數(shù)字邏輯12第十二講

第12講

課時(shí)授課計(jì)劃

課程內(nèi)容DigitalLogicCircuit內(nèi)容：1基本RS觸發(fā)器2同步觸發(fā)器目的與要求：

1掌握時(shí)序電路的定義、分類、觸發(fā)器的特點(diǎn)。

2掌握基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、邏 輯功能。

3掌握同步觸發(fā)器的工作原理、邏輯功能。

4掌握觸發(fā)器邏輯功能的表示方法。5了解同步觸發(fā)方式存在的空翻問(wèn)題。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：1基本概念要正確建立。

2基本RS觸發(fā)器的邏輯功能、觸發(fā)方式。3D、JK觸發(fā)器的邏輯功能及其功能描述方法。難點(diǎn)：現(xiàn)態(tài)、次態(tài)、不定狀態(tài)的正確理解。DigitalLogicCircuit復(fù)習(xí)（提問(wèn)）：1組合電路的定義？構(gòu)成其電路的門電路有何特點(diǎn)？2組合電路與時(shí)序電路的區(qū)別？3時(shí)序電路的一些基本概念？DigitalLogicCircuit2.觸發(fā)器的特點(diǎn)：（1）它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；（2）在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；（3）當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變（有記憶）。3.2.1觸發(fā)器基本概念

1.觸發(fā)器定義：

觸發(fā)器是能夠存貯一位二值信號(hào)的電路，是具有記憶功能的基本邏輯單元。記憶：有外觸發(fā)時(shí),觸發(fā)器狀態(tài)改變;

觸發(fā)信號(hào)撤除,維持狀態(tài)不變。3.觸發(fā)器分類：電平觸發(fā)脈沖觸發(fā)邊沿觸發(fā)按結(jié)構(gòu)分：基本RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器按功能分：RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器按觸發(fā)方式分：

基本RS觸發(fā)器，又稱RS鎖存器，是各種觸發(fā)器電路中結(jié)構(gòu)形式最簡(jiǎn)單的一種，也是各種復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的基本組成部分。3.2.1

基本RS觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)由兩個(gè)與非門首尾相接，交叉耦合構(gòu)成。3.2觸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)及其動(dòng)作特點(diǎn)

Q和為觸發(fā)器的兩個(gè)互補(bǔ)輸出端；R和S為觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，其中R稱為置0端或復(fù)位端，S稱為置1端或置位端；在觸發(fā)器中，通常用Q的狀態(tài)表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即:為觸發(fā)器的0狀態(tài)；為觸發(fā)器的1狀態(tài)。RS也可由或非門構(gòu)成RS觸發(fā)器輸入RD=1,SD=1時(shí)10111001①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)&G1&G2二、工作原理輸入RD=1,SD=1時(shí)11①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)&G1&G2②若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)010110&G1&G2輸入RD=0,SD=1時(shí)①若原狀態(tài)：11001010輸出：保持原態(tài)②若原狀態(tài)：01101010輸出：&G1&G2輸入RD=0,SD=1時(shí)①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)輸入RD=1,SD=0時(shí)①若原狀態(tài)：10101001輸出：&G1&G2輸入RD=1,SD=0時(shí)①若原狀態(tài)：輸出：&G1&G2②若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)01010110輸入RD=0,SD=0時(shí)0011不論原態(tài)如何，輸出全是1&G1&G21.當(dāng)RD=SD=0時(shí),Q=Q=1違背互補(bǔ)輸出的條件,

故不允許RD=SD=0同時(shí)輸入。2.當(dāng)RD=SD=0同時(shí)變?yōu)?時(shí)，翻轉(zhuǎn)快的門輸出變?yōu)?，另一個(gè)維持為1,不得翻轉(zhuǎn)?；綬S觸發(fā)器小結(jié)電路維持原狀態(tài)不變。RD觸發(fā)，Q=0，Q=1。在RD=0信號(hào)消失后，電路保持0狀態(tài)不變。RD端稱為置0輸入端或復(fù)位端。SD觸發(fā)，Q=1，Q=0。在SD=0信號(hào)消失后，電路保持1狀態(tài)不變。SD端稱為置1輸入端或置位端。Q=Q=1，不是定義的1狀態(tài)和0狀態(tài)。而且

