第6章_觸發(fā)器和定時(shí)器-tang

1、第第6章觸發(fā)器和定時(shí)器章觸發(fā)器和定時(shí)器 觸發(fā)器是數(shù)字電路中一種基本的單元電路，它具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息，用于記憶時(shí)序數(shù)字電路的狀態(tài)。II. II. 電路結(jié)構(gòu)不同電路結(jié)構(gòu)不同I.I.邏輯功能不同邏輯功能不同 1). RS 1). RS觸發(fā)器觸發(fā)器1).1).基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器2).2).同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器 3). 3).邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 2). JK 2). JK觸發(fā)器觸發(fā)器 4). D 4). D觸發(fā)器觸發(fā)器 3). D3). D觸發(fā)器觸發(fā)器5). T觸發(fā)器觸發(fā)器 數(shù)字電路需要規(guī)則的脈沖信號(hào):一致的邏輯電平和陡峭的邊沿。定時(shí)器可以將不規(guī)則的信號(hào)整形為規(guī)則的脈沖信號(hào)，還

2、可以產(chǎn)生規(guī)則的脈沖信號(hào)。此外，定時(shí)器電路包含有觸發(fā)器。 第第6章觸發(fā)器和定時(shí)器章觸發(fā)器和定時(shí)器 以觸發(fā)方式為主線介紹觸發(fā)器的工作原理、功能和特性，最后，介紹定時(shí)器。 教學(xué)要求教學(xué)要求 掌掌 握：握：RS、JK、D、T、T觸發(fā)器的邏輯功能；邊觸發(fā)器的邏輯功能；邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)。沿觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)。 理理 解：正確理解觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和新狀態(tài)解：正確理解觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和新狀態(tài) 了了 解：解：主從觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)；基本主從觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)；基本RS 、同步、同步RS觸觸發(fā)器的工作原理。觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換。發(fā)器的工作原理。觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換。6.1 基本RS觸發(fā)器6.1.1 與非門基本RS觸發(fā)器6.

3、1.2 或非門基本RS觸發(fā)器6.1.1 與非門基本與非門基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1) 電路組成和工作原理Q,Q觸發(fā)器有兩個(gè)輸出端觸發(fā)器有兩個(gè)輸出端 ：，正常時(shí)它們是互補(bǔ)的。：，正常時(shí)它們是互補(bǔ)的。, 01 QQ當(dāng)當(dāng) 稱觸發(fā)器為稱觸發(fā)器為“1”態(tài)；態(tài)； , 1 Q0Q當(dāng)當(dāng) 稱觸發(fā)器為稱觸發(fā)器為“0”態(tài)。態(tài)。輸入信號(hào)引起觸發(fā)器狀態(tài)改變叫輸入信號(hào)引起觸發(fā)器狀態(tài)改變叫觸觸 發(fā)發(fā)；觸發(fā)前觸發(fā)器所處的狀態(tài)稱為觸發(fā)前觸發(fā)器所處的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)(或或原狀態(tài)原狀態(tài))，記為，記為Qn；觸發(fā)后觸發(fā)器所處的狀態(tài)稱為觸發(fā)后觸發(fā)器所處的狀態(tài)稱為次態(tài)（或次態(tài)（或新狀態(tài)新狀態(tài)），記為，記為Qn+1 。Qn+1Qntn低電平有

4、效低電平有效置位輸入端置位輸入端復(fù)位輸入端復(fù)位輸入端nQnnnnRQQQSQ在觸發(fā)時(shí)刻（tn）前瞬，電路處于穩(wěn)定狀態(tài) （現(xiàn)態(tài)）。1nQnnnnRQQQSQ11nnnnRQSRQSQSQ1 在觸發(fā)時(shí)刻（tn）后，最多經(jīng)過2個(gè)與非門的傳輸延時(shí)，觸發(fā)器達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài) （次態(tài)）。次態(tài)由輸入信號(hào)R、S和現(xiàn)態(tài)共同確定。nnnnQSRQSRRQQ1與非門基本與非門基本RSRS觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表nQ1nQRS功能說明功能說明nnnnQSRQRQSQ111100保持保持1111保持保持1001置置11011置置10100置置00110置置0000禁止禁止001禁止禁止1）保持功能：R=1，S=1nn

5、nnQQQQ11,0, 111nnQQ1, 011nnQQ1, 111nnQQ1 SR2）置1功能：R=1，S=03）置0功能：R=0，S=14）禁止輸入：R=0，S=0恢復(fù)R=S=1，觸發(fā)器存儲(chǔ)1。 恢復(fù)R=S=1，觸發(fā)器存儲(chǔ)0。 約束條件！約束條件！輸入信號(hào)低電平有效！輸入信號(hào)低電平有效！約束條件 11SRRQSQnn2. 特性方程特性方程觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程: : 觸發(fā)器次態(tài)觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入、現(xiàn)態(tài)與輸入、現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式。之間的邏輯關(guān)系式。nQ1nQRS功能說明000禁止001禁止0100置00110置01001置11011置11100保持1111保持次態(tài)次態(tài)

