第五章 锁存器和触发器.ppt

5.1 5.1 双稳态存储单元双稳态存储单元5.2 5.2 锁存器锁存器5.3 5.3 触发器的电路结构和工作原理触发器的电路结构和工作原理5.4 5.4 触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能5.5 5.5 用用Verilog HDL描述锁存器和触发器描述锁存器和触发器数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧1.掌握锁存器、触发器的电路结构和工作原理；掌握锁存器、触发器的电路结构和工作原理；2.熟练掌握熟练掌握SR触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触发器及触发器及T 触发器的逻辑功能；触发器的逻辑功能；3.正确理解锁存器、触发器的动态特性。正确理解锁存器、触发器的动态特性。教学基本要求教学基本要求数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.1 5.1 双稳态存储单元电路双稳态存储单元电路5.1.1 5.1.1 双稳态的概念双稳态的概念有两个稳定的状态，从一个状态进入另一个状态必须施加足够有两个稳定的状态，从一个状态进入另一个状态必须施加足够有两个稳定的状态，从一个状态进入另一个状态必须施加足够有两个稳定的状态，从一个状态进入另一个状态必须施加足够大的外加作用力。其中的介稳态是一个不稳定的状态。大的外加作用力。其中的介稳态是一个不稳定的状态。大的外加作用力。其中的介稳态是一个不稳定的状态。大的外加作用力。其中的介稳态是一个不稳定的状态。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.1.2 5.1.2 双稳态存储单元电路双稳态存储单元电路 1.1.电路结构电路结构 反馈反馈由两个非门的输由两个非门的输入输出端交叉耦入输出端交叉耦合。它与组合电合。它与组合电路的根本区别在路的根本区别在于，电路中有反于，电路中有反馈线。馈线。电路有两个互补的输出电路有两个互补的输出端。端。Q端的状态定义为电端的状态定义为电路输出状态。路输出状态。定义：当定义：当Q=1，Q=0时，称为电路的时，称为电路的1状态；状态；当当Q=0，Q=1时，称为电路的时，称为电路的0状态。状态。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.2.数字逻辑分析数字逻辑分析电路的功能：电路具有记忆电路的功能：电路具有记忆1位二进制数据的功能。位二进制数据的功能。如如 Q=111001如如 Q=000110数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧3.3.模拟特性分析模拟特性分析 I1=O2 O1=I2 O1 I2 I1 O2 图中两个非门的传输特性图中两个非门的传输特性数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.2 5.2 锁存器锁存器锁存器与触发器区别与联系锁存器与触发器区别与联系共同点共同点：具有：具有0 和和1两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。不同点不同点：锁存器锁存器对对脉冲电平敏感脉冲电平敏感的存储电路，的存储电路，在特定输入脉冲电平作用下改在特定输入脉冲电平作用下改变状态。变状态。触发器触发器对对脉冲边沿敏感脉冲边沿敏感的存储电路，的存储电路，在时钟脉冲的上升沿或下降沿在时钟脉冲的上升沿或下降沿的变化瞬间改变状态。的变化瞬间改变状态。CP CP 数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.2.1 5.2.1 SR SR 锁存器锁存器1.1.基本基本SRSR锁存器锁存器1 1）电路结构电路结构由两个或非门的输入输出端交叉耦由两个或非门的输入输出端交叉耦合。它与组合电路的根本区别在于，合。它与组合电路的根本区别在于，电路中有反馈线。电路中有反馈线。有二个输入端：有二个输入端：R(复位复位)、S(置位置位)，高有效。，高有效。有两个输出端有两个输出端Q、Q。一般情况下，它们是互一般情况下，它们是互补的补的。表达式左边和右边的表达式左边和右边的Q含义不同，左边为次态，右边为初态。含义不同，左边为次态，右边为初态。初态：初态：R、S信号作用前信号作用前Q端的状态，初态用端的状态，初态用Q n表示。表示。次态：次态：R、S信号作用后信号作用后Q端的状态次态用端的状态次态用Q n+1表示。表示。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2 2）工作原理工作原理 R=1，S=0 锁存器处于锁存器处于0态，置态，置0（复位）（复位）R=0，S=1 锁存器处于锁存器处于1态，置态，置1（置位）（置位）数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧 R=0，S=0 R=1，S=1 状态保持状态保持在这种状态下，当在这种状态下，当R、S信号同时由信号同时由“1”“0”后，由于后，由于G1、G2传输时间不等，传输时间不等，输出状态将不能确定。（应避免这种情况）。输出状态将不能确定。（应避免这种情况）。