从模电到数电的电子技术课件-dz_chap14

(4-1)电子技术第四章触发器数字电路部分(4-2)第四章触发器§4.1概述§4.2触发器的基本形式§4.3触发器按逻辑功能的分类§4.4触发器逻辑功能的转换§4.5触发器的触发方式§4.6触发器的应用举例(4-3)§4.1概述触发器的功能：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)。触发器的特点：有记忆功能的逻辑部件。输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关。触发器的分类：按功能分：有R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等；按触发方式划分：有电平触发方式、主从触发方式和边沿触发方式。(4-4)两个输入端§4.2触发器的基本形式&a&bQQDRDS反馈两个输出端——基本RS触发器反馈正是由于引入反馈，才使电路具有记忆功能!(4-5)输入RD=0,SD=1时若原状态：1Q0Q11001010输出仍保持：1Q0Q&a&bQQDRDS若原状态：0Q1Q01111010输出变为：1Q0Q置“0”！&a&bQQDRDS(4-6)输入RD=1,SD=0时若原状态：1Q0Q10101001输出变为：0Q1Q&a&bQQDRDS若原状态：0Q1Q00110101输出保持：0Q1Q&a&bQQDRDS置“1”！(4-7)输入RD=1,SD=1时若原状态：10111001输出保持原状态：0Q1Q0Q1Q若原状态：1Q0Q01110110输出保持原状态：1Q0Q&a&bQQDRDS&a&bQQDRDS保持！(4-8)输入RD=0,SD=0时0011输出：全是1注意：当RD、SD同时由0变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。因此，该状态为不定状态。&a&bQQDRDS基本触发器的功能表QRDSDQ11011000保持原状态0110不定状态复位端置位端QDRDSQ逻辑符号(4-9)1.触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。2.在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置1”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。小结(4-10)§4.3触发器按逻辑功能的分类4.3.1同步RS触发器QQRDSDabRDSDcdRSCP“同步”的含义：由时钟CP决定R、S能否对输出端起控制作用。直接清零端直接置位端输出端输入端(4-11)QQRDSDabRDSDcdRSCP平时常为1平时常为1直接清零端直接置位端直接清零端、置位端的处理：(4-12)CP=0时011触发器保持原态CP=1时&a&bQQDRDS&c&dRSCP111RS&a&bQQDRDS&c&dRSCP11(4-13)RS触发器的功能表CPRSQ0φφ保持100保持1011011001111不确定Q简化的功能表RSQn+100Qn01110011不确定Qn+1---下一状态（CP过后）Qn---原状态RDSDRSCQQ逻辑符号(4-14)简化的功能表RSQn+100Qn01110011不确定由它的功能表可见：在R、S不相等时，Q服从于S!这是一个值得重视的规律，有必要进一步归纳和进行形象化的表达。(4-15)R、S不相等时，信息传送路径的形象化表达：cdCPQQabRS1QQRSCCP该电路的信息传送规律在今后的学习过程中，将会多次使用。(4-16)例：画出RS触发器的输出波形。假设Q的初始状态为0。CPRSQQSet使输出全为1CP撤去后状态不定Reset(4-17)同步R-S触发器的小结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.只有当CP=1时,将c门和d门打开，控制端R、S的取值组合才会在输出端有所反映，即有所谓“功能表”。QQRDSDabcdRSCP(4-18)QQRDSDRSC逻辑符号这根红颜色的线还表示一重含义：“高电平有效”，即“只有在时钟CP＝1时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝0，输出端Q则保持原状态”。逻辑符号这根绿颜色的线也表示一重含义：“低电平有效”，即“只有在时钟CP＝0时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝1，输出端Q则保持原状态”。QQRDSDRSC(4-19)4.3.2D触发器D&c&dQQDRDS&a&bCP输入端基本RS触发器导引门电路(4-20)CP=0时，a、b门被堵，输出保持原态：011保持D&c&dQQDRDS&a&bCP(4-21)D&c&dQQDRDS&a&bCPD&c&dQQDRDS&a&bCPCP=1时，a、b门被打开，输出由D决定：若D=01011001若D=11100110结论：Qn+1=D(4-22)DQn+10011功能表CPDQQ例：画出D触发器的输出波形。逻辑符号RDSDDCQQ(4-23)12345671413121110981D2D允许3D4DNCVCC1Q2Q3Q4QNCGND允许74LS77(4位锁存器)D触发器也称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。(4-24)4.3.3T'和T触发器一、T'触发器逻辑功能：每来一个时钟脉冲，输出的状态就翻转一次，也叫计数器。RSQQRSCCPQQcdCPQQab(4-25)工作原理：cdCPQQab显然，当时钟CP=0时，触发器必然处于保持状态。CP=0时(4-26)归纳：在CP＝1期间，下状态Qn+1必然对其原状态作一次否定!CP=1时S＝QnR＝Qn1=Qn=QnQnQnQnQn+1Qn+1QnT'触发器的功能就是每来一个脉冲翻转一次。RScdCPQQab若Qn=0，则Qn+1=1若Qn=1，则Qn+1=0(4-27)由同步RS触发器构成的T'触发器存在的问题：计数脉冲必须严密配合，CP脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象(CP=1期间，输出状态翻转若干次)。