數(shù)字章記憶單元電路

數(shù)字章記憶單元電路第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)時(shí)序邏輯電路————任何一個(gè)時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還與電路原來的輸出狀態(tài)有關(guān)。時(shí)序電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）含有記憶單元（最常用的是觸發(fā)器）。（2）具有反饋通道。記憶單元X1XiZ1ZjQ1QmD1Dm…………輸入信號(hào)信號(hào)輸出觸發(fā)器觸發(fā)器輸入信號(hào)輸出信號(hào)CP邏輯門第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

5.1鎖存器一、用與非門組成的RS鎖存器

1．電路結(jié)構(gòu):由兩個(gè)與非門交叉連接而成。置0端置1端低電平有效互補(bǔ)輸出端第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六Qn+1RS功能Qn功能表011100置000R稱為置0輸入端低電平有效0101100111010001置0端置1端0態(tài)2.邏輯功能第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六Qn+1RS功能Qn功能表100011置111S稱為置1輸入端低電平有效010110011101000100置0置0端置1端1態(tài)第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六Qn+1RS功能Qn功能表01置0000110置111011111100011Qn+1＝Qn保持0001置0端置1端01第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六Qn+1RS功能Qn功能表01置0000110置11101110011011011Qn+1＝Qn保持00不定××01？？置0端置1端低電平有效第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3.波形分析

例

在用與非門組成的RS鎖存器中，設(shè)初始狀態(tài)為0，已

知輸入R、S的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。10第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六邏輯功能：100011Qn+1RS功能Qn功能表01置1110110置000011101××不定00保持0101二．用或非門組成的基本RS觸發(fā)器置1輸入端S——高電平有效。置0輸入端R——高電平有效。置1端置0端互補(bǔ)輸出端第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六波形分析：

邏輯符號(hào)：高電平有效10第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六三、門控RS鎖存器

給鎖存器加一個(gè)使能信號(hào)E，只有在E有效時(shí)，鎖存器狀態(tài)才能改變，E無效時(shí)，鎖存器保持原狀態(tài)，這種電路稱為門控鎖存器。

1．電路結(jié)構(gòu)上升沿觸發(fā)QQ1S1RC1E置0端置1端互補(bǔ)輸出端使能信號(hào)端&&GGQQ12&&RSE3G4G第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

當(dāng)E＝0時(shí)，控制門G3、G4關(guān)閉，鎖存器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)E＝1時(shí)，G3、G4打開，其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號(hào)決定。Qn+1RS功能Qn功能表0101置111011010置00001111101××不定0000保持01012．工作原理&&GGQQ12&&RSE3G4G第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

波形圖

已知門控RS鎖存器的輸入波形，畫出輸出波形圖。R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向；E控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)段。10高電平有效高電平有效SREQQ1S1RC1E第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六四、門控D鎖存器1.結(jié)構(gòu)與功能：設(shè)：D=111010設(shè)：D=001010RSQ=1Q=0&GQ4QDG3&G6512&&1G1EGG0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)

功能D鎖存器的功能表第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六五．門控鎖存器存在的問題——空翻

有效翻轉(zhuǎn)

空翻在許多時(shí)序電路中，一個(gè)E信號(hào)周期內(nèi)，只允許Q發(fā)生一次有效翻轉(zhuǎn)，這個(gè)翻轉(zhuǎn)出現(xiàn)在E信號(hào)的上升沿或下降沿。0&&GGQQ12&&RSE3G4GRSE第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六從邏輯功能來分：RS觸發(fā)器

JK觸發(fā)器

D觸發(fā)器

T觸發(fā)器

T′觸發(fā)器從結(jié)構(gòu)來分：TTL主從觸發(fā)器

CMOS主從邊沿觸發(fā)器維持阻塞邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器的分類觸發(fā)器：只在時(shí)鐘信號(hào)跳變沿改變狀態(tài)且沒有空翻的記憶單元稱為觸發(fā)器第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5.2觸發(fā)器由兩級(jí)門控RS鎖存器串聯(lián)組成。CP

與CP’互補(bǔ)，使兩個(gè)鎖存器輪流工作。一、主從RS觸發(fā)器

1．電路結(jié)構(gòu)第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六012．工作原理Qn+1RS功能Qn功能表0101置111011010置00001111101××不定0000保持0101主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：

（1）當(dāng)CP＝1時(shí)，CP’＝0，

“主”開“從”閉（2）當(dāng)CP

時(shí)，即CP＝0、CP’＝1。

“從”開“主”閉101010

主從RS觸發(fā)器的符號(hào)：下降沿觸發(fā)第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六RSCP

有效翻轉(zhuǎn)00下降沿觸發(fā)（1）觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的下降沿（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)。3．克服空翻的原理：第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六4．觸發(fā)器功能的幾種表示方法

（2）特性方程由功能表→特性方程：Qn+1RS功能Qn功能表0101置111011010置00001111101××不定0000保持0101（約束條件）（1）功能表第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖-------體現(xiàn)觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求。Qn+1RS功能Qn功能表0101置111011010置00001111101××不定0000保持0101第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

