數(shù)字電子技術(shù)（第五版） 課件 第4章

第4章觸發(fā)器4.1概述4.2基本RS觸發(fā)器4.3同步觸發(fā)器4.4邊沿觸發(fā)器4.5維持阻塞D觸發(fā)器4.6

COMS觸發(fā)器4.7觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換4.1概述

如圖4.1所示是由FF1-FF4四個(gè)邊沿JK觸發(fā)器構(gòu)成的四人智力競賽搶答電路。圖中,S1、S2、S3和S4為四個(gè)搶答開關(guān)，SR為主持人控制的復(fù)位開關(guān)。搶答前主持人操作開關(guān)SR使搶答有效顯示燈LED1~LED4熄滅，當(dāng)S1~S4四人中有人搶答有效時(shí)，其對應(yīng)的顯示燈LED亮，此時(shí)其余的開關(guān)S不起作用，即其對應(yīng)的顯示燈LED滅。圖4.1四人智力競賽搶答電路4.2基本RS觸發(fā)器

4.2.1電路組成

基本RS觸發(fā)器是一種最簡單的觸發(fā)器，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。它由兩個(gè)與非門（或者或非門）的輸入和輸出交叉連接而成，如圖4.2所示，有兩個(gè)輸入端R和S（又稱觸發(fā)

信號端）；

R為復(fù)位端，當(dāng)R有效時(shí)，Q變?yōu)?，故也稱R為置0端；S為置位端，當(dāng)S有效時(shí)，Q變?yōu)?，稱S為置“1”端；還有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端Q和Q：Q=1時(shí)，Q=0；反之亦然。圖4.2基本RS觸發(fā)器（a）邏輯圖;（b）邏輯符號；（c）邏輯符號4.2.2功能分析

1.狀態(tài)表

由圖4.2（a）可知:

（1）當(dāng)R=0，S=1時(shí)，無論Qn為何種狀態(tài)，Qn+1=0。

（2）當(dāng)R=1，S=0時(shí)，無論Qn為何種狀態(tài)，Qn+1=1。（3）當(dāng)R=1，S=1時(shí)，由Qn+1及Qn+1關(guān)系式可知，觸發(fā)器將保持原有的狀態(tài)不變。即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲起來，體現(xiàn)了觸發(fā)器的記憶作用。

（4）當(dāng)R=0，S=0時(shí)，兩個(gè)與非門的輸出Qn+1與Qn+1全

為1，則破壞了觸發(fā)器的互補(bǔ)關(guān)系，是不定狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)。狀態(tài)表如表4.1所示。從表4.1中可知：該觸發(fā)器有置“0”、置“1”功能。R與S

均為低電平有效，可使觸發(fā)器的輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的0或1。RS觸發(fā)器邏輯符號如圖4.2(b)、(c)所示，方框下面的兩個(gè)小圓圈表示輸入低電平有效。當(dāng)R、S均為低電平時(shí)，輸出狀態(tài)不定，有兩種情況：當(dāng)R=S=0，Q=Q=1，違反了互補(bǔ)關(guān)系；當(dāng)RS由00同時(shí)變?yōu)?1時(shí)，則Q（Q）=1(0)，或Q(Q)=0(1)，

狀態(tài)不能確定。

2.特征方程式

據(jù)表4.1畫出卡諾圖如圖4.3所示，化簡得：

從特征方程式4.1可知，Qn+1不僅與輸入觸發(fā)信號R、S

的組合狀態(tài)有關(guān)，而且與前一時(shí)刻輸出狀態(tài)Qn有關(guān)，故觸

發(fā)器具有記憶作用。

3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（簡稱狀態(tài)圖）

每個(gè)觸發(fā)器只能記存一位二進(jìn)制代碼,所以其輸出有0和1兩個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是以圖形的方式來描述觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)律的，如圖4.4所示。圖中,圓圈表示狀態(tài)的個(gè)數(shù)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭線上標(biāo)注的觸發(fā)信號取值表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。圖4.4狀態(tài)圖

4.波形圖（時(shí)序圖）

如圖4.5所示，畫波形圖時(shí)，對應(yīng)一個(gè)時(shí)刻，時(shí)刻以前為Qn，時(shí)刻以后則為Qn+1,故波形圖上只標(biāo)注Q與Q，因其有不定狀態(tài)，則Q與Q要同時(shí)畫出。畫圖時(shí)應(yīng)根據(jù)功能表來確定各個(gè)時(shí)間段Q與Q的狀態(tài)。圖4.5波形圖綜上所述，基本RS觸發(fā)器具有如下特點(diǎn)：

