數(shù)字電路觸發(fā)器

數(shù)字電路觸發(fā)器第1頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-2R-S觸發(fā)器4-3-3主從觸發(fā)器4-3-4邊沿型觸發(fā)器4-3-5觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換4-3-1概述第三節(jié)觸發(fā)器4-3-6施密特觸發(fā)器見講義P220~2404-3-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第2頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-1概述觸發(fā)器：分單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫時狀態(tài)。電路只有一個輸出端，在沒有觸發(fā)信號時，電路的輸出狀態(tài)固定在高電平或低電平，當(dāng)有觸發(fā)信號時，電路的輸出從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，維持一段時間后自動返回穩(wěn)態(tài)。有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在觸發(fā)信號的作用下,從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，簡稱為觸發(fā)器。第3頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月二、觸發(fā)器特點：三、觸發(fā)器分類：能夠存儲一位二進制信息的基本單元。1.有兩個能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，分別用來表示邏輯0和邏輯1。2.在適當(dāng)輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)；在輸入信號取消后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來。按觸發(fā)方式分：電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式。按邏輯功能分：R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器和T觸發(fā)器。一、觸發(fā)器4-3-1概述第4頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-2R-S觸發(fā)器11101101一、電路圖與邏輯符號（2）由兩個“與非”門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器電路圖RD=1，SD=1，Q=0：=1兩個穩(wěn)定狀態(tài)：RD=1，SD=1，Q=1：=0RD，SD：輸入RD、SD為1輸出不變（1）邏輯符號；Q，：輸出第5頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月10真值表

RD

SD Q 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0不定（Ф）

1 1 不變 0001100111二、真值表RD=0，SD=1：=1，Q=0RD=1，SD=0：=0，Q=1RD=1，SD=1：、Q（不變）RD=0，SD=0：=Q=1，不穩(wěn)定RD、SD同時變?yōu)?時，輸出不穩(wěn)定。第6頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月RD：置零或復(fù)位端（低電平置零，邏輯符號上用小圓圈表示。）：觸發(fā)器非端或0端真值表

RD

SD Q 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0不定（Ф）

1 1 不變 SD：置1或置位端（低電平置１）Q：觸發(fā)器原端或1端第7頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月三、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

RD SD Qn Qn+1

0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 約束條件，不能同時為零?？ㄖZ圖特征方程Qn：原狀態(tài)(或現(xiàn)態(tài))Qn+1：新狀態(tài)(或次態(tài))狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表：輸入信號與原態(tài)、次態(tài)之間的關(guān)系。ФФ001101真值表真值表RD

SD Q 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0不定（Ф）

1 1 不變 第8頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月或非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器見P233第9頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月型號功能說明74279四與非結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器置位、復(fù)位信號低電平有效4043四或非結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器置位、復(fù)位信號高電平有效4044四與非結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器置位、復(fù)位信號低電平有效常見集成基本RS觸發(fā)器的邏輯符號

第10頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月四、鐘控R-S觸發(fā)器（1）電路圖與邏輯符號CP=0：狀態(tài)不變增加一個控制端，在其控制下，觸發(fā)器的狀態(tài)隨輸入變化。S=0，R=0：Qn+1=QnS=1，R=0：Qn+1=1S=0，R=1：Qn+1=0S=1，R=1：Qn+1=Ф控制輸入端R、S通過“非”門作用于基本R-S觸發(fā)器。CP=1：基本R-S觸發(fā)器輸入端均為1。第11頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）真值表約束條件不能同時為1。（3）特征方程CP=1：S=0，R=0：Qn+1=QnS=1，R=0：Qn+1=1S=0，R=1：Qn+1=0S=1，R=1：Qn+1=ФR S Qn+1

