數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課件：第4章 觸發(fā)器

1、數(shù)字電子電路第4章 觸 發(fā) 器學(xué)習(xí)要點： 各類觸發(fā)器的邏輯功能及觸發(fā)方式，它是構(gòu)成 時序電路的基本單元。 熟悉RS、JK、D、T觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)，工作 原理。重點掌握掌握RS、JK、D和T觸發(fā)器的邏輯符號、邏輯功能表示方法、觸發(fā)方式及觸發(fā)器間的相互轉(zhuǎn)換。4.0 概述4.1 基本RS觸發(fā)器4.3 邊沿觸發(fā)器4.2 同步觸發(fā)器4.0 概述數(shù)字電路: 分組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類組合邏輯電路的基本單元是基本門時序邏輯電路的基本單元是觸發(fā)器觸發(fā)器：存放二進(jìn)制數(shù)字信號和兩狀態(tài)邏輯信號的單元電路。一個觸發(fā)器能保存一位二進(jìn)制信息 。觸發(fā)器的必備特點：1具有兩個能自行保持的穩(wěn)態(tài)（1態(tài)或0態(tài)）；2外加觸發(fā)

2、信號時，電路的輸出狀態(tài)可以翻轉(zhuǎn)；3在觸發(fā)信號消失后，能將獲得的新態(tài)保存下來?；疽螅壕哂袃蓚€穩(wěn)定的狀態(tài)：1狀態(tài)和0狀態(tài)能接收、保持、輸出信號現(xiàn)態(tài)和次態(tài)：現(xiàn)態(tài)：接收輸入信號之前的狀態(tài)，Qn次態(tài)：接收輸入信號之后的狀態(tài)，Qn+1現(xiàn)態(tài)和次態(tài)是兩個相鄰離散時間里觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。（1）從電路結(jié)構(gòu)不同分（2）從邏輯功能不同分 1）RS觸發(fā)器 3）主從觸發(fā)器1）基本觸發(fā)器觸發(fā)器的分類：2）同步觸發(fā)器 4）邊沿觸發(fā)器 2）JK觸發(fā)器 4）D觸發(fā)器 3）T觸發(fā)器本章的重點是研究現(xiàn)態(tài)和次態(tài)之間的邏輯關(guān)系。現(xiàn)態(tài)和次態(tài)QCP現(xiàn)態(tài)和次態(tài)是電路同一輸出端在不同時刻的狀態(tài)現(xiàn)態(tài)和次態(tài)是相對于某一次變化而言的現(xiàn)態(tài)1次態(tài)2現(xiàn)

3、態(tài)次態(tài)組成：用2個與非門構(gòu)成，并且相互交叉正反饋。Q， Q 信號輸出端 4.1 基本RS觸發(fā)器&RSQQ(a) 邏輯圖SRQQ(b) 邏輯符號SRQ=0、Q=1的狀態(tài)稱0狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱1狀態(tài)。S SET 置位端R RESET 復(fù)位端&RSQQ(a) 邏輯圖SRQQ(b) 邏輯符號SRS、R信號輸入端，低電平有效。工作原理011100R0同時S1時，Q0，Q1，0狀態(tài)。&RSQQRSQQ 0 1 0 1（復(fù)位）R=0、S=1時：由于R=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為

4、觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。工作原理&RSQQ011100S0同時R1時，Q1，Q0，1狀態(tài)。RSQQ 0 1 0 1（復(fù)位） 1 0 1 0（置位）R=1、S=0時：由于S=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。&RSQQ工作原理1100111100S1同時R1時，Q保持原來的狀態(tài)。RSQQ 0 1 0 1（復(fù)位） 1 0 1 0（置位）R=1、S=1時：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力

5、。 1 1 保持&RSQQ工作原理0011RSQQ 0 1 0 1（復(fù)位） 1 0 1 0（置位） 1 1 保持R=0同時S=0時：Q=Q=1，不符合觸發(fā)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，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。 0 0 不定（約束）特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。 R S QnQn+1功能0 0 00 0 1不用不用不允許0 1 00 1 100Qn+1=0置01 0 01 0

6、 111Qn+1=1置11 1 01 1 101Qn+1=Qn保持S=0同時R=0時，Q=1，Q=1RSQn+1 0 1 0 1 0 1 1 1 Qn 0 0 SRQQ同時撤消S、R信號同時轍消則狀態(tài)不定波形圖反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形。置0保持置1不允許S、R信號分時轍消則狀態(tài)決定于后轍消的信號分時撤消特性表（真值表） R S QnQn+1功能0 0 00 0 1不用不用不允許0 1 00 1 100Qn+1=0置01 0 01 0 111Qn+1=1置11 1 01 1 101Qn+1=Qn保持RSQn 和 RSQn是約束項約束條件：RS = 0QnRS00 01 11

