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(dòng)態(tài)特性。第1頁(yè)/共34頁(yè)2 時(shí)序邏輯電路:鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)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(chǔ)電路組成,電路中存在反饋。工作特征：時(shí)序邏輯電路的工作特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅與當(dāng)前的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。 第2頁(yè)/共34頁(yè)3 1 Q Q 1 G1 G2 反饋5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)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(gè)互補(bǔ)的輸出端1. 電路結(jié)構(gòu) 第3頁(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)55.2.1 SR 鎖存器5.2 鎖存器5.2.1 D 鎖存器第5頁(yè)/共34頁(yè)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(hào)作用前Q端的狀態(tài)，用Q n表示。次態(tài)：R、S信號(hào)作用后Q端的狀態(tài)，用Q n+1表示。第6頁(yè)/共34頁(yè)7第7頁(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)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(hào)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(yè)/共34頁(yè)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(hào)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(yè)/共34頁(yè)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(shí)回到0時(shí)，由于兩個(gè)與非門的延遲時(shí)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(yè)/共34頁(yè)123）工作波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 第12頁(yè)/共34頁(yè)13 S & Q Q & R G1 G2 反饋輸入端輸出端由兩個(gè)與非門組成1. 電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào) 鎖存器由邏輯門加反饋電路構(gòu)成，電路

5、有兩個(gè)互補(bǔ)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(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)第13頁(yè)/共34頁(yè)14 2、工作原理 S & Q Q & R G1 G2 1) 無有效電平輸入（S=R=1）時(shí)，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(yè)/共34頁(yè)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(huì)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(yè)/共34頁(yè)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(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?態(tài)。10初態(tài)Qn = xx10第16頁(yè)/共34頁(yè)17 4) 當(dāng)（ S=0、R=0 ）時(shí)，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(shí)：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(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)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(duì)輸入信號(hào)應(yīng)加S+R=1的約束條件。 第17頁(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)20畫

8、工作波形的方法(與非門鎖存器）： 1. 根據(jù)鎖存器動(dòng)作特征確定狀態(tài)變化的時(shí)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(hào)與輸出的時(shí)序關(guān)系。 第20頁(yè)/共34頁(yè)21 例2 運(yùn)用基本SR鎖存器消除機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的脈沖輸出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 第21頁(yè)/共34頁(yè)22 100k A B Q 1 2 74HCT00 R S 100k S +5V +5V R S Q 硬件設(shè)計(jì)去抖動(dòng)電路第22頁(yè)/共34頁(yè)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(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)簡(jiǎn)單SR鎖存器使能信號(hào)控制門電路鎖存使能輸入端第23頁(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)265.2.2 D 鎖存器1. 邏輯門控D鎖存器 1D E1 Q Q E D 國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào) 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(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)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(shí)(b) E=1時(shí)(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(yè)/共34頁(yè)29例4 工作波形 D E Q Q 第29頁(yè)/共34頁(yè)303. D鎖存器的動(dòng)態(tài)特性定時(shí)圖:表示電路動(dòng)作過程中，對(duì)各輸入信號(hào)的時(shí)間要求以及輸出對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。 D Q tSU tH tW TpLH E TpHL 第30頁(yè)/共34頁(yè)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(yè)/共34頁(yè)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)