第4章 触发器 4.1 基本RS触发器 4.2 同步触发器 4.3 主从触发器 4.4 边沿触发器4.5不同类型触发器间的转换.ppt

第4章 触发器 4.1 基本RS触发器 4.2 同步触发器 4.3 主从触发器 4.4 边沿触发器4.5不同类型触发器间的转换 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第4 4章章 触发器触发器 触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种具有记忆功能具有记忆功能，能储存，能储存1 1位二进制信息的逻辑电路。位二进制信息的逻辑电路。触发器的特点：触发器的特点：当输入信号撤消后，当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持所置成的状态能够保持不变。不变。1010具有两个稳定的状态，具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑用来表示电路的两个逻辑状态；状态；在输入信号作用下，可在输入信号作用下，可以被置成以被置成“0”态或态或“1”状态；状态；1 我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状态态(“(“现态现态”)”)，用，用Q Qn n和和Q Qn n表示表示(或用或用Q Q和和Q Q表示表示)；把在输；把在输入信号作用后触发器的状态称为下一状态入信号作用后触发器的状态称为下一状态(“(“次态次态”)”)，用用Q Qn+1n+1和和Q Qn+1n+1表示。表示。现态和次态：现态和次态：“0”“0”态态和和“1”“1”态态：Q=0Q=0、Q=1Q=1的状态称的状态称“0”“0”态态，Q=1Q=1、Q=0Q=0的状态称的状态称“1”“1”态态。触发器分类：触发器分类：1.按电路结构（基本，同步，主从，边沿）按电路结构（基本，同步，主从，边沿）2.按控制方式和逻辑功能（按控制方式和逻辑功能（RS,JK,D,T）3.按存储数据的原理（静态，动态）按存储数据的原理（静态，动态）一、电路结构和逻辑符号一、电路结构和逻辑符号4.1 4.1 基本基本RSRS触发器触发器由两个与非门的输入端、输出端由两个与非门的输入端、输出端交叉连接交叉连接构成。构成。(反馈反馈)信号输入端，信号输入端，低电平有效低电平有效。RD SDQn+110010 10二、工作原理二、工作原理0110RD SDQn+10 101 011110RD SDQn+10 101 011 1保持保持100011RD SDQn+10 101 011 1保持保持0 0不定不定？1.状态转移真值表状态转移真值表三、基本三、基本RS触发器的功能描述触发器的功能描述 将触发器的次态将触发器的次态Q Qn+1n+1与现态与现态Q Qn n，以及输入信号之间的逻辑关，以及输入信号之间的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表状态转移真值表，简称，简称状态表状态表或或真值表真值表。基基本本RSRS触触发发器器状状态态真真值值表表R RD D S SD DQ Qn nQ Qn+1n+10 00 00 00 00 01 10 10 10 00 00 10 11 10 01 01 00 01 11 01 01 11 11 11 10 00 01 11 11 11 1R RD D S SD DQ Qn+1n+10 00 0不定不定0 10 10 01 01 01 11 11 1Q Qn n简化真值表简化真值表记忆！记忆！次态次态Q Qn+1n+1的卡诺图的卡诺图2.特征方程特征方程 描述触发器逻辑功能的函数表达式称为描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程特征方程，又，又称称状态方程状态方程或或次态方程次态方程。描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态转移图，简称状态转移图，简称状态图状态图。013.状态转移图（状态图）状态转移图（状态图）R RD D=S=SD D=1=1R RD D=1=1S SD D=R RD D=0,S=0,SD D=1=1R RD D=1,S=1,SD D=0=0圆圈表状态圆圈表状态箭头表转箭头表转移方向移方向标注表转标注表转移条件移条件RDSDQQ置1置0置1置1置1保持不允许 工作波形图又称为工作波形图又称为时序图时序图，是描述触发器的输出状，是描述触发器的输出状态随时间和输入信号变化的规律的图形。态随时间和输入信号变化的规律的图形。4.波形图波形图用或非门组成的基本用或非门组成的基本RS触发器触发器(a)电路结构电路结构 (b)图形符号图形符号Qn+1RD SD功能功能Qn功能表功能表 0 1置置1 111011 0置置0 000011 101不定不定0 0保持保持0101SD仍然称为置仍然称为置1输入端，但为高电平有效。