第13讲边沿触发器及其功能变换

DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换第13讲课时授课计划课程内容DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换内容：1.边沿触发器2.主从触发器目的与要求：1.掌握触发器的边沿触发方式和主从触发方式。2.掌握各种逻辑功能的触发器：RS、D、JK、T、T′的逻辑功能。3.掌握查手册了解MSI触发器的逻辑功能和性能的方法。重点与难点：1.正确理解触发器的逻辑功能和触发方式。2.熟练掌握触发器的特性方程。难点：触发方式、特性表、驱动表的正确理解。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换课堂讨论：D触发器的特性方程中没有出现Qn，那么它是时序电路吗？复习（提问）：时序电路的一些基本概念复习：现态、次态、0/1状态、复位端、置位端、低电平有效、RS触发器的特性表、驱动表、特性方程、状态转换图。本节中，不详细分析触发器具体电路的工作原理，只简单了解即可。因为集成触发器的学习以应用为主，不强调内部电路。重点：逻辑功能、触发方式。克服空翻→边沿触发方式和主从触发方式DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换边沿触发器为何要用边沿触发器？同步触发方式存在空翻，为了克服空翻。边沿触发器只在时钟脉冲CP上升沿或下降沿时刻接收输入信号，电路状态才发生翻转，从而提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力，它没有空翻现象。边沿触发器主要有维持阻塞D触发器，边沿JK触发器、CMOS边沿触发器等。以下各边沿触发器的具体电路不详细分析其工作原理，只简单了解即可。因为集成触发器的学习以应用为主，不强调内部电路。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换TTL边沿触发器1.电路结构逻辑符号中“^”表示边沿触发输入。加小圆圈：表示下降沿有效触发。不加小圆圈：表示上升沿有效触发。TTL边沿JK触发器逻辑图和逻辑符号2.逻辑功能nnnQKQJQ1式中：Qn+1为CP下降沿到来后的状态；其余为CP到来前的状态。JCPKQQJKQQ曾用符号JCPK1J1KQQ国标符号CPC1DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换工作过程：在CP等于0期间，与非门3、4及与门A、D均被封锁，基本触发器（门1、2）经过门B、C处于保持状态，输入数据J、K不会被接收。在CP等于1期间，基本触发器可以通过与J、K无关的与门A、D而处于保持状态，此时J、K数据能经门3、4到达与门B、C的输入端，但它无法进入基本触发器。如，若触发器的原始状态为Q=0，那么此时的门4被Q=0封锁，经门3到达门B的输入的输入数据将会被门A的“1”输出封锁在与或非门1之外，从而使B门的输入不能进入基本触发器。当CP的负跳变来到时，就会产生两方面的情况。首先，CP将关闭门A、D，从而破坏了基本触发器保持状态的条件，使已进入与门B或C的数据能进入基本触发器。随后，CP的负沿封锁了门3、4，从而把与门B、C打开，又使基本触发器通过门B、C处于保持状态。然而，基本触发器能否可靠地翻转，取决于内部一些门的延迟时间。若电路参数选得合理，使与门A、D关闭较快，使门3、4关闭时间较慢，并且基本触发器翻转较快，那么在门A、D关闭的同时，进入B、C的输入数据在基本触发器翻转稳定后，门3、4输出信息才消失，这样，触发器才能可靠地接收数据。由于CP正跳变来到时，CP要打开与门A、D和与非门3、4。如果使门A、D的开启比与非门3、4的开启快，就能确保CP正跳变来到时触发器仍处于保持状态，否则触发器就要接收数据。上图所示的触发器就是利用门A、D的开启快于门3、4的开启；门A、D的关闭快于门3、4的关闭以及基本触发器翻转较快来实现负沿触发的。演示DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换3.具有直接置0和置1端的边沿JK触发器下图为下降沿触发的边沿JK触发器74LS112。置0（）置1（）端均为低电平有效，异步方式（不受CP的影响）。DRDS异步置位端与门3、4相连的原因，以置0端为例：假设在置0信号作用期间J=1，若只和C、D相连而不与门3相连，则当CP负跳变来到时，门A输出的负跳变就一定比门B输出的正跳变提前来到，于是在Q端就会出现一个正向的尖峰脉冲信号。若用信号去封锁门3，那么CP的负跳变就不能到达门B，这样也就消除了尖峰信号。DRDRDigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换4.JK触发器构成的T触发器和T’触发器T触发器：具有保持和翻转功能的触发器。T’触发器：只具有翻转功能的触发器。1.JK触发器T触发器令JK触发器的J=K=T，可得T触发器的特性方程为：nnnnnQTQTQKQJQ1（CP脉冲下降沿到来有效）T触发器的逻辑功能为：T=1时：每输入一个时钟脉冲CP，触发器的状态翻转一次；T=0时：输入时钟脉冲CP时，触发器的状态保持不变。T触发器的作用：计数。1JC11KTQQCPDigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换2.JK触发器T’触发器令JK触发器的J=K=1，可得T触发器的特性方程为：nnQQ1（CP脉冲下降沿到来有效）T’触发器是T触发器在T=1时的特例。1JC11K1QQCPDigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换集成边沿JK触发器(a)74LS112的引脚图16151413121110974LS11212345678VCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q1CP1K1J1SD1Q1Q2QGND(b)CC4027的引脚图161514131211109CC402712345678VDD2Q2Q2CP2RD2K2J2SD1Q1Q1CP1RD1K1J1SDVSS①74LS112为CP下降沿触发。②CC4027为CP上升沿触发，且其异步输入端RD和SD为高电平有效。