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1、第5章 觸發(fā)器 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.1 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 5.2 時鐘控制的觸發(fā)器時鐘控制的觸發(fā)器 5.3 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器 5.4 觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖 第5章 觸發(fā)器 5.1 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 5.1.1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理 圖 5 1 基本RS觸發(fā)器 (a)&RDSDQQQQSDRD(b)第5章 觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器是構(gòu)成各種功能觸發(fā)器的基本單元,所以稱為基本觸發(fā)器。它可以用兩個與非門或兩個或非門交叉耦合構(gòu)成。圖5 - 1(a)是用兩個與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器,它有兩個互補輸出端Q和Q,一般用Q端的邏

2、輯值來表示觸發(fā)器的狀態(tài)。Q=1,Q =0時,稱觸發(fā)器處于1狀態(tài);Q=0, Q=1時,稱觸發(fā)器處于0狀態(tài)。RD、SD為觸發(fā)器的兩個輸入端(或稱激勵端)。當(dāng)輸入信號RD、SD不變化(即RDSD=11)時,該觸發(fā)器必定處于Q=1或Q=0的某一狀態(tài)保持不變,所以它是具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 第5章 觸發(fā)器 當(dāng)輸入信號變化時,觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。我們把輸入信號作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現(xiàn)在狀態(tài)(簡稱現(xiàn)態(tài)),用Qn和Qn(或Q、Q)表示,把在輸入信號作用后觸發(fā)器所進(jìn)入的狀態(tài)稱為下一狀態(tài)(簡稱次態(tài)),用Qn+1和Qn+1表示。 因此根據(jù)圖5 - 1(a)電路中的與非邏輯關(guān)系,可

3、以得出以下結(jié)果: 當(dāng)RD=0,SD=1時,無論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài), 其次態(tài)一定為0,即Qn+1=0,Qn+1=1,稱觸發(fā)器處于置0(復(fù)位)狀態(tài)。 當(dāng)RD=1,SD=0時,無論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài),其次態(tài)一定為1,即Qn+1=1,Qn+1=0,稱觸發(fā)器處于置1(置位)狀態(tài)。 第5章 觸發(fā)器 當(dāng)RD=1,SD=1時,觸發(fā)器狀態(tài)不變,即Qn+1=Qn,Qn+1=Qn,稱觸發(fā)器處于保持(記憶)狀態(tài)。 當(dāng)RD=0,SD=0時,兩個與非門輸出均為1(高電平),此時破壞了觸發(fā)器的互補輸出關(guān)系,而且當(dāng)RD、SD同時從0變化為1時,由于門的延遲時間不一致,使觸發(fā)器的次態(tài)不確定,即Qn+1=,這種情況是不允

4、許的。因此規(guī)定輸入信號RD、SD不能同時為0,它們應(yīng)遵循RD+SD=1的約束條件。 第5章 觸發(fā)器 從以上分析可見,基本RS觸發(fā)器具有置0、置1和保持的邏輯功能,通常SD稱為置1端或置位(SET)端,RD稱為置0或復(fù)位(RESET)端,因此該觸發(fā)器又稱為置位復(fù)位(SetReset)觸發(fā)器或RDSD觸發(fā)器,其邏輯符號如圖5-1(b)所示。 因為它是以RD和SD為低電平時被清0和置1的,所以稱RD、 SD低電平有效,且在圖5-1(b)中RD、SD的輸入端加有小圓圈。 第5章 觸發(fā)器 5.1.2 基本基本RS觸發(fā)器的功能描述方法觸發(fā)器的功能描述方法 1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(狀態(tài)表狀態(tài)表)

5、 將觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn、輸入信號之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出來,這種表格就稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表, 簡稱狀態(tài)表。根據(jù)以上分析,圖5 - 1(a)基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表5-1(a)所示,表5-1(b)是它的簡化表。它們與組合電路的真值表相似,不同的是觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1不僅與輸入信號有關(guān),還與它的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān),這正體現(xiàn)了時序電路的特點。 第5章 觸發(fā)器 表 5 1 基本RS觸發(fā)器狀態(tài)表 第5章 觸發(fā)器 圖 5 2 次態(tài)卡諾圖 RDSDQ0001111001001011Qn+1第5章 觸發(fā)器 2. 特征方程特征方程(狀態(tài)方程狀態(tài)方程) 描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式稱為特征方

