數(shù)字電子技術(shù)第五章-觸發(fā)器

第五章觸發(fā)器1第五章觸發(fā)器內(nèi)容介紹本章介紹構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的最基本部件－雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，重點(diǎn)介紹各觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、工作原理、動(dòng)作特點(diǎn)，以及觸發(fā)器從功能上的分類及相互間的轉(zhuǎn)換。首先從組成各類觸發(fā)器的基本部分－SR鎖存器入手，介紹觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、邏輯功能、動(dòng)作特點(diǎn)，在基礎(chǔ)上介紹JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等，給出觸發(fā)器的描述方程。本章重點(diǎn)是各觸發(fā)器的功能表、邏輯符號、觸發(fā)電平、狀態(tài)方程的描述等。25.1概述能夠存儲(chǔ)1位二值信號的基本單元電路。b.根據(jù)不同的輸入信號可以置1或0.3.分類：2.觸發(fā)器的特點(diǎn)：1.觸發(fā)器：a.具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的0和1,或二進(jìn)制數(shù)的0和1;按觸發(fā)方式：電平觸發(fā)器、脈沖觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器按結(jié)構(gòu)：基本SR鎖存器、同步SR觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等按邏輯功能方式：SR鎖存器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T觸發(fā)器35.1概述根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理：靜態(tài)觸發(fā)器和動(dòng)態(tài)觸發(fā)器，晶態(tài)觸發(fā)器是靠電路的自鎖來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，動(dòng)態(tài)觸發(fā)器是靠電容存儲(chǔ)電荷來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。本章講靜態(tài)觸發(fā)器，按照觸發(fā)方式先介紹基本SR鎖存器，再介紹電平觸發(fā)的觸發(fā)器、脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器。4基本概念：觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元，能記憶、存儲(chǔ)1位二進(jìn)制信息。它有兩種穩(wěn)定輸出工作狀態(tài)，即分別輸出1和0的狀態(tài)（也稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）。（定義）1態(tài)與0態(tài)：

Q=1（Q=0）的狀態(tài)稱為1態(tài)，反之，Q=0（Q=1）的狀態(tài)稱為0態(tài)。

5.2鎖存器觸發(fā)器加上電壓后，在無外加觸發(fā)信號的情況下，它可以保持在這兩種狀態(tài)的任何一種，并且都是穩(wěn)定的，當(dāng)外加觸發(fā)信號時(shí)，它可以從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種穩(wěn)定狀態(tài)。5

（定義）原態(tài)與次態(tài)

觸發(fā)信號作用之前觸發(fā)器的狀態(tài)稱為原態(tài)（也稱現(xiàn)態(tài)），用Qn、Qn表示；觸發(fā)信號作用之后的狀態(tài)稱為次態(tài)（新狀態(tài)），用Qn+1、Qn+1表示。觸發(fā)信號作用后，若原態(tài)與次態(tài)相同，稱為保持（不變，或維持原態(tài)）；若原態(tài)與次態(tài)相反則稱為翻轉(zhuǎn)。5.2鎖存器6Q≥1≥1G1G2QSRSRQQ置0端(復(fù)位端)置1端(置位端)5.2鎖存器-或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器75.2鎖存器-或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器保持置0置1不定功能表

81010Q＆＆QSR1102.基本RS觸發(fā)器-邏輯功能0110110復(fù)位端原態(tài)為1次態(tài)為0原態(tài)為05.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器9工作原理5.2SR鎖存器a.RD＝0，SD＝1圖4.2.1Q＝0SD＝1RD＝0Q＝0Q＝1b.RD＝1，SD＝0Q＝0RD＝1SD＝0Q=0Q＝1鎖存器的1態(tài)鎖存器的0態(tài)置位端或置1輸入端復(fù)位端或置0輸入端10c.RD＝0，SD＝0Q*＝0SD＝0Q=0Q*＝1若Q＝0圖4.2.15.2SR鎖存器Q-原態(tài)，Q*-新態(tài)Q*＝1RD＝0Q*

=0Q*＝0若Q＝1Q*＝Q保持原態(tài)11d.RD＝1，SD＝15.2SR鎖存器圖5.2.1Q＝Q=0，為禁態(tài)，也稱為不定態(tài)，即RD和SD同時(shí)去掉高電平加低電平，輸出狀態(tài)不定，故輸入端應(yīng)該遵循RDSD＝00000其特性表如表5.2.1所示125.2鎖存器Q＆＆G1G2Q1.雙穩(wěn)態(tài)電路結(jié)構(gòu)