SR锁存器锁存器约束条件约束条件:SR=0数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧3 3）逻辑功能表）逻辑功能表 RSQn(现态现态)Qn+1(次态次态)1100不定不定11101000 置置010100101置置101110000保持保持00114 4）工作波形）工作波形数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5）用与非门构成的基本）用与非门构成的基本SR锁存器锁存器a.电路图电路图b.功能表功能表不定不定00010101保持保持11QSRc.国标逻辑符号国标逻辑符号约束条件约束条件:S R=0数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧运用基本运用基本SR锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出6）基本）基本SR锁存器的应用锁存器的应用数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.2.逻辑门控逻辑门控SRSR锁存器锁存器 1 1 1 1）电路结构及逻辑符号电路结构及逻辑符号基本基本SR锁存器锁存器使能信号控制门电路使能信号控制门电路数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2 2）工作原理）工作原理 S=0，R=0：Qn+1Qn S=1，R=0：Qn+11 S=0，R=1：Qn+10 S=1，R=1：Qn+1 E=1：Q3=S，Q4=R，状态随状态随R、S的变化发生变化。的变化发生变化。E=0：状态不变；：状态不变；数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.2.2 D 5.2.2 D 锁存器锁存器1.1.逻辑门控逻辑门控D D锁存器锁存器1）逻辑电路图与符号）逻辑电路图与符号与门控与门控SR锁存器的区别？锁存器的区别？门控门控SR锁存锁存器器数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2）逻辑功能）逻辑功能E=0：输出保持。：输出保持。E=1：S=0，R=1D=0Q=0D=1Q=1S=1，R=0EDQ0保持保持100111Q=D数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.2.传输门控传输门控D D锁存器锁存器(a)电路结构电路结构(b)E=1时，时，TG1 导通，导通，TG2 断开。断开。Q=D。E=0时，时，TG2 导通，导通，TG1 断开。断开。Q 保持不变保持不变。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧(c)工作波形工作波形3.D3.D锁存器的动态特性（略）锁存器的动态特性（略）数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧4.4.典型集成电路典型集成电路74HC/HCT373 八八D锁存器内部电路锁存器内部电路数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧工作模式工作模式输输 入入内部锁存器内部锁存器状状 态态输输 出出OELEDnQn使能和读锁存器使能和读锁存器（传送模式）（传送模式）LHLLLLHHHH锁存和读锁存器锁存和读锁存器LLL*LLLLH*HH锁存和禁止输出锁存和禁止输出H高阻高阻74HC/HCT373 八八D锁存器功能表锁存器功能表L*和和H*表示门控电平表示门控电平LE由高变低之前瞬间由高变低之前瞬间Dn的逻辑电平。的逻辑电平。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.3 5.3 触发器的电路结构和工作原理触发器的电路结构和工作原理5.3.1 5.3.1 主从触发器主从触发器1.1.电路结构电路结构主锁存器与从锁存器结主锁存器与从锁存器结构相同。构相同。TG1和和TG4的工作状态相同。的工作状态相同。TG2和和TG3的工作状态相同。的工作状态相同。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.2.工作原理工作原理(1)CP=0时时:TG1导通，导通，TG2断开；断开；输入信号输入信号D 送入主锁存器。送入主锁存器。Q 跟随跟随D端的状态变化，使端的状态变化，使Q=D。TG3断开，断开，TG4导通；导通；从锁存器维持在原来的状态从锁存器维持在原来的状态不变。不变。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧(2)CP由由0跳变到跳变到1:TG1断开，断开，TG2导通导通输入信号输入信号D 不能送入主锁存器。不能送入主锁存器。主锁存器主锁存器维持原态不变。维持原态不变。TG3导通，导通，TG4断开断开从锁存器从锁存器Q 的的信号送信号送Q端。端。触发器的状态仅仅取决于触发器的状态仅仅取决于CP信信号上升沿到达前瞬间的号上升沿到达前瞬间的D信号。信号。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧3.3.