第四章--觸發(fā)器

1、4.1 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作特點觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作特點第四章第四章 觸發(fā)器觸發(fā)器4.2 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能1 1、時序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器：、時序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器： 時序邏輯電路時序邏輯電路: :概述概述鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元 。 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征: :由組合邏輯電路和存儲電路組成由組合邏輯電路和存儲電路組成, ,電路中存在反饋。電路中存在反饋。工作特征：工作特征：時序邏輯電路的工作特點是任意時刻的輸出狀態(tài)不時序邏輯電路的工作特點是任意時刻的輸出狀態(tài)不僅與當(dāng)前的輸入信號有關(guān)，而且與此前電路的狀

2、態(tài)有關(guān)。僅與當(dāng)前的輸入信號有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。 4.1.1 SR 鎖存器鎖存器1. 1. 基本基本SR鎖存器鎖存器現(xiàn)態(tài)（初態(tài)）現(xiàn)態(tài)（初態(tài)）：R、S信號作用信號作用前前Q端的狀態(tài)，端的狀態(tài)，初態(tài)初態(tài)用用Q n表示。表示。次態(tài)次態(tài)：R、S信號作用后信號作用后Q端的端的狀態(tài)狀態(tài)次態(tài)次態(tài)用用Q n+1表示。表示。 Q Q R S 1) 工作原理工作原理R=1、S=1狀態(tài)不變狀態(tài)不變1 11 1若現(xiàn)態(tài)若現(xiàn)態(tài) Q n = 11 10 01 1 Q Q R S 若現(xiàn)態(tài)若現(xiàn)態(tài) Q n = 00 01 10 01 11 1 Q Q R S 無論現(xiàn)態(tài)無論現(xiàn)態(tài)Q n為為0或或1，鎖存器的次態(tài)都為，鎖存器

3、的次態(tài)都為1態(tài)。態(tài)。 信號回到信號回到S=1，R=1時，新的狀態(tài)將被記憶下來。時，新的狀態(tài)將被記憶下來。R=1、S=0置置1。S端稱為端稱為置位端置位端或或置置1端端，低電平有效低電平有效0 01 1若若現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) Q n = 11 10 01 1 Q Q R S 若現(xiàn)態(tài)若現(xiàn)態(tài) Q n = 00 01 10 00 01 10 0 Q Q R S 無論現(xiàn)態(tài)無論現(xiàn)態(tài)Q n為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。態(tài)。 信號回到信號回到S=1，R=1時，新的狀態(tài)將被記憶下來。時，新的狀態(tài)將被記憶下來。R=0 、 S=1置置0。R端稱為端稱為復(fù)位端復(fù)位端或或置置0端端，低電平有效低電平有效1 1

4、0 0若若現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) Q n = 11 11 10 0 Q Q R S 若現(xiàn)態(tài)若現(xiàn)態(tài) Q n = 01 10 00 01 10 01 1 Q Q R S S=0 、 R=0無論現(xiàn)態(tài)無論現(xiàn)態(tài)Q n為為0或或1，觸發(fā)器的次態(tài)，觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1 、 Qn+1 都為都為1 。不確定狀態(tài)不確定狀態(tài)當(dāng)當(dāng)S、R 同時回到同時回到1時，由于兩個與非時，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，使得觸發(fā)器門的延遲時間無法確定，使得觸發(fā)器最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。觸發(fā)器的輸出既不是觸發(fā)器的輸出既不是0態(tài)，也不是態(tài)，也不是1態(tài)態(tài)0 00 01 11 1 Q Q R S 功能表功能表 RSQ不定不定0

5、010100101不變不變11不變不變Q不定不定因為因為S端和端和R端都是低電平有效，所以與非門構(gòu)成的基本端都是低電平有效，所以與非門構(gòu)成的基本RS鎖存器的邏輯符號如下：鎖存器的邏輯符號如下： S Q Q R R S c.國標(biāo)邏輯符號國標(biāo)邏輯符號約束條件約束條件:011SRSRRS4）工作波形工作波形3 3）用或非門構(gòu)成的基本）用或非門構(gòu)成的基本SR鎖存器鎖存器、 S Q Q R S R c.國標(biāo)邏輯符號國標(biāo)邏輯符號a.電路圖電路圖b.b.功能表功能表 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 約束條件約束條件: SR = 0 RSQ不定不定1110010110不變不變00不變不變Q不定不定

