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第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法數(shù)字電路-觸發(fā)器原理§5.1概述一、概念:
1.觸發(fā)器:2.現(xiàn)態(tài):3.次態(tài):能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的基本單元電路稱(chēng)為~。觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài),用Q或Qn
表示。(初態(tài))觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后的狀態(tài),用Q*或
Qn+1表示。二、觸發(fā)器的兩個(gè)基本特點(diǎn):
1.具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)—0狀態(tài)和1狀態(tài)2.能夠接收、保存和輸出信號(hào)三、觸發(fā)器的分類(lèi)基本觸發(fā)器
時(shí)鐘觸發(fā)器1.按有無(wú)動(dòng)作的統(tǒng)一時(shí)間節(jié)拍(時(shí)鐘脈沖)分?jǐn)?shù)字電路-觸發(fā)器原理2.按照電路結(jié)構(gòu)不同,觸發(fā)方式分電平觸發(fā)器脈沖觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器3.按照控制方式不同,邏輯功能不同,觸發(fā)器可分
SR觸發(fā)器
JK觸發(fā)器
D觸發(fā)器
T觸發(fā)器
T′觸發(fā)器4.按電路使用開(kāi)關(guān)元件不同,分TTL觸發(fā)器CMOS觸發(fā)器5.根據(jù)是否集成,分分立元件觸發(fā)器集成觸發(fā)器6.根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的原理不同,分靜態(tài)觸發(fā)器:靠電路狀態(tài)的自鎖存儲(chǔ)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)觸發(fā)器:通過(guò)在MOS管柵極輸入電容上存儲(chǔ)電荷來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)字電路-觸發(fā)器原理第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法數(shù)字電路-觸發(fā)器原理§5.2
SR鎖存器一、用或非門(mén)組成的SR鎖存器(一)電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào)信號(hào)輸入端,高電平有效。Q、是兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)輸出端,表示觸發(fā)器的狀態(tài)數(shù)字電路-觸發(fā)器原理0000001110011011010001101100①1110①(二)工作原理特性表:數(shù)字電路-觸發(fā)器原理二、用與非門(mén)組成的SR鎖存器(一)電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào)信號(hào)輸入端,低電平有效。Q、是兩個(gè)互補(bǔ)的信號(hào)輸出端,表示觸發(fā)器的狀態(tài)小圓圈表示用低電平作輸入信號(hào)或叫低電平有效數(shù)字電路-觸發(fā)器原理(二)工作原理1、電路有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)Q端狀態(tài)表示觸發(fā)器狀態(tài)2、電路接收輸入信號(hào)過(guò)程(低電平信號(hào))(1)接收置0信號(hào)過(guò)程(2)接收置1信號(hào)過(guò)程信號(hào)輸出端,Q=0、Q=1的狀態(tài)稱(chēng)0狀態(tài)
Q=1、Q=0的狀態(tài)稱(chēng)1狀態(tài)3、不允許在R端和S端同時(shí)加輸入信號(hào)(1)信號(hào)同時(shí)存在時(shí),Q=Q=1,這是一種未定義的狀態(tài)。(2)信號(hào)同時(shí)撤消時(shí)狀態(tài)不定.(出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象,可能是0狀態(tài),也可能是1狀態(tài))6798next電路無(wú)輸入信號(hào),即時(shí),有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài):
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理SRQ10011
00①R=0、S=1時(shí):由于R=0,不論原來(lái)Q為0還是1,都有Q=1;再由S=1、Q=1可得Q=0。即不論鎖存器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài),這種情況稱(chēng)將鎖存器置0或復(fù)位。
R端稱(chēng)為置0端或復(fù)位端。ok數(shù)字電路-觸發(fā)器原理0110SRQ100②R=1、S=0時(shí):由于S=0,不論原來(lái)Q為0還是1,都有Q=1;再由R=1、Q=1可得Q=0。即不論鎖存器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài),這種情況稱(chēng)將鎖存器置1或置位。
S端稱(chēng)為置1端或置位端。0
11ok數(shù)字電路-觸發(fā)器原理1110③R=1、S=1時(shí):根據(jù)與非門(mén)的邏輯功能不難推知,鎖存器保持原有狀態(tài)不變,即原來(lái)的狀態(tài)被鎖存器存儲(chǔ)起來(lái),這體現(xiàn)了鎖存器具有記憶能力。RSQ1
1不變10ok數(shù)字電路-觸發(fā)器原理0110RSQ10001111不變0
0不用?④R=0、S=0時(shí):Q=Q=1,不符合鎖存器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門(mén)延遲時(shí)間不可能完全相等,在兩輸入端的0同時(shí)撤除后,將不能確定鎖存器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以鎖存器不允許出現(xiàn)這種情況,這就是SR鎖存器的約束條件。ok數(shù)字電路-觸發(fā)器原理(三)邏輯功能表示方法特性表:反映觸發(fā)器次態(tài)Q*與現(xiàn)態(tài)Q和輸入R、S之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格。特性方程:(用與非門(mén)組成)