6、程或狀態(tài)方程。對圖5-2次態(tài)卡諾圖化簡,可以求得基本RS觸發(fā)器的特征方程為 11DDnDDnRSQRSQ (約束條件) 特征方程中的約束條件表示RD和SD不允許同時為0,即RD和SD總有一個為1。 第5章 觸發(fā)器 3. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(狀態(tài)圖狀態(tài)圖)與激勵表與激勵表 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用圖形方式來描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律。 圖5 - 3為基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖中兩個圓圈分別表示觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài),箭頭表示在輸入信號作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方向,箭頭旁的標(biāo)注表示轉(zhuǎn)移條件。 激勵表(也稱驅(qū)動表)是表示觸發(fā)器由當(dāng)前狀態(tài)Qn轉(zhuǎn)至確定的下一狀態(tài)Qn+1時,對輸入信號的要求?;綬S觸發(fā)器的激勵表如表5

7、-2所示。 第5章 觸發(fā)器 圖 5 3 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖 RD= 1SD= 001RD=SD=1SD=RD=1RD= 0SD= 1第5章 觸發(fā)器 表 5 2 基本RS觸發(fā)器的激勵表 Qn Q n+1RD SD0 00 11 01 1 11 00 11 第5章 觸發(fā)器 4. 波形圖波形圖 工作波形圖又稱時序圖,它反映了觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時間和輸入信號變化的規(guī)律,是實驗中可觀察到的波形。 圖 5 4 基本RS觸發(fā)器波形圖 不定不定QQRDSD第5章 觸發(fā)器 5.2 時鐘控制的觸發(fā)器時鐘控制的觸發(fā)器 5.2.1 鐘控鐘控RS觸發(fā)器觸發(fā)器 鐘控RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上加兩個與非門構(gòu)成的

8、,其邏輯電路及邏輯符號分別如圖5-5(a)、(b)所示。圖中C、D門構(gòu)成觸發(fā)引導(dǎo)電路,R為置0端,S為置1端,CP為時鐘輸入端。 從圖5-5(a)看出,其中基本RS觸發(fā)器的輸入函數(shù)為 CPSSCPRRDD,第5章 觸發(fā)器 (a)QQ1S1R(b)圖 5-5&RDSDQQ&CPRSBDCAC1CP第5章 觸發(fā)器 當(dāng)CP=0時,C、D門被封鎖,RD=1,SD=1,由基本RS觸發(fā)器功能可知,觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當(dāng)CP=1時,RD=R, SD=S,觸發(fā)器狀態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)移。將RD、SD代入基本RS觸發(fā)器的特征方程式(5 - 1)中,可得出鐘控RS觸發(fā)器的特征方程為 01RSQRSQnn(

9、約束條件) 其中RS=0表示R與S不能同時為1。該方程表明當(dāng)CP=1時, 鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)按式(5 - 2)轉(zhuǎn)移,即時鐘信號為1時才允許外輸入信號起作用。 (5-2)第5章 觸發(fā)器 同理還可得出CP=1時,鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、 激勵表分別如表5 - 3和表5-4所示,狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、時序圖分別如圖5 - 6(a)、 (b)所示。 鐘控RS觸發(fā)器是在R和S分別為1時清“0”和置“1”,稱為R、S高電平有效,所以邏輯符號的R、S輸入端不加小圓圈。 表 5 3 鐘控RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表 R SQn+10 00 11 01 1Qn101.第5章 觸發(fā)器 表 5 4 鐘控RS觸發(fā)器激勵表

10、 Qn Qn+1RD SD0 00 11 01 1 10 11 00 第5章 觸發(fā)器 圖 5 6 鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖和波形圖 (a) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖; (b) 時序波形 R = 0S = 101R = S = 0S = R = 0R = 1S = 0(a)RCP(b)不定QS第5章 觸發(fā)器 5.2.2 鐘控鐘控D觸發(fā)器觸發(fā)器 為了解決R、S之間有約束問題,可以將圖5-5(a)鐘控RS觸發(fā)器的R端接至D門的輸出端,并將S改為D,便構(gòu)成了圖5-7(a)所示的鐘控D觸發(fā)器,其邏輯符號如圖5 -7(b)所示。圖5 -7(a)中,門A和B組成基本觸發(fā)器,門C和D組成觸發(fā)引導(dǎo)門?;居|發(fā)器的輸入為 CPD