6、Qn+1的卡諾圖的卡諾圖觸發(fā)特點(diǎn)觸發(fā)特點(diǎn): 輸入信號(hào)輸入信號(hào)R和和S直接改變觸發(fā)器的狀態(tài)，稱為直接觸發(fā)。直接改變觸發(fā)器的狀態(tài)，稱為直接觸發(fā)。 輸入信號(hào)的任何一次改變，都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。輸入信號(hào)的任何一次改變，都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。3. 觸發(fā)特點(diǎn)和工作波形圖觸發(fā)特點(diǎn)和工作波形圖 在忽略門電路的傳輸延時(shí)的情況下，繪制觸發(fā)器工作波在忽略門電路的傳輸延時(shí)的情況下，繪制觸發(fā)器工作波形的步驟是：形的步驟是： 1)根據(jù)輸入信號(hào)確定觸發(fā)時(shí)刻根據(jù)輸入信號(hào)確定觸發(fā)時(shí)刻tn（任何輸入信號(hào)的變化（任何輸入信號(hào)的變化沿都是可能的觸發(fā)時(shí)刻）；沿都是可能的觸發(fā)時(shí)刻）； 2)將時(shí)間區(qū)間將時(shí)間區(qū)間tn,tn+1）的

7、輸入信號(hào)值和前一時(shí)間區(qū)間）的輸入信號(hào)值和前一時(shí)間區(qū)間 （tn-1,tn）觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)代入觸發(fā)器功能方程計(jì)算，或狀態(tài)表，）觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)代入觸發(fā)器功能方程計(jì)算，或狀態(tài)表，得到時(shí)間區(qū)間（得到時(shí)間區(qū)間（tn,tn+1）上的次態(tài)，畫出波形圖。）上的次態(tài)，畫出波形圖。工作波形圖(時(shí)序圖）可直觀反映觸發(fā)器的觸發(fā)特點(diǎn)。工作波形圖或時(shí)序圖工作波形圖或時(shí)序圖保持保持置置0保持保持 11SRRQSQnnRSQQ置置1禁止禁止保持保持置置0RS000001010001101001101111001111nQ1nQ直接觸發(fā)抗干擾能力差直接觸發(fā)抗干擾能力差!例如例如,R的負(fù)窄脈沖。的負(fù)窄脈沖。 輸入信號(hào)的任何一次改變，輸

8、入信號(hào)的任何一次改變，都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化！都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化！6.1.2或非門基本或非門基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器高電平有效高電平有效復(fù)位輸入端復(fù)位輸入端置位輸入端置位輸入端nnnnQSQQRQnnnnQSQQRQ11nnnnQRSRQSRQRQ1nQ在觸發(fā)時(shí)刻（tn）前瞬，電路處于穩(wěn)定狀態(tài) （現(xiàn)態(tài)）。1nQ 在觸發(fā)時(shí)刻（tn）后，最多經(jīng)過2個(gè)或非門的傳輸延時(shí)，觸發(fā)器達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài) （次態(tài)）。nnnnQSRSQRSQSQ1或非門基本或非門基本RSRS觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表nQ1nQRS功能說明功能說明0000保持保持0011保持保持0101置置10111置置11000置置0101

9、0置置0110禁止禁止111禁止禁止1）保持功能：R=0，S=0nnnnQQQQ11,0, 111nnQQ1, 011nnQQ0, 011nnQQ0RS2）置1功能：R=0，S=13）置0功能：R=1，S=04）禁止輸入：R=1，S=1恢復(fù)R=S=0，觸發(fā)器存儲(chǔ)1。 恢復(fù)R=S=0，觸發(fā)器存儲(chǔ)0。 約束條件！約束條件！輸入信號(hào)高電平有效！輸入信號(hào)高電平有效！nnnnQSRSQQRSRQ112. 特性方程特性方程觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的特性方程: : 觸發(fā)器次態(tài)觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入、現(xiàn)態(tài)與輸入、現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式。之間的邏輯關(guān)系式。nQ1nQ次態(tài)次態(tài)Qn+1的卡諾圖的卡諾圖或門基本RS

10、觸發(fā)器的狀態(tài)表RS功能說明0000保持0011保持0101置10111置11000置01010置0110禁止111禁止0)(:1RSQRSQnn或非門高電平有效SSRR, 1 )(:1SRRQSQnn與非門低電平有效觸發(fā)特點(diǎn)觸發(fā)特點(diǎn): 輸入信號(hào)輸入信號(hào)R和和S直接改變觸發(fā)器的狀態(tài)，稱為直接觸發(fā)。直接改變觸發(fā)器的狀態(tài)，稱為直接觸發(fā)。 輸入信號(hào)的任何一次改變，都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。輸入信號(hào)的任何一次改變，都可能引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。3. 觸發(fā)特點(diǎn)和工作波形圖觸發(fā)特點(diǎn)和工作波形圖01RSQRSQnnRSQQ置置0置置1保持保持禁止禁止置置0保持保持直接觸發(fā)抗干擾能力差直接觸發(fā)抗干擾能力差!如如R的

