數(shù)字電子技術(shù)第四章 觸發(fā)器

數(shù)字電子技術(shù)第四章觸發(fā)器第一頁，共四十一頁，2022年，8月28日概述一、基本要求1.有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)(0、1)，以表示存儲(chǔ)內(nèi)容；2.能夠接收、保存和輸出信號(hào)。二、現(xiàn)態(tài)和次態(tài)1.現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)。2.次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后的狀態(tài)。三、分類1.按電路結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)：基本、同步、邊沿。2.按邏輯功能分：RS、JK、D和T(T

)。3.其他：TTL和CMOS，分立和集成。第二頁，共四十一頁，2022年，8月28日G24.1基本觸發(fā)器4.1.1由與非門組成一、電路及符號(hào)QG1R&&SQQQRSRSQ=0Q=10態(tài)Q=1Q=01態(tài)第三頁，共四十一頁，2022年，8月28日G2QG1R&&SQ二、工作原理Q=Q“保持”1001Q=0Q=10態(tài)“置0”或“復(fù)位”(Reset)0110Q=1Q=01態(tài)“置1”或“置位”(Set)Q和Q均為UHR

先撤消：1態(tài)S

先撤消：0態(tài)信號(hào)同時(shí)撤消：狀態(tài)不定

(隨機(jī))第四頁，共四十一頁，2022年，8月28日00001×觸發(fā)器狀態(tài)不定0×1010100觸發(fā)器置000101101觸發(fā)器置1111110011觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變說明Qn+1QnSDRD與非門組成的基本RS觸發(fā)器特性表置0端RD和置1端SD低電平有效。注意基本RS觸發(fā)器特性表的簡化表示Qn11101010不定00Qn+1SDRD特性方程:110×100×Qn+1Qn

RDSD01

00011110第五頁，共四十一頁，2022年，8月28日簡化波形圖QG1R&&SQ設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為0：QQSRQQ信號(hào)同時(shí)撤消,出現(xiàn)不確定狀態(tài)信號(hào)不同時(shí)撤消，狀態(tài)確定第六頁，共四十一頁，2022年，8月28日特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR邏輯符號(hào)置0、置1信號(hào)低電平有效置0、置1信號(hào)高電平有效注意弄清輸入信號(hào)是低電平有效還是高電平有效?；?/p>

RS觸發(fā)器的兩種形式第七頁，共四十一頁，2022年，8月28日SRQQ四、基本RS觸發(fā)器主要特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，具有置0、置1、保持功能。2.問題：輸入電平直接控制輸出狀態(tài)，使用不便，抗干擾能力差；R、S之間有約束。波形圖第八頁，共四十一頁，2022年，8月28日TTL集成基本觸發(fā)器74279、74LS279+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q48167427974LS279R1S11S12R2S2R3S31S32R4S4––––––––––4.1.3集成基本觸發(fā)器第九頁，共四十一頁，2022年，8月28日74279、74LS279第十頁，共四十一頁，2022年，8月28日同步觸發(fā)器：觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅受輸入端(R、S)控制，而且還受時(shí)鐘脈沖(CP)的控制。CP(ClockPulse):等周期、等幅的脈沖串。基本RS觸發(fā)器：S—直接置位端；R—直接復(fù)位端。(不受CP控制)同步觸發(fā)器：同步

RS

觸發(fā)器同步D觸發(fā)器4.2同步觸發(fā)器4.2.1同步RS觸發(fā)器第十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日一、電路組成及工作原理1.電路及邏輯符號(hào)QG1R&&SQG3R&&SG2G4CP曾用符號(hào)QQRSRSCPCP國標(biāo)符號(hào)QQRSRSCPC12.工作原理當(dāng)CP=0保持當(dāng)CP=1與基本RS觸發(fā)器功能相同第十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日特性表：CPRSQnQn+1注

0Qn保持

10

0010

0110

1010

1111

0011

0111101111011100不用不用保持置1置0不許特性方程:約束條件CP=1期間有效二、主要特點(diǎn)1.時(shí)鐘電平控制CP=1期間接受輸入信號(hào)；CP=0期間輸出保持不變。（抗干擾能力有所增強(qiáng)）2.RS之間有約束第十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日CPRS解：[例]試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中

Q端波形。原態(tài)未知QQQRSRSCPC1第十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.2.2同步D觸發(fā)器一、電路組成及工作原理QG1R&&SQG3R&&SG2G4CP1D（CP=1期間有效）簡化電路：省掉反相器。二、主要特點(diǎn)1.時(shí)鐘電平控制，無約束問題；2.CP=1時(shí)跟隨。下降沿到來時(shí)鎖存第十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、集成同步D觸發(fā)器1.TTL74LS375CPDQG1QG3R&&SG2G41>1>1G5RS+VCC74LS3751D01LE1D12D02LE2D11Q01Q01Q11Q12Q02Q02Q12Q114791215236510111413Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4––––D1CP1、2D2D3CP3、4D4816第十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日四、同步觸發(fā)器的特點(diǎn)

