數(shù)字電路鎖存器詳解.ppt

1、5.2基本RS鎖存器,5.4主從觸發(fā)器,5.5維持阻塞觸發(fā)器,5.6觸發(fā)器邏輯功能及其描述,5.1概述,5.7應(yīng)用舉例,5.3門控RS鎖存器,第五章 鎖存器和觸發(fā)器,2,相關(guān)知識回顧：,組合電路：,不含記憶元件,、無反饋,、輸出與原來狀態(tài)無關(guān)。,本章重點：,通過學(xué)習(xí)鎖存器、觸發(fā)器，建立時序的概念; 各類觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式。,是記憶元件,、有反饋,、輸出與原來狀態(tài)有關(guān)。,鎖存器和觸發(fā)器分類。 鎖存器和觸發(fā)器外部邏輯功能、觸發(fā)方式。,3,2、特點：,鎖存器和觸發(fā)器是具有記憶功能的基本邏輯單元，能夠存儲一位二進制信息。,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。,在適當輸入信號作

2、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。,1、鎖存器和觸發(fā)器,5.1 概述,鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元。,4,5.2 基本RS鎖存器,2、電路結(jié)構(gòu)：由兩個“或非”門構(gòu)成的R-S鎖存器電路圖,1、邏輯符號,由門電路組成的，它與組合邏輯電路的根本區(qū)別在于，電路中有反饋線，即門電路的輸入、輸出端交叉耦合。,R、S為觸發(fā)脈沖輸入端， R為復(fù)位（Reset）端，S為置位（Set）端,5,3、工作原理,（1）S=0，R=1時 輸出狀態(tài)為0，R高電平有效， 使鎖存器置0（復(fù)位）。 R 為復(fù)位端， Reset 。,1,0,當Q=1時,稱為鎖存器的1狀態(tài)

3、， 當Q=0時,稱為鎖存器的0狀態(tài)。,（2）S=1，R=0時， 輸出狀態(tài)為1，S高電平有效,使鎖存器置1（置位） 。 S 為置位端Set 。,0,1,0,1,1,0,兩個穩(wěn)定狀態(tài)：,鎖存器的存儲記憶功能,7,0,0,R、S同時變 為0時，輸出不穩(wěn)定。,（4）R=S=1,RS =0 (約束條件),8,功能表,RS =0 (約束條件),Qn為鎖存器的原狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)） Qn+1為鎖存器的新狀態(tài)（次態(tài)）,9,4、波形圖,反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖,Q,置1,置0,置1,保持,不允許,置1,不允許,不確定,10,5、與非門組成的基本RS鎖存器,11,這種觸發(fā)器的觸發(fā)信號是低電

4、平有效，因此在邏輯符號的輸入端處有小圓圈。,12,基本鎖存器的特點總結(jié),由于反饋線的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效信號只需要作用很短的一段時間，即“一觸即發(fā)”,有兩個互補的輸出端，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài),有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能, R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于鎖存器的結(jié)構(gòu),13,5.3 門控鎖存器,1、門控 RS鎖存器,門控RS鎖存器是在基本鎖存器的基礎(chǔ)上增加兩個與門G3和G4，由鎖存使能信號E控制。,E = 0 時， G3和G4 被封鎖，Q3和Q4都為 0 ，S、R端的電平不影響輸出，基本鎖存器保持； E = 1 時， G

5、3和G4開放，輸出由S、R決定，完成基本鎖存器的功能。,電路結(jié)構(gòu)和工作原理,RS =0 (約束條件),E = 1 時,E,15,不變,不變,不變,不變,不變,不變,置1,置0,置1,置0,不變,功能波形圖,E,16,2、門控D鎖存器,邏輯門控,保證SR不同時為1,17,傳輸門控D鎖存器，常用型號八D鎖存器74373。,18,3、門控鎖存器存在的問題空翻,由于在E=1期間，都能接收R、S信號，此時如R、S發(fā)生多次變化，鎖存器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫做空翻。,E,19,5.4 主從觸發(fā)器,1、主從RS觸發(fā)器,主鎖存器,從鎖存器,1,1,1,1,20,主從觸發(fā)器的邏輯結(jié)構(gòu)為主從結(jié)構(gòu)，分別

6、由兩個互補的時鐘控制。,21,CP=1時，主鎖存器工作，S、R影響主鎖存器的輸出Q（信息寫入主鎖存器），但從鎖存器禁止，狀態(tài)不變；,CP時，從鎖存器工作，在此刻之前主鎖存器的輸出Q如發(fā)生了變化，從鎖存器CP有效時，其輸出將產(chǎn)生相應(yīng)的變化；,工作原理,（主鎖存器工作，從鎖存器保持）,（從鎖存器向主鎖存器看齊）,22, CP=0時，主鎖存器禁止，S、R不影響Q,從鎖存器輸入信號不變，其輸出穩(wěn)定后不再變化。,觸發(fā)器的總輸出Q只在CP由 1 變 0 時刻可能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，稱之為下降沿觸發(fā)。, CP一旦變?yōu)?后，主鎖存器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會有空翻現(xiàn)象。,特點,23,在RS鎖存器中，必須限