兩個(gè)輸出無輸入001101保持！010110保持！雙穩(wěn)態(tài)電路存儲(chǔ)狀態(tài)變量0或者1沒有輸入來控制狀態(tài)變換131001Q＆＆QSR1010101101置位端次態(tài)為1原態(tài)為1原態(tài)為1原態(tài)為05.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器141001Q＆＆QSR011101101110原態(tài)為1次態(tài)為?原態(tài)為0次態(tài)為?5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器152.基本RS觸發(fā)器-電路結(jié)構(gòu)

Q＆＆G1G2QSR兩互補(bǔ)輸出端兩輸入端5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器考慮4種輸入可能：S=1,R=0S=0,R=1S=1,R=1S=0,R=01611Q＆＆QSR00SD和QD的“0”信號同時(shí)消失后，Qn+1不定。這種狀態(tài)是觸發(fā)器工作的非正常狀態(tài)，是不允許出現(xiàn)的。5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器17SRQQ低電平有效邏輯符號置0、置1、保持5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器183.邏輯功能描述

（1）功能表

置0端(復(fù)位端)置1端(置位端)保持置0置1不定5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器19（2）波形圖

5.2鎖存器-與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)：在任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)和同時(shí)為0同時(shí)為120一、“與非”門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器二、“或非”門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器5.2總結(jié)21基本RS觸發(fā)器屬于無時(shí)鐘觸發(fā)器，觸發(fā)器狀態(tài)的變換由輸入信號直接控制。在某一指定的時(shí)刻按輸入信號的狀態(tài)決定觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，這個(gè)用來協(xié)調(diào)各器件之間動(dòng)作的控制信號叫時(shí)鐘脈沖，用CP表示。由CP信號決定輸入信號何時(shí)對觸發(fā)器起作用。5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器221.電路結(jié)構(gòu)

011CP=0不論R、S如何變化觸發(fā)器輸出保持不變2.功能分析

Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4RCPS電平觸發(fā)的觸發(fā)器2310011CP=1

(1)S=0R=0觸發(fā)器輸出保持不變Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4RCPSCP=1241101010010110CP=1

(2)S=0R=1觸發(fā)器輸出0

(3)S=1R=0觸發(fā)器輸出1Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4RCPS25輸入控制門+基本觸發(fā)器只有同步信號CP到達(dá)，S和R才起作用電平觸發(fā)SR觸發(fā)器26在CP=1期間，Q和Q可能隨S,R變化多次翻轉(zhuǎn)電平觸發(fā)SR觸發(fā)器27動(dòng)作特點(diǎn)：在CP=1的全部時(shí)間里，S和R的變化都將引起輸出狀態(tài)的變化電平觸發(fā)SR觸發(fā)器28反映了次態(tài)輸出與觸發(fā)器輸入及原態(tài)的邏輯關(guān)系。

（3）特征方程

RS=0約束條件R和S不能同時(shí)為1

電平觸發(fā)SR觸發(fā)器29用兩個(gè)圓表示觸發(fā)器的兩種穩(wěn)態(tài)0和1。箭頭表示由現(xiàn)態(tài)到次態(tài)的轉(zhuǎn)換方向，箭尾表示原態(tài)，箭頭線上的數(shù)字標(biāo)注出了原態(tài)轉(zhuǎn)換成次態(tài)所需的觸發(fā)條件。（4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

010×0110×0電平觸發(fā)SR觸發(fā)器30（5）波形圖

CPSRQ不定電平觸發(fā)SR觸發(fā)器31例：已知由與非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q和Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。

cpttR0tS0tQ0tQ032Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4DRCPS11.功能分析CP=0不論R、S如何變化，觸發(fā)器輸出保持不變。1CP=100111001D=0觸發(fā)器輸出0電平觸發(fā)D觸發(fā)器33CP=1D=1?Q＆＆G1G2QSR＆G3＆G4DRCPS1電平觸發(fā)的D觸發(fā)器34電平觸發(fā)的D觸發(fā)器

2.功能表示方法（1）功能表

35011100（2）特征方程

（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

電平觸發(fā)的D觸發(fā)器36（4）波形圖

CPDQ電平觸發(fā)的D觸發(fā)器37

1.主從RS觸發(fā)器Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8SRCP1G9CP′從觸發(fā)器主觸發(fā)器互補(bǔ)時(shí)鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時(shí)翻轉(zhuǎn)（1）電路結(jié)構(gòu)5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器（主從觸發(fā)器）38（2）工作原理

10Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8SRCP1G9CP′當(dāng)CP=1時(shí)CP′=0從觸發(fā)器被封鎖，保持狀態(tài)不變，主觸發(fā)器工作，如果R=0、S=1，主觸發(fā)器Q′=11.主從RS觸發(fā)器3901Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8SRCP1G9CP′當(dāng)CP從1躍變?yōu)?CP=0CP′=1，主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號R、S不影響主觸發(fā)器的狀態(tài)，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器輸出端狀態(tài)Q′=1，從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到Q=1。1.主從RS觸發(fā)器401.主從RS觸發(fā)器1.CP=1,“主”按照S,R翻轉(zhuǎn),“從”保持2.CP下降沿來到時(shí)，“主”保持,“從”根據(jù)“主”的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。每個(gè)CP周期，輸出狀態(tài)只能改變一次

411.主從RS觸發(fā)器Qn××××CP1*1111*011110110010110001011000000Qn+1QnRS42輸入控制門+基本觸發(fā)器只有同步信號CP到達(dá)，S和R才起作用電平觸發(fā)SR觸發(fā)器43主從RS觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CP從1變?yōu)?時(shí)發(fā)生的，CP變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，狀態(tài)不受R、S輸入信號影響，因此不會(huì)有空翻現(xiàn)象。

主從RS觸發(fā)器的邏輯功能和前面的電平RS觸發(fā)器相同，不同的是電平RS觸發(fā)器在CP=1期間都可能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，主從RS觸發(fā)器只在CP下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。主從RS觸發(fā)器與電平觸發(fā)器比較44已知主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號波形，求作Q端的波形的方法小結(jié)：1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q’

端的波形。2、在時(shí)鐘的跳沿（負(fù)跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。3、對負(fù)跳沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時(shí)鐘的負(fù)跳沿到來時(shí)，由功能表得到觸發(fā)器的次態(tài)，從而畫出Q端的波形1.主從RS觸發(fā)器45例1：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q和Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。

cpttR0tS0tQ’0tQ0tQ046例2：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。

tCP0123456tS0tR0tQ’0tQ047例3：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。

tS0tCP0123456tR0tQ’0tQ048例4：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。

tCP0123456tQ’0tQ0tS0tR049已知主從RS觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號波形，求作Q端的波形的方法小結(jié)：1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q’

端的波形。2、在時(shí)鐘的跳沿（負(fù)跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。3、對負(fù)跳沿翻轉(zhuǎn)的主從RS觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時(shí)鐘的負(fù)跳沿到來時(shí)，由功能表得到觸發(fā)器的次態(tài)，從而畫出Q端的波形1.主從RS觸發(fā)器502.主從JK觸發(fā)器為解除約束即使出現(xiàn)的情況S=R=1下，Qn+1也是確定的51（1）電路結(jié)構(gòu)

從觸發(fā)器主觸發(fā)器Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8JKCP1G9CP′互補(bǔ)時(shí)鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時(shí)翻轉(zhuǎn)2.主從JK觸發(fā)器52（2）工作原理

10Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8JKCP1G9CP′當(dāng)CP=1時(shí)CP′=0從觸發(fā)器被封鎖，保持狀態(tài)不變，主觸發(fā)器工作。2.主從JK觸發(fā)器53當(dāng)CP從1躍變?yōu)?CP=0CP′=1，主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號J、K不影響主觸發(fā)器的狀態(tài)，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器輸出端狀態(tài)。Q＆＆G1G2Q＆G3＆G4Q′Q′＆＆G5G6＆G7＆G8JKCP1G9CP′2.主從JK觸發(fā)器542.主從JK觸發(fā)器110101011010CPQn+1=1552.主從JK觸發(fā)器011100010001CPQn+1=011562.主從JK觸發(fā)器00保持！CP保持572.主從JK觸發(fā)器111CPQn+1=Qn0101010100101058真值表2.主從JK觸發(fā)器Qn××××CP1*1111*011110110010110001011000000Qn+1QnRSQn××××CP01111011110110010110001011000000Qn+1QnKJ591.分兩步動(dòng)作：第一步時(shí)，“主”接收信號，“從”保持第二步到達(dá)后，“從”按“主”狀態(tài)翻轉(zhuǎn)∴輸出狀態(tài)只能改變一次2.主從D，“主”為同步D，cp=1的全部時(shí)間里輸入信號D對“主”都起控制作用主從RS，“主”為同步RS，Cp=1的全部時(shí)間里,輸入信號R,S對“主”都起控制作用*但主從JK在cp=1高電平期間，“主”只可能翻轉(zhuǎn)一次∴在cp=1期間里輸入發(fā)生變化時(shí)，要找出cp前Q最后的狀態(tài)，決定Qn+1