11、CPSRCPDSDDD當(dāng)CP=0時,SD=1,RD=1,觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 第5章 觸發(fā)器 當(dāng)CP=1時,SD= D ,RD=D,代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控D觸發(fā)器的特征方程為 同理,可以得出鐘控D觸發(fā)器在CP=1時的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5 - 5)、激勵表(表5 - 6) 和狀態(tài)圖(圖5 - 8)。 DQn1 鐘控D觸發(fā)器在時鐘作用下,其次態(tài)Qn+1始終和D輸入一致,因此常把它稱為數(shù)據(jù)鎖存器或延遲(Delay)觸發(fā)器。由于D觸發(fā)器的功能和結(jié)構(gòu)都很簡單,因此目前得到普遍應(yīng)用。 第5章 觸發(fā)器 圖 5 - 7D觸發(fā)器 (a) 邏輯電路; (b) 邏輯符號 (a)QQ(b)&RD

12、SDQQ&CPDBDCACP1DC1第5章 觸發(fā)器 圖 5-8 D觸發(fā)器狀態(tài)圖 01D = 0D = 0D = 1D = 1第5章 觸發(fā)器 表 5 5 D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表 DQn+10101 Qn Qn+1D0 00 11 01 10101表表 5 6 觸發(fā)器激勵表觸發(fā)器激勵表 第5章 觸發(fā)器 5.2.3 鐘控鐘控T觸發(fā)器和觸發(fā)器和T觸發(fā)器觸發(fā)器 鐘控T觸發(fā)器的邏輯電路及符號分別如圖5-9(a)、(b)所示。從圖中看出,它是將鐘控RS觸發(fā)器的互補輸出Q和Q分別接至原來的R和S輸入端,并在觸發(fā)引導(dǎo)門的輸入端加T輸入信號而構(gòu)成的。這時等效的R、S輸入信號為 nnTQRQTS, 由于Qn

13、和Qn互補,它不可能出現(xiàn)SR=11的情況,因此這種結(jié)構(gòu)也解決了R、 S之間的約束問題。 第5章 觸發(fā)器 圖 5 9 T觸發(fā)器 (a) 邏輯電路; (b) 邏輯符號 (a)QQ1T(b)&RDSDQQ&CPTC1CP第5章 觸發(fā)器 由圖5-9(a)可見: CPTQRCPQTSnDnD, 當(dāng)CP=0時,SD=1,RD=1,觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當(dāng)CP=1時, 代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控T觸發(fā)器的特征方程為 nDnTQRQTSD,nnnnnnnDDnQTQTQTQTQQTQRSQ1第5章 觸發(fā)器 表表 5-9 JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表 J KQn+10

14、00 11 01 1Qn01Qn表 5-10 JK觸發(fā)器激勵表 Qn Qn+1J K0 00 11 01 10 1 1 0第5章 觸發(fā)器 圖 5-1001T = 0T = 1T = 1T = 0第5章 觸發(fā)器 (a)QQ1J(b)圖 5-11&RDSDQQ&CPJC1K1KCP第5章 觸發(fā)器 圖 5-12 JK觸發(fā)器狀態(tài)圖 0K = J = 0J = K = 0K = J = 1J = K = 11第5章 觸發(fā)器 圖 5-13 JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其它觸發(fā)器 QC11K1JQQC11K1JQCP DCPT1QC11K1JQCPSR第5章 觸發(fā)器 5.2.5 電位觸發(fā)方式的工作特點電

15、位觸發(fā)方式的工作特點 電位觸發(fā)方式的特點是,在約定鐘控信號電平(CP=1或0)期間,觸發(fā)器的狀態(tài)對輸入信號敏感,輸入信號的變化都會引起觸發(fā)器的狀態(tài)變化。而在非約定鐘控信號電平(CP=0)期間, 不論輸入信號如何變化,都不會影響輸出,觸發(fā)器的狀態(tài)維持不變。但是必須指出,這種電位觸發(fā)方式,對于T觸發(fā)器,其狀態(tài)轉(zhuǎn)移為 ,當(dāng)在CP=1且脈沖寬度較寬時,T觸發(fā)器將在CP=1的期間一直發(fā)生翻轉(zhuǎn),直至CP=0為止,這種現(xiàn)象稱為空翻。 QQn1第5章 觸發(fā)器 如果要求每來一個CP觸發(fā)器僅發(fā)生一次翻轉(zhuǎn),則對鐘控信號約定電平(通常CP=1)的寬度要求是極為苛刻的。例如,對T觸發(fā)器必須要求觸發(fā)器輸出端的新狀態(tài)返回到

