同步触发器讲课用.pptx

触发器概述触发器概述 按按功能功能分类：分类：R-S触发器、触发器、JK触发器、触发器、D型触发器、型触发器、T型触发器等。型触发器等。时序逻辑电路：时序逻辑电路：输出状态输出状态不仅不仅决定于决定于当前当前时刻各输入状态的组合，而且时刻各输入状态的组合，而且还与电路还与电路先前先前状态状态有关有关。触发器触发器是构成是构成时序逻辑电路时序逻辑电路的的基本单元。基本单元。特点是：特点是：不触不发，一触即发。不触不发，一触即发。基本要求：基本要求：（1）掌握各种触发器的电路组成、逻辑功能及其功能特性表的描述；）掌握各种触发器的电路组成、逻辑功能及其功能特性表的描述；（2）掌握波形图画法及特性方程。）掌握波形图画法及特性方程。定义：定义：现态：把触发器状态转换前的状态称为现态，用现态：把触发器状态转换前的状态称为现态，用Q第1页/共52页 4.1 基本触发器基本触发器一、基本一、基本RS触发器触发器 1用与非门组成的基本用与非门组成的基本RS触发器触发器 （1 1）电路结构）电路结构:由两个门电路交叉连接而成。由两个门电路交叉连接而成。置0端置1端低电平有效第2页/共52页触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能当当Q=1=1，=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1011100置置0 000011R称为置称为置0输入端输入端低电平有效低电平有效第3页/共52页Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1，=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。1 01000111置置1 11101S称为置称为置1输入端输入端低电平有效低电平有效第4页/共52页Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1，=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。1 0置置1 111011 1111100001011保持保持第5页/共52页Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1，=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。1 0置置1 111011 1001111011011保持保持0 0不定不定01第6页/共52页（3 3）波形分析例例 在用与非门组成的基本RS触发器中，设初始状态为0，已知输入R、S的波形图，画出两输出端的波形图。第7页/共52页逻辑功能：逻辑功能：1000110Qn+1R S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01012用或非门组成的基本RS触发器S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。R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。第8页/共52页波形分析：波形分析：逻辑符号：逻辑符号：由由于于该该触触发发器器的的触触发发信信号号是是高高电电平平有有效效，因因此此在逻辑符号的输入端处没有小圆圈。在逻辑符号的输入端处没有小圆圈。高电平有效第9页/共52页基本触发器的特点总结：基本触发器的特点总结：（1 1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。（2 2）有复位（）有复位（Q=0Q=0）、置位（）、置位（Q=1Q=1）、保持原状态）、保持原状态三种功能。三种功能。（3 3）R R为复位输入端，为复位输入端，S S为置位输入端，可以是低为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。的结构。（4 4）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，）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，即有效信号只需要作用很短的一段时间，即“一触一触即发即发”。第10页/共52页二、同步RS触发器 给触发器加一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能改变。这种触发器称为同步触发器。1 1同步RS触发器的电路结构第11页/共52页2 2逻辑功能当CP0 0时，控制门G3 3、G4 4关闭，触发器的状态保持不变。当CP1 1时，G3 3、G4 4打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。