11、窄脈沖的窄脈沖基本基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無外來觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無外來觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路將保持原狀態(tài)不變。電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)置置0或置或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件。即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)在數(shù)字電

12、路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)R、S情況情況的不同，具有置的不同，具有置0、置、置1和保持功能的電路，和保持功能的電路，都稱為都稱為RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。集成基本集成基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 (a) 74LS279 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS279 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q 1R 1SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND (b) CC4044 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 CC4044 1 2 3 4 5 6 7 8 VDD 4S 4R 1Q 3R 3S 3Q 2Q 4Q NC 1

13、S 1R EN 2R 2S VSS EN1時(shí)工作時(shí)工作EN0時(shí)禁止時(shí)禁止1S3S 邊沿觸發(fā)：邊沿觸發(fā)：同步信號(hào)的邊緣（上升沿、下降沿）實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)同步信號(hào)的邊緣（上升沿、下降沿）實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā) 電平觸發(fā)：電平觸發(fā)：電平（高、低電平）實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)；習(xí)慣上稱為電平（高、低電平）實(shí)現(xiàn)同步觸發(fā)；習(xí)慣上稱為同同步觸發(fā)（狹義）步觸發(fā)（狹義）。同步信號(hào)稱為同步信號(hào)稱為時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖CP（ Clock Pulse），一般為周期性），一般為周期性矩形脈沖。矩形脈沖。6.2 6.2 同步同步RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器對于多位二進(jìn)制信息，需要多個(gè)觸發(fā)器同時(shí)存儲(chǔ)其每一位。方法是：引入同步信號(hào)使觸發(fā)器同步存入數(shù)據(jù)。 觸發(fā)器的

14、狀態(tài)改變時(shí)間受同步信號(hào)控制的觸發(fā)方式統(tǒng)稱為同觸發(fā)器的狀態(tài)改變時(shí)間受同步信號(hào)控制的觸發(fā)方式統(tǒng)稱為同步觸發(fā)（廣義）。步觸發(fā)（廣義）。6.2 6.2 同步同步RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器CP1時(shí)，時(shí)，SSRR,nnnQRSQRSQ101RSSRSR0:1RSQRSQnn高電平有效時(shí)鐘信號(hào)CP僅控制觸發(fā)器狀態(tài)改變的時(shí)間區(qū)間（CP=1）。觸發(fā)器的次態(tài)值由輸入信號(hào)R、S和現(xiàn)態(tài)確定。R、S作用的效果受同步信號(hào)的控制，故稱為同步輸入信號(hào)。1)電路組成和工作原理CP0時(shí)，時(shí)，觸發(fā)器保持不變。, 1, 11nnQQSR控制信控制信號(hào)號(hào)受控信號(hào)受控信號(hào)特性方程特性方程 01RSQRSQnnnQ1nQ同步同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)

15、表觸發(fā)器的狀態(tài)表CPRS功能CP=1CP0nnQQ1000保持011保持10000保持10011保持10101置110111置111000置011010置01110禁止1111禁止主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)2）觸發(fā)特點(diǎn)和波形圖）觸發(fā)特點(diǎn)和波形圖（1）時(shí)鐘控制。在）時(shí)鐘控制。在CP1期間接收輸入信號(hào)，期間接收輸入信號(hào)，CP0時(shí)狀態(tài)保持不變。這是與基本時(shí)狀態(tài)保持不變。這是與基本RS觸發(fā)器的顯著不同。觸發(fā)器的顯著不同。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和和S同時(shí)為同時(shí)為1的的情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。RSQCPQ保保持持保保持持置置

16、1置置0置置0禁禁止止可屏蔽可屏蔽CP=0期間期間的干擾脈沖的干擾脈沖!不能屏蔽不能屏蔽CP=1期期間的干擾脈沖間的干擾脈沖! 例例6.1 試分析下圖所示的試分析下圖所示的4位二進(jìn)制數(shù)碼寄存器的工作原理。位二進(jìn)制數(shù)碼寄存器的工作原理。解：數(shù)碼從數(shù)據(jù)端解：數(shù)碼從數(shù)據(jù)端D3D2D1D0輸入，從觸發(fā)器的輸入，從觸發(fā)器的Q3Q2Q1Q0輸出，輸出， LD （Load）是寄存器裝載控制信號(hào)，即同步信號(hào)。）是寄存器裝載控制信號(hào)，即同步信號(hào)。iiiiDRDS當(dāng)當(dāng)LD=0時(shí)，時(shí)，4個(gè)同步個(gè)同步RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的Q不變，存儲(chǔ)已裝入的數(shù)據(jù)。不變，存儲(chǔ)已裝入的數(shù)據(jù)。 當(dāng)當(dāng)LD=1時(shí)，時(shí)，輸入數(shù)據(jù)裝載入同步輸入數(shù)據(jù)