同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)式

同步觸發(fā)器的共同缺點(diǎn)是存在空翻，空翻可導(dǎo)致電路工作失控。觸發(fā)脈沖作用期間，輸入信號(hào)發(fā)生多次變化時(shí)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生多次變化的現(xiàn)象稱為空翻。指時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制

觸發(fā)器工作的方式

CP=1期間翻轉(zhuǎn)的稱正電平觸發(fā)式；

CP=0期間翻轉(zhuǎn)的稱負(fù)電平觸發(fā)式。第十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.3邊沿觸發(fā)器功能分類、功能及表示方法一、邊沿觸發(fā)器功能分類定義在CP作用下，J、K取值不同時(shí)，具有保持、置0、置1、翻轉(zhuǎn)功能的電路，都叫做JK型時(shí)鐘觸發(fā)器。1.JK型觸發(fā)器符號(hào)特性表JKQ

n+1功能

00

00

10

11Q

n01保持置0置1翻轉(zhuǎn)CP下降沿時(shí)刻有效QQCPC11JIK

J

KQ

n第十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日J(rèn)KQ

nQ

n+1功能

000001Q

n保持

01

0

101

0置0

10

1

0011置1

111101

Q

n翻轉(zhuǎn)JKQ

n+1功能

00

00

10

11Q

n01保持置0置1翻轉(zhuǎn)Q

nCP下降沿時(shí)刻有效10011100Qn+1Qn

JK0100011110特性方程第十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日CP下降沿觸發(fā)01J

=

0K

=

J

=

1，K

=

J

=

K=

0

J

=

，K

=

1

JK觸發(fā)器狀態(tài)圖JK觸發(fā)器時(shí)序圖特點(diǎn)：表述了CP對輸入和觸發(fā)器狀態(tài)在時(shí)間上的對應(yīng)關(guān)系和控制或觸發(fā)作用。第二十頁，共四十一頁，2022年，8月28日TTL邊沿JK

觸發(fā)器

CP下降沿觸發(fā)74LS112(雙JK觸發(fā)器)異步復(fù)位端RD、異步置位端SD

均為低電平有效,不受CP控制。實(shí)際應(yīng)用中，常需要利用異步端預(yù)置觸發(fā)器值(置0或置1)，預(yù)置完畢后應(yīng)使RD=SD=1。第二十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日第二十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日邊沿JK觸發(fā)器的主要特點(diǎn)

CP的上升沿或下降沿觸發(fā)；

抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高，在觸發(fā)沿瞬間，按的規(guī)定更新狀態(tài)；功能齊全(保持、置1、置0、翻轉(zhuǎn))，使用方便。第二十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.D型觸發(fā)器符號(hào)特性表特性方程CP上升沿時(shí)刻有效QQCPC11D

D

DQ

n+1功能

0

0

1

1置0置1定義在CP作用下，D取值不同時(shí)，具有置0、置1功能的電路，都叫做D型時(shí)鐘觸發(fā)器。第二十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日D觸發(fā)器狀態(tài)圖：01D

=

0D

=

1D

=

1D

=

0D觸發(fā)器時(shí)序圖CP上升沿觸發(fā)第二十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.TTL邊沿D

觸發(fā)器7474(雙D觸發(fā)器)符號(hào)引出端功能特性表CPDRDSDQn+1注

0

11

111110

1

1

0

0

001Qn01不用同步置0同步置1保持(無效)異步置0異步置1不允許Q1Q1VCC

SD1

CP1

SD2

CP2

D1

RD1D2

RD2Q2Q2地4231101211135698147

–

–

––

––

3.邊沿D觸發(fā)器主要特點(diǎn)CP的上升沿(正邊沿)或下降沿(負(fù)邊沿)觸發(fā)；

抗干擾能力極強(qiáng)；

只有置1、置0功能。QQCPC11DD

S

RSD

RD第二十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.T

型觸發(fā)器QQCPC11TT

TQ

n+1功能

0

Q

n

1

Q

n保持翻轉(zhuǎn)CP下降沿時(shí)刻有效4.T

’

型觸發(fā)器QQCPC1Q

n

Q

n+1功能

0

1

1

0翻轉(zhuǎn)

CP下降沿時(shí)刻有效在CP作用下，當(dāng)T=0時(shí)保持狀態(tài)不變，T=1時(shí)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的電路，叫T型時(shí)鐘觸發(fā)器。只有CP輸入端，沒有數(shù)據(jù)輸入端，每來一個(gè)CP就翻轉(zhuǎn)一次的電路叫T’型時(shí)鐘觸發(fā)器.第二十七頁，共四十一頁，2022年，8月28日三、邊沿觸發(fā)器邏輯功能表示方法間的轉(zhuǎn)換1.特性表卡諾圖、特性方程、狀態(tài)圖和時(shí)序圖Qn+1Qn