16、輸入端之前,CP應(yīng)回到低電平,就是CP的寬度tCP不能大于3tpd,而為了保證觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn),至少在第一次翻轉(zhuǎn)過程中,CP應(yīng)保持在高電平, 亦即寬度不應(yīng)小于2tpd,因此CP的寬度應(yīng)限制在2tpdtCP3tpd范圍內(nèi)。但TTL門電路的傳輸時間tpd通常在50ns以內(nèi),產(chǎn)生或傳送這樣的脈沖很困難,尤其是每個門的延遲時間tpd各不相同。因此在一個包括許多觸發(fā)器的數(shù)字系統(tǒng)中,實際上無法確定時鐘脈沖應(yīng)有的寬度。所以,為了避免空翻現(xiàn)象,必須對以上的鐘控觸發(fā)器在電路結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)。 第5章 觸發(fā)器 5.3 集集 成成 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 5.3.1 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器 圖 5-14 主從觸發(fā)器框圖 從觸

17、發(fā)器主觸發(fā)器1QQQQKJCP第5章 觸發(fā)器 1. 主從主從JK觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器工作原理 主從JK觸發(fā)器電路如圖5-15所示。它由兩個鐘控RS觸發(fā)器構(gòu)成,其中1門4門組成從觸發(fā)器,5門8門組成主觸發(fā)器。 當(dāng)CP=1時,CP=0,從觸發(fā)器被封鎖,輸出狀態(tài)不變化。此時主觸發(fā)器輸入門打開,接收J(rèn)、K輸入信息, 代入式(5-1)得出狀態(tài)方程為 ,nDnDQJSJQR主主nnnnDDnQKQQJQRSQ主主主主主1(5-7)第5章 觸發(fā)器 圖 5-15 主從JK觸發(fā)器&QQ&1&CP1Q主Q主24365RD主SD主KJ87第5章 觸發(fā)器 當(dāng)CP=0時,CP=1,主觸發(fā)器被封鎖

18、,輸入J、K的變化不會引起主觸發(fā)器狀態(tài)變化;從觸發(fā)器輸入門被打開,從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)(即主觸發(fā)器維持在CP下降沿前一瞬間的狀態(tài))翻轉(zhuǎn),其中: 111111,nnnnnDDnnDnDQQQQQRSQQSQR主主主主主則 即將主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到從觸發(fā)器的輸出端,從觸發(fā)器的狀態(tài)和主觸發(fā)器一致。將 主代入式(5-7)可得 nnQQ主nnnQKQJQ主主主1第5章 觸發(fā)器 這就是主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程,說明CP=1時,可按JK觸發(fā)器的特性來決定主觸發(fā)器的狀態(tài),然后在CP下降沿(10時)從觸發(fā)器的輸出才改變一次狀態(tài)。 綜上所述,主從JK觸發(fā)器防止了空翻,其工作特點是: 輸出狀態(tài)變化的時刻在時鐘

19、的下降沿。 輸出狀態(tài)如何變化,則由時鐘CP下降沿到來前一瞬間的J、K值按JK觸發(fā)器的特征方程來決定。 第5章 觸發(fā)器 2. 主從主從JK觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn) 主從JK觸發(fā)器雖然防止了空翻現(xiàn)象,但還存在一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象, 可能會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作,因而限制了它的使用。 所謂一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象是指在CP=1期間,主觸發(fā)器接收了輸入激勵信號發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)后,主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變, 它不再隨輸入激勵信號J、K的變化而變化。 第5章 觸發(fā)器 例如,設(shè) ,如果在CP=1期間J、K發(fā)生了多次變化,如圖5-16所示。其中第一次變化發(fā)生在t1,此時J=K=1,從觸發(fā)器輸出Qn=0,因而RD主=KQn=1