17、裝載入同步RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。3 , 2 , 1 , 01iDQRSQiniiini同步觸發(fā)器的另一個(gè)缺點(diǎn)是直通現(xiàn)象。同步觸發(fā)器的另一個(gè)缺點(diǎn)是直通現(xiàn)象。當(dāng)當(dāng)CP=1時(shí)，時(shí)，3個(gè)觸發(fā)器的輸出完全相同；個(gè)觸發(fā)器的輸出完全相同；當(dāng)當(dāng)CP=0時(shí)，時(shí)，3個(gè)觸發(fā)器存儲(chǔ)相同的值。個(gè)觸發(fā)器存儲(chǔ)相同的值。為了消除直通現(xiàn)象，級(jí)聯(lián)觸發(fā)器必須是邊沿觸發(fā)器（見為了消除直通現(xiàn)象，級(jí)聯(lián)觸發(fā)器必須是邊沿觸發(fā)器（見6.3節(jié)）。節(jié)）。例如，例如，邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器: 利用同步信號(hào)的邊沿（上升沿或下降沿）利用同步信號(hào)的邊沿（上升沿或下降沿） 實(shí)現(xiàn)同步的觸發(fā)器。實(shí)現(xiàn)同步的觸發(fā)器。6.3 6.3 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā)的

18、方式有主從型、傳輸延時(shí)型和維持阻實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā)的方式有主從型、傳輸延時(shí)型和維持阻塞型。塞型。 各種觸發(fā)方式都可以實(shí)現(xiàn)不同功能的觸發(fā)器，即各種觸發(fā)方式都可以實(shí)現(xiàn)不同功能的觸發(fā)器，即: 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)器觸發(fā)器 T觸發(fā)器觸發(fā)器 本節(jié)介紹主從型本節(jié)介紹主從型RS觸發(fā)器觸發(fā)器 、傳輸延時(shí)型、傳輸延時(shí)型JK觸發(fā)器和觸發(fā)器和維持阻塞型維持阻塞型D觸發(fā)器。觸發(fā)器。6.3.1 主從型RS觸發(fā)器6.3.2 傳輸延時(shí)型JK觸發(fā)器6.3.3 維持阻塞型D觸發(fā)器6.3.1 6.3.1 主從型主從型RS觸發(fā)器觸發(fā)器工作原理工作原理當(dāng)當(dāng)CP=1時(shí)，反相器使時(shí)，反相器使從（從（S,s

19、lave）觸發(fā)器）觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；狀態(tài)保持不變；主（主（M,master）觸發(fā)器）觸發(fā)器接接收輸入信號(hào)收輸入信號(hào)R、S。01RSQRSQnmnm1) 電路組成和工作原理從觸發(fā)器從觸發(fā)器主觸發(fā)器主觸發(fā)器CP反相反相當(dāng)CP=0時(shí)，主觸發(fā)器保持保持在CP=1期間內(nèi)接收的信息；同時(shí)，從觸發(fā)器在CP由1變0后的短暫時(shí)間內(nèi)接收接收主觸發(fā)器的狀態(tài)（CP的下降沿）；而在CP=0的后期不再變化（因主觸發(fā)器不變）。 1111nmnnmnmnQQQQQnmnQQ nmQRS 01RSQRSQnn特性方程特性方程 01RSQRSQnnnQ1nQ同步同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表CPRS功能CP=CP無無nn

20、QQ1無00保持無11保持0000保持0011保持0101置10111置11000置01010置0110禁止111禁止2）電路特點(diǎn)和波形圖）電路特點(diǎn)和波形圖 采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問題。但仍然存在著的問題。但仍然存在著約束問題約束問題，即在，即在CP1期間，輸入信期間，輸入信號(hào)號(hào)R和和S不能同時(shí)為不能同時(shí)為1。CP=1期間接收輸入信號(hào)；期間接收輸入信號(hào)；CP下降沿到來時(shí)輸出狀態(tài)下降沿到來時(shí)輸出狀態(tài)發(fā)生改變。即：主從發(fā)生改變。即：主從RS觸發(fā)器的輸入數(shù)據(jù)是觸發(fā)器的輸入數(shù)據(jù)是CP=1期間的期間的R、S值，觸發(fā)器的輸出則相對

