鎖存器和觸發(fā)器原理PPT課件

1、1本章學(xué)習(xí)基本要求1、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理；2、熟練掌握SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器及T 觸發(fā)器的邏輯功能；3、正確理解鎖存器、觸發(fā)器的動態(tài)特性。第1頁/共34頁2 時序邏輯電路: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:由組合邏輯電路和存儲電路組成,電路中存在反饋。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)。 第2頁/共34頁3 1 Q Q 1 G1 G2 反饋5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 Q端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。電路有兩個互補的輸出端1. 電路結(jié)構(gòu) 第3頁/共34頁42、數(shù)字邏輯分

2、析電路具有記憶1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能。 如 Q = 1如 Q = 0 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 1001 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 0110第4頁/共34頁55.2.1 SR 鎖存器5.2 鎖存器5.2.1 D 鎖存器第5頁/共34頁65.2.1 SR 鎖存器5.2 鎖存器 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 1. 基本SR鎖存器初態(tài)：R、S信號作用前Q端的狀態(tài)，用Q n表示。次態(tài)：R、S信號作用后Q端的狀態(tài)，用Q n+1表示。第6頁/共34頁7第7頁/共34頁81) 工作原理R=0、S=0狀態(tài)不變00若初態(tài) Q n =

3、 1101 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 若初態(tài) Q n = 001000 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 第8頁/共34頁9無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器的次態(tài)為為1態(tài)。 信號消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 01若初態(tài) Q n = 1101 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若初態(tài) Q n = 0010010R=0、S=1置1第9頁/共34頁10無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。 信號消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 10若初態(tài) Q n = 1110若初態(tài) Q n = 0 S 1 Q Q

4、1 R G1 G2 100101R=1 、 S=0置0第10頁/共34頁11 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1100S=1 、 R=1無論初態(tài)Q n為0或1，觸發(fā)器的次態(tài) 、 都為0 。nQnQ狀態(tài)不確定約束條件: SR = 0當(dāng)S、R 同時回到0時，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，使得鎖存器最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。觸發(fā)器的輸出既不是0態(tài)，也不是1態(tài)第11頁/共34頁123）工作波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 第12頁/共34頁13 S & Q Q & R G1 G2 反饋輸入端輸出端由兩個與非門組成1. 電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號 鎖存器由邏輯門加反饋電路構(gòu)成，電路

5、有兩個互補的 輸出端Q和 ,其中Q的狀態(tài)稱為鎖存器的狀態(tài)。Q用與非門構(gòu)成的基本SR鎖存器 S Q Q R R S 國標(biāo)邏輯符號第13頁/共34頁14 2、工作原理 S & Q Q & R G1 G2 1) 無有效電平輸入（S=R=1）時，鎖存器保持穩(wěn)定狀態(tài)不變 11 S & Q Q & R G1 G2 若初態(tài)Qn = 1若初態(tài) Qn = 010101011第14頁/共34頁15 S & Q Q & R G1 G2 2) 在有效電平作用下（S=0、R=1） ，無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器都會轉(zhuǎn)變?yōu)?態(tài)。 01 S & Q Q &

6、R G1 G2 若初態(tài)Qn = 1若初態(tài)Qn = 0101010110第15頁/共34頁16 S & Q Q & R G1 G2 3) 在有效電平作用下（ S=1、R=0 ），無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器都會轉(zhuǎn)變?yōu)?態(tài)。10初態(tài)Qn = xx10第16頁/共34頁17 4) 當(dāng)（ S=0、R=0 ）時，無論初態(tài)Q n為0或1，鎖存器狀態(tài)不定。 S & Q Q & R G1 G2 00初態(tài)Qn = x11R=0、S=0時：Q=Q=1，不符合鎖存器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時撤除后，將不能確定鎖存器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所

7、以鎖存這就是基本RS鎖存器的此狀態(tài)為不定狀態(tài)。為避免不定狀態(tài)，對輸入信號應(yīng)加S+R=1的約束條件。 第17頁/共34頁183、觸發(fā)方式 S & Q Q & R G1 G2 0 11 01 0置1端置0端基本鎖存器的觸發(fā)方式屬電平觸發(fā)。 第18頁/共34頁19S R 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 不定 0 0 1 不定 4、邏輯功能邏輯功能表nQ1nQR+S=1保持置1置零不定 鎖存器的新狀態(tài)Qn+1（也稱次態(tài)）不僅與輸入狀態(tài)有關(guān)，也與鎖存器原來的狀態(tài)Qn（也稱現(xiàn)態(tài)或初態(tài)）有關(guān)。第19頁/共34頁20畫

8、工作波形的方法(與非門鎖存器）： 1. 根據(jù)鎖存器動作特征確定狀態(tài)變化的時刻； 2. 根據(jù)觸發(fā)器的邏輯功能確定Qn+1。 S R Q Q 011101110111011100不定 不變 不定 置1 不變 置1 不變 置0 不變 工作波形能直觀地表示其輸入信號與輸出的時序關(guān)系。 第20頁/共34頁21 例2 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。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 第21頁/共34頁22 100k A B Q 1 2 74HCT00 R S 100k S +5V +5V R S Q 硬件設(shè)計去抖動電路第22頁/共34頁232. 邏輯門控S

9、R鎖存器 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 電路結(jié)構(gòu) 1R E1 1S Q Q E S R 國標(biāo)邏輯符號簡單SR鎖存器使能信號控制門電路鎖存使能輸入端第23頁/共34頁24 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 2、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= E=1：E=0：狀態(tài)發(fā)生變化。 狀態(tài)不變Q3 = S Q4 = R鎖存使能輸入端第24頁/共34頁25 E S R Q3 Q4 Q Q

10、 1 2 3 4 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 例3 邏輯門控SR鎖存器的E、S、R 的波形如下圖所示，鎖存器的原始狀態(tài)為Q = 0，第25頁/共34頁265.2.2 D 鎖存器1. 邏輯門控D鎖存器 1D E1 Q Q E D 國標(biāo)邏輯符號 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 邏輯電路圖第26頁/共34頁27 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =SS =0 R=1D=0Q

11、 = 0D=1Q = 1E=0不變E=1= DS =1 R=0D鎖存器的功能表置10111置01001保持不變不變0功能QDEQ邏輯功能第27頁/共34頁282. 傳輸門控D鎖存器 1 1 TG2 TG1 1 1 G1 G2 G4 G3 E C Q Q C C C D C C 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D (c) E=0時(b) E=1時(a) 電路結(jié)構(gòu)CTG2導(dǎo)通，TG1斷開 TG1導(dǎo)通，TG2斷開Q = DQ 不變第28頁/共34頁29例4 工作波形 D E Q Q 第29頁/共34頁303. D鎖存器的動態(tài)特性定時圖:表示電路動作過程中，對各輸入信號的時間要求以及輸出對輸入信號的響應(yīng)時間。 D Q tSU tH tW TpLH E TpHL 第30頁/共34頁3174HC/HCT373 八D鎖存器 LE 1 1 OE 1 E 1 E 1 E Q1 Q7 Q0 D1 D7 D0 1D C1 C1 1 1D C1 C1 1D C1 C1 4. 典型集成電路第31頁/共34頁3274HC/HCT373的功能表OE工作模式工作模式輸輸 入入內(nèi)部鎖存器內(nèi)部鎖存器狀狀 態(tài)