RD、SD同時(shí)回到1以后，無(wú)法確定觸發(fā)器是1狀態(tài)還是0狀態(tài)。因此，正常工作時(shí)，輸入信號(hào)應(yīng)遵守RD

+SD=1的約束條件，即不允許輸入RD=SD=0的信號(hào)。若把觸發(fā)器次態(tài)Q(n+1)表示成現(xiàn)態(tài)Q和輸入R、S的函數(shù)，則卡諾圖如下：

狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

Qn Qn+1

0 0 0 d 0 0 1 d 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 約束條件:RD

+SD=1注：⑴稱觸發(fā)器的新?tīng)顟B(tài)或次態(tài)為Qn+1；⑵稱觸發(fā)器的原狀態(tài)或初態(tài)為Qn

。基本觸發(fā)器的真值表

11不變0101101000不定

三、動(dòng)作特點(diǎn)直接控制：輸入信號(hào)直接加在輸出門上，在輸入信號(hào)全部作用時(shí)間內(nèi)，都能直接改變輸出端的狀態(tài)。故又稱基本RS觸發(fā)器為直接復(fù)位、置位觸發(fā)器。為電平觸發(fā)方式。波形圖反映觸發(fā)器輸入信號(hào)取值和狀態(tài)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許20

二.用或非門構(gòu)成的基本R-S觸發(fā)器1.組成：由兩個(gè)或非門交叉耦合組成，其邏輯圖和邏輯符號(hào)分別如圖(a)和圖(b)所示。

該電路的輸入是正脈沖或高電平有效，故邏輯符號(hào)的輸入端未加小圓圈。

邏輯功能

下表給出了由或非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器的邏輯功能。RSQ(n+1)功能說(shuō)明00011011Q10d不變置1置0不定

基本R-S觸發(fā)器功能表

基本R-S觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它不僅可作為記憶元件獨(dú)立使用，而且由于它具有直接復(fù)位、置位功能，因而被作為各種性能完善的觸發(fā)器的基本組成部分。但由于R、S之間的約束關(guān)系，以及不能進(jìn)行定時(shí)控制，使它的使用受到一定限制。次態(tài)方程和約束方程如下：

(次態(tài)方程)；RS=0(約束方程)

2時(shí)鐘控制觸發(fā)器

具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為“時(shí)鐘控制觸發(fā)器”或者“定時(shí)觸發(fā)器”。

時(shí)鐘脈沖控制觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：

由時(shí)鐘脈沖確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻(即何時(shí)轉(zhuǎn)換？)

；

由輸入信號(hào)確定觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向(即如何轉(zhuǎn)換？)。下面介紹最常用的時(shí)鐘控制觸發(fā)器?；綬-S觸發(fā)器的一個(gè)特點(diǎn)是直接控制，當(dāng)輸入信號(hào)一出現(xiàn)，觸發(fā)器的狀態(tài)便隨之發(fā)生變化。實(shí)際中，要求觸發(fā)器按一定的時(shí)間節(jié)拍動(dòng)作，即讓輸入信號(hào)受時(shí)鐘的控制，因此在觸發(fā)器的輸入端增加了時(shí)鐘控制信號(hào)，觸發(fā)器狀態(tài)的變化由時(shí)鐘脈沖和輸入信號(hào)共同決定。

在數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)中，為協(xié)調(diào)各部分的動(dòng)作，常常要求某些觸發(fā)器于同一時(shí)刻動(dòng)作。為此，必須引入同步信號(hào)，使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。通常把這個(gè)同步信號(hào)叫做時(shí)鐘脈沖，或稱為時(shí)鐘信號(hào)，簡(jiǎn)稱時(shí)鐘，用cp表示。這種受時(shí)鐘信號(hào)控制的觸發(fā)器稱為時(shí)鐘觸發(fā)器。同步RS觸發(fā)器是其中的一種。一同步RS觸發(fā)器（鐘控RS觸發(fā)器）由G1、G2組成基本RS觸發(fā)器,由G3、G4組成輸入控制(導(dǎo)引)電路。

