数字电路触发器详解

第5章触发器《数字电子技术基础》教学课件SR锁存器5.2脉冲触发的触发器5.4电平触发的触发器35.3概述35.13目录广东工业大学自动化学院5.5触发器的逻辑功能及其描述方法5.6边沿触发的触发器Flip-Flop，简写为FF，又称双稳态触发器。5.1概述广东工业大学自动化学院在各种复杂的数字电路中不但需要对二值信号进行数值运算和逻辑运算，还经常需要将运算结果保存下来。为此，需要使用具有记忆功能的基本逻辑单元。能够存储1位二值信号的基本单元电路统称为触发器。触发器是构成时序逻辑电路的基本单元电路。本章的重点:1.各种电路结构的触发器所具有的特点；2.触发器逻辑功能的分类和触发器逻辑功能的描述方法。3.要注意区分触发器的电路结构和逻辑功能这两个不同的概念。5.1概述广东工业大学自动化学院一、触发器的特点(1)有两个稳定状态(简称稳态)，用来表示逻辑0和1。一个触发器可存储1位二进制数码(2)在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换(称为状态的翻转)。(3)输入信号消失后，新状态可长期保持下来，具有记忆功能。5.1概述广东工业大学自动化学院二、触发器的分类1.按触发方式分2.按逻辑功能分电平触发脉冲触发边沿触发SR触发器D触发器JK触发器T触发器三、触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驱动表(激励表)、状态转换图（状态图）和波形图(时序图)等。5.2SR锁存器广东工业大学自动化学院SR（Set-Reset）锁存器（又叫基本RS触发器）是各种触发器构成的基本部件，也是最简单的一种触发器。锁存器---不需要触发信号，由输入信号直接完成置0或置1操作。触发器---需要一个触发信号（称为时钟信号CLOCK)，只有触发信号有效时，才按输入信号完成置0或置1操作。广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器一、电路结构与工作原理1.用或非门组成的锁存器•电路组成信号输入端互补输出端Q和Q′为互补输出端，正常工作时，它们的输出状态相反。通常用Q的状态表示触发器的状态，即:Q=0，Q′=1时，称为触发器的“0”态。Q=1，Q′=0时，称为触发器的“1”态。广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•工作原理0a.RD＝0，SD＝1时1001锁存器为“1”态Q＝0Q＝1b.RD＝1，SD＝0时10001锁存器为“0”态Q＝1Q＝0广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•工作原理0C.RD＝0，SD＝0时0110锁存器为“0”态Q＝1Q＝0000锁存器为“1”态Q＝0Q＝1•若Q=0001•若Q=11010锁存器的状态保持不变010广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•工作原理1d.RD＝1，SD＝1时100“禁止”态Q＝0Q＝0•Q和Q'违背互补输出的条件。•当RD和SD同时去掉高电平加低电平时不允许输入RD=SD=1的信号即SR锁存器存在约束条件。0000111100输出状态不定现态指触发器在输入信号变化前的状态，用Q表示。次态指触发器在输入信号变化后的状态，用Q*表示。触发器次态与输入信号和电路原有状态之间关系的真值表。广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•特性表（或功能表）SDRDQQ*0000001101000110100110111100①1110①保持清“0”置“1”不允许SR锁存器存在约束条件。广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•图形（逻辑）符号输入没有小圆圈表示高电平有效置位端或置1输入端复位端或置0输入端广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器2.用与非门组成的锁存器•电路组成•特性表（或功能表）S'DR'DQQ*1100111110001010010101110001①0011①广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器•图形（逻辑）符号置位端或置1输入端复位端或置0输入端输入有小圆圈表示低电平有效广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器波形分析举例解：[例]设下图中触发器初始状态为0，试对应输入波形画出Q和Q'的波形。Q'QS'DR'DSRS'DR'D保持初态为0，故保持为0。置0保持QQ'置1输入有小圆圈表示低电平有效置0广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器R'DS'DQ'Q假设Q的初态为0，试对应输入波形画出Q和Q'的波形。a、信号同时存在时，两输出端均为高电平；b、信号同时撤消时，Q的状态无法确定；c、信号分时撤消时，Q的状态由输入决定。0011保持01010110保持保持结论：不允许在两个输入端同时加输入信号:0000广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器二、动作特点直接控制：输入信号直接加在输出门上，在输入信号全部作用时间内，都能直接改变输出端的状态（即只要有输入信号，就能作用于电路)。故又称该电路为直接复位、置位锁存器。广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器三、应用举例利用SR锁存器的记忆功能可消除机械开关振动引起的干扰脉冲。干扰脉冲开关由断开变至稳定闭合的uo波形广东工业大学自动化学院5.2SR锁存器A有0就置1B有0就置0SD’RD’开关切换到A开关切换到B广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器在数字系统中，为协调各部分的动作，常常要求某些触发器在同一时刻动作（即改变状态，也称为翻转），这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信号（Clock），简称时钟，用CLK表示。电平触发器（也称同步触发器）是其中最简单的一种。Clock是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。具有时钟脉冲控制的触发器统称为时钟触发器，又称钟控触发器。广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器一、电平触发SR触发器（同步SR触发器）1.电路结构和工作原理•电路组成SR锁存器触发信号控制门•工作原理CLK=0时，G3、G4被封锁，输入信号R、S不起作用。SR锁存器的输入均为1，触发器状态保持不变。011CLK=1时，G3、G4解除封锁，将输入信号R和S取非后送至SR锁存器的输入端。