数字电子技术Chart_3

时序逻辑基础与触发器第3章主要内容3.1时序逻辑基础3.2触发器时序逻辑电路的结构、特点、表示方法及分类；触发器的种类、工作原理及分析方法。本章重点4概述逻辑电路可分为两大类：1、组合电路：2、时序电路：由若干逻辑门组成，电路不具记忆能力。电路的输出仅仅与当时的输入有关。存储电路，因而具有记忆能力。电路的输出不仅与当时的输入有关，而且还与电路原来的状态有关。时序逻辑电路是数字逻辑电路的重要组成部分。触发器53.1时序逻辑基础3.1.1时序逻辑电路的结构与特点组合电路存储电路Z1ZjY1YrQ1QrX1Xi输入信号输出信号存储电路的输入输出状态时序逻辑电路中存在反馈，其输出由电路的输入和电路原来的状态共同决定。6逻辑关系方程：组合逻辑电路X1XiZ1Zj存储电路Q1QrY1Yr………………X(X1，…Xi)Q(Q1，…Qr)Y(Y1，…Yr)Z(Z1，…Zj)Z＝F1(X，Qn)输出方程Y＝F2(X，Qn)驱动方程Qn+1＝F3(Y，Qn)状态方程各信号之间的逻辑关系方程组：7Z＝F1(X，Qn)输出方程Y＝F2(X，Qn)驱动方程Qn+1＝F3(Y，Qn)状态方程逻辑表达式时序电路逻辑功能的描述方法有：2、时序电路的表示方法逻辑表达式、状态表、状态图、时序图和逻辑电路图。8状态表现态nn12QQ次态／输出YQQ1112nnX=0X=10000/001/00101/010/01010/011/11111/000/09状态图000110111/11/01/0X/Y1/0Q1Q01/000010/11/1X/Z0/0描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图。10Q1YQ2CPX时序图00010001011100001111000111010100能直观地描述电路输入信号、输出信号及电路状态在时间上的对应关系。几种描述方式是可以相互转换的。113.1.2时序逻辑电路的分类1、从控制时序状态的脉冲源来分：时序电路同步：异步：存储电路里所有触发器有一个统一的时钟源没有统一的时钟脉冲CPX＞1JC11K＞1JC11K=1Q1“1”Q2Y&Q2Q1FF1FF2C11D＞C11D＞&Q2Q2Q1&YCP2CP1Q1CPFF1FF2122、从输出信号的特点分：同步时序电路穆尔型：米里型：Z=F1[X,Qn]Z=F1[Qn]CPX＞1JC11K＞1JC11K=1Q1“1”Q2Y&Q2Q1FF1FF2＞&XCPC11DQ1Z1Q1&＞1DQ2Q2&＞C1＞FF1FF23.1.2时序逻辑电路的分类电路输出仅仅取决于各触发器的状态，而不受电路当时的输入信号影响或没有输入变量，这类电路称为穆尔型。触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元。触发器由逻辑门加反馈电路构成，电路有两个互补的输出端Q和,其中Q的状态称为触发器的状态。Q在没有触发信号时，触发器有两个稳定状态（0或1）；外加触发信号后，电路可从一种稳态转换到另一种稳态。3.2触发器按电路结构分：基本RS触发器同步触发器主从触发器边沿触发器按逻辑功能分：RS触发器：置0、置1、不变、不定JK触发器：置0、置1、翻转、不变D触发器：置0、置1T触发器：翻转、不变时钟触发器触发器的分类：T’触发器：翻转15S&QQ&RG1G2SQQR反馈输入端输出端由两个与非门组成逻辑符号3.2.1基本RS触发器1、逻辑电路构成和逻辑符号162、工作原理S&QQ&RG1G21)无有效电平输入（S=R=1）时，触发器保持稳定状态不变11S&QQ&RG1G2若初态Qn=1若初态Qn=0101010113.2.1基本RS触发器17S&QQ&RG1G22)在有效电平作用下（S=0、R=1），无论初态Qn为0或1，触发器都会转变为1态。01S&QQ&RG1G2若初态Qn=1若初态Qn=01010101102、工作原理3.2.1基本RS触发器18S&QQ&RG1G23)在有效电平作用下（S=1、R=0），无论初态Qn为0或1，触发器都会转变为0态。10初态Qn=xx102、工作原理3.2.1基本RS触发器194)当（S=0、R=0）时，无论初态Qn为0或1，触发器状态不定。S&QQ&RG1G200此状态为不定状态。为避免不定状态，对输入信号应加S+R=1的约束条件。初态Qn=x112、工作原理3.2.1基本RS触发器20SR110011110101011110001010000不定001不定逻辑功能表nQ1nQR+S=1保持置1置0不定3.2.1基本RS触发器3、逻辑功能描述现态次态置1端？置0端？213.2.1基本RS触发器3、逻辑功能描述状态图Q0110110111RS1001特性方程11nnnQSRQSRQRS约束条件22画工作波形的方法：1.根据触发器动作特征确定状态变化的时刻；2.根据触发器的逻辑功能确定Qn+1。SRQQ不定011101110111011100不定不变不定置1不变置1不变置0不变工作波形能直观地表示其输入信号与输出的时序关系。3.2.1基本RS触发器3、逻辑功能描述SRQG21GQ≥1≥1逻辑电路构成：1000110Qn+1RS功能Qn功能表01置1110110置000011101××不定00保持0101用或非门组成的基本RS触发器S仍然称为置1输入端，但为高电平有效。R仍然称为置0输入端，也为高电平有效。波形分析：RS逻辑符号：QQSR由于该触发器的触发信号是高电平有效，因此在逻辑符号的输入端处没有小圆圈。QQ高电平有效基本RS触发器的特点总结：（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。（2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。