21、于輸入信號(hào)值，觸發(fā)器的輸出則相對于輸入信號(hào)延遲延遲到到CP的下的下降沿變化。降沿變化。 在邏輯符號(hào)中，用在邏輯符號(hào)中，用“”表表示這種延遲作用。示這種延遲作用。 此外，邏輯符號(hào)中此外，邏輯符號(hào)中CP的的“三角三角”表示邊沿觸發(fā)，小圓表示邊沿觸發(fā)，小圓則進(jìn)一步指明是下降沿觸發(fā)。則進(jìn)一步指明是下降沿觸發(fā)。 RSQCPQ保保持持保保持持置置1置置0置置0禁禁止止可屏蔽可屏蔽CP=0期間期間的干擾脈沖的干擾脈沖!不能屏蔽不能屏蔽CP=1期期間的干擾脈沖間的干擾脈沖! 6.3.2 傳輸延時(shí)型傳輸延時(shí)型JK觸發(fā)器觸發(fā)器 在傳輸延時(shí)（在傳輸延時(shí)（tpd）內(nèi)門電路的輸出不能跟隨其輸入變化，）內(nèi)門電路的輸出不能

22、跟隨其輸入變化，即其輸出具有保持作用。利用門電路的這一保持作用可構(gòu)成即其輸出具有保持作用。利用門電路的這一保持作用可構(gòu)成傳輸延時(shí)型邊沿觸發(fā)器。傳輸延時(shí)型邊沿觸發(fā)器。 2個(gè)與非門在傳輸延時(shí)內(nèi)可暫存信息個(gè)與非門在傳輸延時(shí)內(nèi)可暫存信息2個(gè)與或非門交叉反饋組成個(gè)與或非門交叉反饋組成RS觸發(fā)器觸發(fā)器1) 電路組成和工作原理工作原理：工作原理：（1）CP=0時(shí)，觸發(fā)器保持不變時(shí)，觸發(fā)器保持不變00011RS觸發(fā)器觸發(fā)器111nnnnQQQQ111nnnnQQQQ111（2）時(shí)鐘）時(shí)鐘CP=1( )時(shí)，觸發(fā)器仍然保持不變時(shí)，觸發(fā)器仍然保持不變nQJnnnnnQKQQQQ11nKQnnnnnQQJQQQ11(

23、3) 時(shí)鐘時(shí)鐘CP下降沿到（下降沿到（ ） ，觸發(fā)器狀態(tài)變化，觸發(fā)器狀態(tài)變化000112121LLRSQLLRQSQnnnnnQJLKQL211121nnnnnnnnnnQJQKQJKQLLQKQJQKQQJQ11特性方程：特性方程：nnnQKQJQ1J、K是距是距CP下降沿之下降沿之前前tpd秒的任意邏輯值。秒的任意邏輯值。tpd是納秒級(jí)，可以認(rèn)為是納秒級(jí)，可以認(rèn)為J、K是是CP下降沿前瞬的下降沿前瞬的任意邏輯值。任意邏輯值。 JK觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表對對J、K無約束！無約束！nQ1nQCPJK功能無00保持無11保持0000保持0011保持0100置00110置01001置1101

24、1置11101翻轉(zhuǎn)1110翻轉(zhuǎn)CP=CP無無nnQQ1nnQQ1:翻轉(zhuǎn)2）時(shí)序圖和觸發(fā)特點(diǎn)）時(shí)序圖和觸發(fā)特點(diǎn)只要窄脈沖干擾不只要窄脈沖干擾不出現(xiàn)在出現(xiàn)在CP的下降沿，的下降沿，則不影響觸發(fā)器的則不影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。輸出狀態(tài)。由本例推廣，傳輸由本例推廣，傳輸延時(shí)型邊沿觸發(fā)器延時(shí)型邊沿觸發(fā)器抗干擾能力強(qiáng)?？垢蓴_能力強(qiáng)。3 3）狀態(tài)圖）狀態(tài)圖 狀態(tài)圖是反映時(shí)序數(shù)字電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換及狀態(tài)轉(zhuǎn)換條狀態(tài)圖是反映時(shí)序數(shù)字電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換及狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件的圖形，它可以描述時(shí)序電路的功能。件的圖形，它可以描述時(shí)序電路的功能。 各種觸發(fā)器的功能都可用狀態(tài)圖表示。觸發(fā)器的狀態(tài)圖僅反映其功能，與觸發(fā)方式（工作原理）無關(guān)。 例

25、如，JK觸發(fā)器的狀態(tài)： 觸發(fā)器有觸發(fā)器有2個(gè)狀態(tài)：個(gè)狀態(tài)：0和和1，用圓圈表示；箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)，用圓圈表示；箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向和一個(gè)有效的時(shí)鐘（例如，邊沿?fù)Q的方向和一個(gè)有效的時(shí)鐘（例如，邊沿JK觸發(fā)器的下降觸發(fā)器的下降沿），旁邊注明狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。沿），旁邊注明狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件。例如，觸發(fā)器由0態(tài)轉(zhuǎn)換為1態(tài)的條件是：J=1，K=（0或1）。 JK觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表 狀態(tài)圖可由觸發(fā)器的特性方程，或狀態(tài)表導(dǎo)出。J= K=1J=1 K=J=K=0J=0K=01nQ1nQ翻轉(zhuǎn)0111翻轉(zhuǎn)1011置11101置11001置00110置00010保持1100保持0000功能KJCPDDQDRQSn