注意DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换14131211109874LS741234567VCC2RD2D2CP2SD2Q2Q1RD1D1CP1SD1Q1QGND141312111098CC40131234567VCC2Q2Q2CP2RD2D2SD1Q1Q1CP1RD1D1SDVSS(a)74LS74引脚排列图(b)CC4013引脚排列图集成边沿D触发器注意：CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效。CP上升沿触发DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换维持阻塞D触发器1.电路结构逻辑图逻辑符号DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换2.逻辑功能与触发方式1）逻辑功能若输入D=1•在CP=0时，保持。因D=1，G6输入全1，输出Q6=0，使Q4=1，Q5=1。•当CP由0跃变到1时，触发器置1。在CP=1期间，②线阻塞了置0通路，故称其为置0阻塞线。③线维持了触发器的1状态，故称其为置1维持线。若输入D=0•在CP=0时，保持。因D=0，G6输出Q6=1，这时，G5输入全1，输出Q5=0。•当CP由0跃变到1时，触发器置0。在CP=1期间，①线维持了触发器的0状态，故称其为置0维持线。④线阻塞了置1通路，故称其为置1阻塞线。可见，它的逻辑功能和前面讨论的同步D触发器的相同。因此，其特性表、驱动表和特性方程也相同。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换2）触发方式—边沿维持阻塞D触发器是用时钟脉冲上升沿触发的。因此，又称为边沿D触发器。Qn+1=D（CP上升沿到来有效）式中的D信号指CP上升沿到来前的状态。Qn+1为CP上升沿到来后的状态。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换具有直接置0和置1端的维持阻塞D触发器下图为上升沿触发的维持阻塞D触发器74LS74的逻辑图和逻辑符号。：直接（异步）置0端；：直接（异步）置1端；均为低电平有效；直接（异步）：指不受CP的影响。DRDSDigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换D触发器构成的T触发器和T’触发器1.D触发器T触发器nnnQTQTDQ1（CP脉冲上升沿到来有效）令D=T⊕Qn2.D触发器T’触发器nnQDQ1（CP脉冲上升沿到来有效）nQD令DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换主从触发器1.主从触发器与边沿触发器一样可以克服空翻。2.结构：主从结构。内部有相对称的主触发器和从触发器。3.触发方式：主从式。主、从两个触发器分别工作在CP两个不同的时区内。（由2个电位触发方式的钟控触发器构成）总体效果上与边沿触发方式相同。状态更新的时刻只发生在CP信号的上升沿或下降沿。4.优点：在CP的每个周期内触发器的状态只可能变化一次，能提高触发器的工作可靠性。主从触发器是在同步RS触发器的基础上发展出来的。各种逻辑功能的触发器都有主从触发方式的触发器，即：主从RS触发器、主从JK触发器、主从D触发器、主从T触发器、主从T’触发器。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换主从RS触发器1.电路结构由两个同步RS触发器串联组成，上面的为从触发器，下面的为主触发器。G9门的作用是将CP反相，使主、从两个触发器分别工作在两个不同的时区内。G5G6G1G2G7主触发器G8QmQmG3从触发器G4&&QQ&&1SRCPCPG9(a)逻辑电路&&&&（1）接收输入信号过程CP=1期间：主触发器控制门G7、G8打开，接收输入信号R、S，有：从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。01RSQRSQnmnm工作原理DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换G5G6G1G2G7主触发器G8QmQmG3从触发器G4&&QQ&&1SRCPCPG9&&&&01（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门G7、G8封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门G3、G4被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在CP=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、的值当然不可能改变。01RSQRSQnnCP下降沿到来时有效Q特性方程DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换QQSRSCPRQQ(b)曾用符号1S1RSCPRQQ(c)国标符号CPC1逻辑符号电路特点主从RS触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP＝1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。但其仍然存在着约束问题，即在CP＝1期间，输入信号R和S不能同时为1。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换主从D触发器工作原理G5G6G1G2CPG3从G4&QQ1G7主G8&&1D1QmQm&&&&&（1）CP＝0时，门G7、G8被封锁，门G3、G4打开，从触发器的状态取决于主触发器Q=Qm、Q=Qm，输入信号D不起作用。（2）CP＝1时，门G7、G8打开，门G3、G4被封锁，从触发器状态不变，主触发器的状态跟随输入信号D的变化而变化，即在CP＝1期间始终都有Qm=D。DigitalLogicCircuit第13讲边沿触发器及触发器功能变换G5G6G1G2CPG3从G4&QQ1G7主G8&&1D1QmQm&&&&&DQn1下降沿时刻有效（3）CP下降沿到来时，封锁门G7、G8，打开门G3、G4，主触发器锁存CP下降时刻D的值，即Qm=D，随后将该值送入从触发器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿过后，主触发器锁存的CP下降沿时刻D的值被保存下来，而从触发器的状态也将保持不变。综上所述，边沿D触发器的特性方程为：DigitalLogicCirc