7、制輸入R和S同時為的出現(xiàn)，這給使用帶來不便。為了從根本上消除這種情況，可將RS鎖存器接成JK鎖存器。,從鎖存器,主鎖存器,反饋線,2、主從觸發(fā)器,25,主鎖存器,從鎖存器,CP,工作原理,F主打開,F主狀態(tài)由J、K決定，接收信號并暫存。,F從封鎖,F從狀態(tài)保持不變。,CP,CP,狀態(tài)保持不變。,從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器，并保持主、從狀態(tài)一致，因此稱之為主從觸發(fā)器。,F從打開,F主封鎖,CP,CP,CP高電平時觸發(fā)器接收信號并暫存（即F主狀態(tài)由J、K決定，F(xiàn)從狀態(tài)保持不變）。,要求CP高電平期間J、K的狀態(tài)保持不變。,CP下降沿( )觸發(fā)器觸發(fā)翻轉(zhuǎn)（ F從狀態(tài)與F主狀態(tài)一致）。,CP低電平時

8、,F主封鎖J、K不起作用,&,&,CP,邏輯功能分析,(1)J=1,K=1,設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài),主從狀態(tài)一致,0,0,1,CP,為“？”狀態(tài),翻轉(zhuǎn)為“0”狀態(tài),CP,主從狀態(tài)一致,0,0,1,CP,(2)J=0,K=1,設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài),設(shè)觸發(fā)器原態(tài)為“0”態(tài),CP,(3) J=1,K=0,CP,(4) J=0,K=0,34,真值表,CP,35,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）,J-K觸發(fā)器的工作波形,36,在畫主從觸發(fā)器的波形圖時，應(yīng)注意以下兩點： （1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿） （2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的

9、依據(jù)是時鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài),37,主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,0,1,1,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,主從觸發(fā)器： CP=1, 若J、K多 次變化，觸發(fā)器 的狀態(tài)與真值表 不對應(yīng)。對激勵 信號要求嚴格。,觸發(fā)器的狀態(tài)與真值表不對應(yīng),38,5.5 邊沿觸發(fā)器,1、維持-阻塞D觸發(fā)器,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)。,39,由與非門構(gòu)成的基本RS鎖存器（低有效）,Q,D,1,1,1,D,D,D,狀態(tài)不變,觸發(fā)器被封鎖,40,(1) CP=0時，Qn+1= Qn ，保持；,(2) C

10、P到時，則 Qn+1= D ，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)；,(3) CP=1時，無論D是否變化，Qn+1=Qn ，保持,工作原理,CP上升沿前接收信號，上升沿時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿后輸入 D不再起作用，觸發(fā)器狀態(tài)保持。,41,例：D 觸發(fā)器工作波形圖,42,2、利用傳輸延遲的觸發(fā)器,兩個與或非門構(gòu)成的SR鎖存器作為觸發(fā)器的輸出，與非門構(gòu)成觸發(fā)器的輸入電路，用來接收輸入J、K的值。在集成電路工藝上保證G3、G4 的傳輸延遲時間大于SR鎖存器的翻轉(zhuǎn)時間。,43,按照邏輯功能的不同特點，通常將時鐘控制的觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器等幾種類型。,5.6 觸發(fā)器邏輯功能及其描述,邏輯功能描述即描述觸

11、發(fā)器的次態(tài)與原態(tài)、輸入信號之間的邏輯關(guān)系，描述方法有特性表（真值表）、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、波形圖等。,關(guān)于電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能 關(guān)于觸發(fā)方式及其表示方法,44,2、特征方程 Q n+1D 3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖,一、 D觸發(fā)器 1. D觸發(fā)器狀態(tài)真值表,二、 JK觸發(fā)器 1. JK觸發(fā)器真值表,46,2.特征方程 JK觸發(fā)器的特征方程為,3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,47,三、T 觸發(fā)器 如果把JK觸發(fā)器的兩個輸入端J和K連在一起，并把這個連在一起的輸入端用T表示，這樣就構(gòu)成了T觸發(fā)器。 1. 真值表,48,2.特征方程 T觸發(fā)器的特征方程為 3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,當T

12、觸發(fā)器的輸入控制端為T=1時，稱為T觸發(fā)器。 T觸發(fā)器的特性方程為：,49,四、 RS觸發(fā)器,1. 狀態(tài)真值表,50,RS 觸發(fā)器功能表,51,2.特征方程 RS觸發(fā)器的特征方程為,式中，SR=0為約束項。,3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,52,觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換,1.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器 （1）JKD 分別寫出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程,比較得：,畫出邏輯圖：,53,（2）JKT（T）,寫出T觸發(fā)器的特性方程：,與JK觸發(fā)器的特性方程比較， 得：J=T，K=T。,令T=1，即可得T觸發(fā)器。,54,2用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器,（1）DJK 寫出D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的特性方程：,比較兩式，得：,畫出邏輯圖。,55,（2）DT 圖（b） （3）DT圖（c）,56,典型集成電路介紹,雙上升沿D觸發(fā)器,57,雙下降沿J-K觸發(fā)器,58,例1：時鐘CP及輸入信號D 的波形如圖所示,試畫 出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)各輸出端Q的 初始狀態(tài)=0。,5.7 應(yīng)用舉例,Q1,Q2,例2：時鐘CP波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器輸出端Q的波形,設(shè)Q的初始狀態(tài)=0.,61,62,例3：時鐘CP波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器Q端的波形,設(shè)各輸出端Q的初始狀態(tài)Qn=0 。,64,總結(jié),1. 在應(yīng)用觸發(fā)器時，要特別注意觸發(fā)方式，否 則很容易造成整個數(shù)字系統(tǒng)工作不正常。,2. 邊沿觸發(fā)抗干擾能力強，且不存