第五章觸發(fā)器

1第五章觸發(fā)器5.1觸發(fā)器概述5.2基本RS觸發(fā)器5.3鐘控觸發(fā)器5.4集成觸發(fā)器5.5各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換25.1觸發(fā)器概述能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息的基本單元電路稱觸發(fā)器(Flip-Flop)。1、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”或“1”，或表示二進(jìn)制數(shù)的0或1。2、具有一對互補(bǔ)輸出(Q、Q)一、觸發(fā)器的定義二、觸發(fā)器應(yīng)具備的特點(diǎn)

當(dāng)Q=0(Q=1)時(shí)稱觸發(fā)器存儲(chǔ)了“0”。

當(dāng)Q=1(Q=0)時(shí)稱觸發(fā)器存儲(chǔ)了“1”；33、有一組控制(激勵(lì)、驅(qū)動(dòng))輸入。4、或許有定時(shí)(時(shí)鐘)端CP(ClockPulse)。5、在輸入信號(hào)消失后，電路能將獲得的新狀態(tài)保存下來。6、觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)叫做現(xiàn)態(tài)，用Qn表示。觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后的狀態(tài)叫做次態(tài)，用Qn+1表示?，F(xiàn)態(tài)和次態(tài)是兩個(gè)相鄰離散時(shí)間里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。7、Qn+1與Qn和輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，是貫穿本章始終的基本問題，如何獲得、描述和理解這種邏輯關(guān)系，是本章學(xué)習(xí)的中心任務(wù)。45.2基本R-S觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)SRQQQQSR&&5.2.1與非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器返回52、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表例0001*1*QnS

R

Qn+1Qn+1

注釋0011001001011011001*1*101101100111110禁用置位復(fù)位保持禁用置位復(fù)位保持63、特征方程(次態(tài)方程)SR0001111001d01010d1QnQn+1(約束條件)7

Qn

QnSR4、時(shí)序圖85.2.2或非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)RSQQQQRS≥1≥1比較92、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表QnS

R

Qn+1Qn+1

注釋0000100101010100110*0*1001010101110101110*0*保持復(fù)位置位禁用保持復(fù)位置位禁用10SR00011110010d01011dQnQn+13、特征方程(約束條件)11

Qn

QnSR4、時(shí)序圖12從以上分析可知，與非門和或非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器的特征方程可統(tǒng)一為：(與非門結(jié)構(gòu)的約束條件)(或非門結(jié)構(gòu)的約束條件)RS觸發(fā)器存在的問題：(1)存在約束條件的限制；(2)沒有時(shí)鐘信號(hào)，無法與其他部件同步工作。135.3鐘控觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)QQSRCP&&&&SR5.3.1鐘控RS觸發(fā)器SCPRQQ143、特征方程01(CP=1)(約束條件)4、狀態(tài)圖010010RS002、工作狀態(tài)CP=0時(shí)，保持狀態(tài)不變；CP=1時(shí)，接收輸入信號(hào)。100115(2)在CP=1期間，只要R、S稍有變化，那么Q端也隨之變化，存在“空翻”問題。5、優(yōu)點(diǎn)(1)仍然存在約束條件。在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)觸發(fā)器狀態(tài)多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象被稱為“空翻”?！翱辗睍?huì)造成節(jié)拍混亂，使系統(tǒng)工作不可靠，因此在實(shí)際的數(shù)字電路中是不允許出現(xiàn)的。6、存在的問題加入了時(shí)鐘信號(hào)，使同步工作成為可能。16CPSRQnQn175.3.2主從RS觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)1G9CPQQ&&&&G1G2G3G4從觸發(fā)器SRCP&&&&G5G6G7G8Q`Q`主觸發(fā)器182、邏輯符號(hào)SRCPQQ193、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1G9CPQQ&&&&G1G2G3G4SRCP&&&&G5G6G7G8Q`Q`QnS

R

Qn+1注釋0000001001010111*1001101011011111*保持置0置1禁用保持置0置1禁用203、特征方程(約束條件)4、時(shí)序圖Q`Q`QCPSR215、優(yōu)點(diǎn)6、存在的問題(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)解決了“空翻”問題。仍然存在約束條件。225.3.3D觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)若CP=0，則G3=G4=1，于是Qn+1=Qn。若CP=1，于是Qn+1=0；那么D=0時(shí)，G3=1，G4=0，D=1時(shí)，于是Qn+1=1。G3=0，G4=1，QQDCP&&&&G1G2G3G423Qn+1=D2、特征方程3、優(yōu)點(diǎn)(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)沒有約束條件。4、存在的問題(1)存在“空翻”問題；(2)只有一個(gè)輸入端，邏輯功能簡單。245.3.4維持阻塞D觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)QQ&&G1G2&&&&G6G3G4G5DCP25CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=126&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6011DCP=0:G3、G4被封鎖，G3=G4=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變化,Qn+1=Qn_D27&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G60→1_1→D1→DD_DCP=0→1:G3=D，G4=D，觸發(fā)器狀態(tài)隨D變化,Qn+1=D_G3、G4的輸出：

