触发器及含触发器的PLD

1组合逻辑电路...当时的输入...当时的输出构成组合逻辑电路的基本单元是门电路。在前面所学习的组合逻辑电路中，仅仅决定于2而在“时序逻辑电路”中，时序逻辑电路...当时的输出这就要求时序逻辑电路必须具有记忆功能!不仅与...当时的输入有关..过去的输出而且与有关我们将要学习的“触发器”就具有记忆功能。第6章触发器及含触发器的PLD4本章重点1、各种电路结构的触发器所具有的动作特点；2、触发器逻辑功能的分类和触发器逻辑功能的描述方法。5触发器具有什么功能?形象地说，它具有“一触即发”的功能。在输入信号的作用下，它能够从一种状态(0或1)转变成另一种状态(1或0)。触发器具有什么基本特点?1）具有两个能自行保持的稳定状态1和0。2）根据不同的输入信号可以置成1或0状态。触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，是能够存储1位二值信号的单元电路。6.1概述6触发器如何分类?按逻辑功能划分：R-S触发器；D触发器；J-K触发器;按触发方式划分：电平触发方式；主从触发方式；边沿触发方式。T触发器等等。“1”状态：Q=1，Q=0“0”状态：Q=0，Q=12.有两个稳定状态3.在输入信号的作用下，双稳态触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。逻辑符号RSQQRS双稳态触发器的基本特性1.有两个互补的输出端QQ置0端置1端通常，把在输入信号发生变化前的触发器状态称为现态，用Ｑn和Ｑn表示；把输入信号发生变化后的触发器状态称为次态，用Ｑn+1和Ｑn+1表示。用X表示输入信号的集合，则触发器的次态方程为：Ｑn+1＝f（Ｑn，X）次态方程又称为状态方程、特征方程。81.基本结构S：置位（置1）端R：复位（置0）端6.2.1基本RS触发器两互补输出端两输入端反馈线QQ.1.2SR6.2RS触发器9两互补输出端两输入端正常情况下，两输出端的状态保持相反。通常以Q端的逻辑电平表示触发器的状态，即Q=1，Q=0时，称为“1”态；反之为“0”态。反馈线基本RS触发器2.逻辑功能QQ.1.2SR1010110复位0结论:不论触发器原来为何种状态，当S=1，R=0时，将使触发器置“0”或称为复位。(1)S=1，R=0QQ.1.2SR1101000110Qn：输入信号到来前触发器的状态，简称原状态；Qn+1：输入信号到来后触发器的状态，简称次态。QnQn+1RS置01201001置位1结论:不论触发器原来为何种状态，当S=0，R=1时，将使触发器置“1”或称为置位。(2)S=0，R=1QQ.1.2SR13QnQn+101000110Qn表示触发器的原状态；Qn+1表示触发器的次态。10011011RS称为“置1”!14设原态为“1”态1110001触发器保持“1”态不变1当S=1，R=1时，触发器保持原来的状态，即触发器具有保持、记忆功能。QQ.1.2SR(3)S=1，R=115QnQn+101000110Qn表示触发器的原状态；Qn+1表示触发器的次状态。1001101111001111称为“保持”!RS1601110011111110若G1先翻转，则触发器为“0”态“1”态(4)S=0，R=0当信号S=R=0同时变为1时，由于与非门的翻转时间不可能完全相同，触发器状态可能是“1”态，也可能是“0”态，不能根据输入信号确定。若先翻转QQ.1.2SR17RSQnQn+101000110Qn表示触发器的原状态；Qn+1表示触发器的次状态。100110110001*0011*0状态同时消失以后输出状态不定!11001111称为“保持”!18基本R－S触发器状态表逻辑符号R(ResetDirect)-直接置“0”端(复位端)S(SetDirect)-直接置“1”端(置位端)QQSRSRQ100置0011置111不变保持001*不定功能低电平有效1*表示不正常状态，0信号消失后，触发器状态不定。注意：19由或非门组成的基本RS触发器QQ≥1≥1SRQQSRSRQQn+10000010110101111010101010100110*0*SR基本RS触发器21例：在左图的基本RS触发器电路中，已知输入电压波形，画出输出端对应的电压波形。