20、, , 從而主觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn),即 。在t2瞬間,J=0, K=1, , , 主觸發(fā)器狀態(tài)不變。由于CP=1期間Qn=0,圖5-15中7門一直被封鎖,RD主=1,因此t3時刻K變化不起作用, 一直保持不變。當(dāng)CP下降沿來到時,從觸發(fā)器的狀態(tài)為 。這就是一次翻轉(zhuǎn)情況,它和CP下降沿來到時由當(dāng)時的J、K值(J=0, K=1)所確定的狀態(tài)Qn+1=0不一致,即一次翻轉(zhuǎn)會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作。 1, 0, 0KJQQnn主0, 111nnQQ主主1nDKQR主0nDQJS主1nQ主111nnQQ主第5章 觸發(fā)器 圖 5-16 主從JK觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn) CPJKQ主Q主QQt1t2t3第5章 觸發(fā)器

21、若是在CP=1時,J、K信號發(fā)生了變化,就不能根據(jù)CP下降沿時的J、K值來決定輸出Q。這時可按以下方法來處理: 若CP=1以前Q=0,則從CP的上升沿時刻起J、K信號出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合,即JK=10或11,則CP下降沿時Q也為1。 否則Q仍為0。 若CP=1以前Q=1,則從CP的上升沿時刻起J、K信號出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合,即JK=01或11,則CP下降沿時Q也為0。 否則Q仍為1。 圖5-17為考慮了一次翻轉(zhuǎn)后主從JK觸發(fā)器的工作波形, 它僅在第5個CP時沒有產(chǎn)生一次翻轉(zhuǎn)。 第5章 觸發(fā)器 圖 5-17 主從JK觸發(fā)器的工作波形圖 12345CPJKQQ主第5章 觸發(fā)器 為了使CP下降時輸出

22、值和當(dāng)時的J、K信號一致,要求在CP=1的期間J、 K信號不變化。但實際上由于干擾信號的影響,主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作,因此主從JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入端抗干擾能力較弱。為了減少接收干擾的機會,應(yīng)使CP=1的寬度盡可能窄。 第5章 觸發(fā)器 3. 主從觸發(fā)器的脈沖工作特性主從觸發(fā)器的脈沖工作特性 時鐘CP由0上跳至1及CP=1的準(zhǔn)備階段,要求完成主觸發(fā)器狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)移,則須:第一,在CP上跳沿到達(dá)時,J、K信號已處于穩(wěn)定狀態(tài),且在CP=1期間,J、K信號不發(fā)生變化; 第二,從CP上升沿抵達(dá)到主觸發(fā)器狀態(tài)變化穩(wěn)定,需要經(jīng)歷三級與非門的延遲時間,即3tpd,因此要求CP=1的持續(xù)期

23、tCPH3tpd。 CP由1下跳至0時,主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至從觸發(fā)器。從CP下跳沿開始,到從觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)變完成,也需經(jīng)歷三級與非門的延遲時間,即3tpd,因此要求CP=0的持續(xù)期tCPL3tpd。此間主觸發(fā)器已被封鎖,因而J、K信號可以變化。 第5章 觸發(fā)器 為了保證觸發(fā)器能可靠地進(jìn)行狀態(tài)變化,允許時鐘信號的最高工作頻率為 pdCPLCPHCPtttf611max 主從觸發(fā)器在CP=1時為準(zhǔn)備階段。CP由1下跳變至0時觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移,因此它是一種脈沖觸發(fā)方式。而狀態(tài)轉(zhuǎn)移發(fā)生在CP下降沿時刻。 第5章 觸發(fā)器 5.3.2 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 同時具備以下條件的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)方式觸發(fā)器(

24、簡稱邊沿觸發(fā)器): 觸發(fā)器僅在CP某一約定跳變到來時,才接收輸入信號; 在CP=0或CP=1期間,輸入信號變化不會引起觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化。因此,邊沿觸發(fā)器不僅克服了空翻現(xiàn)象,而且大大提高了抗干擾能力,工作更為可靠。 邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器有兩種類型:一種是維持阻塞式觸發(fā)器,它是利用直流反饋來維持翻轉(zhuǎn)后的新狀態(tài),阻塞觸發(fā)器在同一時鐘內(nèi)再次產(chǎn)生翻轉(zhuǎn);另一種是邊沿觸發(fā)器,它是利用觸發(fā)器內(nèi)部邏輯門之間延遲時間的不同,使觸發(fā)器只在約定時鐘跳變時才接收輸入信號。 第5章 觸發(fā)器 1. 維持維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器觸發(fā)器 1) 電路工作原理 維持阻塞式D觸發(fā)器由鐘控RS觸發(fā)器、引導(dǎo)門和4根直流反饋線組成,如圖