6、 例例 運用基本運用基本SR鎖存器消除機械開關(guān)觸點抖動引起的脈沖輸出。鎖存器消除機械開關(guān)觸點抖動引起的脈沖輸出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 100k A B Q R S 100k S +5V +5V R S Q 二二. 邏輯門控邏輯門控RS鎖存器鎖存器 國標(biāo)邏輯符號國標(biāo)邏輯符號 1RC11S Q Q CP S R 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &2、工作原理、工作原理 S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= CP=1：CP=0：狀態(tài)

7、發(fā)生變化。狀態(tài)發(fā)生變化。 狀態(tài)不變狀態(tài)不變 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &特性方程特性方程nnQRSQ1SR=0（約束條件）（約束條件） CP S R Q3 Q4 Q Q 1 2 3 4 邏輯門控邏輯門控SR鎖存器的鎖存器的CP、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，的波形如下圖虛線上邊所示，鎖存器的原始狀態(tài)為鎖存器的原始狀態(tài)為Q = 0，試畫出，試畫出Q3、Q4、Q和和Q的波形。的波形。 R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &D 鎖存器鎖存器1. 邏輯門控邏輯門控D鎖存器鎖存器 1D E1 Q Q E D 國標(biāo)邏輯符號國

8、標(biāo)邏輯符號 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 邏輯電路圖邏輯電路圖 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =DS =0 R=1D=0Q = 0D=1Q = 1E=0不變不變E=1= DS =1 R=0D鎖存器的功能表鎖存器的功能表置置10111置置01001保持保持不變不變不不變變0功能功能QDEQ邏輯邏輯功能功能特性方程：特性方程： Qn+1 = D 邏輯門控邏輯門控RS鎖存器和鎖存器和D鎖存器的空翻現(xiàn)象鎖存器的空翻現(xiàn)象 D E Q Q 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理觸發(fā)器

9、的電路結(jié)構(gòu)和工作原理1、主從觸發(fā)器、主從觸發(fā)器2、維持阻塞觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器3、利用傳輸延時的觸發(fā)器、利用傳輸延時的觸發(fā)器 E E觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理共同點：共同點：具有具有0 和和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持。一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲一位二進制碼。保持。一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲一位二進制碼。 不同點：不同點：鎖存器鎖存器-對脈沖電平敏感的存儲對脈沖電平敏感的存儲電路，在特定輸入脈沖電平作用下電路，在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。改變狀態(tài)。觸發(fā)器觸發(fā)器-對脈沖邊沿敏感的存儲電對脈沖邊沿敏感的存儲電路，在

10、時鐘脈沖的上升沿或下降沿路，在時鐘脈沖的上升沿或下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。的變化瞬間改變狀態(tài)。 CP CP 鎖存器與觸發(fā)器鎖存器與觸發(fā)器三、三、 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器（一）主從（一）主從RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 1 1電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)QQ1S1R C1CP&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主觸發(fā)器從觸發(fā)器&GG12QQQQRSCP由兩級同步由兩級同步RSRS觸觸發(fā)器串聯(lián)組成。發(fā)器串聯(lián)組成。G1G1G4G4組成從觸組成從觸發(fā)器，發(fā)器，G5G5G8G8組組成主觸發(fā)器。成主觸發(fā)器。CPCP 與與CP CP 互補，使互補，使兩個觸發(fā)器工作兩個觸發(fā)器工作在兩個不同的時在兩個不同的時區(qū)內(nèi)。區(qū)內(nèi)。2

11、2工作原理工作原理主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個節(jié)拍：主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個節(jié)拍：（1 1）當(dāng)）當(dāng)CPCP1 1時，時，CP CP 0 0，從觸發(fā)器被封，從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變：主觸發(fā)器工作，鎖，保持原狀態(tài)不變：主觸發(fā)器工作，接收接收R R和和S S端的輸入信號。端的輸入信號。（2 2）當(dāng)）當(dāng)CPCP由由1 1躍變到躍變到0 0時，即時，即CPCP=0=0、CP CP 1 1。主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號R R、S S不再影不再影響主觸發(fā)器的狀態(tài)；從觸發(fā)器工作，接響主觸發(fā)器的狀態(tài)；從觸發(fā)器工作，接收主觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。收主觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。 特點：特點：（1