全1

互補(bǔ)G1、G2構(gòu)成的RS觸發(fā)器的輸入不會(huì)出現(xiàn)約束條件28&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G61_DDDCP=1:D=0，G6被封鎖G6=1，觸發(fā)器狀態(tài)不隨D變化,Qn+1=Qn不會(huì)出現(xiàn)空翻置0阻塞線29&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G61_DDDCP=1:D=1，G4、G5被封鎖觸發(fā)器狀態(tài)不隨D變化,Qn+1=Qn不會(huì)出現(xiàn)空翻置1維持線&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6解決了空翻現(xiàn)象CPQn+10不發(fā)生變化1Qn+1=D沒有了約束條件置0阻塞線置1維持線邊沿（維持-阻塞）D型觸發(fā)器Qn+1=D312、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPQnDnQn+101D01103、狀態(tài)圖000011100111324、特征方程Qn+1=D5、邏輯符號(hào)DQQCP336、優(yōu)點(diǎn)(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)沒有約束條件；7、存在的問題只有一個(gè)輸入端，邏輯功能簡單。(3)解決了“空翻”問題。345.3.4JK觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)QQCP&&&&JKG1G2G3G435QnJ

K

Qn+1注釋2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表QQCP&&&&JKG1G2G3G4000001010011100101110111保持置0置1翻轉(zhuǎn)保持置0置1翻轉(zhuǎn)0011101036JK000111100101010110QnQn+13、特征方程374、優(yōu)點(diǎn)(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)沒有約束條件；5、存在的問題存在“空翻”問題。(3)有兩個(gè)輸入端。385.3.5主從JK觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)QQ&&&&1G1G2G3G4G9CP從觸發(fā)器返回JKCP&&&&G5G6G7G8Q`Q`主觸發(fā)器392、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表QQ&&&&1G1G2G3G4G9CPJKCP&&&&G5G6G7G8Q`Q`000001010011100101110111保持置0置1翻轉(zhuǎn)保持置0置1翻轉(zhuǎn)00111010QnJ

K

Qn+1注釋403、特征方程JKQn+100Qn01010111Qn4、狀態(tài)簡化表415、邏輯符號(hào)JKCPQQ4201JK00011011001001116、狀態(tài)圖437、時(shí)序圖12345678910CPJKQn主從圖448、優(yōu)點(diǎn)(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)沒有約束條件；9、存在的問題(4)解決了“空翻”問題。(3)有兩個(gè)輸入端；存在“一次變化”問題。在CP為“1”期間，主觸發(fā)器僅能翻轉(zhuǎn)一次的現(xiàn)象稱一次變化。45造成“一次變化”的原因QQJKCP&&&&&&&&1CPQ`Q`G7G8狀態(tài)互補(bǔ)的Q和Q分別引回了門G7和G8的輸入，使門G7和G8總有一個(gè)是被封鎖的。若Q=1(Q=0)時(shí)，門G7被封鎖，J端不起作用。若此時(shí)K=1，則可將Q`置為1，Q`置為0。此后無論J、K如何變化，主觸發(fā)器的狀態(tài)(Q`、Q`)也不會(huì)改變。46在CP從“1”變?yōu)椤?”后，主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器。QQJKCP&&&&&&&&1CPQ`Q`G7G8因此，如果在CP=1期間J、K狀態(tài)多次改變，那么只有引起一次變化的J、K值起作用，其他的都不會(huì)有影響。一次變化問題降低了主從JK觸發(fā)器的抗干擾能力。4710、使用要求在CP=1期間J、K的狀態(tài)保持不變。即將主從JK觸發(fā)器的工作過程歸結(jié)為十個(gè)字：