JK0100011110JKQ

n+1功能

00Q

n保持

0

10置0

1

01置1

11Q

n翻轉(zhuǎn)0100111001

0/1

/

0/

1

/(1)特性表

卡諾圖、狀態(tài)圖(2)特性表

特性方程向時(shí)序圖的轉(zhuǎn)換(略)第二十八頁，共四十一頁，2022年，8月28日2.狀態(tài)圖特性表、卡諾圖、特性方程和時(shí)序圖01

0/1

/

0/

1

/

00/

01/10

/11

/00/

10/

01

/11

/JKQ

nQ

n+1Qn+1Qn

JK01

000111100000010101

010

1

01

0000

101

0011111

1111011010第二十九頁，共四十一頁，2022年，8月28日狀態(tài)圖

時(shí)序圖[例]

已知CP、J、K波形，畫輸出波形。假設(shè)初始狀態(tài)為0。CPJK01

00/

01/10

/11

/01

/11

/00/

10/

1001110000Q010011第三十頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.不同觸發(fā)器間的相互轉(zhuǎn)換（補(bǔ)充）1.JK

D2.JK

T、T′因此，令J=K=D已有Qn+1=JQn+KQn欲得Qn+1=DQQCPDC11J1KQQC11J1KQQCP1C11J1KTCP轉(zhuǎn)換方法(1)

寫出待求觸發(fā)器和給定觸發(fā)器的特性方程。(3)畫出用給定觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)待求觸發(fā)器的電路。(2)比較上述特性方程，得出給定觸發(fā)器中輸入信號(hào)的接法。第三十一頁，共四十一頁，2022年，8月28日3.D

JK已有Qn+1=D欲得Qn+1=JQn+KQn因此，令4.D

T5.D

T′已有Qn+1=D欲得Qn+1=已有Qn+1=D欲得Qn+1=Qn因此，令D=Qn因此，令D=QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK第三十二頁，共四十一頁，2022年，8月28日Q2Q11D1DFF1FF2石英方波振蕩器4MHzC1C1CP[例]下圖為分頻器電路，設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為

0，試畫出

Q1、Q2的波形并求其頻率。CP解：C1CPfQ1=fCP/2=2MHz，fQ2=fCP/4=1MHzCPQ10Q20Q1C1對

CP二分頻對

CP四分頻兩個(gè)

D

觸發(fā)器均構(gòu)成

CP

觸發(fā)的計(jì)數(shù)觸發(fā)器4.觸發(fā)器應(yīng)用舉例（補(bǔ)充）第三十三頁，共四十一頁，2022年，8月28日1010RDSDQ1JSDC1CP1KRSRDCP解：[例]試對應(yīng)輸入波形畫出下圖電路的輸出波形。C1CPSDSRRDQ1Qn+1=JQn

+KQn

=Qn

·Qn+Qn

·Qn

=Qn當(dāng)異步端無信號(hào)時(shí)，觸發(fā)器將在CP

時(shí)翻轉(zhuǎn)。RD和SD為非有效電平第三十四頁，共四十一頁，2022年，8月28日4.4觸發(fā)器的電氣特性4.4.1靜態(tài)特性（略）4.4.2動(dòng)態(tài)特性一、輸入信號(hào)的建立時(shí)間和保持時(shí)間1.建立時(shí)間

tset指要求觸發(fā)器輸入信號(hào)先于

CP

信號(hào)的時(shí)間。2.保持時(shí)間

th指保證觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，

CP

到來后輸入信號(hào)需保持的時(shí)間。邊沿

D

觸發(fā)器的tset和th均在10ns左右。CPD010101≥≥≥≥第三十五頁，共四十一頁，2022年，8月28日二、時(shí)鐘觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間指從

CP

觸發(fā)沿到達(dá)開始，到輸出端Q、Q

完成狀態(tài)改變所經(jīng)歷的時(shí)間。1.tPHL為輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。TTL邊沿

D

觸發(fā)器7474，tPHL≥40ns。2.tPLH為輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間。7474，≤25ns。三、時(shí)鐘觸發(fā)器的最高時(shí)鐘頻率fmax由于每一級(jí)門電路的傳輸延遲，使時(shí)鐘觸發(fā)器的最高工作頻率受到限制。7474，fmax

≥15MHz。第三十六頁，共四十一頁，2022年，8月28日第四章小結(jié)一、觸發(fā)器和門電路一樣，也是組成數(shù)字電路的基本邏輯單元。它有兩個(gè)基本特性：1.有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（0狀態(tài)和1狀態(tài)）。

2.在外信號(hào)作用下，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換；沒有外信號(hào)作用時(shí)，保持原狀態(tài)不變。因此，觸發(fā)器具有記憶功能，常用來保