1只有在CLK＝1时，S、R才能起作用S'R'广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器00XX011XX01100110011011①1111①01101110011110110010001*QQRSCLKCLK=0，触发器状态保持不变CLK=1，触发器状态受输入信号控制SR触发器存在约束条件2.特性表（或功能表）保持置1置0广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器时钟控制信号输入没有小圆圈表示高电平有效同步输入信号受CLK控制3.图形（逻辑）符号1S1RC1广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形。假设触发器的初态为“0”。QCLKRQQS00100001CLK=0时，触发器状态不变。CLK=1时，触发器根据S、R取值翻转。只在CLK=1期间接受输入信号广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器CLKRSQ假设触发器的初态为“0”。0110000011Q广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器•异步输入端(S'D、R'D)---不受时钟信号（CLK）控制在某些应用场合，有时需要在时钟CLK到来之前，先将触发器预置成制定状态，故实际的同步SR触发器设置了异步置位端S'D和异步复位端R'D。异步置1端异步置0端小圆圈表示低电平有效广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形。R'DCLKRQ'Q1SSC1CLKR1RRSVCCR'DS解：原态未知QVCCR'DR'D00100001异步置0广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器二、电平触发D触发器（D型锁存器）1.电路组成与SR触发器结构相同，只是S=D，R=D′，所以只出现S=0，R=1或S=1，R=0的情况。SR5.3电平触发的触发器广东工业大学自动化学院2.特性表（或功能表）CLKDQQ*0X000X111101111110001010DQ*1时，当CLK3.图形（逻辑）符号1DQQC1CLKD保持置“1”置“0”广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形(设触发器初始状态为0)。Q'Q1DDC1CLKDCLKQ101010CLK=0时，触发器状态不变CLK=1时，触发器次态跟随D信号初始状态广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器三、电平触发方式的动作特点（1）只有当CLK变为有效电平时，触发器才能接受输入信号，并根据输入信号将触发器的输出置成相应的状态。（2）在CLK为有效电平的全部时间里，输入信号的变化都将引起触发器输出状态的变化。（3）在CLK有效电平期间,若输入信号多次发生变化，则触发器状态将多次翻转，从而降低了电路的抗干扰能力。电平触发器在CLK=有效电平期间，输出发生多次翻转的现象称为空翻。CLK=1期间翻转的称正电平触发式；CLK=0期间翻转的称负电平触发式。广东工业大学自动化学院5.3电平触发的触发器123空翻例：CLK空翻可能会造成误动作！广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器为了避免空翻现象，提高触发器工作的可靠性，希望在每个CLK期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器（也称为主从触发器）。一、主从SR触发器脉冲触发的SR触发器（即主从SR触发器）是由两个同样的电平触发SR触发器组成。广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器1.电路结构和工作原理•电路组成主触发器从触发器CLKCLK'主触发器与从触发器的结构相同，只是主触发器由CLK控制，而从触发器由CLK'控制。广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器1001★CLK到达时，CLK=0，CLK′=1。主触发器被封锁，并保持CLK到达之前的状态不变。这时从触发器工作，且从触发器翻转到与主触发器相同的状态。★CLK=0期间，主触发器被封锁，保持CLK到达之前的状态不变，Q从=Q主，因此，主从RS触发器状态保持不变。★CLK=1期间，主触发器接受输入信号，从触发器被封锁，使主从RS触发器状态保持不变。综上所述，主从触发器状态只能在CLK时刻发生翻转，其它时刻则保持不变。至于状态如何翻转，则由CLK之前最后的输入信号值决定。•工作原理广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器2.特性表S00000111100000001111111100R0111QQ*说明保持置0(复位）置1(置位）状态不定CLK××××保持原态Q××表示输出状态的变化发生在CLK的下降沿没有CLK时，触发器状态保持不变有CLK到来时，触发器才改变状态广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器3.图形（逻辑）符号┐表示延迟输出，即下降沿动作没有小圆圈表示CLK=1期间接收信号没有小圆圈表示输入高电平有效广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形(设触发器初始状态为0)。000SRCLKttt解：QCLK=1时，触发器状态不变。CLK下降沿到达时，触发器根据S、R取值翻转。0001101100初始状态广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器二、主从JK触发器主从SR触发器克服了同步SR触发器（即电平触发的SR触发器）在CLK＝1期间多次翻转的问题；但在CLK＝1期间，主触发器的输出仍会随输入的变化而变化，当S=R=1时仍存在不定状态，输入信号仍要遵守SR＝0（约束条件）。为了使主从SR触发器在S＝R＝1时也有确定的状态，则将输出端Q和Q'反馈到输入端，这种触发器称为JK触发器。实际上这对反馈线通常在制造集成电路时内部已接好。广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器1.电路结构和工作原理•电路组成广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器•工作原理与SR触发器相比，相当于S=JQ´，R=KQ。当JK=00、01、10时与SR触发器的功能相同；当JK=11时，相当于S=Q´，R=Q。若Q=0，Q*=1若Q=1，Q*=0即当JK=11时，Q*=Q´广东工业大学自动化学院5.4脉冲触发的触发器2.特性表J00000111100000001111111100K0111