典型集成电路典型集成电路 74HC/HCT74 中中D触发器的逻辑图触发器的逻辑图数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧74HC/HCT74的逻辑符号和功能表的逻辑符号和功能表输输 入入输输 出出SDRDCPDQQLHHLHLLHLLHHSDRDCPDQn+1Qn+1HHL*LHHHH*HL具有直接置具有直接置1、直接置、直接置0，正边沿触发的，正边沿触发的D功能触发器功能触发器数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.3.2 5.3.2 维持阻塞触发器维持阻塞触发器1.1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理置置0维持线维持线响应输入响应输入D和和CP信号信号根据根据 确定触确定触发器的状态发器的状态 数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧 CP=0D 信号进入触发器信号进入触发器,为状态刷新作好准备。为状态刷新作好准备。D 信号存于信号存于Q4011DD工作原理工作原理数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧 当当CP 由由0 跳变为跳变为10DD1DDD在在CP脉冲的上升沿，脉冲的上升沿，触法器按此前的触法器按此前的D信信号刷新。号刷新。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧 在在CP=1期间期间DD1D若若若若D=1D=11001QQ2 20 0，QQ3 31 1QQ2 2至至至至GG1 1的反馈线使的反馈线使的反馈线使的反馈线使GG1 1封锁，使封锁，使封锁，使封锁，使QQ1 11 1，从，从，从，从而使而使而使而使QQ2 2保持保持保持保持0 0。输出维持。输出维持。输出维持。输出维持为为为为1 1。该反馈线称。该反馈线称。该反馈线称。该反馈线称置置置置1 1维维维维持线持线持线持线。1置置1维持线维持线置置0 阻塞线阻塞线1QQ2 2至至至至GG3 3的反馈线使的反馈线使的反馈线使的反馈线使QQ3 3等于等于等于等于1 1，从而阻塞了，从而阻塞了，从而阻塞了，从而阻塞了D D的输入的置的输入的置的输入的置的输入的置0 0信号，称信号，称信号，称信号，称置置置置0 0阻塞线阻塞线阻塞线阻塞线。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧 在在CP=1期间期间DD1D若若若若D=0D=00110QQ2 21 1，QQ3 30 0QQ3 3至至至至GG4 4的反馈线使的反馈线使的反馈线使的反馈线使GG4 4封锁，使封锁，使封锁，使封锁，使QQ4 41 1，从，从，从，从而既阻塞了而既阻塞了而既阻塞了而既阻塞了D D1 1的信号的信号的信号的信号进入触发器，又与进入触发器，又与进入触发器，又与进入触发器，又与CPCP共共共共同作用使同作用使同作用使同作用使QQ3 3保持保持保持保持0 0。输出。输出。输出。输出维持为维持为维持为维持为0 0。该反馈线称。该反馈线称。该反馈线称。该反馈线称置置置置1 1阻塞线、置阻塞线、置阻塞线、置阻塞线、置0 0维持线维持线维持线维持线。0置置1阻塞线阻塞线置置0维持线维持线在在CP=1期间，期间，D信号的变化不影响整个触发器信号的变化不影响整个触发器Q的状态，触发器的状态，触发器状态只在状态只在CP脉冲的上升沿到来瞬间变化。脉冲的上升沿到来瞬间变化。0数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.2.典型集成电路典型集成电路74LS74 74LS74 数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.3.3 5.3.3 利用传输延时的触发器（利用传输延时的触发器（JKJK触发器）触发器）CPJKQnQn+1 说明说明100保持保持110000J=K=0保持保持记住记住这三这三种情种情况况110100JK同同J101001111101J=K=1计数计数10数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.3.4 5.3.4 触发器的动态特性触发器的动态特性动态特性反映其触发器对输入信号和时钟信号间的时间要求，以动态特性反映其触发器对输入信号和时钟信号间的时间要求，以及输出状态对时钟信号响应的延迟时间。及输出状态对时钟信号响应的延迟时间。建立时间建立时间保持时间保持时间脉冲宽度脉冲宽度传输延时时间传输延时时间传输延时时间传输延时时间数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧保持时间保持时间tH ：保证：保证D状态可靠地传送到状态可靠地传送到Q建立时间建立时间tSU ：保证与保证与D 相关的电路建立起稳定的状态，使触相关的电路建立起稳定的状态，使触发器状态发器状态得到正确的转换。得到正确的转换。最高触发频率最高触发频率fcmax ：触发器内部都要完成一系列动作，需要一：触发器内部都要完成一系列动作，需要一定的时间延迟，所以对于定的时间延迟，所以对于CP最高工作频最高工作频率有一个限制。率有一个限制。触发脉冲宽度触发脉冲宽度tW ：保证内部各门正确翻转。：保证内部各门正确翻转。