數(shù)字電路 第5章 觸發(fā)器

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(shí)鐘控制的觸發(fā)器時(shí)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(hào)及時(shí)序圖觸發(fā)器的邏輯符號(hào)及時(shí)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(chēng)為基本觸發(fā)器。它可以用兩個(gè)與非門(mén)或兩個(gè)或非門(mén)交叉耦合構(gòu)成。圖5 - 1(a)是用兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，它有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端Q和Q，一般用Q端的邏

2、輯值來(lái)表示觸發(fā)器的狀態(tài)。Q=1，Q =0時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器處于1狀態(tài)；Q=0, Q=1時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器處于0狀態(tài)。RD、SD為觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端(或稱(chēng)激勵(lì)端)。當(dāng)輸入信號(hào)RD、SD不變化(即RDSD=11)時(shí)，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(gè)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(hào)變化時(shí)，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。我們把輸入信號(hào)作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱(chēng)為現(xiàn)在狀態(tài)(簡(jiǎn)稱(chēng)現(xiàn)態(tài))，用Qn和Qn(或Q、Q)表示，把在輸入信號(hào)作用后觸發(fā)器所進(jìn)入的狀態(tài)稱(chēng)為下一狀態(tài)(簡(jiǎn)稱(chēng)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(shí)，無(wú)論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)， 其次態(tài)一定為0，即Qn+1=0，Qn+1=1，稱(chēng)觸發(fā)器處于置0(復(fù)位)狀態(tài)。 當(dāng)RD=1，SD=0時(shí)，無(wú)論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，其次態(tài)一定為1，即Qn+1=1，Qn+1=0，稱(chēng)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(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變，即Qn+1=Qn，Qn+1=Qn，稱(chēng)觸發(fā)器處于保持(記憶)狀態(tài)。 當(dāng)RD=0，SD=0時(shí)，兩個(gè)與非門(mén)輸出均為1(高電平)，此時(shí)破壞了觸發(fā)器的互補(bǔ)輸出關(guān)系，而且當(dāng)RD、SD同時(shí)從0變化為1時(shí)，由于門(mén)的延遲時(shí)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(hào)RD、SD不能同時(shí)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(jiàn)，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(chēng)為置1端或置位(SET)端，RD稱(chēng)為置0或復(fù)位(RESET)端，因此該觸發(fā)器又稱(chēng)為置位復(fù)位(SetReset)觸發(fā)器或RDSD觸發(fā)器，其邏輯符號(hào)如圖5-1(b)所示。 因?yàn)樗且訰D和SD為低電平時(shí)被清0和置1的，所以稱(chēng)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(hào)之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出來(lái)，這種表格就稱(chēng)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表， 簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)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(hào)有關(guān)，還與它的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān)，這正體現(xiàn)了時(shí)序電路的特點(diǎn)。 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(chēng)為特征方

6、程或狀態(tài)方程。對(duì)圖5-2次態(tài)卡諾圖化簡(jiǎn)，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(shí)為0，即RD和SD總有一個(gè)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(lì)表與激勵(lì)表 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用圖形方式來(lái)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(gè)圓圈分別表示觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，箭頭表示在輸入信號(hào)作用下?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)移的方向，箭頭旁的標(biāo)注表示轉(zhuǎn)移條件。 激勵(lì)表(也稱(chēng)驅(qū)動(dòng)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(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求?；綬S觸發(fā)器的激勵(lì)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(lì)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(chēng)時(shí)序圖，它反映了觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時(shí)間和輸入信號(hào)變化的規(guī)律，是實(shí)驗(yàn)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(shí)鐘控制的觸發(fā)器時(shí)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(gè)與非門(mén)構(gòu)成的

8、，其邏輯電路及邏輯符號(hào)分別如圖5-5(a)、(b)所示。圖中C、D門(mén)構(gòu)成觸發(fā)引導(dǎo)電路，R為置0端，S為置1端，CP為時(shí)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(shí)，C、D門(mén)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(shí)，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(shí)為1。該方程表明當(dāng)CP=1時(shí)， 鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)按式(5 - 2)轉(zhuǎn)移，即時(shí)鐘信號(hào)為1時(shí)才允許外輸入信號(hào)起作用。 (5-2)第5章 觸發(fā)器 同理還可得出CP=1時(shí)，鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、 激勵(lì)表分別如表5 - 3和表5-4所示，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、時(shí)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(shí)清“0”和置“1”，稱(chēng)為R、S高電平有效，所以邏輯符號(hào)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(lì)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(shí)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(wèn)題，可以將圖5-5(a)鐘控RS觸發(fā)器的R端接至D門(mén)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(hào)如圖5 -7(b)所示。圖5 -7(a)中，門(mén)A和B組成基本觸發(fā)器，門(mén)C和D組成觸發(fā)引導(dǎo)門(mén)。基本觸發(fā)器的輸入為 CPD