输入端，但为高电平有效。RD仍然称为置仍然称为置0输入端，也为高电平有效。输入端，也为高电平有效。四四 基本基本RSRS触发器（或非门构成）触发器（或非门构成）用或非门组成的用或非门组成的基本基本RSRS触发器触发器用与非门组成的用与非门组成的基本基本RSRS触发器触发器集成基本集成基本RS触发器触发器EN1时工作时工作EN0时禁止时禁止1S2S五、基本五、基本RS触发器的动作特点触发器的动作特点直接复位-置位 输入信号直接加在输出门上，因此，也把SD()叫做直接置位端，把RD()叫做直接复位端，并且把基本RS触发器叫做直直接接置置位位、复位复位触发器。存在约束条件RDSD4.2 4.2 同步（钟控）触发器同步（钟控）触发器1、电路结构和逻辑符号、电路结构和逻辑符号 所谓所谓同步触发器同步触发器就是要求只有在就是要求只有在同步信号同步信号到达时，触发到达时，触发器的状态才能发生变化。而这个同步信号叫做器的状态才能发生变化。而这个同步信号叫做时钟信号时钟信号（时（时钟脉冲），用钟脉冲），用CPCP表示。表示。一、同步一、同步RS触发器触发器2、工作原理、工作原理CP0时，时，RD=SD=1，触发器保持原来状态不变。，触发器保持原来状态不变。电平触发方式电平触发方式CP1时，时，RD=R，SD=S，工作情况与基本，工作情况与基本RS触发触发器相同。器相同。3 3、功能描述、功能描述特性表特性表特征方程（特征方程（CP1时）时）R SR SQ Qn+1n+10 00 0Q Qn n0 10 11 11 01 00 01 11 1不定不定简化的状简化的状态真值表（态真值表（CP1时）时）不变不变不变不变不变不变置置1置置0置置1置置0不不变变状态转移图（状态转移图（CP=1）波形图（设初态为波形图（设初态为0）01R=R=S=0S=0R=0R=0S=S=R=1,S=0R=1,S=0R=0,S=1R=0,S=1带异步置位、复位端的钟控RS触发器(a)逻辑电路 (b)逻辑符号将 D称为异步置位（置1）端，将 称为异步复位（置0）端。触发器在时钟信号控制下正常工作时应使 D和 处于高电平。4、带异步置位、复位端的钟控、带异步置位、复位端的钟控RSRS触发器触发器钟控钟控RSRS触发器的特点触发器的特点时时钟钟电电平平控控制制。在在CPCP1 1期期间间接接收收输输入入信信号号，CPCP0 0时时状状态态保保持持不不变变，与与基基本本RSRS触触发发器器相相比比，对对触触发发器器状态的转变增加了时间控制。状态的转变增加了时间控制。R R、S S之之间间有有约约束束。不不能能允允许许出出现现R R和和S S同同时时为为1 1的的情情况，否则会使触发器处于不确定的状态。况，否则会使触发器处于不确定的状态。二、同步二、同步JK触发器触发器CP=1CP=1期间有效期间有效将S=JQn、R=KQn代入同步RS触发器的特性方程，得同步JK触发器的特性方程：JK特征方程：特征方程：特性表特性表J KQn+10 0保持保持0 101 011 1翻翻 转转不变不变不变不变置置1置置0翻翻转转不变不变不变置置1状态转移表状态转移表01J=0J=0K=K=J=J=K=0K=0J=,K=1J=,K=1J=1,K=J=1,K=波形图（设初态为波形图（设初态为0）三、同步三、同步T触发器触发器特征方程：特征方程：特性表特性表T TQ Qn+1n+10 0Q Qn n1 1Q Qn n状态转移表状态转移表01T=0T=0T=0T=0T=1T=1T=1T=1当当T T触发器的输入端为触发器的输入端为T=1T=1时，称为时，称为T T触发器触发器。四、同步四、同步D触发器（触发器（D锁存器）锁存器）CP=1CP=1期间有效期间有效将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：特征方程：特征方程：状态真值表状态真值表D DQ Qn+1n+10 00 01 11 1状态转移表状态转移表01D=0D=0D=1D=1D=0D=0D=1D=1波形图波形图同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题空翻空翻由由于于在在CP=1期期间间，G3、G4门门都都是是开开着着的的，都都能能接接收收R、S信信号号，所所以以，如如果果在在CP=1期间期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。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空翻。有效翻转有效翻转 空翻空翻集成同步集成同步D触发器触发器CP1、2CP3、4POL1时，CP1有效，锁存的内容是CP下降沿时刻D的值；POL0时，CP0有效，锁存的内容是CP上升沿时刻D的值。