鎖存器與觸發(fā)器各詳解

§5.2基本RS鎖存器§5.4主從觸發(fā)器§5.5維持阻塞觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器邏輯功能及其描述§5.1概述§5.7應(yīng)用舉例§5.3門控RS鎖存器第五章鎖存器和觸發(fā)器1第一頁，共六十九頁。相關(guān)知識回顧：組合電路：不含記憶元件、無反饋、輸出與原來狀態(tài)無關(guān)。本章任務(wù)：鎖存器和觸發(fā)器：本章重點：通過學(xué)習(xí)鎖存器、觸發(fā)器，建立時序的概念;各類觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式。

是記憶元件、有反饋、輸出與原來狀態(tài)有關(guān)。鎖存器和觸發(fā)器分類。鎖存器和觸發(fā)器外部邏輯功能、觸發(fā)方式。2第二頁，共六十九頁。2、特點：鎖存器和觸發(fā)器是具有記憶功能的基本邏輯單元，能夠存儲一位二進制信息。有兩個能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，分別用來表示邏輯0和邏輯1。在適當輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)；在輸入信號取消后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來。1、鎖存器和觸發(fā)器5.1概述鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元。3第三頁，共六十九頁。5.2基本RS鎖存器2、電路結(jié)構(gòu)：由兩個“或非”門構(gòu)成的R-S鎖存器電路圖1、邏輯符號由門電路組成的，它與組合邏輯電路的根本區(qū)別在于，電路中有反饋線，即門電路的輸入、輸出端交叉耦合?！?R、S為觸發(fā)脈沖輸入端，R為復(fù)位（Reset）端，S為置位（Set）端Q、Q為兩個互補的輸出端4第四頁，共六十九頁。10≥1≥13、工作原理（1）S=0，R=1時

輸出狀態(tài)為0，R高電平有效，使鎖存器置0（復(fù)位）。R

為復(fù)位端，Reset。

10當Q=1時,稱為鎖存器的1狀態(tài)，當Q=0時,稱為鎖存器的0狀態(tài)。01≥1≥1（2）S=1，R=0時，

輸出狀態(tài)為1，S高電平有效,

使鎖存器置1（置位）

。

S

為置位端Set。015第五頁，共六十九頁?！?≥1≥1≥100010010S=0，R=0，Q=0：=1兩個穩(wěn)定狀態(tài)：S=0，R=0，Q=1：=03）S=R=0時

Q和Q互鎖，保持不變。

這是鎖存器的特點：當輸入處于某一狀態(tài)時，輸出保持。

鎖存器的存儲記憶功能6第六頁，共六十九頁。11≥1≥100R、S同時變?yōu)?時，輸出不穩(wěn)定。（4）R=S=1

不允許，因為：Q=Q=0不符合邏輯。當R和S同時由1變0時，次態(tài)不定。

RS=0(約束條件)7第七頁，共六十九頁。SRQ00不變01010111不定功能表RS=0(約束條件)Qn為鎖存器的原狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）Qn+1為鎖存器的新狀態(tài)（次態(tài)）8第八頁，共六十九頁。4、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)系的圖形稱為波形圖SRQQ置1置0置1保持不允許置1不允許不確定9第九頁，共六十九頁。5、與非門組成的基本RS鎖存器10第十頁，共六十九頁。

這種觸發(fā)器的觸發(fā)信號是低電平有效，因此在邏輯符號的輸入端處有小圓圈。11第十一頁，共六十九頁?；炬i存器的特點總結(jié)◆由于反饋線的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效信號只需要作用很短的一段時間，即“一觸即發(fā)”◆有兩個互補的輸出端，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)◆有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能◆

R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于鎖存器的結(jié)構(gòu)12第十二頁，共六十九頁。5.3門控鎖存器1、門控RS鎖存器門控RS鎖存器是在基本鎖存器的基礎(chǔ)上增加兩個與門G3和G4，由鎖存使能信號E控制。E=0時，G3和G4被封鎖，Q3和Q4都為0，S、R端的電平不影響輸出，基本鎖存器保持；

E=1時，G3和G4開放，輸出由S、R決定，完成基本鎖存器的功能。電路結(jié)構(gòu)和工作原理≥1≥1EEG4G313第十三頁，共六十九頁。?（不定）111（置1）100（置0）01Qn（保持）00Qn+1SRRS=0(約束條件)E=1時E14第十四頁，共六十九頁。不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變功能波形圖E15第十五頁，共六十九頁。2、門控D鎖存器CPDQ邏輯門控保證SR不同時為116第十六頁，共六十九頁。D觸發(fā)器狀態(tài)表DQn+1