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理SR鎖存器的特性表:特性方程:SR鎖存器:電平直接控制著觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)(電路抗干擾能力低);具有置0、置1和保持功能。簡(jiǎn)化特性表:
RSQ*
注
00Q
保持
011置1100置011不允許不允許SR鎖存器叫做直接置位、復(fù)位鎖存器。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理畫(huà)時(shí)序圖(波形圖):在SR鎖存器電路中,已知輸入電壓波形,試畫(huà)出輸出端對(duì)應(yīng)的電壓波形。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法數(shù)字電路-觸發(fā)器原理§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器一、電平觸發(fā)SR觸發(fā)器(同步SR觸發(fā)器)(一)與非門(mén)構(gòu)成的同步SR觸發(fā)器1、電路組成及邏輯符號(hào)
R、S是輸入信號(hào);CP是輸入控制信號(hào)(時(shí)鐘脈沖)與非門(mén)G1、G2構(gòu)成鎖存器,與非門(mén)G3、G4是控制門(mén)數(shù)字電路-觸發(fā)器原理CP=0時(shí),控制門(mén)G3、G4被封鎖,鎖存器保持原來(lái)狀態(tài)不變;CP=1時(shí),控制門(mén)被打開(kāi),輸入信號(hào)被接收,且工作情況同由與非門(mén)組成的鎖存器。CP=1期間有效2、工作原理:
特性表、特性方程:
Q
保持
01
保持
11置100置0不用
不允許
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理3.主要特點(diǎn):
(1)時(shí)鐘電平控制CP=0時(shí)觸發(fā)器保持狀態(tài)不變;CP=1時(shí)的全部時(shí)間里S和R的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化,即同步SR觸發(fā)器存在空翻現(xiàn)象,不能作計(jì)數(shù)器。空翻:CP=1期間輸入多次變化會(huì)引起觸發(fā)器輸出狀態(tài)發(fā)生多次變化的現(xiàn)象。
(2)R、S之間有約束CP=1期間,R=S=1,則Q==1(高電平);
QCP=1期間,R、S同時(shí)撤消,出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象,觸發(fā)器狀態(tài)不定;R=S=1時(shí),CP突然撤消(由1到0),出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象,觸發(fā)器狀態(tài)不定。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理(二)帶異步置位、復(fù)位端的同步RS觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào):端:異步置位(置1)端端:異步復(fù)位(置0)端觸發(fā)器在時(shí)鐘信號(hào)控制下正常工作時(shí)應(yīng)使異步端處于高電平。
異步輸入端作用:預(yù)置觸發(fā)器的初始狀態(tài);在工作過(guò)程中強(qiáng)行置位和復(fù)位觸發(fā)器。當(dāng)=0時(shí),當(dāng)=0時(shí),觸發(fā)器被復(fù)位到0狀態(tài)觸發(fā)器被置位到1狀態(tài)數(shù)字電路-觸發(fā)器原理畫(huà)波形圖:
例:已知電平觸發(fā)SR觸發(fā)器的CP、R、S的波形如圖,觸發(fā)器初始狀態(tài)為0,畫(huà)出Q、的波形。
Q數(shù)字電路-觸發(fā)器原理二、電平觸發(fā)D觸發(fā)器(D型鎖存器)(一)電路組成:(二)工作原理:將S=D、R=D代入同步SR觸發(fā)器的特性方程,得D鎖存器的特性方程:CP=1期間有效(三)主要特點(diǎn):1、時(shí)鐘電平控制,無(wú)約束問(wèn)題CP=0期間,觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài);CP=1期間,D=1則Q*=1;D=0,則Q*
=0;觸發(fā)器可以置1、置0。2、CP=1時(shí)跟隨,下降沿到來(lái)時(shí)才鎖存,
鎖存的內(nèi)容是CP下降沿瞬間D的值。
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法數(shù)字電路-觸發(fā)器原理工作原理1、接收輸入信號(hào)過(guò)程10一、主從SR觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器從觸發(fā)器控制門(mén)G3、G4封鎖,其狀態(tài)保持不變。CP=1期間:主觸發(fā)器控制門(mén)G7、G8打開(kāi),接收輸入信號(hào)R、S,有:數(shù)字電路-觸發(fā)器原理012、輸出信號(hào)過(guò)程CP下降沿到來(lái)時(shí)有效特性方程
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、Q的值當(dāng)然不可能改變。CP下降沿到來(lái)時(shí)(1→0),主觸發(fā)器控制門(mén)G7、G8封鎖,在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲(chǔ)起來(lái)。同時(shí),從觸發(fā)器控制門(mén)G3、G4被打開(kāi),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)。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理邏輯符號(hào)CP是時(shí)鐘脈沖端;S、R信號(hào)輸入輸;Q輸出端Q、。方框內(nèi)的符號(hào)“┐”表示延遲,即直到CP脈沖下降沿到來(lái)時(shí)Q端和輸出端才會(huì)改變狀態(tài);Q數(shù)字電路-觸發(fā)器原理2、R、S
之間有約束R、S同時(shí)由1跳變到0,出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象,觸發(fā)器狀態(tài)不定;R=S=1時(shí),CP下降沿到來(lái),出現(xiàn)競(jìng)態(tài)現(xiàn)象,觸發(fā)器狀態(tài)不定。主要特點(diǎn)1、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(hào)直接控制的問(wèn)題,具有CP=1期間接收輸入信號(hào),CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。