4.3 主从触发器一、主从RS触发器提高可靠性，要求每个提高可靠性，要求每个CP周期输出状态只能改变周期输出状态只能改变1次次传输延迟传输延迟工作原理工作原理电路特点电路特点主从RS触发器解决了输入信号直接控制和空翻现象但RS触发器仍然存在着约束条件二、主从JK触发器JK特性表特性表特性方程特性方程波形图波形图与输入主从与输入主从JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号集成主从集成主从JK触发器触发器低电平有效低电平有效CP下降沿触发主从主从JKJK触发器存在的问题触发器存在的问题一次翻转现象一次翻转现象 所谓一次翻转现象是指在所谓一次翻转现象是指在CP=1CP=1期间，主触发器接收了输期间，主触发器接收了输入激励信号入激励信号只发生一次翻转只发生一次翻转后，主触发器状态就一直保持不后，主触发器状态就一直保持不变，变，它不再随输入激励信号它不再随输入激励信号J J、K K的变化而变化的现象。的变化而变化的现象。JK在在CP=1期间期间Q=0Q=0，封锁，封锁G8G8门，门，使使K K的输入无效，的输入无效，只有只有J J起作用，若起作用，若J J始终为，则始终为，则Q Q保保持不变，若持不变，若J J出现出现了又返回了又返回0,0,或多或多次出现，都会使次出现，都会使QQ翻转变为后翻转变为后不在变化不在变化011011010111主从主从JKJK触发器存在的问题触发器存在的问题一次翻转现象一次翻转现象JK在在CP=1期间期间Q=Q=，封锁，封锁G G门，使门，使J J的输入无效，只有的输入无效，只有K K起作用，若起作用，若K K始始终为，则终为，则Q Q保持不变，若保持不变，若K K出现了又返回出现了又返回0,0,或多次出现，或多次出现，都会使都会使QQ翻转变为翻转变为0 0后不在变化后不在变化1010111 010001缺点：缺点：在在CPCP1 1期期间其状态能且只能间其状态能且只能变化一次，这种变变化一次，这种变化可以是化可以是J J、K K变化变化引起，也可以是干引起，也可以是干扰脉冲引起，因此扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需其抗干扰能力尚需进一步提高。进一步提高。2.CP=12.CP=1时，时，J J、K K输入信号发生了变化：输入信号发生了变化：若若CPCP下降沿前下降沿前Q=0Q=0，且，且CP=1CP=1期间期间J J出现过高电平，则出现过高电平，则CPCP下降沿下降沿时时Q Q变为变为1 1。否则否则Q Q仍为仍为0 0。若若CPCP下降沿前下降沿前Q=1Q=1，且，且CP=1CP=1期间期间K K出现过高电平出现过高电平，则，则CPCP下降下降沿时沿时Q Q变为变为0 0。否则否则Q Q仍为仍为1 1。小结：主从小结：主从JKJK触发器波形图的画法触发器波形图的画法1.CP=11.CP=1时，时，J J、K K输入信号没有发生变化：输出状态输入信号没有发生变化：输出状态Q Q由由CPCP下降下降沿到来前一瞬间沿到来前一瞬间的的J J、K K值按值按JKJK触发器的特征方程来决定。触发器的特征方程来决定。设初态设初态Q=0Q=0 Q Q CPCP J J K K123练习练习:已知主从已知主从JKJK触发器中，触发器中，CPCP、J J、K K的电压波形，的电压波形，初始状态初始状态Q Q0 0，画出，画出Q Q的波形的波形4.4 4.4 边沿触发器边沿触发器同时具备以下条件的触发器称为同时具备以下条件的触发器称为边沿触发器边沿触发器：触发器仅在触发器仅在CPCP某一约定跳变沿到来时，才接收输入信号；某一约定跳变沿到来时，才接收输入信号；在在CP=0CP=0或或CP=1CP=1期间，输入信号的变化不会引起触发器输期间，输入信号的变化不会引起触发器输出状态变化。出状态变化。优点优点：不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰能力。：不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰能力。一、一、维持阻塞型边沿维持阻塞型边沿D D触发器触发器CPCP上升沿到来时上升沿到来时红线使红线使G3=0G3=0保持不变，叫保持不变，叫置置1维持线维持线蓝线使蓝线使G4=1G4=1保持不变，保持不变，为置置0阻塞线阻塞线粉线使粉线使G4=0G4=0保持不变，保持不变，为置置0维持线维持线绿线使绿线使G3=1G3=1保持不变，保持不变，是置置1阻塞线阻塞线工作原理工作原理如果不存在如果不存在、这这3 3根线，根线，整个电路是一个同步整个电路是一个同步D D触发器触发器加入加入、这这3 3根线后，根线后，CP=0CP=0时输出不变，时输出不变，CP=1时时红线使红线使G3=0保持不变，蓝线使保持不变，蓝线使G4=1保持不变，保持不变，粉线使粉线使G4=0保持不变，绿线使保持不变，绿线使G3=1保持不变，因此，最终使保持不变，因此，最终使Q的输出只的输出只在上升沿变化，其他时候维持不变在上升沿变化，其他时候维持不变红线称为置置1 1维持线维持线，蓝线称为置置0 0阻塞线阻塞线；粉线的作用是维持触发器0状态不变，称为置置0 0维持线维持线，绿线是置置1 1阻塞线。