第十三講-邊沿觸發(fā)器與其功能變換000

內(nèi)容：1.邊沿觸發(fā)器2.主從觸發(fā)器目的與要求：1.掌握觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)方式和主從觸發(fā)方式。

2.掌握各種邏輯功能的觸發(fā)器：RS、D、JK、T、T′的邏輯功能。

3.掌握查手冊了解MSI觸發(fā)器的邏輯功能和性能的方法。重點與難點：1.正確理解觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式。

2.熟練掌握觸發(fā)器的特性方程。難點：觸發(fā)方式、特性表、驅(qū)動表的正確理解。

第一頁，共35頁。課堂討論： D觸發(fā)器的特性方程中沒有出現(xiàn)Q

n，那么它是時序電路嗎？復(fù)習(xí)（提問）： 時序電路的一些基本概念復(fù)習(xí)：現(xiàn)態(tài)、次態(tài)、0/1狀態(tài)、復(fù)位端、置位端、低電平有效、RS觸發(fā)器的特性表、驅(qū)動表、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。本節(jié)中，不詳細(xì)分析觸發(fā)器具體電路的工作原理，只簡單了解即可。因為集成觸發(fā)器的學(xué)習(xí)以應(yīng)用為主，不強調(diào)內(nèi)部電路。重點：邏輯功能、觸發(fā)方式?？朔辗呇赜|發(fā)方式和主從觸發(fā)方式第二頁，共35頁。邊沿觸發(fā)器為何要用邊沿觸發(fā)器？同步觸發(fā)方式存在空翻，為了克服空翻。邊沿觸發(fā)器只在時鐘脈沖CP上升沿或下降沿時刻接收輸入信號，電路狀態(tài)才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而提高了觸發(fā)器工作的可靠性和抗干擾能力，它沒有空翻現(xiàn)象。邊沿觸發(fā)器主要有維持阻塞D觸發(fā)器，邊沿JK觸發(fā)器、CMOS邊沿觸發(fā)器等。以下各邊沿觸發(fā)器的具體電路不詳細(xì)分析其工作原理，只簡單了解即可。因為集成觸發(fā)器的學(xué)習(xí)以應(yīng)用為主，不強調(diào)內(nèi)部電路。第三頁，共35頁。TTL邊沿觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)邏輯符號中“^”表示邊沿觸發(fā)輸入。加小圓圈：表示下降沿有效觸發(fā)。不加小圓圈：表示上升沿有效觸發(fā)。TTL邊沿JK觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號2.邏輯功能式中：Qn+1為CP下降沿到來后的狀態(tài)；其余為CP到來前的狀態(tài)。第四頁，共35頁。工作過程：在CP等于0期間，與非門3、4及與門A、D均被封鎖，基本觸發(fā)器（門1、2）經(jīng)過門B、C處于保持狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)J、K不會被接收。在CP等于1期間，基本觸發(fā)器可以通過與J、K無關(guān)的與門A、D而處于保持狀態(tài)，此時J、K數(shù)據(jù)能經(jīng)門3、4到達(dá)與門B、C的輸入端，但它無法進(jìn)入基本觸發(fā)器。如，若觸發(fā)器的原始狀態(tài)為Q=0，那么此時的門4被Q=0封鎖，經(jīng)門3到達(dá)門B的輸入的輸入數(shù)據(jù)將會被門A的“1”輸出封鎖在與或非門1之外，從而使B門的輸入不能進(jìn)入基本觸發(fā)器。當(dāng)CP的負(fù)跳變來到時，就會產(chǎn)生兩方面的情況。首先，CP將關(guān)閉門A、D，從而破壞了基本觸發(fā)器保持狀態(tài)的條件，使已進(jìn)入與門B或C的數(shù)據(jù)能進(jìn)入基本觸發(fā)器。隨后，CP的負(fù)沿封鎖了門3、4，從而把與門B、C打開，又使基本觸發(fā)器通過門B、C處于保持狀態(tài)。然而，基本觸發(fā)器能否可靠地翻轉(zhuǎn)，取決于內(nèi)部一些門的延遲時間。若電路參數(shù)選得合理，使與門A、D關(guān)閉較快，使門3、4關(guān)閉時間較慢，并且基本觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)較快，那么在門A、D關(guān)閉的同時，進(jìn)入B、C的輸入數(shù)據(jù)在基本觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)穩(wěn)定后，門3、4輸出信息才消失，這樣，觸發(fā)器才能可靠地接收數(shù)據(jù)。由于CP正跳變來到時，CP要打開與門A、D和與非門3、4。如果使門A、D的開啟比與非門3、4的開啟快，就能確保CP正跳變來到時觸發(fā)器仍處于保持狀態(tài)，否則觸發(fā)器就要接收數(shù)據(jù)。上圖所示的觸發(fā)器就是利用門A、D的開啟快于門3、4的開啟；門A、D的關(guān)閉快于門3、4的關(guān)閉以及基本觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)較快來實現(xiàn)負(fù)沿觸發(fā)的。演示第五頁，共35頁。3.具有直接置0和置1端的邊沿JK觸發(fā)器下圖為下降沿觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器74LS112。置0（）置1（）端均為低電平有效，異步方式（不受CP的影響）。異步置位端與門3、4相連的原因，以置0端為例：假設(shè)在置0信號作用期間J=1，若只和C、D相連而不與門3相連，則當(dāng)CP負(fù)跳變來到時，門A輸出的負(fù)跳變就一定比門B輸出的正跳變提前來到，于是在Q端就會出現(xiàn)一個正向的尖峰脈沖信號。若用信號去封鎖門3，那么CP的負(fù)跳變就不能到達(dá)門B，這樣也就消除了尖峰信號。第六頁，共35頁。4.JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器T觸發(fā)器：具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器。T’觸發(fā)器：只具有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器。1.JK觸發(fā)器T觸發(fā)器令JK觸發(fā)器的J=K=T，可得T觸發(fā)器的特性方程為：（CP脈沖下降沿到來有效）T觸發(fā)器的邏輯功能為：

