觸發(fā)器的基本知識與應(yīng)用

關(guān)于觸發(fā)器的基本知識與應(yīng)用4.1

概述第2頁,共70頁，星期六，2024年，5月一、觸發(fā)器的基本特性和作用

基本特性(1)有兩個穩(wěn)定狀態(tài)(簡稱穩(wěn)態(tài))，可用來表示邏輯

0

和

1。(2)在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換

(稱為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn))。

輸入信號消失后，新狀態(tài)可長期保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進制信息。第3頁,共70頁，星期六，2024年，5月觸發(fā)器的作用:

觸發(fā)器有記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，還與電路原來狀態(tài)有關(guān)。門電路無記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時刻的輸出完全取決于該時刻的輸入，與電路原來狀態(tài)無關(guān)。觸發(fā)器和門電路是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元。第4頁,共70頁，星期六，2024年，5月二、觸發(fā)器的類型

根據(jù)邏輯功能可分為：

RS

觸發(fā)器

D

觸發(fā)器

JK

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器根據(jù)觸發(fā)方式可分為：

電平觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器主從觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)可分為：基本

RS

觸發(fā)器同步觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器第5頁,共70頁，星期六，2024年，5月三、觸發(fā)器邏輯功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驅(qū)動表(又稱激勵表)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖波形圖(又稱時序圖)第6頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.2觸發(fā)器電路的結(jié)構(gòu)

及動作特點第7頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.2.1基本

RS觸發(fā)器

(一)由與非門組成的基本

RS觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號QQSDRDG1G2SDRDQQQ=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)，記為Q=1；Q=0，Q=1時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)，記為Q=0?；パa輸出端，正常工作時，它們的輸出

狀態(tài)相反交叉耦合連接信號輸入端第8頁,共70頁，星期六，2024年，5月工作原理QQSDRDG1G211011000SDRD

功能說明輸入QQ輸出2.工作原理及邏輯功能011110

觸發(fā)器置010第9頁,共70頁，星期六，2024年，5月2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能說明輸入QQ輸出100111

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置101第10頁,共70頁，星期六，2024年，5月2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G211011000SDRD

功能說明輸入QQ輸出11

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置101

觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不變&&G1門輸出G2門輸出第11頁,共70頁，星期六，2024年，5月2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G2

輸出狀態(tài)不定(禁用)不定11011000SDRD功能說明輸入QQ輸出

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置101

觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不變0011第12頁,共70頁，星期六，2024年，5月QQSDRDSRRDSD基本RS觸發(fā)器邏輯圖第13頁,共70頁，星期六，2024年，5月3.邏輯功能的特性表描述次態(tài)現(xiàn)態(tài)指觸發(fā)器在輸入信號變化前的狀態(tài)，用Qn

表示指觸發(fā)器在輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之間關(guān)系的真值表。第14頁,共70頁，星期六，2024年，5月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基本RS觸發(fā)器特性表的簡化表示Qn11101010不定00Qn+1SDRD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。禁用RD=SD=0注意第15頁,共70頁，星期六，2024年，5月波形分析舉例解：[例]設(shè)下圖中觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0，試對應(yīng)輸入波形畫出

Q和

Q的波形。QQSDRDSRSDRD保持初態(tài)為0，故保持為0。置

0保持QQ置

1第16頁,共70頁，星期六，2024年，5月(二)基本

RS觸發(fā)器的兩種形式特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR邏輯符號置0、置1信號低電平有效置0、置1信號高電平有效注意：確定輸入信號是低電平有效還是高電平有效第17頁,共70頁，星期六，2024年，5月(三)基本

RS觸發(fā)器的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。1.輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制；2.有約束條件。第18頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.2.2同步RS觸發(fā)器

實際工作中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由觸發(fā)輸入信號決定，而且要求按照一定的節(jié)拍工作。為此，需要增加一個時鐘控制端CP。具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器，又稱鐘控觸發(fā)器。第19頁,共70頁，星期六，2024年，5月&&

SCPRQQ1）CP：時鐘脈沖是一系列的高低電平2）CP=0，3）CP=1，觸發(fā)器的狀態(tài)隨R、S的變化而變化觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變(一)同步

RS觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理

第20頁,共70頁，星期六，2024年，5月QQ1SC11R

QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4不定11001110Qn00Qn+1SRRS功能SSDRRDRDSD2.邏輯功能與邏輯符號

異步置0端RD和異步置1端SD不受CP控制。實際應(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21頁,共70頁，星期六，2024年，5月RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：例：試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中

Q端波形。QVCCRDRD第22頁,共70頁，星期六，2024年，5月(二)同步

D觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)、邏輯符號和邏輯功能

DQQ1S1RC1CPQQ1DDC1CPCPDQn+1說明10101置0置10Qn不變同步D觸發(fā)器功能表

第23頁,共70頁，星期六，2024年，5月解：例：

試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中

Q端波形(設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0。QQ1DDC1CPDCPQ第24頁,共70頁，星期六，2024年，5月(三)同步

