教案.第十讲-基本RS触发器、时钟触发器及主从触发器

第十讲基本RS触发器、时钟触发器及主从触发器本讲重点1.触发器和时序逻辑电路概念；2.触发器结构、工作原理、描述方法。本讲难点1.触发器的输入约束及违背约束时可能存在输出状态不确定问题与解决方法；2.触发器输入直接控制输出造成状态可能多次变化的空翻转原因与解决方法。教学手段本讲宜教师主导讲授，用多媒体演示为主、板书为辅。教学步骤教学内容设计意图表达方式1．回顾以前讲述过的逻辑电路分类及组合逻辑电路概念等内容。回顾逻辑电路分类及组合逻辑电路概念：数字逻辑电路组合逻辑电路时序逻辑电路任一时刻的输出仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。任一时刻的输出不仅取决于现时的输入，而且还与电路原来状态有关。组合逻辑电路的特点和功能描述：组合逻辑电路仅由逻辑门构成，信号由输入侧向输出侧单方向传输，不存在反向传输路径，即电路结构上不包含存储单元。因此，组合逻辑电路的当前输入决定当前输出。回顾以前讲述过的逻辑电路分类及组合逻辑电路概念之后引入新内容，如此处理教学效果会好。为了节约课时采用课件PPT演示方式组织教学。2．提出时序逻辑电路和触发器相关问题，导入本次课准备讨论的内容。1）什么是触发器，它应具备什么功能，触发器与时序逻辑电路又是什么关系；2）最基本的触发器结构是什么样的、工作原理如何、怎样描述触发器功能；3）最基本的触发器优缺点有哪些，如何改进基本触发器的缺点进一步提高性能？用问题激发学生听课的兴趣。3．对上述问题的逐一讲解、解答。3.1讲解时序逻辑电路和触发器概念。1.时序逻辑电路、触发器概念时序逻辑电路：任一时刻的输出不仅取决于现时的输入，而且还与电路原来状态有关。触发器：是一种能够存储、记忆一位二进制数码的器件。触发器的逻辑功能有：置0、置1、状态翻转和状态保持等4种功能。时序逻辑电路和触发器关系：触发器是时序数字电路的基本单元电路。该部分主要是让学生们了解时序逻辑电路和触发器基本概念。3.2讲解基本RS触发器结构和工作原理以及触发器描述方式。3.2.1讲解与非门构成的基本RS触发。2.基本RS触发器（1）与非门构成的基本RS触发器RS触发器结构及符号基本RS触发器工作原理与功能描述方法基本RS触发器有两个稳态：。、；、1001QQQQ原状态(原态)用Qn表示，新状态(次态)用Qn+1表示。RdSdQQ0101010111011101101000110101001111不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定不确定特性方程：01SRQRSQnn约束项状态转换图描述：是功能表的图形化，可以用来描述触发器的逻辑功能。011101ddddRSRS或者10ddRS01ddRS1110ddddRSRS或者01ddddRSRS约束：011101ddddRSRS或者10ddRS01ddRS1110ddddRSRS或者01ddddRSRS约束：010010ddddRSRS或者01ddRS10ddRS0001ddddRSRS或者0ddRS约束：010010ddddRSRS或者01ddRS10ddRS0001ddddRSRS或者0ddRS约束：该部分主要是让学生们掌握基本RS触发器结构和工作原理以及触发器描述方式。此处提醒：RS触发器符号输入和输出高低电平有效情况描述方式以及含义。此处强调：基本RS触发器只有R=S=0同时变成R=S=1时才会出现输出“不确定”情况。此处解释：输出“不确定”情况应该避免，所以特性方程增加了约束项。3.2.2讲解与非门构成的基本RS触发。3.2.3讲解总结基本RS触发器特点。3.3讲解时钟触发器结构和工作原理以及描述方式。3.3.1讲解时钟RS触发器。（2）或非门构成的基本RS触发器QQRdSdRd直接复位端(置0端)高电平有效Sd直接置位端(置1端)高电平有效1n1nQ001010QdRdS1nQ1nQnQ010110nQ功能置0置1保持不确定10110*0*符号：QQSRRdSd特性方程：01SRQRSQnn约束项（3）基本RS触发器特点优点电路结构简单易于实现。缺点①输入直接控制输出，抗干扰性差；②存在不确定状态，被迫对输入信号进行约束。3.时钟触发器（1）时钟RS触发器目的：为了解决输入信号直接控制输出问题QQRSCPDBAC当CP=0时，触发器保持原状态，与输入无关。