“上升沿接收，下降沿改變”。倘若在CP=1期間，疊加在J、K上面的干擾信號(hào)引起一次變化，那么將造成觸發(fā)器的錯(cuò)誤翻轉(zhuǎn)。因此，工程上逐漸由邊沿型JK觸發(fā)器取代了主從型JK觸發(fā)器。485.3.6邊沿JK觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)&&&&≥1≥1QQCPJKG1G2SRG3G4G5G6CP=0時(shí)，G1、G2、G3、G6被封鎖，S=R=1，所以Qn+1=Qn。CP=1時(shí)，觸發(fā)器處于自鎖狀態(tài)，所以Qn+1=Qn。CP從0變1，即CP上升沿時(shí)，觸發(fā)器由保持狀態(tài)不變進(jìn)入自鎖狀態(tài)，所以Qn+1=Qn。49CP從1變0，即CP下降沿時(shí)，&&&&≥1≥1QQCPJKG1G2SRG3G4G5G6雖然G1、G2由于CP從1變0而被封鎖，但其輸出端S、R要經(jīng)過一個(gè)與非門延遲才能變?yōu)?，G3、G6輸出0，觸發(fā)器解除自鎖狀態(tài)，

所以在解除自鎖的一刻，被基本RS觸發(fā)器接收的R、S仍為CP下降沿到來之前的值，即：于是由電路圖可得：所以：502、邏輯符號(hào)JKCPQQ513、特征方程JKQn+100Qn01010111Qn4、狀態(tài)簡化表5201JK00011011001001115、狀態(tài)圖5312345678910CPJKQn主從Qn邊沿6、時(shí)序圖547、優(yōu)點(diǎn)(1)有時(shí)鐘信號(hào)，可以同步工作；(2)沒有約束條件；(4)解決了“空翻”問題；(3)有兩個(gè)輸入端；(5)解決了“一次變化”問題。55基本RS觸發(fā)器鐘控RS觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器D觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器JK觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器邊沿JK觸發(fā)器各觸發(fā)器之間的關(guān)系同步去除約束條件去除約束條件空翻空翻空翻一次變化問題565.4集成觸發(fā)器1、邏輯符號(hào)5.4.1集成D觸發(fā)器DQQCPSDRD2、特征方程(1)同步工作時(shí)(約束條件)(CP)(2)異步工作時(shí)(約束條件)57Qn12345678910CPSDRDD3、時(shí)序圖585.4.2集成JK觸發(fā)器1、邏輯符號(hào)2、特征方程(1)同步工作時(shí)JQQCPSDRDK（CP）(約束條件)(2)異步工作時(shí)(約束條件)593、時(shí)序圖Qn12345678910CPSDRDJK605.4.3其它功能的觸發(fā)器一、T觸發(fā)器1、邏輯符號(hào)TQnQn+1TQQCPSDRD3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表0000111011102、特征方程T=0時(shí)，Qn+1=Qn；T=1時(shí)，Qn+1=Qn。61CPTQnJQQCPSDRDKTT觸發(fā)器無產(chǎn)品，一般由JK觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)其功能。62二、T`觸發(fā)器(翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器)DQQCPSDRDJQQCPSDRDK11、特征方程為:T`觸發(fā)器可以由JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器構(gòu)成。63(1)JK觸發(fā)器構(gòu)成的T`觸發(fā)器CPQn(2)D觸發(fā)器構(gòu)成的T`觸發(fā)器CPQn2、時(shí)序圖645.5各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換一、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器、RS觸發(fā)器1、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器JK觸發(fā)器：D觸發(fā)器：于是可得：JQQDKCP1652、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器：RS觸發(fā)器：利用鐘控RS觸發(fā)器的約束條件可得：所以J=S；K=R。JKQQSRCP66二、D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器、RS觸發(fā)器1、D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器：D觸發(fā)器：于是：DQQCPJK&&&1672、D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS觸發(fā)器D觸發(fā)器：RS觸發(fā)器：于是：SRDQQCP&&11683、D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器D觸發(fā)器：T觸發(fā)器：于是：TDQQCP=169習(xí)題（P128）：2、5、7、8、10。70返回QQSR&&001171CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=1011D72CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=11D1D__D73CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=11DDD__D74CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=11DDD__DD=0則G6被封鎖，D發(fā)生變化，不會(huì)引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。75CP=0；D=0G3=1G4=1CP=0；D=1G3=1G4=1&&&&&&CPDQQG1G2G3G4G5G6CP=1；D=0Qn+1=0CPCP=1；D=1G3=0CPQn+1=QnG5=0G6=1G4=0G5=0G3=1G5=1G6=0Qn+1=QnG6=0G4=1G5=1Qn+1=1G6=11DDD__DD=1則G3，G4被封鎖，D發(fā)生變化，不會(huì)引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。76