JK觸發(fā)器

QQ1S1RC1CP功能表

JK電路結(jié)構(gòu)QQ1JJC1CP1KK邏輯符號1說明Qn+1KJCP不變Qn00置0010翻轉(zhuǎn)11置1101不變Qn××0Qn第25頁,共70頁，星期六，2024年，5月解：例：

設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0，試對應(yīng)輸入波形畫出Q端波形。JCPQQ1JJC1CPK1KKQ第26頁,共70頁，星期六，2024年，5月(四)同步觸發(fā)器的特點1、同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)式2、同步觸發(fā)器的共同缺點是存在空翻

空翻可導(dǎo)致電路工作失控。第27頁,共70頁，星期六，2024年，5月觸發(fā)器的類型分析

根據(jù)邏輯功能：

RS

觸發(fā)器

D

觸發(fā)器

JK

觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)：

基本

RS

型同步型CP空翻問題QQSDRDSRQQ1JJC1CP1KK？第28頁,共70頁，星期六，2024年，5月無空翻觸發(fā)器

第29頁,共70頁，星期六，2024年，5月一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1CPSRQF1F21、F1為主觸發(fā)器，F(xiàn)2為從觸發(fā)器2、CP=1，F(xiàn)1工作，F(xiàn)2不工作，從觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；3、CP=0，F(xiàn)2工作，F(xiàn)1不工作，主觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；4、觸發(fā)器的狀態(tài)只在CP下降沿發(fā)生變化；5、特性表與同步型一致。4.2.3主從觸發(fā)器

第30頁,共70頁，星期六，2024年，5月二、動作特點4、置位端與復(fù)位端不能同時作用，其約束條件為：SR=01、觸發(fā)器的狀態(tài)在CP一個周期內(nèi)只在下降沿發(fā)生一次變化2、如果CP=1期間，輸入信號不發(fā)生變化，觸發(fā)器的狀態(tài)在CP下降沿按特性表發(fā)生變化3、如果CP=1期間，輸入信號發(fā)生變化，觸發(fā)器的狀態(tài)在CP下降沿按主觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化QQ1SSC1CP1RR第31頁,共70頁，星期六，2024年，5月主從

RS

觸發(fā)器主從

JK

觸發(fā)器主從觸發(fā)器邏輯圖QQ1JJC1CP1KKQQ1SSC1CP1RR第32頁,共70頁，星期六，2024年，5月三、主從JK觸發(fā)器JKQnQn+100000011010001101001101111011110&&JCPKQ第33頁,共70頁，星期六，2024年，5月主從JKF特性表JKQnQn+100000011010001101001101111011110JKQn+1功能描述00Qn保持010復(fù)位101置位11翻轉(zhuǎn)主從JKF功能表QQ1JJC1CP1KK第34頁,共70頁，星期六，2024年，5月CPtJtQtKt如果CP=1期間，輸入信號不發(fā)生變化，觸發(fā)器的狀態(tài)在CP下降沿按特性表發(fā)生變化QQ1JJC1CP1KK第35頁,共70頁，星期六，2024年，5月CPtJtQ如果CP=1期間，輸入信號發(fā)生變化，觸發(fā)器的狀態(tài)在CP下降沿按主觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化Ktt1CPJ

KQF1F2&&第36頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.2.4邊沿觸發(fā)器

TTL

維持阻塞

D

觸發(fā)器(通常上升沿觸發(fā))TTL

邊沿

JK觸發(fā)器(通常下降沿觸發(fā))CMOS

邊沿

D

觸發(fā)器和邊沿

JK

觸發(fā)器(通常上升沿觸發(fā))第37頁,共70頁，星期六，2024年，5月1、維持-阻塞邊沿型觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)與工作原理CPDF3F2F1第38頁,共70頁，星期六，2024年，5月CPDF3F2F1CP=0時，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變011101001CP=1，D=0D=1D=1Q=0第39頁,共70頁，星期六，2024年，5月CPDF3F2F1011110110CP=1，D=1D=0D=0Q=11第40頁,共70頁，星期六，2024年，5月2、CMOS邊沿型觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)與工作原理

TG2CPCP1

TG1CPCPCPCP

TG3CPCP

TG4D111QQ’Q’Q’主觸發(fā)器從觸發(fā)器第41頁,共70頁，星期六，2024年，5月

TG2CPCP1

TG1CPCPCPCP

TG3CPCP

TG4D111QQ`Q`Q`CP=0時，Q`跟隨D的變化，從觸發(fā)器的Q保持不變10101010CP=1時，Q`不跟隨D的變化且保持不變，從觸發(fā)器的Q跟隨Q`變化10100101第42頁,共70頁，星期六，2024年，5月特性表DQn+10101