26、n1nQ1）電路結(jié)構(gòu)和工作原理）電路結(jié)構(gòu)和工作原理n1nQQ（1）CP=0時(shí)，時(shí)，6.3.3 6.3.3 維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器（2）在CP=1的前端（ ），與非門基本與非門基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器控制電路控制電路DDDDRS1）電路結(jié)構(gòu)和工作原理）電路結(jié)構(gòu)和工作原理（3）在）在CP=1的后端（的后端（ ）, 維持阻塞保證基本維持阻塞保證基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的RS端不隨端不隨D端變化，因端變化，因此此Q端不變化。端不變化。6.3.3 6.3.3 維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器與非門基本與非門基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器控制電路控制電路DDD=01置置0維持維持置置1阻塞阻塞D=10置置0阻塞阻塞

27、置置1維持維持DQn1CP=特特 點(diǎn)點(diǎn):抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高?？垢蓴_能力極強(qiáng)，工作速度很高。維持阻塞型維持阻塞型D觸發(fā)器的狀態(tài)表觸發(fā)器的狀態(tài)表nQ表中表中“”表示表示CP由由0跳變?yōu)樘優(yōu)?的上升沿的上升沿;D是是CP上升沿前上升沿前瞬的輸入邏輯值。瞬的輸入邏輯值。1nQCPD功能功能000置置0010置置0101置置1111置置1 在時(shí)鐘脈沖在時(shí)鐘脈沖CP作用下，作用下，D觸發(fā)器僅具有置觸發(fā)器僅具有置0和置和置1功能，功能，常用于存儲(chǔ)常用于存儲(chǔ)1位二進(jìn)制碼，故稱為數(shù)碼（位二進(jìn)制碼，故稱為數(shù)碼（Digit）觸發(fā)器。）觸發(fā)器。DQn1CP=Rd和和Sd：不受時(shí)鐘：不受時(shí)鐘信號(hào)控制復(fù)位和置

28、信號(hào)控制復(fù)位和置位信號(hào)。位信號(hào)。nQ1nQRdSdCPD功能功能010異步復(fù)位異步復(fù)位21DDD 101異步置位異步置位00禁止禁止11000置置011010置置011101置置111111置置12）異步復(fù)位和置位）異步復(fù)位和置位D1和和D2：受時(shí)鐘信：受時(shí)鐘信號(hào)控制的數(shù)據(jù)輸入號(hào)控制的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)。信號(hào)。 只要窄脈沖干擾不出現(xiàn)在只要窄脈沖干擾不出現(xiàn)在CP的上升沿，則不影響觸發(fā)器的的上升沿，則不影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。此外，異步輸入端的作用優(yōu)先（見輸出狀態(tài)。此外，異步輸入端的作用優(yōu)先（見Sd=0處）。處）。由本例推廣，維持阻塞型邊沿觸發(fā)器抗干擾能力強(qiáng)。由本例推廣，維持阻塞型邊沿觸發(fā)器抗干擾能力強(qiáng)。

29、波形圖波形圖DQCPRdSd 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引腳排列圖 (b) CC4013引腳排列圖集成邊沿集成邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器：CC4013的異步輸入端的異步輸入端RD和和SD為高電平有效。為高電平有效。CP上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)6.4 觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換

30、觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)確定觸發(fā)方式和實(shí)現(xiàn)邏輯功能的原理。 前述章節(jié)已經(jīng)闡述了用直接觸發(fā)、同步觸發(fā)和邊沿觸發(fā)分別實(shí)現(xiàn)RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的原理。 本節(jié)首先介紹用維持阻塞D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器和T觸發(fā)器，然后，闡明“任何一種觸發(fā)方式都可以實(shí)現(xiàn)每一種功能的觸發(fā)器”。6.4.1 維持阻塞D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T和T觸發(fā)器*6.4.2 觸發(fā)器的邏輯功能轉(zhuǎn)換方法6.4.1維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器 在有效時(shí)鐘作用下，具有觸發(fā)翻轉(zhuǎn)和保持在有效時(shí)鐘作用下，具有觸發(fā)翻轉(zhuǎn)和保持2種功能的觸發(fā)器種功能的觸發(fā)器稱為稱為T觸發(fā)器；僅具有觸發(fā)翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器稱為觸發(fā)