12、 1）主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在）主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CPCP由由1 1變變0 0時刻時刻（CPCP下降沿）發(fā)生的。下降沿）發(fā)生的。（2 2）CPCP一旦變?yōu)橐坏┳優(yōu)? 0后，主觸發(fā)器被封鎖，其后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受狀態(tài)不再受R R、S S影響，因此不會有空翻影響，因此不會有空翻現(xiàn)象?，F(xiàn)象。（3 3）輸入端直接控制的問題（空翻）已經(jīng)解）輸入端直接控制的問題（空翻）已經(jīng)解決決&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主觸發(fā)器從觸發(fā)器&GG12QQQQRS 1 1 TG TG TG2 Q C C C TG1 D C 主主鎖鎖存存器器 1 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C

13、 從從鎖鎖存存器器 Q CP 1 C C G1 G4 G3 G2 主鎖存器與從鎖主鎖存器與從鎖存器結(jié)構(gòu)相同存器結(jié)構(gòu)相同1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)（二）（二） COMS主從主從D觸發(fā)器觸發(fā)器TG1和和TG4的工的工作狀態(tài)相同作狀態(tài)相同TG2和和TG3的工的工作狀態(tài)相同作狀態(tài)相同。 1 TG TG TG2 C C C TG1 D C 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 1 G3 1 1 1 G1 1 1 1 1 RD SD CP 1 C C G4 G2 2. 典型集成電路典型集成電路 74HC/HCT74 中中D觸發(fā)器的邏輯圖觸發(fā)器的邏輯圖DSQDSDR1nQLHHHHHLLHHQ

14、n+1DCPHHLLHLLHLHHLQDCP輸輸 出出輸輸 入入DR 74HC/HCT74的功能表的功能表 S C1 1D R S C2 2D R 1SD 1RD 1CP 1D 1Q 1Q 2SD 2RD 2CP 2D 2Q 2Q 國標(biāo)邏輯符號國標(biāo)邏輯符號74HC/HCT74的邏輯符號和功能表的邏輯符號和功能表具有直接置具有直接置1、直接置、直接置0，正邊沿觸發(fā)的，正邊沿觸發(fā)的D功能功能觸發(fā)器觸發(fā)器（三）維持阻塞觸發(fā)器（三）維持阻塞觸發(fā)器1. 1. 電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)與工作原理 C G1 & CP Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q3 S R G4 Q4 D G6 Q Q

15、 & 4 CP = 0 2、工作原理工作原理 Qn+1=QnD 信號進入觸發(fā)器信號進入觸發(fā)器, ,為狀態(tài)刷新作好準(zhǔn)備為狀態(tài)刷新作好準(zhǔn)備Q1 = DQ4= DD信號存于信號存于Q40 01 11 1D DD DG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3SRQ4 D G6 Q Q & G44 當(dāng)當(dāng)CP 由由0 跳變?yōu)樘優(yōu)?0 01 1D DD DG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3S R G4Q4 D G6Q Q & 1 10 00 0D DD DDQn1在在CP脈沖的上升沿，觸法器按此前脈沖的上升沿，觸法器按此前的的D信號刷新信

16、號刷新 當(dāng)當(dāng)CP =1在在CP脈沖的上升沿到來瞬間使觸發(fā)器的狀態(tài)變化脈沖的上升沿到來瞬間使觸發(fā)器的狀態(tài)變化D信號不影響信號不影響 、 的狀態(tài)，的狀態(tài)，Q的狀態(tài)不變的狀態(tài)不變RSG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3 S R G4Q4 D G6Q Q & 1 10 01 1置置1維持線維持線置置0 阻塞線阻塞線1 11 10 00 02. 典型集成電路典型集成電路-74LS74 & CP & & & & D Q Q & SD RD S C1 1D R SD RD CP D Q Q D Q tSU tH tW tPLH CP tPHL Tcmin Q tPHL t

17、PLH 觸發(fā)器的動態(tài)特性觸發(fā)器的動態(tài)特性 C1 1D Q Q D C P 動態(tài)特性反映其觸發(fā)器對輸入信號和時鐘信號間的時間要求，動態(tài)特性反映其觸發(fā)器對輸入信號和時鐘信號間的時間要求，以及輸出狀態(tài)對時鐘信號響應(yīng)的延遲時間。以及輸出狀態(tài)對時鐘信號響應(yīng)的延遲時間。 建立時間建立時間保持時間保持時間脈沖寬度脈沖寬度傳輸延時時間傳輸延時時間傳輸延時時間傳輸延時時間保持時間保持時間tH ：保證：保證D狀態(tài)可靠地傳送到狀態(tài)可靠地傳送到Q建立時間建立時間tSU ：保證與保證與D 相關(guān)的電路建立起穩(wěn)定的狀態(tài)，使觸相關(guān)的電路建立起穩(wěn)定的狀態(tài)，使觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)器狀態(tài)得到正確的轉(zhuǎn)換。得到正確的轉(zhuǎn)換。最高觸發(fā)頻率最高觸發(fā)