(1)它具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，分別為1和0，稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。如果沒有外加觸發(fā)信號作用，它將保持原有狀態(tài)不變，觸發(fā)器具有記憶作用。在外加觸發(fā)信號作用下，觸發(fā)器輸出狀態(tài)

才可能發(fā)生變化，輸出狀態(tài)直接受輸入信號的控制，也稱其為直接復(fù)位-置位觸發(fā)器（2）當(dāng)R、S端輸入均為低電平時(shí)，輸出狀態(tài)不定,即R=S=0，Q=Q=1，違反了互補(bǔ)關(guān)系。當(dāng)RS從00變?yōu)?1時(shí)，則Q（Q）=1（0），Q（Q）=0（1），狀態(tài)不能確定，如圖4.5所示。

(3)與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的功能,可簡化為如表4.2所示。

4.3同步觸發(fā)器

4.3.1同步RS觸發(fā)器

1.電路組成

同步RS觸發(fā)器的電路組成如圖4.6所示。圖中,RD、SD

是直接置0、置1端，用來設(shè)置觸發(fā)器的初狀態(tài)。圖4.6同步RS觸發(fā)器（a）邏輯電路;（b）邏輯符號

2.功能分析

同步RS觸發(fā)器的邏輯電路圖和邏輯符號如圖4.6(a)、(b)

所示。

當(dāng)CP=0，R′=S′=1時(shí)，Q與Q保持不變。

當(dāng)CP=1，R′=R·CP=R，S′=S·CP=S，代入基本

RS觸發(fā)器的特征方程得：(4.2)功能表及狀態(tài)圖：利用基本RS觸發(fā)器的功能表可得同步RS觸發(fā)器功能表如表4.3所示，狀態(tài)圖如圖4.7所示。

同步RS觸發(fā)器的CP脈沖、R、

S均為高電平有效，觸發(fā)器狀態(tài)才能改變。與基本RS觸發(fā)器相比，對觸發(fā)器增加了時(shí)間控制，但其輸出的不定狀態(tài)直接影響觸發(fā)器的工作質(zhì)量。圖4.7狀態(tài)圖4.3.2同步JK觸發(fā)器

1.電路組成

同步JK觸發(fā)器的電路組成如圖4.8所示。圖4.8同步JK觸發(fā)器（a）邏輯電路;（b）邏輯符號

2.功能分析

按圖4.8(a)的邏輯電路，同步JK觸發(fā)器的功能分析如下：當(dāng)CP=0時(shí)，R=S=1，Qn+1=Qn觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP=1時(shí)，將

可得

在同步觸發(fā)器功能表的基礎(chǔ)上,得到JK觸發(fā)器的功能表如表4.4所示，狀態(tài)圖如圖4.9所示。(4.3)圖4.9狀態(tài)圖所謂計(jì)數(shù)就是觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的次數(shù)與CP脈沖輸入的個(gè)數(shù)相等，以翻轉(zhuǎn)的次數(shù)記錄CP的個(gè)數(shù)。波形圖如圖4.10所示。圖4.10J=K=1波形圖

3.存在的問題

(1)空翻現(xiàn)象?？辗F(xiàn)象就是在CP=1期間，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)兩次或兩次以上的現(xiàn)象。如圖4.11所示，第一個(gè)CP=1期間Q狀態(tài)變化的情況。因此，為了保證觸發(fā)器可靠地工作，防止出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，必須限制輸入的觸發(fā)信號在CP=1期間不發(fā)生變化。

(2)振蕩現(xiàn)象。在同步JK觸發(fā)器中，由于在輸入端引入了互補(bǔ)輸出，即使輸入信號不發(fā)生變化，由于CP脈沖過寬，也會產(chǎn)生多次翻轉(zhuǎn)，稱振蕩現(xiàn)象。如圖4.11所示，在CP=1的