01X010X111X保持00X禁止QnQn+1QQRSRSQQSR246.2.2具备时钟控制的RS触发器在实际应用中，为协调数字系统各部分的动作，常常要求某些触发器于同一时刻动作。此时触发器的翻转不但要受输入端的控制，更重要的是要求各触发器能按一定时间节拍动作。为此,必须引入同步信号,使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常把这个同步信号叫做时钟脉冲（ClockPulse），简称时钟，用CP表示。这种受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器。最简单的时钟触发器：钟控RS触发器。25同步RS触发器不变Qn××0说明Qn+1SRCP同步（钟控）RS触发器同步RS触发器特性表××011不变不变01置00011011101010110置1110100111不变不变不变Qn001111001*1*不定×1112143QQSRCP（a）逻辑图工作原理:约束条件：SR=01）当CP=0时：触发器保持原来状态不变；2）当CP=1时：触发器的逻辑功能与RS触发器相似，区别在于R、S端信号为高有效。26图4-6同步RS触发器时序波形图：CPSR2tpd3tpd2tpd3tpd同步RS触发器符号图：QQ1S1RC1QQCP（b）国标符号QQCPSR（c）惯用符号27例1：画出钟控R－S触发器的输出波形RSCP不定不定钟控R－S状态表CP高电平时触发器状态由R、S确定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn28同步R-S触发器的动作特点1.当CP=0时,无论R、S为何种取值组合，输出端均“保持原态”；2.CP=1的全部时间里，R、S的变化都将引起触发器输出端状态的变化,即输入信号多次发生变化则触发器的状态也会多次翻转(空翻现象)。29存在问题：时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。CP克服办法：采用（主从或边沿）触发器。00SR01010111不定Qn+1QnQ=SQ=R30例2：画出同步RS触发器的输出波形。假设Q的初始状态为0。QQCPRSCP回到低电平后状态不定“空翻”即输出端随输入信号的多次变化将发生多次翻转。QQ1R1SC1CPRS31练习：画出同步RS触发器的输出端波形图。CPRSQQ假设Q的初始状态为0。在CP=0期间，触发器的状态“保持”状态不定QQ1R1SC1CPRS32Qn→Qn+1SR000110110×1001×0同步RS触发器驱动表触发器逻辑功能描述方法同步RS触发器特性表SRQnQn+1000001011010111101010101010011不定不定33RS触发器的特性方程：QnRS000111100101X011X0Qn+1RS触发器的状态转换图：01RSQRSQnn（约束条件）QRS010110X00XRS触发器的卡诺图：触发器状态转换条件状态转换方向6.2.3RS触发器应用示例b.Ｋ由B扳向A端，并且震颤几次，相当于ＲＳ＝０１（或１１）a.Ｋ由A扳向B端，并且震颤几次，相当于ＲＳ＝１０（或１１）０１０１无震颤开关电路机械开关在静止到新的位置之前其机械触头将要震颤几次。图示电路可以解决震颤问题。设初始时Ｋ接Ｒ端，基本原理如下：１０１１０１０１０１为了适用于单输入信号的场合，把同步RS触发器做成D触发器形式。35基本RS触发器导引门电路6.3.1电平触发型D触发器CPD6.3D触发器CPQQRDSDD36(2)功能分析011输出端保持原状态CP=0CPQQRDSDD37110110结论：Qn+1=D0110101011CP=1（无约束条件）CPQQRDSDDCPQQRDSDD3810001010110111110XX保持b.功能表CPDQnQn+1Qn+1=Dc.特性方程D锁存器a.