cp控制翻轉(zhuǎn)時(shí)間，R、S決定翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。QRSQcp1R1SC1一、電路結(jié)構(gòu)&&G1RQG2SQ&&cpG3G4二、工作原理3、4門被封鎖，R、S不會(huì)影響輸出狀態(tài)，故觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。R、S信號(hào)通過(guò)G3、G4反相加到基本RS觸發(fā)器上，使觸發(fā)器狀態(tài)跟隨輸入信號(hào)狀態(tài)的變化而改變。基本RS觸發(fā)器&&G1RQG2SQ&&cpG3G41101cp=0時(shí)，cp=1時(shí)，具體如下：

R=0，S=0：控制門G3、G4的輸出均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；

R=0，S=1：控制門G3、G4的輸出分別為1和0，觸發(fā)器狀態(tài)置成1狀態(tài)；

R=1，S=0：控制門G3、G4的輸出分別為0和1，觸發(fā)器狀態(tài)置成0狀態(tài)；

R=1，S=1：控制門G3、G4的輸出均為0，觸發(fā)器狀態(tài)不確定，這是不允許的。●當(dāng)時(shí)鐘脈沖沒(méi)有到來(lái)（即C=0）時(shí)，不管R、S端為何值，兩個(gè)控制門的輸出均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變?！癞?dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)（即C=1）時(shí)，輸入端R、S的值可以通過(guò)控制門作用于上面的基本R-S觸發(fā)器。

真值表約束條件R?S=0選通控制：cp=1的全部時(shí)間內(nèi)，R、S變化都將引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。為電平觸發(fā)方式。RSQn+1功能說(shuō)明00011011Qn

10d不變置1置0不定三、動(dòng)作特點(diǎn)RDSD=11RDSD=10RDSD=01RDSD=003．觸發(fā)器功能的幾種表示方法觸發(fā)器的功能除了可以用功能表表示外，還有幾種表示方法：

（1）同步RS觸發(fā)器特性方程由功能表畫出卡諾圖得特性方程：Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持0101（約束條件）（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀不變時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求。Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持0101

（3）驅(qū)動(dòng)表

驅(qū)動(dòng)表是用表格的方式表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求。Qn+1RS功能Qn功能表

0101輸出狀態(tài)同S狀態(tài)1101

1010輸出狀態(tài)同S狀態(tài)0001111101××不定0000保持010100011011Qn→Qn+1×001100×RS

RS觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表

（4）波形圖

已知同步RS觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。二.D觸發(fā)器為了解決時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器在輸入端R、S同時(shí)為1時(shí)狀態(tài)不確定的問(wèn)題，可對(duì)時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器的控制電路稍加修改，使之變成如下圖(a)所示的形式，這樣便形成了只有一個(gè)輸入端的D觸發(fā)器。其邏輯符號(hào)如圖(b)所示。RSRS修改后，控制電路在時(shí)鐘脈沖作用期間(CP=1時(shí))，將輸入信號(hào)D轉(zhuǎn)換成一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)送至基本R-S觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，使基本R-S觸發(fā)器的兩個(gè)輸入信號(hào)只可能是01或者10兩種組合，從而消除了狀態(tài)不確定現(xiàn)象，解決了對(duì)輸入的約束問(wèn)題。工作原理如下：當(dāng)無(wú)時(shí)鐘脈沖作用（即CP=0）時(shí)，控制電路被封鎖，無(wú)論D為何值，與非門G3、G4輸出均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。當(dāng)時(shí)鐘脈沖作用（即CP=1）時(shí)，若D=0，則門G4輸出為1，門G3輸出為0，觸發(fā)器狀態(tài)被置0；若D=1，則門G4輸出為0，門G3輸出為1，觸發(fā)器狀態(tài)被置1。

由分析可知，在時(shí)鐘作用時(shí)，D觸發(fā)器狀態(tài)的變化僅取決于輸入信號(hào)D，而與現(xiàn)態(tài)無(wú)關(guān)。其次態(tài)方程為Q(n+1)=D