T=1時：每輸入一個時鐘脈沖CP，觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；

T=0時：輸入時鐘脈沖CP時，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。T觸發(fā)器的作用：計數(shù)。第七頁，共35頁。2.JK觸發(fā)器T’觸發(fā)器令JK觸發(fā)器的J=K=1，可得T觸發(fā)器的特性方程為：（CP脈沖下降沿到來有效）T’觸發(fā)器是T觸發(fā)器在T=1時的特例。第八頁，共35頁。集成邊沿JK觸發(fā)器①74LS112為CP下降沿觸發(fā)。②CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步輸入端RD和SD為高電平有效。注意第九頁，共35頁。邊沿D觸發(fā)器工作原理（1）CP＝0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。（2）CP＝1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CP＝1期間始終都有Qm=D。第十頁，共35頁。下降沿時刻有效（3）CP下降沿到來時，封鎖門G7、G8，打開門G3、G4，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：邊沿D觸發(fā)器沒有一次變化問題。第十一頁，共35頁。邏輯符號第十二頁，共35頁。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。CP上升沿觸發(fā)第十三頁，共35頁。維持阻塞D觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)邏輯圖邏輯符號第十四頁，共35頁。2.邏輯功能與觸發(fā)方式1）邏輯功能若輸入D=1在CP=0時，保持。因D=1，G6輸入全1，輸出Q6=0，使Q4=1，Q5=1。當(dāng)CP由0躍變到1時，觸發(fā)器置1。在CP=1期間，②線阻塞了置0通路，故稱其為置0阻塞線。③線維持了觸發(fā)器的1狀態(tài)，故稱其為置1維持線。若輸入D=0在CP=0時，保持。因D=0，G6輸出Q6=1，這時，G5輸入全1，輸出Q5=0。當(dāng)CP由0躍變到1時，觸發(fā)器置0。在CP=1期間，①線維持了觸發(fā)器的0狀態(tài)，故稱其為置0維持線。④線阻塞了置1通路，故稱其為置1阻塞線?？梢?，它的邏輯功能和前面討論的同步D觸發(fā)器的相同。因此，其特性表、驅(qū)動表和特性方程也相同。第十五頁，共35頁。2）觸發(fā)方式—邊沿維持阻塞D觸發(fā)器是用時鐘脈沖上升沿觸發(fā)的。因此，又稱為邊沿D觸發(fā)器。

