锁存器与触发器各详解.pptx

1相关知识回顾：组合电路：不含记忆元件、无反馈、输出与原来状态无关。本章任务：锁存器和触发器：本章重点：通过学习锁存器、触发器，建立时序的概念;各类触发器的逻辑功能和触发方式。各类触发器的逻辑功能和触发方式。是记忆元件、有反馈、输出与原来状态有关。锁存器和触发器分类。锁存器和触发器外部逻辑功能、触发方式。第1页/共69页22、特点：锁存器和触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，能够存储一位二进制信息。n有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑0和逻辑1。n在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。1、锁存器和触发器5.1 概述锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。第2页/共69页35.2 基本RS锁存器2、电路结构：由两个“或非”门构成的R-S锁存器电路图1、逻辑符号 由门电路组成的，它与组合逻辑电路的根本区别在于，电路中有反馈线，即门电路的输入、输出端交叉耦合。1 R、S为触发脉冲输入端，R为复位（Reset）端，S为置位（Set）端Q、Q 为两个互补的输出端第3页/共69页410113、工作原理（1）S=0，R=1时 输出状态为0，R高电平有效，使锁存器置0（复位）。R 为复位端，Reset。10当当Q=1Q=1时时,称为锁存器的称为锁存器的1 1状态，状态，当当Q=0Q=0时时,称为锁存器的称为锁存器的0 0状态。状态。0111（2）S=1，R=0时，输出状态为1，S高电平有效,使锁存器置1（置位）。S 为置位端Set。01第4页/共69页111100010010 S=0，R=0，Q=0：=1两个稳定状态：S=0，R=0，Q=1：=03）S=R=0时 Q 和 Q 互锁，保持不变。这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。锁存器的存储记忆功能第5页/共69页6111100R、S同时变为0时，输出不稳定。（4）R=S=1不允许，因为：Q=Q =0 不符合逻辑。当 R和 S同时由 1 变 0 时，次态不定。RS=0 (约束条件)第6页/共69页7SRQ00不变01010111不定功能表RS=0(约束条件)Qn为锁存器的原状态（现态）Qn+1为锁存器的新状态（次态）第7页/共69页84、波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图SRQQ置1置0置1保持不允许置1不允许不确定第8页/共69页95、与非门组成的基本RS锁存器第9页/共69页10 这种触发器的触发信号是低电平有效，因此在逻辑符号的输入端处有小圆圈。第10页/共69页11基本锁存器的特点总结由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即“一触即发”有两个互补的输出端，有两个稳定的状态有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能 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，取决于锁存器的结构第11页/共69页125.3 门控锁存器1、门控 RS锁存器 门控RS锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门G3和G4，由锁存使能信号E控制。E=0 时，G3和G4 被封锁，Q3和Q4都为 0，S、R端的电平不影响输出，基本锁存器保持；E=1 时，G3和G4开放，输出由S、R决定，完成基本锁存器的功能。n电路结构和工作原理11EEG4G3第12页/共69页 （不定）（不定）1 11（置（置1）1 00（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0Q n+1S RRS=0(约束条件)E=1 时E第13页/共69页14不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变n功能波形图E第14页/共69页152、门控D锁存器CPDQ 逻辑门控 保证SR不同时为1第15页/共69页16D触发器状态表D Qn+1 0101传输门控D锁存器，常用型号八D锁存器74373。第16页/共69页173、门控锁存器存在的问题空翻 由于在E=1期间，都能接收R、S信号，此时如R、S发生多次变化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象叫做空翻。E第17页/共69页185.4 主从触发器1、主从RS触发器主锁存器从锁存器1111第18页/共69页19主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两个互补的时钟控制。