同步同步RS触发器的状态转换分别由触发器的状态转换分别由R、S和和CP控制，其中，控制，其中，R、S控制控制状态转换的方向；状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。控制状态转换的时刻。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101100101101第12页/共52页3 3触发器功能的几种表示方法触发器的功能除了可以用功能表表示外，还有几种表示方法：（1）特性方程由功能表画出卡诺图得特性方程：Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101（约束条件）（约束条件）第13页/共52页（2 2）状态转换图）状态转换图 状状态态转转换换图图表表示示触触发发器器从从一一个个状状态态变变化化到到另另一一个个状状态态或或保保持持原原状不变时，对输入信号的要求。状不变时，对输入信号的要求。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101第14页/共52页 （3）驱动表 驱动表是用表格的方式表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持01010 00 11 01 1Qn Qn+1 00 11 00 R S RS触发器的驱动表触发器的驱动表 第15页/共52页 （4）波形图）波形图 已知同步已知同步RS触发器的输入波形，画出输出波形图。触发器的输入波形，画出输出波形图。第16页/共52页 4同步触发器存在的问题空翻由由于于在在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 空翻空翻第17页/共52页4.2 主从触发器由两级同步RS触发器串联组成。G1G4组成从触发器，G5G8组成主触发器。CP 与CP互补，使两个触发器工作在两个不同的时区内。一、一、主从主从RS触发器触发器 1电路结构电路结构第18页/共52页2 2工作原理工作原理Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101主从触发器的触发翻转分为两个节拍：主从触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当）当CP1 1时，时，CP0 0，”从从“保持。保持。”主主”工作，接收工作，接收R和和S端的输入信号。端的输入信号。（2 2）当）当CP 时，即时，即CP=0=0、CP1 1。”主主“保持，不再接收保持，不再接收R、S信号；信号；”从从”工作，接收主触发器输出端的状态。工作，接收主触发器输出端的状态。1001011010101101第19页/共52页主从触发器的特点：（1 1）主主从从触触发发器器的的翻翻转转是是在在CPCP由由1 1变变0 0时时刻刻（CPCP下下降沿）发生的。降沿）发生的。（2 2）CPCP一一旦旦变变为为0 0后后，主主触触发发器器被被封封锁锁，其其状状态态不不再受再受R R、S S影响，因此不会有空翻现象。影响，因此不会有空翻现象。主从主从RSRS触发器的符号：触发器的符号：第20页/共52页二、主从JK触发器主从RS触发器的缺点：使用时有约束条件 RS=01 1电路结构电路结构 为为此此，将将触触发发器器的的两两个个互互补补的的输输出出端端信信号号通通过过两两根根反反馈馈线线分分别别引引到到输输入入端端的的G7、G8门门，这这样样，就就构构成成了了JK触触发器。发器。第21页/共52页2 2工作原理工作原理Qn+1J K功能功能QnJK触发器触发器功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011 11 101100 00 0保持保持0101Qn=Qn110101101010110110第22页/共52页3 3JKJK触发器逻辑功能的几种表示方法(1(1）功能表：）功能表：（2 2）特性方程：）特性方程：Qn+1J K功能功能QnJK触发器触发器功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011 11 101100 00 0保持保持0101Qn=Qn第23页/共52页（3 3）状态转换图（4 4）驱动表0 00 11 01 1Qn Qn+10 1 1 0J K JK触发器的驱动表触发器的驱动表 Qn+1J K功能功能QnJK触发器触发器功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011 11 101100 00 0保持保持0101Qn=Qn第24页/共52页 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）。