7、 10010 1 01 1 0Qn+1的卡諾圖：Qn+1 = S + RQn 功能特性表示方法：特性方程：RS = 0（約束條件）特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式。R-S觸發(fā)器應(yīng)用舉例：單脈沖發(fā)生器K&RSQQ+5V+5V4.7k4.7kQQR-S觸發(fā)器應(yīng)用舉例：單脈沖發(fā)生器K&RSQQ+5V+5V4.7k4.7kQQR-S觸發(fā)器應(yīng)用舉例：單脈沖發(fā)生器QQt正脈沖負(fù)脈沖K&RSQQ+5V+5V4.7k4.7kQQ基本R-S 觸發(fā)器的特點：(2) 具有兩個穩(wěn)態(tài)（Q=0，Q=1或Q=1，Q=0）， 稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。(3) 可觸發(fā)使之翻轉(zhuǎn)（使R、S之一為0時可翻轉(zhuǎn)）。

8、(4) 具有記憶功能（R、S都為1時，保持原來狀態(tài)）。 電平直接控制； 輸入端存在約束。缺點：(1) 觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號狀態(tài)有關(guān)，而且 與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號R、S情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為RS觸發(fā)器。集成基本RS觸發(fā)器1S3S16 15 14 13 12 11 10 974LS279 VCC4S4R4Q3SA3SB3R3Q1 2 3 4 5 6 7 81R1Q1SA1SB2Q2R2SGND74LS279的引腳圖&RSQQ&RSAQQSBS集成基本RS觸發(fā)器EN1時工作，EN0時禁止，輸出高阻態(tài)16 15 14 13 12 11 10

9、9CC4044 VDD4S4R1Q3R3S3Q2Q1 2 3 4 5 6 7 84Q1RNC1S2SEN2RVSS（b）CC4044的引腳圖&RSQ&TGENEN傳輸門4.2 同步觸發(fā)器4.2.1 同步RS觸發(fā)器受C P控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器。時間控制信號也稱同步信號，或時鐘信號，或時鐘脈沖，簡稱時鐘，用 C P 表示在數(shù)字系統(tǒng)中，如果要求某些觸發(fā)器在同一時刻動作，就必須給這些觸發(fā)器引入時間控制信號。RSCP0時，R=S=1，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。CP1時，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。G1G3&S CP RQ Q（a）邏輯電路&G2G4S CP RQ QS CP RQ Q（b）曾用符號

10、（c）國標(biāo)符號 S CP R1S C1 1RQ QG1、G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，G3、G4構(gòu)成控制門。 CP: 時鐘脈沖（Clock Pulse）R、S控制端功能表&SRQQ&SRCP基本RS觸發(fā)器CP R S Qn+1 1 0 0 Qn 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 Qn 輸入控制特性表CP R S QnQn+1功 能0 QnQn+1=Qn 保持1 0 0 01 0 0 101Qn+1=Qn 保持1 0 1 01 0 1 111Qn+1=1 置11 1 0 01 1 0 100Qn+1=0 置01 1 1 01 1 1 1不 用不 用不允許特性方程：Qn+1S+RQn RS

11、0CP1期間有效CP0期間保持&SRQQ&SRCP主要特點： 時鐘控制電平觸發(fā)時鐘控制只有CP=1時，輸出端狀態(tài)才能改變電平觸發(fā)在CP=1時，控制端R、S的電平（1或0）發(fā)生變化時，輸出端狀態(tài)才改變可實現(xiàn)多個觸發(fā)器同步工作抗干擾能力相對較強(qiáng)&SRQQ&SRCP 輸入端存在約束RS=1時，Q=1，Q=1在CP1期間，R、S同時撤消，狀態(tài)不定在RS1時，CP從1跳到0，狀態(tài)不定主要特點：在CP1期間，R、S分時撤消，狀態(tài)決定于后撤消者波形圖不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變CPRSQQCPRSQQ波形圖復(fù)習(xí)：同步RS觸發(fā)器功能特點：具有置1、清0、保持功能；時鐘控制電平觸發(fā)輸入端存在約束

12、。Qn+1SRQn RS = 01S1RQQSRCPRSQn+10 1 11 0 00 0 Qn1 1 特性表&CPRSRSQQCP1期間有效CP0期間保持如何解決約束問題？使自動滿足RS=0令S=R=D同步 D 觸發(fā)器4.2.2 同步D觸發(fā)器（D鎖存器）&SRQQ&SRCP1D(a)D觸發(fā)器的構(gòu)成G3G4G1G2 SCPQ Q1D&RDG1G2CPG3G4&Q Q(b)D觸發(fā)器的簡化電路SR&D CP 1D C1Q Q(c)邏輯符號&SRQQ&SRCP1D令S=R=DQn+1 = S+RQn RS=0特性方程：Qn+1 = S+RQn =D+DQn =DCP1期間有效將S=D、R=D代入同步