个互补的时钟控制。第19页/共69页20CP=1时，主锁存器工作，S、R影响主锁存器的输出Q（信息写入主锁存器），但从锁存器禁止，状态不变；CP时，从锁存器工作，在此刻之前主锁存器的输出Q如发生了变化，从锁存器CP有效时，其输出将产生相应的变化；工作原理工作原理（主锁存器工作，从锁存器保持）（从锁存器向主锁存器看齐）第20页/共69页21 CP=0时，主锁存器禁止，S、R不影响Q,从锁存器输入信号不变，其输出稳定后不再变化。触发器的总输出Q只在CP由 1 变 0 时刻可能发生翻转，称之为下降沿触发。CP一旦变为0后，主锁存器被封锁，其状态不再受R、S影响，因此不会有空翻现象。特点第21页/共69页22 （不定）（不定）1 11（置（置1）1 00（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0Q n+1S RCP在RS锁存器中，必须限制输入R和S同时为的出现，这给使用带来不便。为了从根本上消除这种情况，可将RS锁存器接成JK锁存器。第22页/共69页.从锁存器主锁存器RS CPF从QQQ CPF主JK反馈线互补时钟控制主、从触发器不能同时翻转1.CP CP2、主从触发器第23页/共69页24主锁存器从锁存器第24页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK工作原理工作原理0101F主打开F主状态由J、K决定，接收信号并暂存。F从封锁F从状态保持不变。01CP第25页/共69页1.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK010状态保持不变。从触发器的状态取决于主触发器，并保持主、从状态一致，因此称之为主从触发器。F从打开F主封锁1CP0第26页/共69页1.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK0CP高电平时触发器接收信号并暂存（即F主状态由J、K决定，F从状态保持不变）。要求CP高电平期间J、K的状态保持不变。CP下降沿()触发器触发翻转（F从状态与F主状态一致）。CP低电平时,F主封锁J、K不起作用&第27页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK逻辑功能分析(1)J=1,K=1 设触发器原态为“0”态0101111001010状态不变10翻转为“1”态状态不变主从状态一致0011第28页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK(1)J=1,K=1设触发器原态为“1”态为“？”状态思考翻转为“0”状态CPCP 1010110101001状态不变01状态不变主从状态一致0011第29页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK(2)J=0,K=1设触发器原态为“1”态011010010101001翻转为“0”态设触发器原态为“0”态为“？”态保持“0”态第30页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK(3)J=1,K=0为“？”状态置为“1”状态第31页/共69页.1.CPCP RS CPF从QQQ CPF主JK(4)J=0,K=00100000保持原态保持原态保持原态第32页/共69页33真值表CP第33页/共69页34例：已知主从JK触发器J、K 的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为0）J-K触发器的工作波形下降沿触发翻转CPJKQ第34页/共69页35 在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）（2）判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态第35页/共69页36主从触发器的一次翻转现象101001111001010010110主从触发器：CP=1,若J、K多次变化，触发器的状态与真值表不对应。对激励信号要求严格。触发器的状态与真值表不对应第36页/共69页375.5 边沿触发器1、维持-阻塞D触发器边沿触发器：上升沿触发或下降沿触发，激励端的信号在触发时间的前后几个延迟时间内保持不变，便可以稳定地根据激励输入翻转。RDDCP SDQQ逻辑符号第37页/共69页38由与非门构成的基本RS锁存器（低有效）0111Q111DDD111DDD状态不变触发器被封锁第38页/共69页39(1)CP=0时，Qn+1=Qn，保持；(2)CP到时，则 Qn+1=D，触发翻转；(3)CP=1时，无论D是否变化，Qn+1=Qn，保持(4)CP 到时，则 Qn+1=Qn，保持 工作原理工作原理 CP上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，上升沿后输入 D不再起作用，触发器状态保持。