25、4-18所示。圖中,RD、SD為直接置0、置1端,其操作不受CP控制,因此也稱異步置0、置1端。 當(dāng)RDSD=01時,使得Q=1; 3門、6門鎖定, ,由于 ,因而Q=0,無論CP和輸入信號處于什么狀態(tài),都能保證觸發(fā)器可靠置0。 1, 1DDSR1DDSSQ第5章 觸發(fā)器 圖 5-18 維持阻塞式D觸發(fā)器 &RDQQ&1&SD24365CPD&RDSDRS第5章 觸發(fā)器 同理,RDSD=10時,無論CP和輸入信號處于什么狀態(tài),都能保證觸發(fā)器可靠置1。 當(dāng)RDSD=11,CP=0時,門3和門4被封鎖, , 觸發(fā)器狀態(tài)維持不變,Qn+1=Qn。此時,門5和6被打開,

26、 當(dāng)CP由0變?yōu)?時, ,觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移為即觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由CP上升沿到達(dá)前瞬間的輸入信號D來決定。 , 1, 1DDSRDSDR,DSSDRRDD,DDQDQRSQnnDDn1第5章 觸發(fā)器 設(shè)CP上升沿到達(dá)前D=0,則由于CP=0, , 因此D信號存儲在5、6門輸出,RS=10,當(dāng)CP上升沿到達(dá)后, 使Qn+1=0。如果此時D由0,由于反饋線將 的信號反饋到6門,使6門被封鎖,D信號變化不會引起觸發(fā)器狀態(tài)改變,即維持原來的Qn+1=0狀態(tài),因此反饋線稱置0維持線。維持置0信號 經(jīng)6門反相后,再經(jīng)連線使S保持0,從而封鎖3門,使 保持1,這樣觸發(fā)器不會再翻向1狀態(tài),故線稱阻塞置1線。 ,1

27、1DDSR0DRDRDDS,01DDSR第5章 觸發(fā)器 同理,若CP上升沿到達(dá)前D=1,則RS=01,CP上升沿到達(dá)后 ,使Q n+1=1。 如果此時D由10,反饋線將 的信號反饋到5門,使S=1, ,即維持原來的Qn+1=1狀態(tài),因此反饋線稱置1維持線。同時 經(jīng)反饋線送至4門,將4門封鎖,使 保持1,這樣觸發(fā)器不會再翻向0狀態(tài),故線稱阻塞置0線。 綜上所述,維持阻塞式D觸發(fā)器是在CP上升沿到達(dá)前接收輸入信號;上升沿到達(dá)時刻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn);上升沿以后輸入被封鎖。因此,維持阻塞式D觸發(fā)器具有邊沿觸發(fā)的功能, 并有效地防止了空翻。 10DDSR0DS0DS0DSDR第5章 觸發(fā)器 2) 脈沖工作特性

28、由圖5-18可知,維持阻塞式D觸發(fā)器的工作分兩個階段: CP=0期間為準(zhǔn)備階段,CP由0變至1時為觸發(fā)器的狀態(tài)變化階段。為了使觸發(fā)器可靠工作,必須要求: CP=0期間,必須把輸入信號送至5、6門的輸出,在CP上升沿到達(dá)之前建立穩(wěn)定狀態(tài),它需要經(jīng)歷兩個與非門的延遲時間,稱為建立時間tset,tset=2tpd。在tset內(nèi)要求D信號保持不變,且CP=0的持續(xù)時間tCPL2tpd。 第5章 觸發(fā)器 在CP由0變至1及CP脈沖前沿到達(dá)后,要達(dá)到維持-阻塞作用,必須使 或 由1變?yōu)?,需要經(jīng)歷一個與非門延遲時間, 在這段時間內(nèi)信號D不應(yīng)變化,這段時間稱為保持時間th,th=tpd。 從CP由0變至1開