18、頻率fcmax ：觸發(fā)器內(nèi)部都要完成一系列動作，需要：觸發(fā)器內(nèi)部都要完成一系列動作，需要一定的時間延遲，所以對于一定的時間延遲，所以對于CP最高工作頻率有一個限制。最高工作頻率有一個限制。觸發(fā)脈沖寬度觸發(fā)脈沖寬度tW ：保證內(nèi)部各門正確翻轉(zhuǎn)。：保證內(nèi)部各門正確翻轉(zhuǎn)。傳輸延遲時間傳輸延遲時間tPLH和和tPHL ：時鐘脈沖：時鐘脈沖CP上升沿至輸出端新狀態(tài)上升沿至輸出端新狀態(tài)穩(wěn)定建立起來的時間穩(wěn)定建立起來的時間（四）（四）利用傳輸延遲的觸發(fā)器利用傳輸延遲的觸發(fā)器（JK觸發(fā)器）觸發(fā)器）0CP1QQ、狀態(tài)不變狀態(tài)不變 1 Q Q 1 G1 G2 10 CP2QQ、狀態(tài)不變狀態(tài)不變2212GG 、先打

19、開，將輸出鎖定先打開，將輸出鎖定經(jīng)過一段延遲時間后經(jīng)過一段延遲時間后nnnQQSQCPQ.nnnQQRQCPQ.同時同時nnQJQJCPS.nnKQQKCPR.01CP3RS、2212GG 、搶先關(guān)閉搶先關(guān)閉瞬間瞬間00依然作用依然作用電路等效為電路等效為 Q Q nQJS nKQR 3 Q Q nQJS nKQR 根據(jù)電路可得到根據(jù)電路可得到JK觸發(fā)器的特性方程：觸發(fā)器的特性方程：nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ11 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 4.2 4.2 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能2 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 4 SR 觸發(fā)器觸發(fā)器 5 觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換 3 T 觸發(fā)器觸

20、發(fā)器 不同邏輯功能的觸發(fā)器國際邏輯符號不同邏輯功能的觸發(fā)器國際邏輯符號 1D C1 Q Q D CP D 觸發(fā)器觸發(fā)器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 1T C1 Q Q T CP T 觸發(fā)器觸發(fā)器 1S C1 1R Q Q S CP R RS 觸發(fā)器觸發(fā)器1 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 特性表特性表 Qn DQn+10000111001112. 特性方程特性方程Qn+1 = D D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 3. 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 翻翻 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)10011111 置置 111010011 置置 000011100狀態(tài)不變狀態(tài)不變010

21、10000 說說 明明Qn+1QnKJ1.特性表特性表 1nnnQJQKQ2.特性方程特性方程 0 1 0 0 1 1 0 1 J 1 KQn 0 00 01 11 10 2 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 J=0 K= J= K=0 J=1 K= J= K=1 0 1 J K 1 2 3 4 5 6 7 CP 例例5.4.1 設(shè)下降沿觸發(fā)的設(shè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器時鐘脈沖和觸發(fā)器時鐘脈沖和J、K信號的波形信號的波形如圖所示試畫出輸出端如圖所示試畫出輸出端Q的波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為的波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。 Q 特性表特性表nQ1n Q011101110000T3 T觸發(fā)器觸發(fā)器 特性方程特性方

22、程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖nnnQTQTQ1 T=1 T=1 T=0 T=0 0 1 1T C1 Q Q T CP 邏輯符號邏輯符號 T觸發(fā)器觸發(fā)器 Q Q CP C 國際邏輯符號國際邏輯符號 特性方程特性方程nnQQ1時鐘脈沖每作用一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。時鐘脈沖每作用一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。 4 SR 觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 特性表特性表 2. 特性方程特性方程3. 狀態(tài)圖狀態(tài)圖Qn S RQn+100 0000100101011不確定不確定100110101101111不確定不確定 nnQRSQ 1SR=0（約束條件）（約束條件） S=0 R= S= R=0 S=1 R=0 S=0 R=1 0 1 J=0 K= J= K=0 J=1 K= J= K=1 0 1 5 D觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換1. D 觸發(fā)器構(gòu)成觸發(fā)器構(gòu)