11、CPSRCPDSDDD當(dāng)CP=0時(shí)，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(shí)，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(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5 - 5)、激勵(lì)表(表5 - 6) 和狀態(tài)圖(圖5 - 8)。 DQn1 鐘控D觸發(fā)器在時(shí)鐘作用下，其次態(tài)Qn+1始終和D輸入一致，因此常把它稱(chēng)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(jiǎn)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(hào) (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(lì)表觸發(fā)器激勵(lì)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(hào)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(bǔ)輸出Q和Q分別接至原來(lái)的R和S輸入端，并在觸發(fā)引導(dǎo)門(mén)的輸入端加T輸入信號(hào)而構(gòu)成的。這時(shí)等效的R、S輸入信號(hào)為 nnTQRQTS, 由于Qn

13、和Qn互補(bǔ)，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(wèn)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(hào) (a)QQ1T(b)&RDSDQQ&CPTC1CP第5章 觸發(fā)器 由圖5-9(a)可見(jiàn)： CPTQRCPQTSnDnD, 當(dāng)CP=0時(shí)，SD=1，RD=1，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當(dāng)CP=1時(shí)， 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(lì)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(diǎn)電

15、位觸發(fā)方式的工作特點(diǎn) 電位觸發(fā)方式的特點(diǎn)是，在約定鐘控信號(hào)電平(CP=1或0)期間，觸發(fā)器的狀態(tài)對(duì)輸入信號(hào)敏感，輸入信號(hào)的變化都會(huì)引起觸發(fā)器的狀態(tài)變化。而在非約定鐘控信號(hào)電平(CP=0)期間， 不論輸入信號(hào)如何變化，都不會(huì)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(duì)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(shí)，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(chēng)為空翻。 QQn1第5章 觸發(fā)器 如果要求每來(lái)一個(gè)CP觸發(fā)器僅發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，則對(duì)鐘控信號(hào)約定電平(通常CP=1)的寬度要求是極為苛刻的。例如，對(duì)T觸發(fā)器必須要求觸發(fā)器輸出端的新?tīng)顟B(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(guò)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(mén)電路的傳輸時(shí)間tpd通常在50ns以?xún)?nèi)，產(chǎn)生或傳送這樣的脈沖很困難，尤其是每個(gè)門(mén)的延遲時(shí)間tpd各不相同。因此在一個(gè)包括許多觸發(fā)器的數(shù)字系統(tǒng)中，實(shí)際上無(wú)法確定時(shí)鐘脈沖應(yīng)有的寬度。所以，為了避免空翻現(xiàn)象，必須對(duì)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(gè)鐘控RS觸發(fā)器構(gòu)成，其中1門(mén)4門(mén)組成從觸發(fā)器，5門(mén)8門(mén)組成主觸發(fā)器。 當(dāng)CP=1時(shí)，CP=0，從觸發(fā)器被封鎖，輸出狀態(tài)不變化。此時(shí)主觸發(fā)器輸入門(mén)打開(kāi)，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(shí)，CP=1，主觸發(fā)器被封鎖

18、，輸入J、K的變化不會(huì)引起主觸發(fā)器狀態(tài)變化；從觸發(fā)器輸入門(mén)被打開(kāi)，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(shuō)明CP=1時(shí)，可按JK觸發(fā)器的特性來(lái)決定主觸發(fā)器的狀態(tài)，然后在CP下降沿(10時(shí))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(diǎn)是： 輸出狀態(tài)變化的時(shí)刻在時(shí)鐘

19、的下降沿。 輸出狀態(tài)如何變化，則由時(shí)鐘CP下降沿到來(lái)前一瞬間的J、K值按JK觸發(fā)器的特征方程來(lái)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(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)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(lì)信號(hào)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(lì)信號(hào)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(shí)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(mén)一直被封鎖，RD主=1，因此t3時(shí)刻K變化不起作用， 一直保持不變。當(dāng)CP下降沿來(lái)到時(shí)，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(lái)到時(shí)由當(dāng)時(shí)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(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)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(shí)，J、K信號(hào)發(fā)生了變化，就不能根據(jù)CP下降沿時(shí)的J、K值來(lái)決定輸出Q。這時(shí)可按以下方法來(lái)處理： 若CP=1以前Q=0，則從CP的上升沿時(shí)刻起J、K信號(hào)出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合，即JK=10或11，則CP下降沿時(shí)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(shí)刻起J、K信號(hào)出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合，即JK=01或11，則CP下降沿時(shí)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(gè)CP時(shí)沒(méi)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(shí)輸出