29、始,直至觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定建立,需要經(jīng)歷三級與非門的延遲時間,因此要求CP=1的持續(xù)時間tCPH3tpd。 第5章 觸發(fā)器 為使維持阻塞式D觸發(fā)器可靠工作,CP的最高工作頻率為 pdCPHCPLCPtttf511max 由于維持阻塞式D觸發(fā)器只要求輸入信號D在CP上升沿前后很短時間(tset+th=3tpd)內(nèi)保持不變,而在CP=0及CP=1的其余時間內(nèi),無論輸入信號如何變化,都不會影響輸出狀態(tài),因此,它的數(shù)據(jù)輸入端具有較強的抗干擾能力, 且工作速度快, 故應(yīng)用較廣泛。 第5章 觸發(fā)器 圖 5-19 維持阻塞式D觸發(fā)器波形圖 CPRDSDDQ第5章 觸發(fā)器 圖 5-20 負(fù)邊沿JK觸發(fā)器 2. 邊

30、沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 &1&1&RDQQSDCPJK21RDSD第5章 觸發(fā)器 圖5-20是利用門傳輸延遲時間構(gòu)成的負(fù)邊沿JK觸發(fā)器邏輯電路。圖中的兩個與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器,兩個與非門(1、2門)作為輸入信號引導(dǎo)門,而且在制作時已保證與非門的延遲時間大于基本RS觸發(fā)器的傳輸延遲時間。RD、SD為直接置0、置1端,不用時應(yīng)使SDRD=11。其原理如下: 當(dāng)CP=0穩(wěn)定時,輸入信號J、K被封鎖, ,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變;而當(dāng)CP=1時,觸發(fā)器的輸出也不會變, 這可從以下的推導(dǎo)式中看出: 1DDRSnDnnnnDnnnQRQCPQQQSQCPQQ11第5章 觸發(fā)器 由此可

31、見,在穩(wěn)定的CP=0及CP=1期間,觸發(fā)器狀態(tài)均維持不變,這時觸發(fā)器處于一種“自鎖”狀態(tài)。 當(dāng)CP由1變?yōu)?時,由于CP信號是直接加到與或非門的其中一個與門輸入端,首先解除了觸發(fā)器的“自鎖”,但 還要經(jīng)過一個與非門延遲時間tpd才能變?yōu)?。在沒有變?yōu)?以前, 仍維持CP下降沿前的值,即 DDRS 、nDnDKQRQJS,代入基本RS觸發(fā)器特征方程,有 nnnQKQJQ1也就是說,在CP由1變?yōu)?的下降沿時刻,觸發(fā)器接收了輸入信號J、K,并按JK觸發(fā)器的特征規(guī)律變化。 第5章 觸發(fā)器 由以上分析可知,在CP=1時,J、K信號可以進(jìn)入輸入與非門,但仍被拒于觸發(fā)器之外。 只有在CP由1變?yōu)?之后的短

32、暫時刻里,由于與非門對信號的延遲,在CP=0前進(jìn)入與非門的J、 K信號仍起作用,而此時觸發(fā)器又解除了“自鎖”, 使得J、 K信號可以進(jìn)入觸發(fā)器,并引起觸發(fā)器狀態(tài)改變。 因此, 只在時鐘下降沿前的J、 K值才能對觸發(fā)器起作用,從而實現(xiàn)了邊沿觸發(fā)的功能。 第5章 觸發(fā)器 綜上所述,負(fù)邊沿JK觸發(fā)器是在CP下降沿產(chǎn)生翻轉(zhuǎn),翻轉(zhuǎn)方向決定于CP下降前瞬間的J、K輸入信號。它只要求輸入信號在CP下降沿到達(dá)之前,在與非門1、2轉(zhuǎn)換過程中保持不變,而在CP=0及CP=1期間,J、K信號的任何變化都不會影響觸發(fā)器的輸出。因此這種觸發(fā)器比維持阻塞式觸發(fā)器在數(shù)據(jù)輸入端具有更強的抗干擾能力,其波形圖如圖5-21所示。

33、 第5章 觸發(fā)器 圖 5-21 邊沿JK觸發(fā)器的理想波形圖 CPJQK第5章 觸發(fā)器 這種負(fù)邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器,僅要求在CP下降沿到達(dá)之前有信號到達(dá) 的建立時間tset,即tset=tpd。由于此過程在CP=1期間進(jìn)行,因此tCPHtpd。 CP下降沿到達(dá)時,CP封鎖了1、2門,故負(fù)邊沿觸發(fā)器基本上不需要保持時間。但在CP=0持續(xù)期tCPL內(nèi)一定要保證基本RS觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn),因此tCPL2tpd,因而觸發(fā)器最高工作頻率為 DDRS 、pdCPLCPHCPtttf311max第5章 觸發(fā)器 5.4 觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖5.4.1 觸發(fā)器的邏輯符號觸發(fā)器的邏輯符號

