数数字电路逻辑设计-第二版-第-5-章-集触发器-文档资料

第5章集成触发器徐小红计算机与信息学院电子系图像信息处理研究室第5章集成触发器教学基本要求（1）掌握各类触发器的逻辑功能和逻辑功能的描述方法。（2）掌握各种触发方式的特点。（3）理解触发器的工作原理。第5章集成触发器引言5.1基本触发器5.2钟控触发器5.3主从触发器5.4边沿触发器引言双稳态触发器能够存储(记忆)一位二进制信号的基本单元电路。由门电路加反馈通道构成，输出具有两个稳定的物理状态，简称触发器。触发器是时序逻辑电路中完成记忆功能的电路，是最基本的时序逻辑单元。引言I.从电路结构不同分II.从逻辑功能不同分1)R-S触发器2)J-K触发器3)T触发器4)D触发器1)基本触发器2)钟控触发器3)主从触发器4)边沿触发器触发器的分类第5章集成触发器引言5.1基本触发器5.2钟控触发器5.3主从触发器5.4边沿触发器5.1基本触发器5.1.1基本触发器电路组成和工作原理5.1.2基本触发器功能的描述5.1.1基本触发器电路组成和工作原理基本触发器可由两个与非门交叉耦合组成，也可由或非门交叉耦合组成，如图所示。基本触发器电路≥1≥15.1.1基本触发器电路组成和工作原理工作原理1S0RDD＝，＝0Q＝1Q＝0S1RDD＝，＝1Q＝0Q＝1S1RDD＝，＝0S0RDD＝，＝1Q＝1Q＝G1G2保持不变0状态1状态5.1.1基本触发器电路组成和工作原理RD=0、SD=0以后同时发生由0至1的变化，则两个与非门输出都要由1向0转换，这就出现了所谓的竞争现象。假若与非门G1的延迟时间大于G2的延迟时间，则触发器最终稳定在Q=0、Q＝1的状态；在和都为0而又同时由0变为1时，触发器的状态会出现不定态RDSDG1G2假若与非门G1的延迟时间小于G2的延迟时间，则触发器最终稳定在Q=1、Q＝0的状态；5.1.1基本触发器电路组成和工作原理触发器的状态会出现不定态基本触发器逻辑符号输入低电平有效，SD端称置1端，RD端称清0端，1S0RDD＝，＝0Q＝1Q＝0S1RDD＝，＝1Q＝0Q＝1S1RDD＝，＝0S0RDD＝，＝1Q＝1Q＝保持不变0状态1状态不定保持置“1”置“0”功能00111001DDSR5.1.1基本触发器电路组成和工作原理TSQTTR例：已知基本R-S触发器的输入信号波形如图所示，试画出、的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QQTQ不定保持置“1”置“0”功能00111001DDSR5.1.1基本触发器电路组成和工作原理画波形图不定保持置“1”置“0”功能00111001DDSR5.1.1小结3、状态的变化(翻转)在输入信号作用下，触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。2、有两个稳定的逻辑状态1、有两个互补的输出端Q和Q触发器基本特性Q=1，Q=0，称为1状态；Q=0时，Q=1，称为0状态若输入不发生变化，触发器处于其中一个状态，且保持下去。规定：触发器Q端状态为触发器的状态。Q=1时，Q=0；Q=0时，Q=1触发器可以记忆1位二值信号5.1.2基本触发器功能的描述次态方程–触发器的次态是它的现态和输入信号的函数(状态方程，特征方程)，即Qn+1=f(Qn,X)术语说明现态–把触发器在翻转前的状态叫触发器的现态，用Qn表示。次态–把触发器翻转后的状态叫触发器的次态，用Qn+1表示。5.1.2基本触发器功能的描述一、状态转移真值表和功能表二、特征方程（状态方程）三、状态转移图和激励表5.1.2基本触发器功能的描述一、状态转移真值表和功能表不定×00保持Qn11置“1”110置“0”001功能Qn+1DDSR不定××000001保持01110111置“1”11100101置“0”00010011逻辑功能Qn+1nDDQSR5.1.2基本触发器功能的描述二、特征方程nQDDSR0100011110001101XX1nQnDDnQRSQ11DDRS约束条件：特征方程：描述触发器逻辑功能的函数表达式。