成雙邊沿集成雙邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器74HC112 簡介簡介管腳圖管腳圖功能表功能表【3】 若將例若將例2的各輸入電壓輸入到的各輸入電壓輸入到

14、74HC112的某一個(gè)的某一個(gè)邊沿觸發(fā)器上，設(shè)初態(tài)為邊沿觸發(fā)器上，設(shè)初態(tài)為1，試畫出輸出端，試畫出輸出端Q的波形的波形 解：解：1110100000結(jié)論：邊沿結(jié)論：邊沿JK觸發(fā)器克服了主從觸發(fā)器克服了主從JK觸發(fā)器在觸發(fā)器在CP=1期間期間主觸發(fā)器一次變化問題，提高了觸發(fā)器的抗干擾能力主觸發(fā)器一次變化問題，提高了觸發(fā)器的抗干擾能力 4.3.3 JK4.3.3 JK觸發(fā)器的特點(diǎn)及特性方程觸發(fā)器的特點(diǎn)及特性方程nnnQKQJQ14.3.4 JK4.3.4 JK觸發(fā)器的應(yīng)用觸發(fā)器的應(yīng)用 JK觸發(fā)器的應(yīng)用非常廣泛，它可以構(gòu)成分頻電路、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器的應(yīng)用非常廣泛，它可以構(gòu)成分頻電路、計(jì)數(shù)器、寄存器以及

15、脈沖序列發(fā)生器等等寄存器以及脈沖序列發(fā)生器等等 分頻電路分頻電路實(shí)際接線電路實(shí)際接線電路波形波形ff2f44.4 D4.4 D觸發(fā)器、觸發(fā)器、T T觸發(fā)器及觸發(fā)器及T T觸發(fā)器觸發(fā)器4.4.1 D4.4.1 D觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器也稱鎖存器，其輸出狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)而變觸發(fā)器也稱鎖存器，其輸出狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)而變 。功能表功能表DQn1特性方程：特性方程：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 D觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)：在觸發(fā)脈沖觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)：在觸發(fā)脈沖CLK的作用下，輸出端狀態(tài)總是跟隨輸入端的作用下，輸出端狀態(tài)總是跟隨輸入端的狀態(tài)，但要滯后輸入端的狀態(tài)。的狀態(tài)，但要滯后輸入端的狀態(tài)。 電路構(gòu)成：電路構(gòu)成：1 1 由同

16、步由同步RSRS觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的D D觸發(fā)器觸發(fā)器原理電路原理電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)2 2 主從主從RSRS觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的D D觸發(fā)器觸發(fā)器原理電路原理電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)3. 3. 邊沿邊沿D D觸發(fā)器觸發(fā)器原理電路原理電路邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)CLK=1100工作原理工作原理nnQQ1CLK=0010nnQQ1CLK由由0變?yōu)樽優(yōu)?（上升沿到來）（上升沿到來）0111DQn1【例【例4】 電路及輸入信號(hào)電路及輸入信號(hào)X和和CLK脈沖波形如圖所示，試畫出輸脈沖波形如圖所示，試畫出輸出端出端Y1和和Y2的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)均為的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)均為“0”。解：解：211QQY

17、21212QQQQY， 121QDXDDQn11212111QDQXDQnn集成雙上升沿邊沿集成雙上升沿邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器74HC74簡介簡介 原理電路原理電路功能表功能表 D觸發(fā)器的應(yīng)用很多，可以作計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、分頻器等觸發(fā)器的應(yīng)用很多，可以作計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、分頻器等等，最廣泛的應(yīng)用是鎖存器。鎖存器就是當(dāng)無外加觸發(fā)脈沖時(shí)，等，最廣泛的應(yīng)用是鎖存器。鎖存器就是當(dāng)無外加觸發(fā)脈沖時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)會(huì)一直保持下去，即具有記憶觸發(fā)器的狀態(tài)會(huì)一直保持下去，即具有記憶(鎖存鎖存)功能。功能。 例如紅外遙控接收電路例如紅外遙控接收電路 4.4.2 T4.4.2 T觸發(fā)器觸發(fā)器nnnQTQTQ1特性方程：特性

18、方程：即當(dāng)輸入端即當(dāng)輸入端T=0時(shí)，觸發(fā)器保持原態(tài)，即時(shí)，觸發(fā)器保持原態(tài)，即Qn+1=Qn；當(dāng)；當(dāng)T=1時(shí)，觸發(fā)器為計(jì)數(shù)狀態(tài)，時(shí)，觸發(fā)器為計(jì)數(shù)狀態(tài)，即即 ，當(dāng)，當(dāng)JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J=K=T，時(shí)，時(shí)，則成為則成為T觸發(fā)器，所以觸發(fā)器，所以T觸發(fā)器沒有專門設(shè)計(jì)觸發(fā)器沒有專門設(shè)計(jì)的芯片產(chǎn)品的芯片產(chǎn)品 nnQQ14.4.2 T4.4.2 T觸發(fā)器觸發(fā)器 凡是處于計(jì)數(shù)狀態(tài)的觸發(fā)器，都稱為凡是處于計(jì)數(shù)狀態(tài)的觸發(fā)器，都稱為T觸發(fā)器，其特性方觸發(fā)器，其特性方程為程為nnQQ1T觸發(fā)器可以由觸發(fā)器可以由JK觸發(fā)器和觸發(fā)器和D觸發(fā)器構(gòu)成觸發(fā)器構(gòu)成 實(shí)現(xiàn)的電路實(shí)現(xiàn)的電路波形波形本章小結(jié)本章小結(jié) 本章介紹了各種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本邏輯電路、本章介紹了各種雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本邏輯電路、工作原理、動(dòng)作特點(diǎn)及簡單應(yīng)用。其中基本工作原理、動(dòng)作特點(diǎn)及簡單應(yīng)用。其中基本RSRS觸觸發(fā)器是獨(dú)立的觸發(fā)器，也是組成其他觸發(fā)器的基本發(fā)器是獨(dú)立的觸發(fā)器，也是組成其他觸發(fā)器的基本電路，它的特點(diǎn)是輸出的狀態(tài)總是受輸入端數(shù)據(jù)控電路，它的特