。3.主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)Qn=0時(shí)，只允許J=1的信號進(jìn)入主觸發(fā)器Qn=1時(shí)，只允許k=1的信號進(jìn)入主觸發(fā)器60已知主從JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號波形，求作Q端的波形的方法：1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q’

端的波形。要注意主從JK觸發(fā)器的“一次變化現(xiàn)象”。2、在時(shí)鐘的跳沿（負(fù)跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。3、對負(fù)跳沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時(shí)鐘的負(fù)跳沿到來時(shí)，根據(jù)真值表，畫出Q端的波形，而不必畫出主觸發(fā)器Q’端的波形。61例主從JK觸發(fā)器的輸入信號如圖所示，觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。畫出觸發(fā)器輸出的波形圖。

KQCPJ2.主從JK觸發(fā)器623.主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)63例1：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。64

65主從JK觸發(fā)器存在“一次變化現(xiàn)象”。在CP=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)只能改變一次，而不論JK端發(fā)生了多少次變化。66例2：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號CP和輸入信號J、K的波形如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。676869例3：已知負(fù)邊沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號如圖所示，試畫出Q端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。707172已知主從JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號和輸入信號波形，求作Q端的波形的方法小結(jié)：1、根據(jù)輸入信號畫出主觸發(fā)器Q’

端的波形。要注意主從JK觸發(fā)器的“一次變化現(xiàn)象”。2、在時(shí)鐘的跳沿（負(fù)跳沿或正跳沿）將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器之中。3、對負(fù)跳沿翻轉(zhuǎn)的主從JK觸發(fā)器，如果在CP=1期間，輸入信號沒有發(fā)生變化，則可在時(shí)鐘的負(fù)跳沿到來時(shí)，由算出主觸發(fā)器的狀態(tài)，從而畫出Q端的波形，而不必畫出主觸發(fā)器Q’端的波形。73主從JK觸發(fā)器存在“一次變化現(xiàn)象”，抗干擾能力較差。為了提高觸發(fā)器的可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP信號下降沿（或上升沿）到達(dá)時(shí)刻輸入信號的狀態(tài)。而在此之前和之后輸入狀態(tài)的變化對觸發(fā)器的次態(tài)沒有影響?！斑呇赜|發(fā)器”具有這樣的特性。5.5邊沿觸發(fā)器74Q＆＆G1Q雙穩(wěn)態(tài)電路結(jié)構(gòu)

兩個(gè)輸出無輸入雙穩(wěn)態(tài)電路存儲(chǔ)狀態(tài)變量0或者1沒有輸入來控制狀態(tài)變換5.5邊沿觸發(fā)器75CMOS傳輸門和雙向模擬開關(guān)當(dāng)C=0時(shí),傳輸門截止。若C=1時(shí)，T1將導(dǎo)通。5.5邊沿觸發(fā)器當(dāng)C=0時(shí),傳輸門導(dǎo)通。若C=1時(shí)，T1將導(dǎo)通。76利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器CP=00截止導(dǎo)通截止D保持0導(dǎo)通0077利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器CP=11導(dǎo)通截止導(dǎo)通保持DD1截止1178利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器直到下個(gè)CP，輸出才能變化

CP0截止導(dǎo)通截止D接收新輸入保持，反饋接通0導(dǎo)通0079邊沿D觸發(fā)器的特性表：特性方程Qn+1=D利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器80觸發(fā)器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了便于觸發(fā)器置于所需狀態(tài)，還有兩個(gè)優(yōu)先級最高的異步輸入端。用于直接置0的異步輸入端，稱為置0（復(fù)位）端，用于直接置1的異步輸入端，稱為置1（置位）端。異步輸入端81有異步置0、置1端的邊沿D觸發(fā)器82邊沿D觸發(fā)器的邏輯符號，異步置0、置1端高電平有效。有異步置0、置1端的邊沿D觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)：Qn+1變化發(fā)生在CP的上升沿（或下降沿），Qn+