××000001011101111110010100010011Qn+1nDDQSR5.1.2基本触发器功能的描述三、状态转移图01/RD=1/SD=0/RD=0/SD=1/RD=1/SD=X/RD=X/SD=1Q描述触发器状态变化及其相应输入条件的一种图形。圆圈表示触发器稳定状态。箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向。箭头旁边的标注表示状态转移的条件。××000001011101111110010100010011Qn+1nDDQSR5.1.2基本触发器功能的描述四、激励表（驱动表）×110011×00011011QnQn+1激励输入状态转换DRDS描述触发器由现态转移到确定的次态时，对输入信号的要求的一种表格。激励表实际上是状态转移图的一种表格表示形式，也是状态转移真值表的派生表。××000001011101111110010100010011Qn+1nDDQSR第5章集成触发器引言5.1基本触发器5.2钟控触发器5.3主从触发器5.4边沿触发器5.2钟控触发器由于基本触发器的动作特点是用输入信号直接触发，而实际应用中往往要求输入信号只决定触发器转换到什么状态，而何时转换则应由另外的同步信号控制，以便当电路中有多个触发器时可以控制各触发器状态的改变发生于同一时刻，即所谓的同步工作。5.2钟控触发器触发方式时钟触发器的触发方式及其分类触发方式—是指触发器输出状态的变化在时钟脉冲CP的什么时刻里发生的(工作方式)CP脉冲有四个不同阶段：低电平上升沿高电平下降沿触发方式电平触发方式边沿触发方式高电平低电平上升沿下降沿电路符号QQ01QQ01电平CP低CP高边沿QQ01QQ01CPCP下降沿上升沿5.2钟控触发器所谓钟控触发器，是在基本触发器的基础上增加一个触发控制电路(也叫触发导引电路)，并使用触发输入(也称数据输入)和时钟脉冲输入(也称控制输入)两种输入信号，前者决定触发器转换至什么状态，后者决定转换的时刻。能实现同步工作的最简单的触发器就是钟控电位触发器，简称钟控触发器或同步触发器。5.2钟控触发器5.2.1钟控R-S触发器5.2.2钟控D触发器（D锁存器）5.2.3钟控J-K触发器5.2.4钟控T触发器5.2.5电位触发方式的工作特性5.2.1钟控R-S触发器一、电路和逻辑符号&Q&QDRDS&&SRCP5.2.1钟控R-S触发器二、逻辑功能当CP＝0，RS＝XX，；保持不变。1DDRSQQ,在CP＝1期间，当R=S=1时，Q=Q=1,当R=S=1且又同时由1变为0时出现不定态DSSDRRQQ,当CP＝1，，；随着RS的变化而变化。&Q&QDRDS&&SRCP5.2.1钟控R-S触发器三、逻辑功能的描述1)状态转换真值表和功能表2)特征方程3)状态转换图和激励表4)波形图5.2.1钟控R-S触发器1)状态转换真值表和功能表不定×11置“0”010置“1”101保持Qn00功能Qn+1SR不定××110111置“0”00100101置“1”11010011保持01000001逻辑功能Qn+1nQSR1CP输入高电平有效5.2.1钟控R-S触发器2)特征方程nQRS0100011110001110XX1nQnnQRSQ10RS约束条件：01RSQRSQnnCP=1期间有效不定××110111置“0”00100101置“1”11010011保持01000001逻辑功能Qn+1nQSR5.2.1钟控R-S触发器3)状态转换图和激励表01R=0S=1R=1S=0R=0S=XR=XS=0Q×001100×00011011RSQnQn+1激励输入状态转换不定××110111置“0”00100101置“1”11010011保持01000001逻辑功能Qn+1nQSR5.2.1钟控R-S触发器4)波形图5.2.1钟控R-S触发器CPRSQQ不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变例：已知钟控R-S触发器的输入信号波形如图所示，试画出、的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QQ5.2.1钟控R-S触发器CPTSTRTQT例：已知同