D觸發(fā)器的邏輯功能如右表所示。

DQ(n+1)0101

D觸發(fā)器功能表

上述D觸發(fā)器依然存在“空翻”現(xiàn)象。因此，在時(shí)鐘作用期間要求輸入信號(hào)D不能發(fā)生變化。

為了進(jìn)一步解決“空翻”問(wèn)題，實(shí)際中廣泛使用的集成D觸發(fā)器通常采用維持阻塞結(jié)構(gòu)，稱為維持阻塞D觸發(fā)器。DQ(n+1)0110D觸發(fā)器功能表現(xiàn)態(tài)Q次態(tài)Q(n+1)D觸發(fā)器狀態(tài)表D=0D=1001101（1）cp=1期間,若輸入信號(hào)多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器狀態(tài)將多次翻轉(zhuǎn)，從而降低了電路的抗干擾能力。作為計(jì)數(shù)使用時(shí)，將發(fā)生空翻。CPDQ（2）基本RS觸發(fā)器和同步RS觸發(fā)器的不足:①輸入有約束條件,②存在空翻現(xiàn)象。說(shuō)明4.2.4

邊沿觸發(fā)器①維持阻塞邊沿觸發(fā)器；②利用各門電路傳輸延遲時(shí)間的不同構(gòu)成邊沿觸發(fā)器；③利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器。分類：邊沿觸發(fā)器即利用cp邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器，也就是觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于cp信號(hào)的上升沿(↑)或下降沿(↓)到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)。一、維持阻塞D觸發(fā)器維持阻塞結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器形式較多，有對(duì)稱、非對(duì)稱之分；有維持阻塞RS觸發(fā)器和維持阻塞D觸發(fā)器等。1、維持阻塞D觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)

6與非門組成對(duì)稱形式，其中1、2、3、4、為同步觸發(fā)器，集成芯片如74LS74。維0線CP&&&&&&阻0線阻1線維1線G2G3G5G4G6G1QQD2、工作原理設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=1①CP=0期間,G3=G4=1100110&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線②G3=G4=1反饋到

G5，G6的輸入，

G5＝1、G6＝0100110&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線11001設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=1①CP=0期間,G3=G4=110011011001③CP正沿到達(dá)時(shí)

G3，G4開(kāi)啟，使

G3=0，G4=1。④Q翻轉(zhuǎn)為1→1→11&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線10②G3=G4=1反饋到

G5，G6的輸入，

G5＝1、G6＝0。設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=1①CP=0期間,G3=G4=1；11110011&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線10⑤

CP正沿過(guò)后，G3=0

將G4封鎖,并使

G5=1，維持G3=0。010⑥因此以后CP=1期間D

的變化不影響輸出。③

CP正沿到達(dá)時(shí)

G3、G4開(kāi)啟，使

G3=0，G4=1。④

Q翻轉(zhuǎn)為1②G3=G4=1反饋到

G5，G6的輸入，

G5＝1、G6＝0。設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=1①CP=0期間,G3=G4=1設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=0①CP=0期間,G3=G4=1000110&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線②G3=G4=1反饋到

G5，G6的輸入，

G5＝0、G6＝1000110&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線11110設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=0①CP=0期間,G3=G4=100011011110③CP正沿到達(dá)時(shí)

G3，G4開(kāi)啟，使

G3=1，G4=0。④Q翻轉(zhuǎn)為0→1→10&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線01②G3=G4=1反饋到

G5，G6的輸入，

G5＝0、G6＝1。設(shè)原態(tài)Q=0，并設(shè)D=0①CP=0期間,G3=G4=1；01110110&G1&G2Dcp&G3&G4&G5&G6維1線阻0線維0線阻1線01⑤

CP正沿過(guò)后，G4=0

將G3封鎖,并使

G5=0，維持G3=1。101⑥因此以后CP=1期間D

的變化不影響輸出。③

CP正沿到達(dá)時(shí)

G3、G4開(kāi)啟，使

G3=1，G4=0。④

Q翻轉(zhuǎn)為0②G3=G4=1