第39页/共69页40例：D 触发器工作波形图CPDQ上升沿触发翻转第40页/共69页412、利用传输延迟的触发器 两个与或非门构成的SR锁存器作为触发器的输出，与非门构成触发器的输入电路，用来接收输入J、K的值。在集成电路工艺上保证G3、G4 的传输延迟时间大于SR锁存器的翻转时间。第41页/共69页42 按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触发器分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等几种类型。5.6 触发器逻辑功能及其描述 逻辑功能描述即描述触发器的次态与原态、输入信号之间的逻辑关系，描述方法有特性表（真值表）、特性方程、状态转移图、波形图等。n关于电路结构和逻辑功能n关于触发方式及其表示方法第42页/共69页43 2、特征方程 Q n+1D 3、状态转换图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一、D触发器触发器1.D触发器状态真值表触发器状态真值表第43页/共69页 二、JK触发器1.JK触发器真值表 J K Qn Qn+1说明00000101保持（Qn+1=Qn）01001100置0（Qn+1=0）10010111置1（Qn+1=1）11011110翻转（Qn+1=）第44页/共69页452.特征方程JK触发器的特征方程为3、状态转换图第45页/共69页46三、T 触发器 如果把JK触发器的两个输入端J和K连在一起，并把这个连在一起的输入端用T表示，这样就构成了T触发器。1.真值表 TCPQQ第46页/共69页472.特征方程T触发器的特征方程为 3、状态转换图当当T触发器的输入控制端为触发器的输入控制端为T=1时，称为时，称为T触发器。触发器。T触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：T=1T=1T=0T=0第47页/共69页48四、RS触发器1.状态真值表状态真值表第48页/共69页49RS 触发器功能表 S R QnQn+1说明00000101保持 Qn+1=Qn01001100置0Qn+1=010010111置1Qn+1=1110111不定第49页/共69页502.特征方程RS触发器的特征方程为式中，SR=0为约束项。3、状态转换图第50页/共69页51n触发器功能的转换1.1.用JK触发器转换成其他功能的触发器（1 1）JKD 分别写出JK触发器和D D触发器的特性方程比较得：画出逻辑图：第51页/共69页52（2 2）JKT（T）写出T触发器的特性方程：与与JKJK触发器的特性方程比较，触发器的特性方程比较，得：得：J=T，K=T。令令T=1=1，即可得，即可得T触发器。触发器。第52页/共69页532 2用D触发器转换成其他功能的触发器（1 1）DJK写出D触发器和JK触发器的特性方程：比较两式，得：画出逻辑图。第53页/共69页54（2）DT 图（b）（3）DT图（c）第54页/共69页55n典型集成电路介绍 双上升沿D触发器 第55页/共69页56 双下降沿J-K触发器 第56页/共69页57例1：时钟CP及输入信号D 的波形如图所示,试画 出各触发器输出端Q的波形,设各输出端Q的 初始状态=0。5.7 应用举例第57页/共69页Q1CPDQ2第58页/共69页例2：时钟CP波形如图所示,试画出各触发器输出端Q的波形,设Q的初始状态=0.第59页/共69页60 CPQ1 Q2第60页/共69页61例3：时钟CP波形如图所示,试画出各触发器Q端的波形,设各输出端Q的初始状态Qn=0。第61页/共69页 CPQ1 Q2第62页/共69页631.在应用触发器时，要特别注意触发方式，否 则很容易造成整个数字系统工作不正常。2.边沿触发抗干扰能力强，且不存在空翻，应 用较广泛。第63页/共69页64小结锁存器 基本SR锁存器 门控锁存器对脉冲电平敏感第64页/共69页652、根据逻辑功能 RS触发器 JK触发器 D触发器 T触发器触发器1、根据电路结构主从触发器维持阻塞触发器利用传输延迟触发器对脉冲边沿敏感第65页/共69页66触发器的触发方式电平触发方式（锁存器）：高、低电平触发边沿触发方式（触发器）：上升沿、下降沿触发CP低电平触发：CP高电平触发：CP下降沿触发：CP上升沿触发：10第66页/共69页67触发器的逻辑功能与描述方法总结电路名称电路名称逻辑框图逻辑框图特性表特性表 特性方程特性方程状态转移图状态转移图RS触发器触发器JK触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器第67页/共69页68重点：触发器的功能、触发器的应用 要求：（1）触发器的概念（2）触发方式（3）触发器的逻辑功能第68页/共69页69感谢您的观看！第69页/共69页