0 0 Qn

0 1 1 1 0 0 1 1 Ф

鐘控R-S觸發(fā)器真值表íì?=0SR+=+QRSQ

n1n第12頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)CP=1時，控制輸入不改變。對脈沖寬度的要求嚴(yán)格：例如，構(gòu)成移位寄存器時，脈寬大于三個、小于四個“與非”門的平均延遲時間。（4）時鐘控制R-S觸發(fā)器邏輯功能波形圖第13頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-3主從觸發(fā)器一、主從觸發(fā)器鐘控Ｒ-Ｓ觸發(fā)器在CP＝１時，Ｒ、Ｓ變化引起輸出多次改變。主從觸發(fā)器有：Ｒ－Ｓ主從觸發(fā)器、記數(shù)型主從觸發(fā)器、Ｔ觸發(fā)器及Ｊ－Ｋ主從觸發(fā)器。第14頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-3主從觸發(fā)器（一）邏輯符號二、主從Ｊ－Ｋ觸發(fā)器Ｊ、Ｋ：輸入ＲＤ、ＳＤ：異步置０、置１（不受ＣＰ限制）Ｑ、：輸出ＣＰ：時鐘控制輸入第16頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月主觸發(fā)器從觸發(fā)器真值表

K J Qn+1

0 0 Qn

1 0 0 0 1 1 1 1 （二）邏輯功能由兩個鐘控Ｒ－Ｓ觸發(fā)器構(gòu)成Ｋ與Ｒ對應(yīng)，Ｊ與Ｓ對應(yīng)。CP=0：從觸發(fā)器接受主觸發(fā)器狀態(tài)并翻轉(zhuǎn)穩(wěn)定CP=1:主觸發(fā)器接受激勵信號并翻轉(zhuǎn)穩(wěn)定第17頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月真值表

K J Qn+1

0 0 Qn

1 0 0 0 1 1 1 1 （三）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖與特征方程（１）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

Qn Qn+1 J K 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 01狀態(tài)0狀態(tài)1J=0K=K=0J=J=1K=K=1J=狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖第18頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）特征方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表

Qn Qn+1 J K 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 卡諾圖中對應(yīng)格中填入1第19頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月J-K觸發(fā)器的工作波形（四）J-K觸發(fā)器對激勵信號的要求CP=1,若J、K變化，觸發(fā)器的狀態(tài)與真值表不對應(yīng)。第20頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）J-K觸發(fā)器構(gòu)成Ｔ觸發(fā)器Ｊ－Ｋ觸發(fā)器的Ｊ、Ｋ端連接在一起形成Ｔ觸發(fā)器。真值表

K J Qn+1

0 0 Qn

1 0 0 0 1 1 1 1

真值表

T Qn+1

0 Qn

1 （１）邏輯符號（２）真值表第21頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月

激勵表

Qn Qn+1 T 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 （３）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（４）特征方程第22頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-4邊沿型觸發(fā)器一、工作原理主從觸發(fā)器：CP=1,若J、K變化，觸發(fā)器的狀態(tài)與真值表不對應(yīng)。二、維持-阻塞D觸發(fā)器（一）邏輯符號D：輸入ＲＤ、ＳＤ：異步置０、置１Ｑ、：輸出ＣＰ：時鐘控制，上升沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)器：上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)，激勵端的信號在觸發(fā)時間的前后幾個延遲時間內(nèi)保持不變，便可以穩(wěn)定地根據(jù)激勵輸入翻轉(zhuǎn)。

對激勵信號要求嚴(yán)格。第23頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）邏輯功能０１１１１０１００１１１００１Ｄ＝１，Ｑn＝０，ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝１置0阻塞線置1維持線第24頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）邏輯功能０１１１１０１1０１１0００１Ｄ＝１，Ｑn＝０，ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝１Ｄ＝１，Ｑn＝１ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝１Ｄ＝０，Ｑn＝０Ｄ＝０，Ｑn＝１第25頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）邏輯功能０１0１１1001001110Ｄ＝１，Ｑn＝０，ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝１Ｄ＝１，Ｑn＝１ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝１Ｄ＝０，Ｑn＝０ＣＰ上升沿：Ｑn+1＝0Ｄ＝０，Ｑn＝１自己分析置0維持線置1阻塞線第26頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月Qn+1=D

