第4章 数字电子技术

数字电子技术概述第4章触发器触发器的基本形式无空翻触发器触发器的应用本章小结数字电子技术主要要求：了解触发器的基本特性和作用。了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。4.1概述数字电子技术一、触发器的基本特性和作用Flip-Flop，简写为FF，又称双稳态触发器。基本特性(1)有两个稳定状态(简称稳态)，正好用来表示逻辑0和1。(2)在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换(称为状态的翻转)。输入信号消失后，新状态可长期保持下来，因此具有记忆功能，可存储二进制信息。一个触发器可存储1位二进制数码数字电子技术触发器的作用触发器有记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来状态有关。而门电路无记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输出完全取决于该时刻的输入，与电路原来状态无关；触发器和门电路是构成数字电路的基本单元。数字电子技术二、触发器的类型根据逻辑功能不同分为RS触发器D触发器JK触发器T触发器T触发器根据触发方式不同分为电平触发器边沿触发器主从触发器根据电路结构不同分为基本RS触发器同步触发器主从触发器边沿触发器三、触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驱动表(又称激励表)、状态转换图和波形图(又称时序图)等。数字电子技术四、一些约定1态：Qn=1，Qn=00态：不定状态：Qn=1，Qn=1Qn=0，Qn=0现态：触发器在接受信号之前所处的状态。记为Qn。次态：触发器在接收信号之后建立的新的稳定状态，记为Qn+1。Qn=0，Qn=1数字电子技术4.2、基本RS触发器BasicFlip-Flop返回一、由与非门组成的基本RS触发器当Sd=0时，当Sd=1时，Qn=0，Qn=1即当Sd由0变为1时，或者由1变为0时，状态不能保持。Qn=1，Qn=0接上反馈后，Qn=1，Qn=0当Sd=0时，当Sd由0变成1时，Qn=1，Qn=0即当Sd由0变为1时，或者由1变为0时，状态能保持住。数字电子技术1.电路结构及逻辑符号QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQQQ=1，Q=0时，称为触发器的1状态，记为Q=1；Q=0，Q=1时，称为触发器的0状态，记为Q=0。RDSD置0端，也称复位端。R即Reset置1端，也称置位端。S即Set信号输入端互补输出端，正常工作时，它们的输出状态相反。低电平有效数字电子技术工作原理QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出2.工作原理及逻辑功能011110触发器被置0触发器置010数字电子技术2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出100111触发器被置1触发器置010触发器置101数字电子技术2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出11触发器置010触发器置101触发器保持原状态不变不变&&G1门输出QSQDQQ1G2门输出QRQDQQ1数字电子技术2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G2输出状态不定(禁用)1111011000SDRD功能说明输入QQ输出触发器置010触发器置101触发器保持原状态不变不变0011不定状态：输出既非0状态，也非1状态。当RD和SD同时由0变1时，输出状态可能为0，也可能为1，即输出状态不定。因此，这种情况禁用。数字电子技术RdSdQQ数字电子技术3.逻辑功能的描述次态现态指触发器在输入信号变化前的状态，用Qn表示。指触发器在输入信号变化后的状态，用Qn+1表示。触发器次态与输入信号和电路原有状态之间关系的真值表。特性表数字电子技术00001×触发器状态不定0×1010100触发器置000101101触发器置1111110011触发器保持原状态不变说明Qn+1QnSDRD与非门组成的基本RS触发器特性表置0端RD和置1端SD低电平有效。禁用RD=SD=0。称约束条件注意特性方程：Qn+1=Sd+RdQnSd·Rd=0数字电子技术SD5.基本RS触发器的波形图（置0端）（置1端）有效QQSDRDRD4.基本RS触发器的状态转换图用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态，用箭头表示状态转换的方向，箭头旁的标注表示状态转换的条件。数字电子技术6.基本RS触发器特点1DDRS（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。数字电子技术二、由或非门组成的基本RS触发器真值表RSQn+1011置1100置000Qn保持11不定1RSQQG1G21电路组成逻辑符号QRS正脉冲触发数字电子技术波形分析举例解：[例]设下图中触发器初始状态为0，试对应输入波形画出Q和Q的波形。QQSDRDSRSDRD保持初态为0，故保持为0。置0保持QQ置1数字电子技术三、基本RS触发器的应用——消除机械开关抖动+5vRKVoVoQQ&&G2G1+5vRK+5vRSDRDQSDRD数字电子技术四、总结（1）基本RS触发器的两种形式特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR逻辑符号置0、置1信号低电平有效置0、置1信号高电平有效注意弄清输入信号是低电平有效还是高电平有效。数字电子技术(2)基本RS触发器的优缺点优点缺点电路简单，是构成各种触发器的基础。1.输出受输入信号直接控制，不能定时控制。2.有约束条件。数字电子技术4.3、同步触发器SynchronousFlip-Flop实际工作中，触发器的工作状态不仅要由触发输入信号决定，而且要求按照一定的节拍工作。为此，需要增加一个时钟控制端CP。