22、值和當(dāng)時(shí)的J、K信號(hào)一致，要求在CP=1的期間J、 K信號(hào)不變化。但實(shí)際上由于干擾信號(hào)的影響，主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍會(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)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(jī)會(huì)，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(shí)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(shí)，J、K信號(hào)已處于穩(wěn)定狀態(tài)，且在CP=1期間，J、K信號(hào)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(jí)與非門(mén)的延遲時(shí)間，即3tpd，因此要求CP=1的持續(xù)期

23、tCPH3tpd。 CP由1下跳至0時(shí)，主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至從觸發(fā)器。從CP下跳沿開(kāi)始，到從觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)變完成，也需經(jīng)歷三級(jí)與非門(mén)的延遲時(shí)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(hào)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(shí)鐘信號(hào)的最高工作頻率為 pdCPLCPHCPtttf611max 主從觸發(fā)器在CP=1時(shí)為準(zhǔn)備階段。CP由1下跳變至0時(shí)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(shí)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(shí)具備以下條件的觸發(fā)器稱(chēng)為邊沿觸發(fā)方式觸發(fā)器(

24、簡(jiǎn)稱(chēng)邊沿觸發(fā)器)： 觸發(fā)器僅在CP某一約定跳變到來(lái)時(shí)，才接收輸入信號(hào)； 在CP=0或CP=1期間，輸入信號(hào)變化不會(huì)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(lèi)型：一種是維持阻塞式觸發(fā)器，它是利用直流反饋來(lái)維持翻轉(zhuǎn)后的新?tīng)顟B(tài)，阻塞觸發(fā)器在同一時(shí)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(mén)之間延遲時(shí)間的不同，使觸發(fā)器只在約定時(shí)鐘跳變時(shí)才接收輸入信號(hào)。 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(mén)和4根直流反饋線(xiàn)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(chēng)異步置0、置1端。 當(dāng)RDSD=01時(shí)，使得Q=1; 3門(mén)、6門(mén)鎖定， ,由于 ，因而Q=0，無(wú)論CP和輸入信號(hào)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(shí)，無(wú)論CP和輸入信號(hào)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(shí)，門(mén)3和門(mén)4被封鎖， ， 觸發(fā)器狀態(tài)維持不變，Qn+1=Qn。此時(shí)，門(mén)5和6被打開(kāi)，

26、 當(dāng)CP由0變?yōu)?時(shí)， ，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(hào)D來(lái)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(hào)存儲(chǔ)在5、6門(mén)輸出，RS=10，當(dāng)CP上升沿到達(dá)后， 使Qn+1=0。如果此時(shí)D由0，由于反饋線(xiàn)將 的信號(hào)反饋到6門(mén)，使6門(mén)被封鎖，D信號(hào)變化不會(huì)引起觸發(fā)器狀態(tài)改變，即維持原來(lái)的Qn+1=0狀態(tài)，因此反饋線(xiàn)稱(chēng)置0維持線(xiàn)。維持置0信號(hào) 經(jīng)6門(mén)反相后，再經(jīng)連線(xiàn)使S保持0，從而封鎖3門(mén)，使 保持1，這樣觸發(fā)器不會(huì)再翻向1狀態(tài)，故線(xiàn)稱(chēng)阻塞置1線(xiàn)。 ,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(shí)D由10，反饋線(xiàn)將 的信號(hào)反饋到5門(mén)，使S=1， ，即維持原來(lái)的Qn+1=1狀態(tài)，因此反饋線(xiàn)稱(chēng)置1維持線(xiàn)。同時(shí) 經(jīng)反饋線(xiàn)送至4門(mén)，將4門(mén)封鎖，使 保持1，這樣觸發(fā)器不會(huì)再翻向0狀態(tài)，故線(xiàn)稱(chēng)阻塞置0線(xiàn)。 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(hào)；上升沿到達(dá)時(shí)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(gè)階段： CP=0期間為準(zhǔn)備階段，CP由0變至1時(shí)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(hào)送至5、6門(mén)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(gè)與非門(mén)的延遲時(shí)間，稱(chēng)為建立時(shí)間tset，tset=2tpd。在tset內(nèi)要求D信號(hào)保持不變，且CP=0的持續(xù)時(shí)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(gè)與非門(mén)延遲時(shí)間， 在這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)D不應(yīng)變化，這段時(shí)間稱(chēng)為保持時(shí)間th，th=tpd。 從CP由0變至1開(kāi)