阻塞线。具有异步置位、复位端和多输入 端的维持阻塞D触发器例题：例题：置置0置置0置置0置置1置置0置置1二、二、边沿型边沿型JKJK触发器触发器特性方程特性方程状状态态真真值值表表例题：例题：置置0翻翻转转置置1置置0翻翻转转维维持持例：已知各触发器的初始状态皆为例：已知各触发器的初始状态皆为Q=0Q=0，试画出在，试画出在CPCP信信号连续作用下各触发器输出端的电压波形。号连续作用下各触发器输出端的电压波形。4.5 不同类型触发器之间的转换不同类型触发器之间的转换转换步骤：转换步骤：转换步骤：转换步骤：（1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程。（2）变换待求触发器的特性方程，使之形式与已有触发器的特性方程一致。（3）比较已有和待求触发器的特性方程，根据两个方程相等的原则求出转换逻辑。（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。转换方法：转换方法：转换方法：转换方法：利用已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则，求出转换逻辑。JK触发器触发器D触发器触发器写出D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JK触发器的特性方程一致：与JK触发器的特性方程比较，得：电电路路图图一、将一、将JK触发器转换为触发器转换为D、T和和T触发器触发器T触发器特性方程：与JK触发器的特性方程比较，得：电电路路图图JK触发器触发器T触发器触发器T 触发器特性方程：与JK触发器的特性方程比较，得：电电路路图图变换T触发器的特性方程：JK触发器触发器T触发器触发器二、将二、将D触发器转换为触发器转换为JK、T和和T触发器触发器D触发器触发器JK触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器第第4 4章章 小结小结1 1触发器有两个基本性质：（触发器有两个基本性质：（1 1）在一定条件下，触发器可维持在两种稳定）在一定条件下，触发器可维持在两种稳定状态（状态（0 0或或1 1状态）之一而保持不变；（状态）之一而保持不变；（2 2）在一定的外加信号作用下，触）在一定的外加信号作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。2 2描写触发器逻辑功能的方法主要有特性方程、状态真值表、状态转移图描写触发器逻辑功能的方法主要有特性方程、状态真值表、状态转移图和波形图等。和波形图等。4.4.同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种类型触发器。类型触发器。3.3.各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：RS RS触发器：触发器：JK JK触发器：触发器：D D触发器：触发器：T T触发器：触发器：T T触发器：触发器：低电平有效基本RS触发器高电平有效基本RS触发器同步（钟控）RS触发器上升沿触发D触发器，低电平有效置1置0上升沿触发D触发器，高电平有效置1置0下降沿触发JK触发器，低电平有效置1置0主从型JK触发器，低电平有效置1置0主从型T触发器，低电平有效置1置0上升沿触发使能D触发器，高电平有效置1置0（本题共（本题共1010分）试写出图分）试写出图2(a)2(a)中电路的次态函数中电路的次态函数(即即Qn+1Qn+1与现态和输入变量之间的函数式与现态和输入变量之间的函数式)(4)(4分分)；画出在图；画出在图2(b)2(b)给定信号的作用下给定信号的作用下Qn+1Qn+1的电压波形。假定触发器的初的电压波形。假定触发器的初始状态为始状态为Q=0Q=0。(6(6分分)解：写电路的次态函数解：写电路的次态函数 (4分分)画出画出Qn+1的电压波形如图的电压波形如图2(b)图所示。图所示。(6分分)2 2（本题（本题1515分）已知用分）已知用CT4047CT4047组成的电路如下图组成的电路如下图(a)(a)所示，所示，输入波形如图（输入波形如图（b b）所示）所示试分析电路、写出试分析电路、写出Q Q的表达式的表达式说明说明B B端的作用端的作用画出画出Q Q端的输出波形端的输出波形（a a）逻辑图）逻辑图（b）波形图）波形图解：解：（5 5分）分）B B端是异步置端是异步置0 0端，低电平有效，用来控端，低电平有效，用来控制制D D触发器的复位或正常工作。触发器的复位或正常工作。（5 5分）分）（5 5分）分）波形如图所示波形如图所示000010010