CP即ClockPulse，它是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器，又称钟控触发器。数字电子技术增加同步信号——时钟脉冲〔CP〕，触发器的状态与时钟脉冲同步变化。G1、G2:基本RS触发器G3、G4:输入控制门一、同步RS触发器&&SRQQG2G1&&G4G3CPQ4Q3输入控制门基本RS触发器SR1.电路组成数字电子技术2.同步RS触发器逻辑功能分析(1)CP=0：G3、G4封锁→Q3=Q4=1∴基本RSF状态保持不变&&SRQQG2G1&&G4G3CPQ4Q3输入控制门基本RS触发器SR数字电子技术2.同步RS触发器逻辑功能分析&&SRQQG2G1&&G4G3CPQ4Q3输入控制门基本RS触发器SR(2)CP=1：G3、G4开通，R，S信号作用于基本RS触发器数字电子技术&&SRQQG2G1&&G4G3CPQ4Q3输入控制门基本RS触发器SRS=1,R=0(S=0,R=1)Qn+1=1S=0,R=1(S=1,R=0)Qn+1=0S=1,R=1(S=0,R=0)不定S=0,R=0(S=1,R=1)Qn+1=Qn数字电子技术3.同步RS触发器特性表CPRSQnQn+10xxxQn1000010011101011011111000110101110不定1111Qn不变置1置0CP=1时有效CP1S1RC1Q逻辑符号Q数字电子技术4.同步RS触发器特性方程CPRSQnQn+10xxxQn1000010011101011011111000110101110不定11110001111000111100xxRSQnQn+10RSQRSQn1nRS不能同时为1数字电子技术5.同步RS触发器波形图i)状态的改变发生在CP上升沿来到时；ii)在CP=1期间，由R、S和Qn来决定Qn+1；iii)在CP=0期间，触发器状态不变。QQCPSRRSQCP数字电子技术6.同步RS触发器空翻现象动作特点：在CP＝1的全部时间里，S或R的变化都能引起触发器输出端状态的改变。在CP为1期间出现的多次翻转现象称为空翻，抗干扰性差,是时序电路的一种冒险现象。tOCPtORtOQtOSabcdefghtOStOS数字电子技术7.同步RS触发器特点：(1)F状态改变发生在CP(2)在CP=1期间状态仍由R、S决定。(3)仍有约束条件R·S=0,不能同时为1。(4)在CP=1的全部时间内，R、S的变化会引起F状态的变化，引起空翻现象,来一个CP，会翻转几次。数字电子技术——异步置位（置1）端SD——异步复位（置0）端RD异步置0端RD和异步置1端SD不受CP控制。实际应用中，常需要利用异步端预置触发器值(置0或置1)，预置完毕后应使RD=SD=1。初始状态的预置数字电子技术RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形。原态未知QVCCRDRD数字电子技术二、同步D触发器1.电路结构、逻辑符号和逻辑功能DQQ1S1RC1CPQQ1DDC1CPCPDQn+1说明10101置0置10Qn不变同步D触发器功能表称为D功能特点：Qn+1跟随D信号数字电子技术解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形(设触发器初始状态为0)。QQ1DDC1CPDCPQCP=0，同步触发器状态不变触发器初始状态为0CP=1，同步D触发器次态跟随D信号同步触发器在CP=1期间能发生多次翻转，这种现象称为空翻数字电子技术2.D触发器的特性表、特性方程和状态转换图用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态，用箭头表示状态转换的方向，箭头旁的标注表示状态转换的条件。它们是触发器逻辑功能的不同描述方法，也是时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。数字电子技术特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD触发器特性表00001111无约束Qn+1在D=0时就为0，与Qn无关。01D=1D=0D=0D=1Qn+1在D=1时就为1，与Qn无关。2.D触发器的特性表、特性方程和状态转换图同步D触发器状态转换图数字电子技术三、同步触发器的特点同步触发器的触发方式为电平触发式同步触发器的共同缺点是存在空翻触发脉冲作用期间，输入信号发生多次变化时，触发器输出状态也相应发生多次变化的现象称为空翻。空翻可导致电路工作失控。指时钟脉冲信号控制触发器工作的方式CP=1期间翻转的称正电平触发式；CP=0期间翻转的称负电平触发式。数字电子技术4.4主从触发器工作特点：CP=1期间，主触发器接收输入信号；CP=0期间，主触发器保持CP下降沿之前状态不变，而从触发器接受主触发器状态。因此，主从触发器的状态只能在CP下降沿时刻翻转。这种触发方式称为主从触发式。Master-SlaveFlip-Flop数字电子技术1.结构特点：(1)由两个同步RS触发器组成，主F和从F。(2)CP通过反相器提供给主、从F互补的时钟信号，使它们工作在互补状态。一.主从RS触发器SRCPQQQ’Q’G8G7G6G5G3G4G2G1G9主触发器从触发器&&&&&&&&1数字电子技术CP=1时，主F状态Q’、Q’随R、S的变化而变化；从F状态Q、Q不变。CP=0时，主触发器状态保持，从F状态按照主F相同的状态翻转，且由于主触发器保持不变，所以Q、Q也不再改变。（没有空翻）Q、Q只在CP时翻转一次，称为下降沿触发2.工作原理1nnnnnnQSRQQQQQ数字电子技术功能表、特性方程与同步RS触发器相同，只不过在CP触发。QnQn1001不定00100111Qn+1Qn+1CP1S1R主从RS功能表0,1SRQRSQnn特性方程(约束条件)注意:适用于CP=1期间RS不变!1S1RCPQQ逻辑符号数字电子技术主从RS触发器的特点：1）两节拍工作方式：主F在CP=1时动作，从F在CP动作；2）只在时钟信号的下跳边沿发生翻转，克服空翻。3)约束状态依然存在.数字电子技术主从RS触发器时序图（波形图）tOCPtOStORtOQ’tOQ数字电子技术tOCPtOStORtOQ’tOQ主触发器开从触发器关主触发器关从触发器开触发器的状态和CP=1期间