Qn+1=D（CP上升沿到來有效）式中的D信號指CP上升沿到來前的狀態(tài)。

Qn+1為CP上升沿到來后的狀態(tài)。第十六頁，共35頁。具有直接置0和置1端的維持阻塞D觸發(fā)器下圖為上升沿觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器74LS74的邏輯圖和邏輯符號。：直接（異步）置0端；：直接（異步）置1端；均為低電平有效；直接（異步）：指不受CP的影響。第十七頁，共35頁。D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器1.D觸發(fā)器T觸發(fā)器（CP脈沖上升沿到來有效）令D=T⊕Qn2.D觸發(fā)器T’觸發(fā)器（CP脈沖上升沿到來有效）令第十八頁，共35頁。主從觸發(fā)器1.主從觸發(fā)器與邊沿觸發(fā)器一樣可以克服空翻。2.結(jié)構(gòu)：主從結(jié)構(gòu)。內(nèi)部有相對稱的主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。3.觸發(fā)方式：主從式。主、從兩個觸發(fā)器分別工作在CP兩個不同的時區(qū)內(nèi)。總體效果上與邊沿觸發(fā)方式相同。狀態(tài)更新的時刻只發(fā)生在CP信號的上升沿或下降沿。4.優(yōu)點：在CP的每個周期內(nèi)觸發(fā)器的狀態(tài)只可能變化一次，能提高觸發(fā)器的工作可靠性。主從觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的。各種邏輯功能的觸發(fā)器都有主從觸發(fā)方式的觸發(fā)器，即：主從RS觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、主從D觸發(fā)器、主從T觸發(fā)器、主從T’觸發(fā)器。第十九頁，共35頁。主從RS觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)由兩個同步RS觸發(fā)器串聯(lián)組成，上面的為從觸發(fā)器，下面的為主觸發(fā)器。

G9門的作用是將CP反相，使主、從兩個觸發(fā)器分別工作在兩個不同的時區(qū)內(nèi)。（1）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開，接收輸入信號R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。工作原理第二十頁，共35頁。01（2）輸出信號過程CP下降沿到來時，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、的值當(dāng)然不可能改變。CP下降沿到來時有效特性方程第二十一頁，共35頁。邏輯符號電路特點主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。但其仍然存在著約束問題，即在CP＝1期間，輸入信號R和S不能同時為1。第二十二頁，共35頁。主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒有約束。第二十三頁，共35頁。特性表、時序圖第二十四頁，共35頁。電路特點邏輯符號①主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。②輸入信號J、K之間沒有約束。③存在一次變化問題。第二十五頁，共35頁。帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置110001111第二十六頁，共35頁。帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器的邏輯符號第二十七頁，共35頁。集成主從JK觸發(fā)器低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)第二十八頁，共35頁。與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號J、K之間沒有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。第二十九頁，共35頁?？偨Y(jié)：觸發(fā)器的兩要素一、邏輯功能1.描述方法：邏輯符號、特性表、驅(qū)動表、特性方程1）邏輯符號

“^”：表示邊沿觸發(fā)輸入。

小圓圈：表示下降沿有效觸發(fā)。無小圓圈：表示上升沿有效觸發(fā)?！癌贰保罕硎局鲝挠|發(fā)輸出。第三十頁，共35頁。2）特性表3）驅(qū)動表第三十一頁，共35頁。4）特性方程第三十二頁，共35頁。二、觸發(fā)方式1.基本RS觸發(fā)器：

直接電平觸發(fā)（低電平有效/高電平有效