34、圖 5-22 電位觸發(fā)方式觸發(fā)器的邏輯符號 QSDRD(a)QQ1RC11S(b)QQ(c)QCPCPC11D第5章 觸發(fā)器 圖5-22均為電位觸發(fā)方式觸發(fā)器的邏輯符號,其中圖(a)為基本RS觸發(fā)器邏輯符號,它沒有時鐘輸入端,SD、RD為非同步(或稱異步)輸入,觸發(fā)器的狀態(tài)直接受SD、RD電位控制。圖(b)、 (c)分別為鐘控RS觸發(fā)器、鐘控D觸發(fā)器的邏輯符號。觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受時鐘CP的電位控制:CP=1時,觸發(fā)器分別接收輸入信號,輸出狀態(tài)Q、Q按其功能發(fā)生變化;CP=0時,觸發(fā)器不接收信號,輸出狀態(tài)維持不變。 第5章 觸發(fā)器 傳統(tǒng)的邏輯符號. 圖 5-23 集成觸發(fā)器常用的邏輯符號 K1K

35、2K3J1J2J3QQKJRDSD(a)D1D2D3QQDRDSD(b)CPCPQQDRDSD(c)CPQQRDSD(d)CPKCPCPCPCPJ第5章 觸發(fā)器 國家標(biāo)準(zhǔn)(GB4728.12-85)規(guī)定的邏輯符號 圖 5-24 集成觸發(fā)器國標(biāo)規(guī)定的邏輯符號 圖 5-24(b)QQC1(a)D1D2CPS(c)1D&RQQC1J1J2CPS1J&RK1K21K&QQC1CPS1JR1KJKSDRDSDRDSDRD第5章 觸發(fā)器 5.4.2 時序圖時序圖 時序圖的畫法一般按以下步驟進(jìn)行: 以時鐘CP的作用沿為基準(zhǔn),劃分時間間隔,CP作用沿來到前為現(xiàn)態(tài),作用沿來到后為次態(tài)。

36、每個時鐘脈沖作用沿來到后,根據(jù)觸發(fā)器的狀態(tài)方程或狀態(tài)表確定其次態(tài)。 異步直接置0、置1端(RD、SD)的操作不受時鐘CP的控制,畫波形時要特別注意。 第5章 觸發(fā)器 【例 5-1】 邊沿JK觸發(fā)器和維持阻塞式D觸發(fā)器分別如圖5-25(a)、 (b)所示,其輸入波形見圖5-25(c),試分別畫出Q、 Q2端的波形。設(shè)電路初態(tài)均為0 。 圖 5-25 例5-1圖 Q11JC11K(a)RDSDCPAB1C11D(b)RDSDCPA1Q2B12345CPA BQ1Q2(c)1第5章 觸發(fā)器 解:解: 從圖中可見,JK觸發(fā)器為下降沿觸發(fā),因此首先以CP下降沿為基準(zhǔn),劃分時間間隔,然后根據(jù)JK觸發(fā)器的狀

37、態(tài)方程 ,由每個CP來到之前的A、B和原態(tài)Q1決定其次態(tài) 。例如第一個CP下降沿來到前因AB=10,Q1=0,將A、B、Q1代入狀態(tài)方程得 , 故畫波形時應(yīng)在CP下降沿來到后使Q1為1, 該狀態(tài)一直維持到第二個CP下降沿來到后才變化。依此類推可畫出Q1的波形如圖5-25(c)所示。 111111QBQAQKQJQn11nQ111nQ第5章 觸發(fā)器 圖5-25(b)的D觸發(fā)器為上升沿觸發(fā),因此首先以CP上升沿為基準(zhǔn),劃分時間間隔。由于D=A,故D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為 ,這里需要注意的是異步置0端RD和B相連,因此該狀態(tài)方程只有當(dāng)B=1時才適用。當(dāng)B=0時,無論CP、A如何, ,即圖5-25(c)中B為0期間所對應(yīng)的 均為0;只有B=1, 才在CP的上升沿來到后和A有關(guān)。例如在第二個CP上升沿來到前,B=1, A=1,故CP來到后 。該狀態(tài)本來應(yīng)維持到第三個CP上升沿

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