真值表D Qn+1

0 0 1 1

激勵表

Qn Qn+1 D 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 （三）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（四）狀態(tài)方程第28頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（五）觸發(fā)器的應(yīng)用（１）移位寄存器數(shù)碼1數(shù)碼1數(shù)碼2數(shù)碼1數(shù)碼3數(shù)碼2數(shù)碼1數(shù)碼4數(shù)碼3數(shù)碼2第29頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）計數(shù)D與狀態(tài)非連接，Q在CP上升沿翻轉(zhuǎn)。CP2與D1相連，Q2在Q1下降沿翻轉(zhuǎn)。第30頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-5觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換一、Ｊ－Ｋ型改Ｄ型Ｊ－Ｋ觸發(fā)器特征方程：Ｄ觸發(fā)器特征方程：Ｊ＝Ｄ＝Ｄ比較得：二、Ｄ型改Ｊ－Ｋ型

三、Ｄ型改Ｔ型自己完成第31頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-6施密特觸發(fā)器特點：

1、輸入信號從低電平上升的過程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時對應(yīng)的輸入電平，與輸入信號從高電平到低電平下降過程中對應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同----簡稱為遲滯特性。2、電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，通過電路內(nèi)部的正反饋過程使輸出電壓波形的邊沿變得很陡。功能與用途：消除系統(tǒng)自激和提高抗干擾能力。利用這兩個特點不僅能將邊沿變換緩慢的信號波行整形為邊沿陡峭的矩形波，而且可以將疊加在矩形波上的噪聲有效的清楚。第32頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-6施密特觸發(fā)器具有施密特特性的與非門電路圖由于R2＞R3,所以產(chǎn)生滯后特性具有施密特特性的與非門：正反饋電路，由于R2＞R3，使得T2導(dǎo)通時的VR4高于T1導(dǎo)通時的VR4，從而體現(xiàn)出施密特特性。邏輯符號第33頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-6施密特觸發(fā)器用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器：（一）、電路結(jié)構(gòu)假定G1,G2是CMOS電路，他們的閥值電壓為VTH=VDD／2而且R1＜R2（二）、工作原理當(dāng)VI從0逐漸升高并到達VI’=VTH時，G1進入了電壓傳輸特性轉(zhuǎn)折區(qū)，引發(fā)正反饋：VI↑→V01↓→V0↑于是V0迅速上升V0=V0H≈VDD我們定義臨界轉(zhuǎn)折點的VI叫正向轉(zhuǎn)折電壓VI+第34頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-6施密特觸發(fā)器當(dāng)VI從高電平逐漸下降并到達VI’=VTH時，引發(fā)又一個正反饋：VI↓→V01↑→V0↓于是V0迅速下降V0=V0L≈0我們定義臨界轉(zhuǎn)折點的VI叫負(fù)向轉(zhuǎn)折電壓VT－整理上式得：將VDD=2VTH代入上式得：我們定義VT+與VT－之差為回差電壓⊿VT:則有⊿VT提問：R1＞R2會怎樣？討論：改變R1、R2，可改變回差電壓第35頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器特點：

1、它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個不同的工作狀態(tài)。2、在外界觸發(fā)脈沖的作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，在暫態(tài)維持一段時間后，再自動返回穩(wěn)態(tài)。3、暫態(tài)維持時間的長短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無關(guān)。功能與用途：