第三個(gè)脈沖時(shí),由于J=K=1，Qn=0，Qn=1，JK會使Qn+1=1，Qn+1=0，之后反饋到輸入端，如果CP=1較寬，JK會使Qn+1

繼續(xù)轉(zhuǎn)換為0，依次類推，只要CP脈沖繼續(xù)存在，觸發(fā)器就會不停地翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生振蕩。這樣就造成工作混亂。圖4.11空翻和振蕩波形圖為了不產(chǎn)生振蕩，似乎只要把CP脈沖變窄就可以了，但不是CP脈沖寬度越窄越好，因?yàn)槿魏我粋€(gè)邏輯門都存在一定的平均延遲時(shí)間tpd。要保證觸發(fā)器狀態(tài)可靠地翻轉(zhuǎn)，CP脈沖寬度至少要大于2tpd，為避免再次翻轉(zhuǎn)，CP脈沖寬度應(yīng)小于3tpd，即CP脈沖寬度tcpw應(yīng)滿足以下要求：

2tpd<tcpw<3tpd

4.4邊沿觸發(fā)器

4.4.1負(fù)邊沿JK觸發(fā)器

1.電路組成

負(fù)邊沿JK觸發(fā)器的邏輯電路和邏輯符號如圖4.12所示。圖4.12負(fù)邊沿JK觸發(fā)器（a）邏輯電路;(b）邏輯符號;(c)多輸入控制端觸發(fā)器

2.功能分析

負(fù)邊沿JK觸發(fā)器電路在工作時(shí),要求其與非門G3、G4的

平均延遲時(shí)間tpd1

比與或非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器的平均延遲時(shí)間tpd2要長，起延時(shí)觸發(fā)作用。

3.集成JK觸發(fā)器

74LS112為雙下降沿JK觸發(fā)器，其管腳排列圖及符號圖如圖4.13所示。圖4.1374LS112管腳排列圖（a）管腳排列;（b）邏輯符號4.4.2T和T′觸發(fā)器

1.T觸發(fā)器

將JK觸發(fā)器的輸入端J與K相連，引入一個(gè)新的輸入信

號,JK觸發(fā)器變?yōu)門觸發(fā)器。在CP脈沖作用下，根據(jù)輸入信

號T的取值，T觸發(fā)器具有保持和計(jì)數(shù)功能，其特征方程為

Qn+1=TQn+TQn

2.T′觸發(fā)器

將T觸發(fā)器的輸入端置T=1，就構(gòu)成T′觸發(fā)器。在CP

脈沖作用下，觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。其特征方程為

Qn+1=Qn

4.5維持阻塞D觸發(fā)器

1.電路組成

維阻D觸發(fā)器的電路組成如圖4.14所示。圖4.14維阻D觸發(fā)器（a）邏輯電路;（b）邏輯符號

2.功能分析

結(jié)合圖4.14所示電路，維持阻塞D觸發(fā)器的功能分析如下：在CP上升沿（CP↑）到來之前,CP=0，R=1，S=1，Qn+1=Qn，保持不變。

(1)設(shè)D=1，則A=R·D=0，B=A·S=1。

①CP↑到來，CP=1，S=B·CP=0，R=S·A·CP=1，據(jù)基本RS觸發(fā)器功能知,Qn+1=1=D。②CP=1期間，因Qn+1=1,S=0,置“1”維持線起作用確保S=0不變，同時(shí)，經(jīng)置“0”阻塞線使R=1阻止了Qn+1向0轉(zhuǎn)換，雖然D在此期間變化，會使A=D跟著變化，但S=0。既維持了Qn+1=1不變，也阻塞了其空翻，保持1狀態(tài)不變。

③CP下降沿（CP↓）到來，CP=0，R=1，S=1，Qn+1保持不變。

(2)設(shè)D=0，則A=D=1，B=0。

①CP↑到來，CP=1，則S=B·CP=1，R=S·A·CP=0，Qn+1=0=D。

②CP=1期間，因Qn+1=0，R=0,置“0”維持線起作用,確

保R=0不變，D變化而A不變。經(jīng)置“1”阻塞線阻止了空翻，使輸出0狀態(tài)不變。

③CP↓到來，CP=0，R=1，S=1，Qn+1保持不變。由上述分析可知，維阻D觸發(fā)器在CP脈沖上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，且特征方程式為Qn+1=D，它通過維持、阻塞線有效地克服了空翻現(xiàn)象，但要注意輸入信號D一定是CP脈沖上升沿到來之前的值，如果D與CP脈沖同時(shí)變化，D變化的值將不能存入Q內(nèi)，如圖4.15中第三個(gè)CP脈沖所示。

(3)維持阻塞D觸發(fā)器的波形圖如圖4.15所示。圖4.15維持阻塞D觸發(fā)器的波形圖

3.集成D