在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：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）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）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25页/共52页3主从主从T触发器和触发器和T触发器触发器将将JK触发器的触发器的J和和K相连作为相连作为T输入端就构成了输入端就构成了T触发器触发器。T触发器特性方程：触发器特性方程：0 00 11 01 1 T Qn 0 1 1 0 Qn+1 功能功能 T触发器的功能表触发器的功能表 Qn+1=QnQn+1=Qn第26页/共52页 当当T触发器的输入端为触发器的输入端为T=1时，时，称为称为T触发器。触发器。T触发器的特性方程：触发器的特性方程：CPQ1CP EWB演示演示JK组成的组成的T触发器触发器第27页/共52页4主从JK触发器存在的问题一次变化现象 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）。0101011101101101001101由由此此看看出出，主主从从JK触触发发器器在在CP=1期期间间，主主触触发发器器只只变变化化（翻翻转转）一一次次，这种现象称为这种现象称为一次变化现象一次变化现象。第28页/共52页4.3 边沿触发器一、维持阻塞边沿D触发器 1 1D触发器的逻辑功能 D触发器只有一个触发输入端D，因此，逻辑关系非常简单；D触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：Qn+1n+1=D0011D0101Qn0011Qn+1输出状态输出状态同同D状态状态 功能功能D触发器的功能表触发器的功能表第29页/共52页D触发器的状态转换图：0 00 11 01 1Qn Qn+10101D D触发器的驱动表触发器的驱动表 0011D0101Qn0011Qn+1输出状输出状态同态同D状态状态 功能功能D触发器的触发器的功能表功能表第30页/共52页2维持阻塞边沿D触发器的结构及工作原理（1）同步D触发器：该电路满足该电路满足D触发器触发器的逻辑功能，但有的逻辑功能，但有同步触发器的同步触发器的空翻现象空翻现象。设：设：D=1011001101该触发器为上升沿触发。该触发器为上升沿触发。第31页/共52页（2）维持）维持阻塞边沿阻塞边沿D触发器触发器 为了克服空翻，在原电路为了克服空翻，在原电路的基础上引入三根反馈线。的基础上引入三根反馈线。011001101置置1。设：设：D=101100L1称为置称为置1维持线。维持线。L2称为置称为置0阻塞线。阻塞线。1第32页/共52页0（2）维持）维持阻塞边沿阻塞边沿D触发器触发器10011001置置0。设：设：D=0111L3称为置称为置0维持线。维持线。01 可可见见，引引入入了了维维持持线线和和阻阻塞塞线线后后，将将触触发发器器的的触触发发翻翻转转控控制制在在CP上上跳跳沿沿到到来来的的一一瞬瞬间间，并并接接收收CP上上跳跳沿沿到到来来前前一一瞬瞬间间的的D信号。信号。第33页/共52页 已知维持阻塞D D触发器的输入波形，画出输出波形图。解：在波形图时，应注意以下两点：（1 1）触发器的触发翻转发生在CPCP的上升沿。（2 2）判断触发器次态的依据是CPCP上升沿前一瞬间输入端D D的状态。第34页/共52页（3）触发器的直接置0和置1端 RD直接置0端，低电平有效；SD直接置1端；低电平有效。RD和和SD不不受受CP和和D信信号号的的影响，具有最高的优先级。影响，具有最高的优先级。RD SDQn+100不定01010111弃权RDC1SQSRQD1D第35页/共52页二、CMOS主从结构的边沿触发器1 1电路结构:由CMOS逻辑门和CMOS传输门组成由于引入了由于引入了传输门传输门，该电路虽为主从结构，却没有一次变化问题，该电路虽为主从结构，却没有一次变化问题，具有边沿触发器的特性。具有边沿触发器的特性。第36页/共52页2 2工作原理触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当CP变为1 1时，TG1 1开通，TG2 2关闭。主触发器接收D信号。同时，TG3 3关闭，TG4 4开通，从触发器保持原状态不变。（2 2）当）当CP由由1 1变为变为0 0时，时，TG1 1关闭，关闭，TG2 2开通，主触发器自保持。开通，主触发器自保持。同时，同时，TG3 3开通，开通，TG4 4关闭，从触发器接收主触发器的状态。关闭，从触发器接收主触发器的状态。