注意:
1、在CP的一個(gè)變化周期中,主從RS觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)只可能改變一次,并且是在CP下降沿到來(lái)時(shí)改變;2、CP=1期間,若R、S保持不變,則從觸發(fā)器狀態(tài)按特性表;
若R、S多次變化,則從觸發(fā)器狀態(tài)須考慮CP=1期間主觸發(fā)
器的變化。
3、CP=0期間,無(wú)論R、S狀態(tài)如何,主觸發(fā)器狀態(tài)不再改變,則從觸發(fā)器狀態(tài)不可能改變。CP=1期間,R=S=1,則QQM=M=1;
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理CPSR例:主從觸發(fā)器圖4.2.8電路中,已知CP、R、S的電壓波形如圖所示,試畫(huà)出Q、Q電壓波形.設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為Q=0。QQ數(shù)字電路-觸發(fā)器原理代入主從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(méi)有約束。二、主從JK觸發(fā)器數(shù)字電路-觸發(fā)器原理特性表邏輯符號(hào)01
保持
00置011置110
翻轉(zhuǎn)
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理主要特點(diǎn)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(hào)直接控制的問(wèn)題,具有CP=1期間接收輸入信號(hào),CP下降沿到來(lái)
時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。②輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。③存在一次變化問(wèn)題。
注意:
①CP=1期間,JK保持不變,從觸發(fā)器狀態(tài)按特性表;②CP=1期間,JK多次變化,主觸發(fā)器狀態(tài)只變化一次(只翻轉(zhuǎn)一次)CPJKQQ例:主從JK觸發(fā)器起始狀態(tài)為0,已知CP、J、K的波形如圖所示,試畫(huà)出Q、波形。Q數(shù)字電路-觸發(fā)器原理第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法數(shù)字電路-觸發(fā)器原理§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器----
數(shù)字集成電路中邊沿觸發(fā)器電路主要有:利用CMOS傳輸門(mén)的邊沿觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器利用門(mén)電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器
觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP信號(hào)邊沿到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)。提高了觸發(fā)器的可靠性,增強(qiáng)了抗干擾能力。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理一、利用CMOS傳輸門(mén)的邊沿觸發(fā)器
(一)電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號(hào)
具有主從結(jié)構(gòu)形式,包含主觸發(fā)器和從觸發(fā)器兩大部分及其控制門(mén)。屬邊沿控制的電路。
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理一、利用CMOS傳輸門(mén)的邊沿觸發(fā)器
(一)電路結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)
邊沿觸發(fā)的動(dòng)作特點(diǎn)在圖形符號(hào)中以CP輸入端處的“>”表示.邊沿D觸發(fā)器的特性方程為:上升沿時(shí)刻有效數(shù)字電路-觸發(fā)器原理×
保持
特性表00置01置11數(shù)字電路-觸發(fā)器原理帶異步置位、復(fù)位端的CMOS邊沿觸發(fā)器當(dāng)=1時(shí),當(dāng)=1時(shí),觸發(fā)器被復(fù)位到0狀態(tài)觸發(fā)器被置位到1狀態(tài)SD端:異步置位(置1)端RD端:異步復(fù)位(置0)端數(shù)字電路-觸發(fā)器原理(二)主要特點(diǎn):1、CP邊沿觸發(fā),輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP的上升沿,而且觸發(fā)器所保存下來(lái)的狀態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達(dá)時(shí)的輸入狀態(tài)。2、抗干擾能力強(qiáng)。3、只具有置1、置0功能。(三)例題分析
例:在CP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器中,CP、D、SD、RD的波形已知,試畫(huà)出Q端波形。假定觸發(fā)器初始狀態(tài)Q=0。解:由邊沿觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)知,觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達(dá)時(shí)D端狀態(tài)。
CPDSDRDQ數(shù)字電路-觸發(fā)器原理二、維持阻塞觸發(fā)器三、利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿JK觸發(fā)器CP端:有小圓圈表示下降沿觸發(fā)無(wú)小圓圈表示上升沿觸發(fā)CP下降沿時(shí)刻有效數(shù)字電路-觸發(fā)器原理特性表01
保持
00置011置110
翻轉(zhuǎn)
數(shù)字電路-觸發(fā)器原理思考題:
例:已知JK觸發(fā)器輸入端CP、J、K波形如圖,試完成下面時(shí)序圖。數(shù)字電路-觸發(fā)器原理第五章觸發(fā)器
§5.2SR鎖存器§5.3電平觸發(fā)的觸發(fā)器§5.4脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器§5.1概述§5.5邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器§5.6觸發(fā)器的邏輯功能及其描述
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