10100101010111RScdCPQQab110RScdCPQQab101(4-28)F主F从CP＝1时：主触发器打开，从触发器封锁。克服“空翻”的办法：用主从RS触发器构成T'触发器。CP＝0时：主触发器封锁，从触发器打开。动作特点：F主、F从轮流工作。QQR2S2CCPQQQ'Q'R1S1CCP(4-29)小结：R1、S1之值向上传送一级，抵达Q'；主从触发方式T'触发器的工作原理F主被打开，进入工作状态。F从被封锁，输出端保持原状态不变。CP=1时，QQR2S2CCPQQQ'Q'R1S1CCPF主F从(4-30)QQR2S2CCPQQQ'Q'R1S1CCPF主F从0F主被封锁，输出端保持原状态不变。1F从被打开，进入工作状态。小结：R1、S1又向上传送一级，抵达Q端。注意：输出端Q的变化发生在CP从1变为0后!CP=1时，(4-31)综合上述分析，主从触发器一个CP只能翻转一次。前沿处，输出交叉反馈到F主。后沿处，输出传递到F从翻转完成。CPCP边沿处翻转CP负沿处翻转逻辑符号：时序图：QCPRDSDCQQ(4-32)R–S触发器的电路结构演变过程由两个与非门构成基本R－S触发器由四个与非门构成同步R－S触发器由九个与非门构成主从R－S触发器公共结构让其接受时钟控制克服空翻(4-33)二、T触发器T触发器与T´触发器无本质区别，只是加入了控制端T。R2S2CF从QQR1S1CF主QQCPQQCPTT=0时CP不起作用，T=1时与T´相同。R1=TQS1=TQ(4-34)R2S2CF从QQR1S1CF主QQCPQQCPT=0时：将F主封锁，输出端维持原态。T=1时：右图电路即为T’触发器，当cp到来时，输出端将正常翻转。(4-35)T01nQnQ1nQ功能表时序图：CPQTRDSDCQQT逻辑符号:(4-36)三、JK触发器QQR2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJJK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。(4-37)JK触发器的工作原理：=0=0被封锁保持原态J=K=0时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ相当于T触发器T=0(4-38)=1=1相当于T触发器T=1R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJJ=K=1时：(4-39)=0=1Qn=0时01Qn+1=11J=1，K=0时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ(4-40)=0=1Qn=1时1000F主被封保持原态Qn+1=1R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJJ=1，K=0时：(4-41)=1=0Qn+1=0同样原理：J=0，K=1时：R2S2CF从QQR1S1CF主CPQQCPKJ(4-42)JKQn+100Qn01010111nQ功能表JK触发器的功能小结：1.当J=0、K=0时，具有保持功能；2.当J=1、K=1时，具有翻转功能；3.当J=0、K=1时，具有复位功能；4.当J=1、K=0时，具有置位功能。逻辑符号RDSDCQQKJ(4-43)时序图JQCPKJQ保持T(4-44)例1：画出主从JK触发器输出端波形图。JKQn+100Qn11Qn010101CPJKQ(4-45)JKQQCPQ2JKQQCPQ1CP例2：假设初始状态Qn=0，画出Q1和Q2的波形图。Q1Q2看懂逻辑符号；熟练使用功能表。(4-46)RDSDCQQKJ常用“专业术语”介绍数据锁定：触发器的输出状态固定不变，这就称作“数据锁定”。它相当于“保持”功能。清除：在RD=0时使得Qn+1＝0。预置：在SD=0时使得Qn+1＝1。(4-47)主从J－K触发器的小结1.熟练掌握JK触发器逻辑符号的全部含义。2.熟练掌握并正确运用JK触发器的功能表。QQKJCSDRDQQKJCSDRD(4-48)§4.4触发器逻辑功能的转换被转换的触发器的功能包含目的触发器的功能。例如：JK触发器1.当J=0、K=0时，具有保持功能；2.当J=1、K=1时，具有翻转功能；3.当J=0、K=1时，具有复位功能；4.当J=1、K=0时，具有置位功能。因此，JK触发器可以转换成其他多种触发器。(4-49)一、JK触发器转换成D触发器CQQKJDCP(4-50)二、JK触发器转换成T触发器CQQKJTCP(4-51)三、D触发器转换成T´触发器CQQDCP(4-52)§4.5触发器的触发方式触发方式？研究翻转时刻与时钟脉冲间的关系4.5.1电位触发方式电位触发正电位触发负电位触发CP=1期间翻转CP=0期间翻转(4-53)例如：下图所示的D触发器就是电位触发方式。cdCPQQRDSDabDQQRDSDDCQQRDSDDC“高电平触发”“低电平触发”优点:结构简单；动作较快。缺点：容易空翻。适用范围：只能用作数据锁存器。(4-54)4.5.2主从触发方式主从触发方式的翻转过程：前沿处，输出交叉反馈到F主。后沿处，输出传递到F从翻转完成。CPCP=1期间输入端控制信号不容许变化(4-55)以主从触发的D触发器为例：设Qn=0CPDQ干扰t1t2正确的输出波形假设在CP=1期间D有一干扰出现干扰后，主从型的D触发器的输出波形如何？主从触发方式存在其固有的缺陷—一次翻转”问题。(4-56)QQQR2S2CcdabCPDQ'Q'F从F主CPQ11010100101100110保持解释如下:CPD设Qn=0保持跟随D端初始状态Q实际保持注意Q'(4-57)归纳产生上述输出结果的根本原因是：主触发器是一个同步RS触发器，在CP=1期间当输入信号变化时，其状态能，且只能改变一次；于是导致CP下降沿到来时Q状态跟随Q’状态改变。QQQR2S2CcdabCPDQ'Q'F从F主CPQ(4-58)主从触发方式在功能表中一般用“”表示。CPDQn+10011主从型D触发器功能表逻辑符号CQQD(4-59)在使用主从结构触发器时必须注意：只有在CP=1的全部时间里输入始终保持不变的条件下，用CP下降沿到来时的输入状态决定触发器的下态才肯定是对的。否则，必须考虑CP=1期间输入端状态的全部变化过