传输延迟时间传输延迟时间tPLH和和tPHL ：时钟脉冲：时钟脉冲CP上升沿至输出端新状态上升沿至输出端新状态稳定建立起来的时间稳定建立起来的时间数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4 5.4 触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能D 触发器触发器JK 触发器触发器T 触发器触发器SR 触发器触发器不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧触发器逻辑功能的描述方法触发器逻辑功能的描述方法（2）特征方程：触发器次态）特征方程：触发器次态Qn+1与输入信号及现态与输入信号及现态Qn之间关系之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。的逻辑表达式称为触发器的特性方程。（1）特征表：以触发器的现态和输入信号为变量，以次态为）特征表：以触发器的现态和输入信号为变量，以次态为函数，描述它们之间逻辑关系的真值表。函数，描述它们之间逻辑关系的真值表。（3）状态转换图：状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一）状态转换图：状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4.1 D 5.4.1 D 触发器触发器 1.1.特性表特性表 Qn DQn+10000111001112.2.特性方程特性方程Qn+1=D 3.3.状态图状态图数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4.2 JK 5.4.2 JK 触发器触发器 3.3.状态转换图状态转换图1.1.特性表特性表 2.2.特性方程特性方程JKQnQn+1 说明说明0000J=K=0保持保持记住记住这三这三种情种情况况110100JK同同J101001111101J=K=1计数计数10数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧设下降沿触发的设下降沿触发的JK触发器时钟脉冲和触发器时钟脉冲和J、K信号的波形如图所示，信号的波形如图所示，试画出输出端试画出输出端Q的波形。设触发器的初始状态为的波形。设触发器的初始状态为0。数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4.3 T5.4.3 T触发器触发器 1.1.逻辑符号逻辑符号 3.3.特性方程特性方程2.2.特特 性性 表表TQnQn+1000保持保持011101翻转翻转1104.4.状态转换图状态转换图5.T5.T 触发器（触发器（T1T1）数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4.4 SR5.4.4 SR触发器触发器 1.1.特性表特性表 Qn S RQn+100 0000100101011不确定不确定1 0 0110101101111不确定不确定2.2.特性方程特性方程SR=0（约束条件）（约束条件）3.3.状态图状态图数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧5.4.4 D 5.4.4 D 触发器功能的转换触发器功能的转换 1.D 1.D 触发器构成触发器构成J KJ K触发器触发器组合组合逻辑逻辑电路电路J JKK数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧2.D 2.D 触发器构成触发器构成 T T 触发器触发器组合逻组合逻辑电路辑电路T TQn+1=D 数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧3.D 3.D 触发器构成触发器构成 T T 触发器触发器Q n+1=DCPQ二分频二分频如何用如何用JK触发器构成触发器构成T触发器？触发器？数字电子技术基础数字电子技术基础 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 主讲：何玉钧主讲：何玉钧本本 章章 小小 结结l锁存器和触发器都是具有存储功能的逻辑电路，是构成时序锁存器和触发器都是具有存储功能的逻辑电路，是构成时序电路的基本逻辑单元。每个锁存器或触发器都能存储电路的基本逻辑单元。每个锁存器或触发器都能存储1位二值位二值信息。信息。l锁存器是对脉冲电平敏感的电路，它们在一定电平作用下改锁存器是对脉冲电平敏感的电路，它们在一定电平作用下改变状态。变状态。l触发器是对时钟脉冲边沿敏感的电路，它们在时钟脉冲的上触发器是对时钟脉冲边沿敏感的电路，它们在时钟脉冲的上升沿或下降沿作用下改变状态。升沿或下降沿作用下改变状态。l触发器按逻辑功能分类有触发器按逻辑功能分类有D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T（T）触发）触发器和器和SR触发器。它们的功能可用特性表、特性方程和状态图触发器。它们的功能可用特性表、特性方程和状态图来描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。来描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。