13、RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：CPDQQ波形圖主要特點： 時鐘電平控制，無約束問題RS0 自動滿足 CP1時跟隨，下降沿到來時鎖存CP1期間Q與D一致，CP下降沿到來時開始保存Q狀態(tài)在數(shù)字電路中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。(b) CC4042的引腳圖16 15 14 13 12 11 10 9CC4042VDD 4Q 4D 3D 3Q 3Q 2Q 2Q4Q 1Q 1Q 1D CP POL 2D VSS1 2 3 4 5 6 7 8(a) 74LS375的引腳圖16 15 14 13 12 11 10 974LS

14、375VCC 4D 4Q 4Q 2G 3Q 3Q 3D1D 1Q 1Q 1G 2Q 2Q 2D GND1 2 3 4 5 6 7 8集成同步D觸發(fā)器CP1、2CP極性控制信號，POL=1時，CP=1有效，鎖存的內(nèi)容是CP下降沿時刻D的值；POL = 0時，CP = 0有效，鎖存的內(nèi)容是CP 上升沿時刻 D 的值。CP3、4同步D觸發(fā)器解決了輸入端約束問題，但只是部分解決了電平直接控制問題。為了解決同步觸發(fā)器的時鐘電平控制問題，增強(qiáng)電路工作的可靠性，提出邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器具體電路結(jié)構(gòu)形式較多，但邊沿觸發(fā)器控制的特點是相同的。以由兩個同步D觸發(fā)器級聯(lián)構(gòu)成的邊沿D觸發(fā)器為例。4.3 邊沿觸發(fā)器4

15、.3.1 邊沿D觸發(fā)器CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8D CP QQDQQ曾用符號CP國標(biāo)符號D CP 1DQQC1CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8（1）CP0時，門G7、G8被封鎖，門G3、G4打開，從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，Q=QM、Q=QM，輸入信號D不起作用。主觸發(fā)器封門，QM保持從觸發(fā)器開門，QQM工作原理CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8工作原理（2）CP1時，門G7、G8打開，門G3、G4被封鎖，從觸發(fā)器狀態(tài)不變，主觸發(fā)器的狀態(tài)跟隨輸入信號D的變化而變化，即在CP1期間始終都有QM=D。主

16、觸發(fā)器開門，QMD， QM “跟隨” D變化。從觸發(fā)器封門，Q信號被鎖存。CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8Qn+1=D，下降沿時刻有效（3）CP下降沿到來時，門G7、G8封鎖，門G3、G4打開，主觸發(fā)器鎖存CP下降時刻D的值，即QM=D，隨后將該值送入從觸發(fā)器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿過后，主觸發(fā)器鎖存的CP下降沿時刻D的值被保存下來，而從觸發(fā)器的狀態(tài)也將保持不變。綜上所述，邊沿D觸發(fā)器的特性方程為： CP12345DQ波形圖CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8SDRD帶異步輸入端的邊沿D觸發(fā)器D CP QQ曾用符號SDRD國標(biāo)

17、符號D CPQQSDRDCP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8SD1，RD0異步清0SDRD異步輸入端的作用SD異步置1端RD異步清0端低電平有效，與CP無關(guān)SD0，RD1異步置1SDRD不能同時有效正常工作時，SDRD1D 同步輸入端異步輸入端CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8SDRD0異步輸入端的工作原理1111010RD0，SD1時，無論CP處于什么狀態(tài)，均能使觸發(fā)器可靠地復(fù)位到Q0，Q1的狀態(tài)（0狀態(tài)）CP&1QQ從主QM11DG1G3QMG5G7G2G4G6G8SDRD1異步輸入端的工作原理0011SD0，RD1時，無論CP處于什么

18、狀態(tài)，D為何值，觸發(fā)器一定是Q1，Q0的狀態(tài)（1狀態(tài)）01異步輸入端是預(yù)置觸發(fā)器的輸入狀態(tài)，或在工作工程中強(qiáng)行置位和復(fù)位用的。集成邊沿D觸發(fā)器注意：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。（a）CC4013引腳排列圖1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSSVCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SDCC40131 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 81RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GNDVCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q74LS74（b）74LS74引腳排列圖1 2 3 4 5 6 714 13 12 11 10 9 8CP上升

19、沿觸發(fā)邊沿D觸發(fā)器的主要特點： CP邊沿觸發(fā)（上升沿或下降沿）； 抗干擾能力強(qiáng)只要保證邊沿前一瞬間D信號正確，其余時刻干擾不影響Q狀態(tài)。邊沿有效，邊沿時刻D被鎖存并輸出。Qn+1D 只具有置1和清0的功能（帶異步輸入端），在某些情況下使用不夠方便。JK4.3.2 邊沿JK觸發(fā)器11&DCP&1QQ從主QM11以用邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的電路為例：CP下降沿時刻有效！邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號邊沿JK觸發(fā)器的特點時鐘脈沖邊沿觸發(fā)。功能齊全，使用方便靈活?？垢蓴_能力極強(qiáng)，工作速度很高。J CP K QQ曾用符號QQJ KCPJ CP K QQ國際符號1J 1KC1特點JKQn+1說明00001111Qn1