当CP=1时，完成基本RS触发器功能且希望根据输入电路动作一次。为了保留原有基本RS触发器的直接复位端和直接置数端，将电路修改，增加不受时钟控制dR、dS端，称为异步清零端和异步置位端。QQRSCPDBACRdSdQ1S1RQSdRdC1RSCP此处启发：或非门构成的基本RS触发器同与非门构成的基本RS触发器工作原理很相似，仅仅是输入1有效还是0有效问题。此处强调：基本RS触发器优/缺点，接下来需要逐步改进缺点。该部分主要是让学生们掌握时钟触发器结构和工作原理以及触发器描述方式。此处强调：时钟RS触发器并没有考虑如何解决约束问题。3.3.2讲解主从RS触发器。功能表特性方程01SRQRSQnn该特性方程在CP有效时成立。空翻问题QRSCPQ时钟RS触发器在一次时钟到来期间，触发器多次翻转的现象称为空翻。空翻现象违背了构造时钟触发器的初衷。每来一次时钟，只允许触发器翻转一次。若多次翻转，电路就会出现状态错误。需要完善电路结构，消除空翻现象。（2）主从RS触发器目的：消除时钟RS触发器空翻现象接收输入信号过程此处提醒：异步清零端和异步置位端优先权高。为了节约课时采用课件PPT演示方式组织教学。此处强调：虽然，时钟RS触发器部分解决了输入信号直接控制输出问题，但是，输入信号直接控制输出问题并没有被完全解决。3.3.3讲解主从JK触发器。CP=1期间：主触发器控制门C主、D主打开，接收输入信号S、R，从触发器控制门C从、D从封锁，其状态保持不变。输出信号过程CP下降沿到来后，主触发器封锁，从触发器按照主触发器的状态改变。（3）主从JK触发器目的：解决主从RS触发器输入信号约束问题。由于nnKQRQJS、，必然有SR≡0，所以主从JK触发器没有约束问题。nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ1此处解释：主从RS触发器彻底解决了输入信号直接控制输出问题。此处提醒：主从RS触发器解决了输入信号直接控制输出问题，但输入信号约束问题仍然存在，主从JK触发器解决输入信号约束问题。为了节约课时采用课件PPT演示方式组织教学。主从JK触发器一次变化问题CP=1期间，Q=0时J端出现正向脉冲；Q=1时K端出现正向脉冲，触发器的状态只能根据输入端的信号（可能是干扰信号）改变一次的现象称为一次变化现象。CPJKQCPJKQ一次变化现象降低了主从JK触发器的抗干扰能力！此处强调：主从JK触发器虽然解决了输入信号约束问题，但存在一次变化问题。4.小结基本RS触发器、时钟触发器及主从触发器等内容。1）触发器和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑单元。它有两个基本特性：①有两个稳定的状态（0状态和1状态）。②在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有外信号作用时，保持原状态不变。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。2）触发器的逻辑功能指触发器次态Qn+1与现态Qn及输入信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图（时序图）。3）触发器的分类根据电路结构不同，触发器可分为：基本触发器：输入信号电平直接控制。特性方程0RSnnQRSQ1（约束条件）特性方程0RSnnQRSQ1（约束条件）同步触发器：时钟电平直接控制。CP=1（或0）时有效特性方程0RSnnQRSQ1主从触发器：主从控制脉冲触发。CP下降沿（或上升沿）到来时有效特性方程0RSnnQRSQ1主从RS触发器nnnQKQJQ1主从JK触发器通过总结，使学生加深对基本RS触发器、时钟触发器及主从触发器等内容的印象。5.课后讨论与思考思考题：由基本RS触发器构成的开关去抖动电路如图所示，开关触点A为常闭触点，触点B为常开触点，每当开关按下再松开时，因为存在开关抖动现象（如波形所示），若不采取消除抖动措施，逻辑电路将会出现多次动作而出现混乱，请解释下图电路消除开关抖动原理，并对应触点B的开关动作波形，画出输出Q点的波形图。QQABVDDVDDRR开开开开开开开A开开开B开开开开A开开开开开B开开开开开开开开开开开开Q让学生练习与思考，利于对本节课内容的掌握。