31、器；僅具有觸發(fā)翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器稱為T觸發(fā)器。觸發(fā)器。用用1個(gè)維持阻塞個(gè)維持阻塞D觸發(fā)器和觸發(fā)器和1個(gè)異或門可組成維持阻塞個(gè)異或門可組成維持阻塞T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 nQTD在CP=0時(shí)，維持阻塞D觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)，即現(xiàn)態(tài)。因此，nnQTDQ1在CP=時(shí)，維持阻塞D觸發(fā)器變化為次態(tài)，在CP=1時(shí)，維持阻塞D觸發(fā)器保持，直到下一次觸發(fā)。nQ1nQ維持阻塞型T觸發(fā)器的狀態(tài)表CPT功能000保持011保持101翻轉(zhuǎn)110翻轉(zhuǎn)nnnnQTQTQTQ1T=0：nnQQ1T=1：nnQQ1電路仍然是維持阻塞型觸發(fā)器。即功能轉(zhuǎn)換不改變觸發(fā)方式！ 當(dāng)T恒為1時(shí)，T觸發(fā)器轉(zhuǎn)化為T觸發(fā)器，其特性方程為：nnQQ16.4

32、.2 觸發(fā)器的邏輯功能轉(zhuǎn)換方法觸發(fā)器的邏輯功能轉(zhuǎn)換方法例如，將維持阻塞例如，將維持阻塞D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為維持阻塞觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為維持阻塞JK觸發(fā)器觸發(fā)器 nnQKQJD :令用維持阻塞D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他邏輯功能觸發(fā)器的框圖 ：令J=S、K=R，增加約束RS=0，則JK觸發(fā)器就轉(zhuǎn)換為RS觸發(fā)器。令J=K=T，則JK觸發(fā)器就轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器。（1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等

33、的）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。 令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等，求出轉(zhuǎn)換邏輯。令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等，求出轉(zhuǎn)換邏輯。推廣到一般，任何一種觸發(fā)方式（直接觸發(fā)、同步觸發(fā)和推廣到一般，任何一種觸發(fā)方式（直接觸發(fā)、同步觸發(fā)和邊沿觸發(fā)）都可以實(shí)現(xiàn)每一種功能的觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)）都可以實(shí)現(xiàn)每一種功能的觸發(fā)器。 已闡明了：用維持阻塞觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)了所有功能的觸發(fā)器！T觸發(fā)器特性方程：觸發(fā)器特性方程：nnnnQTQTQTQ1與與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：觸發(fā)器的特

34、性方程比較，得：TKTJ電電路路圖圖1J C11KTQQCPJK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器例：將例：將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器T 觸發(fā)器特性方程：觸發(fā)器特性方程：與與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：觸發(fā)器的特性方程比較，得：11KJ電電路路圖圖1J C11K1QQCPnnQQ1變換變換T觸發(fā)器的特性方程：觸發(fā)器的特性方程：nnnnQQQQ111JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器TKTJ1.JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器11KJ2.JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器5.D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器nQTD6.D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器nQD DKDJ3.JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸

35、發(fā)器RKSJ4.JK觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器7. D觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器8.D觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器nnQKQJDnQRSDTKTJ11KJ9.RS觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器10.RS觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器11. RS觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器12.RS觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器DRDSnnTQQTRSnnQQRSnnKQQJRS6.5 觸發(fā)器的觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性觸發(fā)器由門電路組成，每個(gè)門都存在傳輸延時(shí)。因此，觸觸發(fā)器由門電路組成，每個(gè)門都存在傳輸延時(shí)。因此，觸發(fā)器的輸入信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)必須在時(shí)間順序上恰當(dāng)配合，才能發(fā)器的輸入信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)必須在時(shí)間順序上恰當(dāng)配合，

36、才能保證觸發(fā)器穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)其邏輯功能。保證觸發(fā)器穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)其邏輯功能。觸發(fā)器同步輸入信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系稱為觸發(fā)觸發(fā)器同步輸入信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系稱為觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性。器的動(dòng)態(tài)特性。 設(shè)每個(gè)與非門的傳輸時(shí)間為設(shè)每個(gè)與非門的傳輸時(shí)間為tpd。 下面以維持阻塞D觸發(fā)器為例介紹觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性。 1 1）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)建立時(shí)間建立時(shí)間 tset2 2）數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)保持時(shí)間保持時(shí)間 th邊沿邊沿 D 觸發(fā)器的觸發(fā)器的 tset 和和 th 均在均在 20 ns 左右。左右。在時(shí)鐘有效沿前輸入信號(hào)D必須穩(wěn)定的最小時(shí)間。 tset=2tpd 在時(shí)鐘有效沿后輸入信號(hào)D必須保持穩(wěn)定的最小時(shí)間。