设：设：D=1（原状态（原状态Q=0）0111011010第37页/共52页3 3带有带有RD端和端和SD端的端的 CMOS触发器触发器 RD SDQn+100弃权01110011不定第38页/共52页4.4 集成触发器一、一、集成触发器举例1 1TTL主从JK触发器7474LS7272特点：特点：（1 1）有）有3 3个个J端和端和3 3个个K端，它们之间是与逻辑关系。端，它们之间是与逻辑关系。（2 2）带有直接置）带有直接置0 0端端RD和直接置和直接置1 1端端SD，都为低电平有效，不用时应接高电平。都为低电平有效，不用时应接高电平。（3 3）为主从型结构，）为主从型结构，CP下跳沿触发。下跳沿触发。第39页/共52页2 2高速CMOS边沿D触发器7474HC7474特点：特点：（1）单输入端的双）单输入端的双D触发器。触发器。（2）它们都带有直接置）它们都带有直接置0端端RD和直接置和直接置1端端SD，为低电平有效。，为低电平有效。（3）为）为CMOS边沿边沿触发器，触发器，CP上升沿触发。上升沿触发。第40页/共52页二、触发器功能的转换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：比较得：画出逻辑图：画出逻辑图：第41页/共52页（2 2）JKT（T）写出JKJK触发器和T触发器的特性方程：比较得：比较得：J=T，K=T。令令T=1=1，即可得，即可得T触发器。触发器。第42页/共52页2 2用D触发器转换成其他功能的触发器（1 1）DJK比较得：比较得：画出逻辑图。画出逻辑图。写写出出D触触发发器器和和JK触触发发器器的的特特性性方程：方程：第43页/共52页（2 2）DT （3 3）DT第44页/共52页三、触发器应用举例 例例 设计一个3人抢答电路。3人A、B、C各控制一个按键开关KA、KB、KC和一个发光二极管DA、DB、DC。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。第45页/共52页 利用触发器的“记忆”作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。第46页/共52页本章小结本章小结1 1触触发发器器有有两两个个基基本本性性质质：（1 1）在在一一定定条条件件下下，触触发发器器可可维维持持在在两两种种稳稳定定状状态态（0 0或或1 1状状态态）之之一一而而保保持持不不变变；（2 2）在在一一定定的的外外加加信信号作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。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。2 2描描写写触触发发器器逻逻辑辑功功能能的的方方法法主主要要有有特特性性表表、特特性性方方程程、驱驱动动表表、状态转换图和波形图状态转换图和波形图(又称时序图又称时序图)等。等。3 3按照结构不同，触发器可分为：按照结构不同，触发器可分为：(1)(1)基本基本RS触发器，为电平触发方式。触发器，为电平触发方式。(2)(2)同步触发器，为脉冲触发方式。同步触发器，为脉冲触发方式。(3)(3)主从触发器，为脉冲触发方式。主从触发器，为脉冲触发方式。(4)(4)边沿触发器，为边沿触发方式。边沿触发器，为边沿触发方式。4 4根据逻辑功能的不同，触发器可分为：根据逻辑功能的不同，触发器可分为：(1)(1)RS触发器触发器 (2)(2)JK触发器触发器 (3)(3)D触发器触发器 (4)(4)T触发器触发器 （T触发器触发器 ）5 5同同一一电电路路结结构构的的触触发发器器可可以以做做成成不不同同的的逻逻辑辑功功能能；同同一一逻逻辑辑功功能能的触发器可以用不同的电路结构来实现。的触发器可以用不同的电路结构来实现。6 6利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。第47页/共52页 4.6 设主从设主从JK触发器的初始状态为触发器的初始状态为0，CP、J、K信号如图信号如图题所示，试画出触发器题所示，试画出触发器Q端的波形。端的波形。4.7 设设维维持持阻阻塞塞D触触发发器器的的初初始始状状态态为为0，CP、D信信号号如如图图题所示，试画出触发器题所示，试画出触发器Q端的波形。端的波形。第48页/共52页 4.8 电路如图所示，设各触发器的初态为电路如图所示，设各触发器的初态为0，画出，画出在在CP脉冲作用下脉冲作用下Q端的波形。端的波形。第49页/共52页4.12 4.12 电路如图所示，已知电路如图所示，已知CP和和X的波形，试画出的波形，试画出Q0 0和和Q1 1的波形。设触发器的初始状态均为的波形。设触发器的初始状态均为0 0。第50页/共52页4.13 电路如图所示，已知电路如图所示，已知CP、RD和和D的波形，试画的波形，试画出出Q0和和Q1的波形。设触发器的初始状态均为的波形。设触发器的初始状态均为1。第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页