29、始，直至觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定建立，需要經(jīng)歷三級(jí)與非門(mén)的延遲時(shí)間，因此要求CP=1的持續(xù)時(shí)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(hào)D在CP上升沿前后很短時(shí)間(tset+th=3tpd)內(nèi)保持不變，而在CP=0及CP=1的其余時(shí)間內(nèi)，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，都不會(huì)影響輸出狀態(tài)，因此，它的數(shù)據(jù)輸入端具有較強(qiáng)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(mén)傳輸延遲時(shí)間構(gòu)成的負(fù)邊沿JK觸發(fā)器邏輯電路。圖中的兩個(gè)與或非門(mén)構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，兩個(gè)與非門(mén)(1、2門(mén))作為輸入信號(hào)引導(dǎo)門(mén)，而且在制作時(shí)已保證與非門(mén)的延遲時(shí)間大于基本RS觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間。RD、SD為直接置0、置1端，不用時(shí)應(yīng)使SDRD=11。其原理如下： 當(dāng)CP=0穩(wěn)定時(shí)，輸入信號(hào)J、K被封鎖， ，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變；而當(dāng)CP=1時(shí)，觸發(fā)器的輸出也不會(huì)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(jiàn)，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(shí)觸發(fā)器處于一種“自鎖”狀態(tài)。 當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí)，由于CP信號(hào)是直接加到與或非門(mén)的其中一個(gè)與門(mén)輸入端，首先解除了觸發(fā)器的“自鎖”，但 還要經(jīng)過(guò)一個(gè)與非門(mén)延遲時(shí)間tpd才能變?yōu)?。在沒(méi)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(shuō)，在CP由1變?yōu)?的下降沿時(shí)刻，觸發(fā)器接收了輸入信號(hào)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(shí)，J、K信號(hào)可以進(jìn)入輸入與非門(mén)，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(shí)刻里，由于與非門(mén)對(duì)信號(hào)的延遲，在CP=0前進(jìn)入與非門(mén)的J、 K信號(hào)仍起作用，而此時(shí)觸發(fā)器又解除了“自鎖”， 使得J、 K信號(hào)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(shí)鐘下降沿前的J、 K值才能對(duì)觸發(fā)器起作用，從而實(shí)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(hào)。它只要求輸入信號(hào)在CP下降沿到達(dá)之前，在與非門(mén)1、2轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持不變，而在CP=0及CP=1期間，J、K信號(hào)的任何變化都不會(huì)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(qiáng)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(hào)到達(dá) 的建立時(shí)間tset，即tset=tpd。由于此過(guò)程在CP=1期間進(jìn)行，因此tCPHtpd。 CP下降沿到達(dá)時(shí)，CP封鎖了1、2門(mén)，故負(fù)邊沿觸發(fā)器基本上不需要保持時(shí)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(hào)及時(shí)序圖觸發(fā)器的邏輯符號(hào)及時(shí)序圖5.4.1 觸發(fā)器的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)

34、圖 5-22 電位觸發(fā)方式觸發(fā)器的邏輯符號(hào) 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(hào)，其中圖(a)為基本RS觸發(fā)器邏輯符號(hào)，它沒(méi)有時(shí)鐘輸入端，SD、RD為非同步(或稱(chēng)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(hào)。觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受時(shí)鐘CP的電位控制：CP=1時(shí)，觸發(fā)器分別接收輸入信號(hào)，輸出狀態(tài)Q、Q按其功能發(fā)生變化；CP=0時(shí)，觸發(fā)器不接收信號(hào)，輸出狀態(tài)維持不變。 第5章 觸發(fā)器 傳統(tǒng)的邏輯符號(hào). 圖 5-23 集成觸發(fā)器常用的邏輯符號(hào) K1K

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

36、每個(gè)時(shí)鐘脈沖作用沿來(lái)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(shí)鐘CP的控制，畫(huà)波形時(shí)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(jiàn)圖5-25(c)，試分別畫(huà)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(jiàn)，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(shí)間間隔，然后根據(jù)JK觸發(fā)器的狀

37、態(tài)方程 ，由每個(gè)CP來(lái)到之前的A、B和原態(tài)Q1決定其次態(tài) 。例如第一個(gè)CP下降沿來(lái)到前因AB=10，Q1=0，將A、B、Q1代入狀態(tài)方程得 ， 故畫(huà)波形時(shí)應(yīng)在CP下降沿來(lái)到后使Q1為1， 該狀態(tài)一直維持到第二個(gè)CP下降沿來(lái)到后才變化。依此類(lèi)推可畫(huà)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(shí)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(shí)才適用。當(dāng)B=0時(shí)，無(wú)論CP、A如何， ，即圖5-25(c)中B為0期間所對(duì)應(yīng)的 均為0；只有B=1, 才在CP的上升沿來(lái)到后和A有關(guān)。例如在第二個(gè)CP上升沿來(lái)到前，B=1, A=1，故CP來(lái)到后 。該狀態(tài)本來(lái)應(yīng)維持到第三個(gè)CP上升沿