37、 th=tpd 3) 輸出低電平到高電平的傳輸時(shí)間輸出低電平到高電平的傳輸時(shí)間tCPHL4) 輸出高電平到低電平的傳輸時(shí)間輸出高電平到低電平的傳輸時(shí)間tCPLHtCPHL=2tpd 在時(shí)鐘有效沿后觸發(fā)器的輸出從低電平變化到高電平的傳輸時(shí)間。 在時(shí)鐘有效沿后觸發(fā)器的輸出從高電平變化到低電平的傳輸時(shí)間。 tCPLH=3tpd5)觸發(fā)器傳輸延遲時(shí)間觸發(fā)器傳輸延遲時(shí)間tf在時(shí)鐘有效沿后輸出狀態(tài)到達(dá)穩(wěn)定需要的時(shí)間。pdCPHLCPLHftttt3,max6) 時(shí)鐘的低電平時(shí)間時(shí)鐘的低電平時(shí)間tCPL和高電平時(shí)間和高電平時(shí)間tCPH 如果觸發(fā)器的時(shí)鐘是上升沿有效，則tCPLtset tCPHtf 如果觸發(fā)

38、器的時(shí)鐘是下降沿有效，則tCPHtset tCPLtf 時(shí)鐘周期為：TCP = tset + tf。7) 最大時(shí)鐘頻率最大時(shí)鐘頻率max：在連接為T觸發(fā)器的情況下，觸發(fā)器能正常工作的最高時(shí)鐘頻率。max=1/TCP 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 小小 結(jié)結(jié)觸發(fā)器是數(shù)字電路的極其重要的基本單元。觸發(fā)器有兩個(gè)觸發(fā)器是數(shù)字電路的極其重要的基本單元。觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)穩(wěn)態(tài)；無外界信號(hào)作用時(shí)狀態(tài)保持不變。因此，觸發(fā)器可以作穩(wěn)態(tài)；無外界信號(hào)作用時(shí)狀態(tài)保持不變。因此，觸發(fā)器可以作為二進(jìn)制存儲(chǔ)單元使用。為二進(jìn)制存儲(chǔ)單元使

39、用。觸發(fā)器的邏輯功能可以用觸發(fā)器的邏輯功能可以用狀態(tài)表、卡諾圖、特性方程、狀狀態(tài)表、卡諾圖、特性方程、狀態(tài)圖和波形圖態(tài)圖和波形圖等等5種方式來描述。觸發(fā)器的特性方程是表示其邏種方式來描述。觸發(fā)器的特性方程是表示其邏輯功能的重要邏輯函數(shù)，在分析和設(shè)計(jì)時(shí)序電路時(shí)常用來作為輯功能的重要邏輯函數(shù)，在分析和設(shè)計(jì)時(shí)序電路時(shí)常用來作為判斷電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的依據(jù)。判斷電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換的依據(jù)。01RSQRSQnnnnnQKQJQ1DQn1nnnQTQTQ1nnQQ1邏輯功能RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器T觸發(fā)器特性方程同一種功能的觸發(fā)器，可以用不同的電路結(jié)構(gòu)形式來實(shí)現(xiàn)；同一種功能的觸發(fā)器，可以用不同的電路結(jié)構(gòu)形式

40、來實(shí)現(xiàn)；反過來，同一種電路結(jié)構(gòu)形式，可以構(gòu)成具有不同功能的各種類反過來，同一種電路結(jié)構(gòu)形式，可以構(gòu)成具有不同功能的各種類型觸發(fā)器。型觸發(fā)器。6.6 555定時(shí)器6.6.1 555定時(shí)器的功能6.6.2 555定時(shí)器組成施密特觸發(fā)器6.6.3 555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器6.6.4 555定時(shí)器組成多諧振蕩器數(shù)字電路需要規(guī)則的脈沖信號(hào)：一致的邏輯電平和陡峭的邊沿。獲取規(guī)則的數(shù)字信號(hào)通常有兩種途徑： 1。用整形電路把已有的信號(hào)整形成數(shù)字信號(hào)； 2。通過多諧振蕩電路自激產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 555定時(shí)器不但可以構(gòu)成整形電路，還可以組成自激振蕩電路。 555定時(shí)器是一種應(yīng)用十分廣泛的集成組件，有定時(shí)器是一種應(yīng)用十分廣泛的集成組件，有TTL集成電路集成電路和和CMOS集成電路，它們的工作原理和功能相似。集成電路，它們的工作原理和功能相似。 下面以下面以CMOS集成定時(shí)器為例介紹集成定時(shí)器為例介紹555定時(shí)器的原理和應(yīng)用。定時(shí)器的原理和應(yīng)用。 6.6.1 555定時(shí)器的功能定時(shí)器的功能 電阻分壓器電阻分壓器 比較器比較器RS觸發(fā)器觸發(fā)器反相器和反相器和NMOS管管CC31VCC32V管腳圖管腳圖反相反相同相同相 CH7555電源電壓的最小值為3 V，最大值為18 V，最大功耗為200 mW。 TH（電位）（電位）（電位）（電位）