步R-S触发器的输入信号波形如图所示，试画出、的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QQTQ1234567不定×11置“0”010置“1”101保持Qn00功能Qn+1SR5.2.1钟控R-S触发器例：已知钟控R-S触发器的输入信号波形如图所示，试画出、的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QQ5.2.2钟控D触发器（D锁存器）一、电路结构和逻辑功能&Q&QDRDS&&DCPQn+1=D11CP置111置000功能Qn+1D5.2.2钟控D触发器（D锁存器）二、状态转移表和状态转移图DQnQn+100001010111101D=1D＝0D＝1D=0Q5.2.2钟控D触发器（D锁存器）例CPDQQ不变不变不变不变不变不变置1置0置0置1置1置1置0置0三、波形图5.2.3钟控J-K触发器&Q&QDRDS&&JKCP一、电路结构及其特征方程nnnQKQJQ1CP=15.2.3钟控J-K触发器二、状态转移表和状态转移图状态转移表JKQnQn+10000010100111001011101110100111001J=1K=XJ=XK=1J=XK=0J=0K=XQCP=15.2.3钟控J-K触发器钟控J-K触发器激励表01J=1K=XJ=XK=1J=XK=0J=0K=XQQn―Qn+1JK000X011X10X111X05.2.3钟控J-K触发器三、波形图QQCPJK不变置0不变置1不变翻转不变不变不变置1不变5.2.4钟控T触发器在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号T取值的不同，具有保持和翻转功能的电路，即当T＝0时能保持状态不变，T＝1时一定翻转的电路，都称为T触发器。TQnQn+1一、逻辑结构二、功能表（CP=1）JKFFTFFJ=K=TT=0保持原态T=1翻转0000111011105.2.4钟控T触发器三、特征方程四、状态图0T=01T=1T=0n1nQTQ由功能表直接写出：5.2.4钟控T触发器五、T触发器的激励表T触发器激励表1nnQQT0000111011105.2.5电位触发方式的工作特性钟控触发器在基本触发器的基础上增加一个触发导引电路。钟控信号CP=0低电平期间，触发器不接受输入激励信号，触发器状态保持不变。钟控信号CP=1高电平期间，触发器接受输入激励信号，触发器状态发生转移。这种钟控方式称为电位触发方式。5.2.5电位触发方式的工作特性2、空翻现象：若在CP=1期间，输入信号发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。这种在一个时钟脉冲作用下，触发器发生多次翻转的现象称为空翻。1、电平（位）触发型：CP=1高电平期间，输入信号R、S(J、K，D，T)起作用。3、抗干扰能力差，不能实现计数分频功能。CP=1期间，若输入信号受到干扰，同样会引起触发器的干扰翻转输出。特别是当T=1和J=K=1时，Qn+1=/Qn,会发生多次翻转现象。不能实现计数分频——来一个CP翻转一次。5.2.5电位触发方式的工作特性由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。&&GGQQ12&&RSCP3G4GRSCPQ有效翻转空翻5.2.5电位触发方式的工作特性避免多次翻转的方法之一就是采用具有存储功能的触发导引电路。主从结构式的触发器就是这类触发器。第5章集成触发器引言5.1基本触发器5.2钟控触发器5.3主从触发器5.4边沿触发器5.3主从触发器5.3.1主从触发器基本原理5.3.2主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象5.3.3主从J-K触发器集成单元5.3.4集成主从J-K触发器的脉冲工作特性5.3.1主从触发器基本原理一、主从R-S触发器二、主从J-K触发器一、主从R-S触发器由两级同步R-S触发器串联组成。G1～G4组成从触发器，G5～G8组成主触发器。1