逻辑符号QQ1DC1RDSDDCPRS优点：克服了约束条件的限制；存在问题：在CP＝1期间，输出状态随输入状态的变化而变化。电平触发型D触发器40CPDQQ10001010110111110XX保持CPDQnQn+1功能表练习、电路如左上图，且已知Qn=0。根据CP及D的波形画出输出端的波形。4112345671413121110981D2D允许3D4DNCVCC1Q2Q3Q4QNCGND允许74LS77(4位锁存器)这一类的D锁存器，有集成组件的产品，如74LS77(4位锁存器)、74LS75(4位双稳态锁存器)，等等。即CP1,2即CP3,442D触发器D触发器的特性方程：Qn+1=DD触发器的状态转换图：QD011001D触发器的状态转换图：QD0CPDQn+1说明011×01Qn01不变置0置1D触发器特性表43边沿触发器的电路结构与动作特点为了免除CP=1期间输入控制电平不许改变的限制，可采用边沿触发器。其特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CP=1或CP=0期间，输入端的任何变化都不影响输出。目前已用于数字集成电路产品中的边沿触发器电路主要有：维持阻塞触发器，CMOS传输门的边沿触发器，利用门电路传输延迟时间的边沿触发器等。44a.功能表DCPQQ6.3.2边沿触发型D触发器DCPQQ上升沿翻转下降沿翻转上升沿触发下降沿触发CPD1nQ0XnQ1XnQ0011b.特性方程Qn+1=Dc.逻辑符号45例：D触发器工作波形图CPDQ上升沿触发翻转46集成的边沿D触发器简介:双D型正边沿触发器7474(带预置和清除端)六D型触发器74174单路输出共直接清除四D型触发器74175互补输出共直接清除边沿触发型D触发器Q【例6-2】图6-11中为上升沿触发型D触发器的输入信号和时钟脉冲波形，设触发器的初始状态为0，确定输出信号Q的波形。解：把握边沿触发型D触发器工作特性的关键是，确认每个时钟脉冲CP上升沿之后的输出状态等于该上升沿前一瞬间D信号的状态，此状态将保持到下一个时钟脉冲CP上升沿到来时。由此可画出输出Q的波形如图6-11所示。图6-11例6-2波形图Q【例6-3】图6-12为边沿D触发器构成的电路图，设触发器的初始状态Q1Q0=00，试确定Q0及Q1在时钟脉冲作用下的波形（参考图6-13）。最后用QuartusII的时序仿真器验证。图6-12例6-3电路图6-13例6-3波形图解：由于两个D触发器的输入信号分别为另一个D触发器的输出，因此在确定它们的输出端波形时，应分段交替画出Q0及Q1的波形（图6-13）。第1个CP脉冲到来时，初始状态Q0Q1=00，D0=1，D1=0，因此Q0=1，Q1=0；第2个CP脉冲到来时，现态Q0Q1=10，D0=1，D1=1，因此Q0=1，Q1=1；第3个CP脉冲到来时，现态Q0Q1=11，D0=0，D1=1，因此Q0=0，Q1=1；第4个CP脉冲到来时，现态Q0Q1=01，D0=0，D1=0，因此Q0=0，Q1=0。50练习：逻辑电路和输入信号如图所示，画出触发器Q端的波形。触发器的初态均为0。DCPC11DRQQCPDQ51例、D触发器应用举例--四路优先判决电路发光二极管Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS17574175：四D型触发器,互补输出,共直接清除52Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS175000011111四个发光二极管均不亮!等待有人启动按钮赛前先清零53Q3Q4Q2Q1Q4Q3Q1Q2D1D2D3D4CLR1KHZ+5V74LS17510012号选手抢答成功时钟的频率越高，区分选手按键先后的分辨率就越高。这时其它按钮被按下也没反应。6.4主从触发器6.4.1主从RS触发器主从RS触发器就是用两个同步RS触发器连接而成的。为了克服同步触发器存在的空翻（CP=1）问题，可以采用主从结构。其中时钟信号CP，通过一个反相器使其互补控制主、从触发器。工作原理：CP=1时，主触发器工作，从触发器由于CP=0被封死，触发