動作特點：1、觸發(fā)器的狀態(tài)在CP一個周期內(nèi)只在上升沿發(fā)生一次變化；2、觸發(fā)器的狀態(tài)只取決于CP上升沿時該輸入信號的狀態(tài)，與之前狀態(tài)無關(guān)。QQC1CP1DD第43頁,共70頁，星期六，2024年，5月QQC1CP1DDCP觸發(fā)的邊沿D觸發(fā)器C1QQC1CPD具有異步端的邊沿

D

觸發(fā)器1DSSDRRDRRDSSD執(zhí)行

Qn+1

=

D11↑11在CP

時刻00↑11Qn×111保持不變Qn×011禁用不定態(tài)××00異步置11××01異步置00××10說明Qn+1DCPSDRD異步端低電平有效的

上升沿觸發(fā)式D

觸發(fā)器功能表3、邊沿觸發(fā)器邏輯圖第44頁,共70頁，星期六，2024年，5月QQ1JJCP1KKC1CP觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器C1QQ1JJCP1KKC1CP觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器C1CP↑觸發(fā)的邊沿

JK

觸發(fā)器

QQ1JJCP1KKRSC1RDSDQQ1JJCP1KKRSC1RDSD異步端高電平有效RRDRRDSSDSSDQn11↑00101↑00010↑00在CP↑

時刻執(zhí)行JK

功能Qn00↑00Qn××100保持不變Qn××000禁用不定×××11置11×××10置00×××01說明Qn+1KJCPSDRD異步端高電平有效的上升沿觸發(fā)JK

觸發(fā)器功能表第45頁,共70頁，星期六，2024年，5月4、邊沿觸發(fā)器工作波形分析舉例

第46頁,共70頁，星期六，2024年，5月JCPKT解：例：設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為

1，試對應(yīng)輸入波形畫出

Q1、Q2的波形。觸發(fā)器初態(tài)為

1Q1Q1CPJC11J(a)(b)SC1R1KCPQ2Q2K1K1JTVCCC111001001SVCCRC1CP1JT1K1010Q1Q2第47頁,共70頁，星期六，2024年，5月觸發(fā)器的類型

根據(jù)邏輯功能：

RS

觸發(fā)器

D

觸發(fā)器

JK

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)：

基本

RS

型同步型主從型邊沿型CP空翻問題干擾問題QQSDRDSRQQ1JJC1CP1KKQQ1JJC1CP1KKQQ1JJC1CP1KK第48頁,共70頁，星期六，2024年，5月描述方法：特性表、特性方程、驅(qū)動表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.3觸發(fā)器邏輯功能及其描述第49頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.3.1

RS觸發(fā)器0000101010101011010110001111×0×1Qn+1QnSR特性表同步RS觸發(fā)器Qn+1的卡諾圖RSQn0100011110×

×0

0

1

1

1

特性方程RS=0(約束條件)RS觸發(fā)器功能也可用特性表與特性方程來描述。

特性方程指觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系式。Qn+10第50頁,共70頁，星期六，2024年，5月狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖SRQnQn+1000001010011100101110111010011××01S=1R=0S=0R=1S=0R=×R=0S=×第51頁,共70頁，星期六，2024年，5月00011011DQn

Qn+1特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD觸發(fā)器特性表

00001111D觸發(fā)器驅(qū)動表

000110110011無約束0001101101D=1D=0D

=

0D=1D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.3.2D觸發(fā)器第52頁,共70頁，星期六，2024年，5月Qn+10J10001101KQn111110000JKQnQn+1000001010011100101110111010011104.3.3JK觸發(fā)器特性方程第53頁,共70頁，星期六，2024年，5月00011011JKQn

Qn+1特性表

特性方程驅(qū)動表

0×狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01J=0K=×10011111110100110001110000K010100Qn+1QnJ1××1×00

00

1110110111000J=1K=×J=×K=0J=×K=1第54頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.3.4T觸發(fā)器（受控翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器）功能表TQnQn+1000110110110真值表TQn

Qn01Qn+1特性方程第55頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.3.5T’觸發(fā)器（計數(shù)型觸發(fā)器）QnQn+10110真值表特性方程第56頁,共70頁，星期六，2024年，5月4.4觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換

第57頁,共70頁，星期六，2024年，5月一、觸發(fā)器的五種邏輯功能及其轉(zhuǎn)換

(一)觸發(fā)器五種邏輯功能的比較D功能10Qn+110DQn+1=

DT功能QnQnQn+110TRS功能不定01

QnQn+111011000SRQn+1

=

S

+

RQnRS

=

0(約束條件)JK功能Qn10

QnQn+111011000KJQn+1=

JQn+

KQnT′功能(計數(shù)功能)只有CP輸入端，無數(shù)據(jù)輸入端。來一個CP翻轉(zhuǎn)一次Qn+1=Qn第58頁,共70頁，星期六，2024年，5月(二)不同邏輯功能間的相互轉(zhuǎn)換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)器中輸入信號的接法。第59頁,共70頁，星期六，2024年，5月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60頁,共70頁，星期六，2024年，5月二、觸發(fā)器的應(yīng)用與分析舉例

第61頁,共70頁，星期六，2024年，5月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=2MH