脈沖整形，延時（產(chǎn)生滯后于觸發(fā)脈沖的輸出脈沖），以及定時（產(chǎn)生固定時間寬度的脈沖信號）等。第36頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（一）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路電路結(jié)構(gòu)有：微分型；積分型；分立元件型；門電路型；集成電路型等。（二）、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理①穩(wěn)態(tài)下：VI=0，VI2=VDD,V0=0,V01=VDD②暫態(tài)下：當(dāng)觸發(fā)脈沖VI加到輸入端時，在VD點產(chǎn)生一個微分脈沖。當(dāng)VD上升到VTH以后，引發(fā)正反饋過程：VD↑→V01↓→VI2↓→V0↑由于C上電壓不能突變所以電路進入暫穩(wěn)態(tài)。第37頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-7單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與此同時，C開始充電。隨著充電過程的進行VI2逐漸升高，當(dāng)升至VI2=VTH時，又引發(fā)另一個正反饋VI2↑→V0↓→V01↑輸出脈沖寬度TW≈0.69RC第38頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-7補充555定時電路數(shù)字系統(tǒng)在工作時需要各種形式的時鐘和定時控制信號，產(chǎn)生這些信號的典型電路有多諧振、施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。555定時器是一個用途很廣的器件，有雙極型555/556和CMOS型7555/7556。它們的等效電路相似，外型和引腳相同。A1A2第39頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-7補充555定時電路555定時器組成的多諧振蕩器震蕩原理：當(dāng)接通電源時，電容C充電，UC上升到大于2/3VCC時比較器A1動作，輸出低電平，使觸發(fā)器復(fù)位，輸出UO變成低電平，此時三極管處于飽和導(dǎo)通，電容C通過RB放電；當(dāng)UC下降至小于1/3VCC時比較器A2動作輸出低電平，使觸發(fā)器置位，Uo變?yōu)楦唠娖?，?dāng)放電結(jié)束時，三極管截止，VCC又經(jīng)過RA和RB向電容C充電；當(dāng)UC再次上升到大于2/3VCC時，比較器A1又動作，周而復(fù)始，重復(fù)下去。第40頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月震蕩原理：當(dāng)接通電源時，電容C充電，UC上升到大于2/3VCC時比較器A1動作，輸出低電平，使觸發(fā)器復(fù)位，輸出UO變成低電平，此時三極管處于飽和導(dǎo)通，電容C通過RB放電；當(dāng)UC下降至小于1/3VCC時比較器A2動作輸出低電平，使觸發(fā)器置位，Uo變?yōu)楦唠娖?，?dāng)放電結(jié)束時，三極管截止，VCC又經(jīng)過RA和RB向電容C充電；當(dāng)UC再次上升到大于2/3VCC時，比較器A1又動作，周而復(fù)始，重復(fù)下去。A1A2第41頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月4-3-8觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)一、觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)

1．傳輸延遲時間tp，在使用中需要注意如下4種傳輸延遲：1）tpLH，從觸發(fā)脈沖CLK（能使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的脈沖信號）上升至高電平的50%，到觸發(fā)器輸出端Q電平從低到高上升至高電平的50%所需要的時間。如圖(a)所示。

2）tpHL，從觸發(fā)脈沖CLK上升至高電平的50%，到觸發(fā)器輸出端Q電平從高到低下降至高電平的50%所需要的時間。如圖(b)所示。

第42頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月3）tpLH，從觸發(fā)脈沖CLKz下降至高電平的50%，到觸發(fā)器輸出端Q電平從低到高上升至高電平的50%所需要的時間。如圖(a)所示。4）tpHL，從觸發(fā)脈沖CLK下降至高電平的50%，到觸發(fā)器輸出端Q電平從高到低下降至高電平的50%所需要的時間。如圖(b)所示。

4-3-8觸發(fā)器的主要技術(shù)指標(biāo)第43頁，課件共49頁，創(chuàng)作于2023年2月2．建立時間ts建立時間是觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)信號從低到高進入穩(wěn)定狀態(tài)所需要的時間。工程中把建立時間定義為：數(shù)據(jù)信號由低到高達到高電平的50%后，到下一個有效觸發(fā)脈沖CLK由低到高達到高電平的50%之間的時間差

。如圖（a）。3．保持時間th工程中把保持時間定義為：從下一個有效觸發(fā)脈沖CLK由低到高達到高電平的50