（4）驅(qū)動(dòng)表

驅(qū)動(dòng)表是用表格的方式表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求。00011011Qn→Qn+1×001100×RS

RS觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表

Qn+1RS功能Qn功能表0101置111011010置00001111101××不定0000保持0101第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

(5)波形圖

已知同步RS觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六二、主從JK觸發(fā)器RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)：有約束條件1．電路結(jié)構(gòu)S=JQR=KQ第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2．邏輯功能Qn+1JK功能QnJK觸發(fā)器功能表0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)00011010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000Qn＋1=Qn0101Qn＋1=Qn主從JK觸發(fā)器下降沿觸發(fā)第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3．JK觸發(fā)器邏輯功能的幾種表示方法(1）功能表：（2）特性方程：Qn+1JK功能QnJK觸發(fā)器功能表0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)00011010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000Qn＋1=Qn0101Qn＋1=Qn第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（4）驅(qū)動(dòng)表00011011Qn→Qn+10×1××1×0JK

JK觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表

Qn+1JK功能QnJK觸發(fā)器功能表0101輸出狀態(tài)同J狀態(tài)00011010輸出狀態(tài)同J狀態(tài)1101111101100000保持0101Qn=Qn第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六例

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）。在畫主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）61KCPJ5423（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)。(4)波形圖0第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六三．主從T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。T觸發(fā)器特性方程：00011011T

Qn0110Qn+1功能

T觸發(fā)器的功能表

Qn+1=QnQn+1=Qn第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六

當(dāng)T觸發(fā)器的輸入端為T=1時(shí)，稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程：計(jì)數(shù)狀態(tài)CPQ1CP01Qn10

Qn+1功能

T’觸發(fā)器的功能表

Qn+1=Qn第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六干擾信號(hào)4．主從JK觸發(fā)器存在的問題——一次變化現(xiàn)象例5.2.2

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）。01010111101010101由此看出，主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器只變化（翻轉(zhuǎn)）一次，這種現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。0011000第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六1．結(jié)構(gòu)及工作原理門控D鎖存器具有D的邏輯功能，且為上升沿觸發(fā)。但有空翻現(xiàn)象。RS四、維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器門控D鎖存器0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)

功能D觸發(fā)器的功能表第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3LL3稱為置0維持線。L1稱為置1維持線。L2稱為置0阻塞線。維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器

為了克服空翻，在原電路的基礎(chǔ)上引入三根反饋線。第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六0011001①置0。設(shè)：D=0L3稱為置0維持線。01第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六11001101②

置1。設(shè)：D=100L1稱為置1維持線。L2稱為置0阻塞線。

可見，引入了維持線和阻塞線后，使觸發(fā)器克服了空翻。該觸發(fā)器在CP上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，并且，CP上升沿前一瞬間的D信號(hào)決定輸出狀態(tài)（具有邊沿觸發(fā)的特點(diǎn)）。C1∧QQ1D上升沿觸發(fā)第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2．D觸發(fā)器的邏輯功能D觸發(fā)器的特性方程為：Qn+1=D0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)

功能D觸發(fā)器的功能表第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：00011011Qn→Qn+10101D

D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表

0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)

功能D觸發(fā)器的功能表第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六例：已知維持—阻塞D觸發(fā)器的輸入波形，

畫出輸出波形圖。解：在畫波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)時(shí)刻發(fā)生在CP的上升沿。（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CP上升沿前一瞬間輸入端D的狀態(tài)。第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3.觸發(fā)器的直接置0和置1端（預(yù)置初始狀態(tài)）

RD——直接置0端，低電平有效；SD——直接置1端，低電平有效。RD和SD不受CP和D信號(hào)的影響，具有最高的優(yōu)先級(jí)。RDSDQn+100不定01010111棄權(quán)000111110RDC1S∧QSRQD1D&GQ54QQDG34Q&G65Q6Q12&&&3G&CPGGSDRD直接置0端直接置1端低電平有效第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六二、CMOS主從結(jié)構(gòu)的邊沿觸發(fā)器1．電路結(jié)構(gòu):由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成由于引入了傳輸門，該電路雖為主從結(jié)構(gòu)，卻沒有一次變化問題，具有邊沿觸發(fā)器的特性。第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六2．工作原理觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：（1）當(dāng)CP正跳變后，TG1開通，TG2關(guān)閉。主觸發(fā)器接收D信號(hào)。同時(shí)，TG3關(guān)閉，TG4開通，從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng)CP負(fù)跳變后，TG1關(guān)閉，TG2開通，主觸發(fā)器自保持。同時(shí)，TG3開通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)。設(shè)：D=1（原狀態(tài)Q=0）0111011010若把所有傳輸門的控制信號(hào)對(duì)換，就可改為上升沿翻轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：CP下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，次態(tài)取決于下降沿前一瞬間的輸入D。第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六3．帶有RD端和SD端的

CMOS觸發(fā)器SD和RD均為高電平有效,異步(直接)清零,異步(直接)置1.第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期六5.3集成鎖存器與觸發(fā)器一、集成觸發(fā)器舉例1．TTL主從JK觸發(fā)器74LS72特點(diǎn)：（1）有3個(gè)J端和3個(gè)K