0101傳輸門控D鎖存器，常用型號八D鎖存器74373。17第十七頁，共六十九頁。3、門控鎖存器存在的問題——空翻由于在E=1期間，都能接收R、S信號，此時如R、S發(fā)生多次變化，鎖存器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫做空翻。E18第十八頁，共六十九頁。5.4主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器主鎖存器從鎖存器≥1≥1≥1≥119第十九頁，共六十九頁。主從觸發(fā)器的邏輯結(jié)構(gòu)為主從結(jié)構(gòu)，分別由兩個互補的時鐘控制。20第二十頁，共六十九頁。①CP=1時，主鎖存器工作，S、R影響主鎖存器的輸出Q’（信息寫入主鎖存器），但從鎖存器禁止，狀態(tài)不變；②CP↓時，從鎖存器工作，在此刻之前主鎖存器的輸出Q’如發(fā)生了變化，從鎖存器CP有效時，其輸出將產(chǎn)生相應(yīng)的變化；工作原理（主鎖存器工作，從鎖存器保持）

（從鎖存器向主鎖存器看齊）

21第二十一頁，共六十九頁。③CP=0時，主鎖存器禁止，S、R不影響Q’,從鎖存器輸入信號不變，其輸出穩(wěn)定后不再變化。◆觸發(fā)器的總輸出Q只在CP由1變0時刻可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，稱之為下降沿觸發(fā)?！鬋P一旦變?yōu)?后，主鎖存器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會有空翻現(xiàn)象。特點22第二十二頁，共六十九頁。?（不定）111（置1）100（置0）01Qn（保持）00Qn+1SRCP在RS鎖存器中，必須限制輸入R和S同時為１的出現(xiàn)，這給使用帶來不便。為了從根本上消除這種情況，可將RS鎖存器接成JK鎖存器。23第二十三頁，共六十九頁。..從鎖存器主鎖存器RSCPF從QQQCPF主JK反饋線互補時鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時翻轉(zhuǎn)1.CP

CP2、主從Ｊ－Ｋ觸發(fā)器24第二十四頁，共六十九頁。主鎖存器從鎖存器25第二十五頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK工作原理0101F主打開F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號并暫存。F從封鎖F從狀態(tài)保持不變。01CP26第二十六頁，共六十九頁。1..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK010狀態(tài)保持不變。從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，并保持主、從狀態(tài)一致，因此稱之為主從觸發(fā)器。F從打開F主封鎖1CP027第二十七頁，共六十九頁。1..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK0CP高電平時觸發(fā)器接收信號并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)保持不變）。要求CP高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。CP下降沿()觸發(fā)器觸發(fā)翻轉(zhuǎn)（F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。CP低電平時,F主封鎖J、K不起作用&&28第二十八頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK邏輯功能分析(1)J=1,K=1

設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)0101111001010狀態(tài)不變10翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)狀態(tài)不變主從狀態(tài)一致001129第二十九頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK(1)J=1,K=1設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)為“？”狀態(tài)思考翻轉(zhuǎn)為“0”狀態(tài)CPCP1010110101001狀態(tài)不變01狀態(tài)不變主從狀態(tài)一致001130第三十頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK(2)J=0,K=1設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)011010010101001翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài)為“？”態(tài)保持“0”態(tài)31第三十一頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK(3)J=1,K=0為“？”狀態(tài)置為“1”狀態(tài)32第三十二頁，共六十九頁。..1.CPCPRSCPF從QQQCPF主JK(4)J=0,K=00100000保持原態(tài)保持原態(tài)保持原態(tài)33第三十三頁，共六十九頁。真值表CP↓34第三十四頁，共六十九頁。例：已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）J-K觸發(fā)器的工作波形下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)CPJKQ35第三十五頁，共六十九頁。

在畫主從觸發(fā)器的波形圖時，應(yīng)注意以下兩點：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)36第三十六頁，共六十九頁。主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象101001111001010010110主從觸發(fā)器：CP=1,若J、K多次變化，觸發(fā)器的狀態(tài)與真值表不對應(yīng)。對激勵信號要求嚴格。觸發(fā)器的狀態(tài)與真值表不對應(yīng)37第三十七頁，共六十九頁。5.5邊沿觸發(fā)器1、維持-阻塞D觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器：上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，激勵端的信號在觸發(fā)時間的前后幾個延遲時間內(nèi)保持不變，便可以穩(wěn)定地根據(jù)激勵輸入翻轉(zhuǎn)。