（3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系，即有约束条件。（5）R为复位输入端，S为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。26(a)(b)+5VR1kvovoS+5V1kAB&&QQ+5VS由B到AS由A到BABQSRS接BS接A悬空时间S接A振动S悬空时间接B振动SR例1：27SCPR&&&&G3G1G2G4Q4Q3QQ1SC11RQQCP逻辑符号电路结构1、同步RS触发器3.2.2钟控触发器给触发器加一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲的有效电平时，触发器的状态才能改变。这种触发器称为钟控触发器，也叫同步触发器。28SCPR&&&&G3G1G2G4Q4Q3QQ•S=0，R=0：Qn+1=Qn•S=1，R=0：Qn+1=1•S=0，R=1：Qn+1=0•S=1，R=1：Qn+1=ФCP=1：CP=0：状态不变01&&&&状态发生变化。工作原理：1、同步RS触发器29RS触发器次态卡诺图1)逻辑功能表（CP=1）nQ10000SRQnQn+1说明000001状态不变001101状态同S110001状态同S111101－－状态不定2)特性方程010011××S1RQn00001111010nnQSRQSR（约束条件）1111、同步RS触发器逻辑功能：303)状态转换图10S=0R=1S=1R=0S=xR=0S=0R=x逻辑功能表nQ10000SRQnQn+1说明000001状态不变001101状态同S110001状态同S111101－－状态不定111任何电路结构的RS触发器都有与此相同的功能表、特性方程及状态转换图。1、同步RS触发器逻辑功能：31CPSRQSRQn+100Qn01010111Ф同步RS触发器真值表在CP为低电平期间，触发器的状态不变。在CP为高电平期间，R、S信号影响触发器的状态。1、同步RS触发器4)工作波形：32特点总结：1、同步RS触发器（1）时钟电平控制。在CP＝1期间接收输入信号，CP＝0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。33逻辑符号电路结构2、同步JK触发器电路结构与逻辑符号：G3G4G1G2JCPKJCPKJCPKQQJCPKQQQQ(a)逻辑电路(b)曾用符号1JC11KQQ(c)国标符号&&&&342、同步JK触发器逻辑功能：1)逻辑功能表CPJKQnQn+1功能0×××QnnnQQ1保持1000100101nnQQ1保持101010110001nQ置0110011011111nQ置11110111110nnQQ1翻转JK=00时不变JK=01时置0JK=10时置1JK=11时翻转（CP=1期间有效）352、同步JK触发器逻辑功能：1nnnnnnnQSRQJQKQQJQKQ2)特性方程01JK=1×/×1/0×/×0/3)状态图362、同步JK触发器逻辑功能：4)工作波形CPJKQQ37逻辑符号电路结构3、同步D触发器电路结构与逻辑符号：G3G4G1G2SRDG1G2CPQQ(a)D触发器的构成1DDCP1DC1QQ(c)逻辑符号CPG3G4&&QQ(b)D触发器的简化电路SR&&&&&&G3G4G1G2SRDG1G2CPQQ(a)D触发器的构成1DDCP1DC1QQ(c)逻辑符号CPG3G4&&QQ(b)D触发器的简化电路SR&&&&&&383、同步D触发器逻辑功能：1)功能表CPDQnQn+1功能0××Qn保持10010100置011011111置1D=0时置0D=1时置1（CP=1期间有效）393、同步D触发器逻辑功能：2)特性方程3)状态图1nnnQSRQDDQD01D=1/0/0/1/403、同步D触发器逻辑功能：4)工作波形CPDQQ41逻辑符号电路结构4、同步T触发器电路结构与逻辑符号：C1ＴQQCPQQ424、同步T触发器逻辑功能：1)功能表CPTQnQn+1功能0××Qn保持10010101保持11011110翻转T=0时保持T=1时翻转（CP=1期间有效）434、同步T触发器逻辑功能：2)特性方程3)状态图1nnnnnnQJQKQTQTQTQ同步触发器存在的问题——空翻由于在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451、由两个同步RS触发器组成的主从RS触发器SCPRG8G7G9G5G6&&&&&&&&1QQG3G1G2G4主触发器从触发器1&&&&Q’Q’主触发器根据R、S的状态触发翻转0从触发器的状态不受影响01&&&&主触发器的状态不受R、S的影响从触发器据Q’、Q’的状态翻转1SC11RQQ逻辑符号触发器在时钟脉冲的负跳沿触发翻转，输入信号在CP高电平时加入。功能与同步RS触发器的功能一样。动作特征：CP的高电平期间存储信号，在CP的低电平到来时触发器状态变化。3.2.3主从触发器46特点总结：1、主从RS触发器（1）具有防空翻能力。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。（2）R、S之间仍然存在着约束问题。在CP＝1期间，输入信号R和S不能同时为1，即主从RS触发器仍受SR=0的约束。47主从RS触发器SR电路结构：由主从RS触发器和信号控制门组成。JCPK&&&&&&&&1&&G8G7G10G11G9G3G1G2G4G6G5QQQQ1JC11KQQ主触发器从触发器逻辑符号2、主从JK触发器481JC11KQQJCPKCPJKQ10011100低电平触发在高电平处接收输入信号在CP脉冲的高电平期间将输入信号存储于主触发器。在CP脉冲的低电平到