20、0Qn保持清0置1翻轉(zhuǎn)特性表具有置1、清0、保持和翻轉(zhuǎn)四種完善的功能，又為邊沿觸發(fā)，Qn+1的狀態(tài)僅決定于CP邊沿到來前一瞬間的J K信號組合及Qn。Qn+1JQnKQn CP12345JKQ波形圖JKQn+1說明00001111Qn10Qn保持清0置1翻轉(zhuǎn)置1置1清0保持翻轉(zhuǎn)（b）74LS112引腳排列圖1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GNDVCC1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q74LS1121 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9集成邊沿JK觸發(fā)器 CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步輸入端RD和SD為高電平有效。 74LS

21、112為CP下降沿觸發(fā)。注意（a）CC4027引腳排列圖1Q 1Q 1CP 1RD 1K 1J 1SD VSSVDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2K 2J 2SDCC40271 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 9依據(jù)：在時鐘脈沖操作控制下電路邏輯功能的不同。分類：RS型、JK型、D型、T型、T型。4.3.3 邊沿觸發(fā)器的功能分類RS型功能特點：置1、清0、保持，有約束。Qn+1SRQn RS = 01S1RQQSRCPRSQn+10 1 11 0 00 0 Qn1 1 特性表JK型J K Qn+1 說明0 0 Qn 保持0 1 0 清01 0 1 置11

22、1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表Qn+1 =JQn+KQn 1J1KQQJKCPC1功能特點：置1、清0、保持、翻轉(zhuǎn)。D型D Qn+1 說明0 0 清01 1 置1特性表Qn+1 D 1DQQDCPC1功能特點：置1、清0。T型T Qn+1 說明0 Qn 保持1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表Qn+1 =T Qn 1TQQTCPC1功能特點：保持、翻轉(zhuǎn)。在時鐘脈沖操作下，根據(jù)輸入信號T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路。T0時保持，T1時翻轉(zhuǎn)。令邊沿JK觸發(fā)器的JK，即構(gòu)成T型觸發(fā)器。T型Qn+1 說明 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表Qn+1 =Qn 功能特點：每來一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次。QCPQQCPC1轉(zhuǎn)換步驟：（1）寫出已有

23、觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。轉(zhuǎn)換方法：利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。4.3.4 邊沿觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換CP轉(zhuǎn)換邏輯已有觸發(fā)器QQ輸入C1待求觸發(fā)器從JK、D型轉(zhuǎn)換到其它類型觸發(fā)器從JK型到D型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換J K Qn+1 說明0 0 Qn 保持0 1 0 清01 0 1 置11 1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表D Qn+1 說明 0 0 清0 1 1 置1特性表Q n+1 =JQ n+KQ nQ n

24、+1 = D 得：J=K=DQn+1 =JQn+KQn Qn+1 =D =D(Qn+Qn)=DQn+DQn比較1DD觸發(fā)器QQ1J1KC1CP從JK型到D型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換從JK型到RS型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換J K Qn+1 說明0 0 Qn 保持0 1 0 清01 0 1 置11 1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表 S R Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 特性表Q n+1SRQ n RS0Q n+1 =JQ n+KQ nRS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式上與JK觸發(fā)器的特性方程一致：從JK型到RS型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換（冗余律）( RS = 0 )比較，得：電路圖QQ1J1KC1CP

25、SR從JK型到RS型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換從JK型到T型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換J K Qn+1 說明0 0 Qn 保持0 1 0 清01 0 1 置11 1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表T Qn+1 說明 0 Qn 保持 1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表Qn+1JQnKQn Qn+1 =T Qn Qn+1TQnTQn從JK型到T型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換比較Qn+1JQnKQn Qn+1 =T Qn Qn+1TQnTQn得：J =K=TT觸發(fā)器QQ1J1KC1CPT從JK型到T型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換J K Qn+1 說明0 0 Qn 保持0 1 0 清01 0 1 置11 1 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表Qn+1 說明 Qn 翻轉(zhuǎn)特性表從JK型到T型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1JQnKQn Qn+1Qn Qn+11Qn1 Qn比較T觸發(fā)器11得：J = K = 1從JK型到T型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1JQnKQn Qn+1Qn Qn+11Qn1 QnQQ1J1KC1CP從D型到JK型觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換Qn+1 = JQn + KQn Qn+1 =D= DQQ1DC1CPKJJK觸發(fā)器1&1從D型到T型