RDDCPSDQQ邏輯符號38第三十八頁，共六十九頁。由與非門構(gòu)成的基本RS鎖存器（低有效）0111Q111DDD111DDD狀態(tài)不變觸發(fā)器被封鎖39第三十九頁，共六十九頁。(1)CP=0時，Qn+1=

Qn

，保持；(2)CP↑到時，則Qn+1=

D，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)；(3)CP=1時，無論D是否變化，Qn+1=Qn

，保持(4)CP到時，則Qn+1=Qn，保持工作原理CP上升沿前接收信號，上升沿時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿后輸入D不再起作用，觸發(fā)器狀態(tài)保持。40第四十頁，共六十九頁。例：D觸發(fā)器工作波形圖CPDQ上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)41第四十一頁，共六十九頁。2、利用傳輸延遲的觸發(fā)器兩個與或非門構(gòu)成的SR鎖存器作為觸發(fā)器的輸出，與非門構(gòu)成觸發(fā)器的輸入電路，用來接收輸入J、K的值。在集成電路工藝上保證G3、G4的傳輸延遲時間大于SR鎖存器的翻轉(zhuǎn)時間。42第四十二頁，共六十九頁。按照邏輯功能的不同特點，通常將時鐘控制的觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器等幾種類型。5.6觸發(fā)器邏輯功能及其描述邏輯功能描述即描述觸發(fā)器的次態(tài)與原態(tài)、輸入信號之間的邏輯關(guān)系，描述方法有特性表（真值表）、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、波形圖等。關(guān)于電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能關(guān)于觸發(fā)方式及其表示方法43第四十三頁，共六十九頁。

2、特征方程

Qn+1＝D

3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖一、D觸發(fā)器1.

D觸發(fā)器狀態(tài)真值表44第四十四頁，共六十九頁。

二、JK觸發(fā)器1.JK觸發(fā)器真值表

JKQnQn+1說明00000101保持（Qn+1=Qn）01001100置0（Qn+1=0）10010111置1（Qn+1=1）11011110翻轉(zhuǎn)（Qn+1=）45第四十五頁，共六十九頁。2.特征方程JK觸發(fā)器的特征方程為3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖46第四十六頁，共六十九頁。三、T觸發(fā)器如果把JK觸發(fā)器的兩個輸入端J和K連在一起，并把這個連在一起的輸入端用T表示，這樣就構(gòu)成了T觸發(fā)器。1.真值表TCPQQ47第四十七頁，共六十九頁。2.特征方程T觸發(fā)器的特征方程為3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖當T觸發(fā)器的輸入控制端為T=1時，稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程為：T=1T=1T=0T=048第四十八頁，共六十九頁。四、RS觸發(fā)器1.狀態(tài)真值表49第四十九頁，共六十九頁。RS觸發(fā)器功能表

SRQnQn+1說明00000101保持Qn+1=Qn01001100置0Qn+1=010010111置1Qn+1=1110111××不定50第五十頁，共六十九頁。2.特征方程RS觸發(fā)器的特征方程為式中，SR=0為約束項。

3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖51第五十一頁，共六十九頁。觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換1.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器（1）JK→D分別寫出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程比較得：畫出邏輯圖：52第五十二頁，共六十九頁。（2）JK→T（T’）寫出T觸發(fā)器的特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：J=T，K=T。令T=1，即可得T’觸發(fā)器。53第五十三頁，共六十九頁。2．用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器（1）D→JK寫出D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的特性方程：

比較兩式，得：畫出邏輯圖。

54第五十四頁，共六十九頁。（2）D→T圖（b）（3）D→T’圖（c）

55第五十五頁，共六十九頁。典型集成電路介紹雙上升沿D觸發(fā)器56第五十六頁，共六十九頁。雙下降沿J-K觸發(fā)器57第五十七頁，共六十九頁。例1：時鐘CP及輸入信號D的波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)各輸出端Q的初始狀態(tài)=0。5.7應(yīng)用舉例58第五十八頁，共六十九頁。Q1CPDQ259第五十九頁，共六十九頁。例2：時鐘CP波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)Q的初始狀態(tài)=0.60第六十頁，共六十九頁。CPQ1Q