逻辑门电路与触发器精选文档.ppt

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1、逻辑门电路与触发器本讲稿第一页，共七十三页与非门与非门的逻辑功能：的逻辑功能：输入有输入有“0”，输出为，输出为“1”输入全为输入全为“1”，输出才为，输出才为“0”F1=AB或非门或非门的逻辑功能：的逻辑功能：输入有输入有“1”，输出为，输出为“0”输入全为输入全为“0”，输出才为，输出才为“1”F2=A+B异或门异或门的逻辑功能：的逻辑功能：输入相同，输出为输入相同，输出为“0”输入不同，输出为输入不同，输出为“1”ABF=1F=AF=A B B知 识 回 顾本讲稿第二页，共七十三页F1=ABF2=A+BABF=1F=AF=A B B内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路是什

2、么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？知 识 回 顾本讲稿第三页，共七十三页集集成成门门电电路路和和触触发发器器等等逻逻辑辑器器件件是是实实现现数数字字系系统统功功能能的物质基础。的物质基础。随着微电子技术的发展，人们把实现各种逻辑功能的元器件及其连线都集中制造在同一块半导体材料小片上，并封装在一个壳体中，通过引线与外界联系，即构成所谓的集成电路块，集成电路块，通常又称为通常又称为集成电路芯片集成电路芯片。采用集成电路进行数字系统设计的优点：优点：可可靠靠性性高高、可可维维护护性性好好、功功耗耗低低、成成本本低低等等

3、优优点点，可可以以大大简化设计和调试过程。大大简化设计和调试过程。本讲稿第四页，共七十三页 本章知识要点本章知识要点:半导体器件的开关特性；半导体器件的开关特性；逻辑门电路的功能、外部特性及使用方法；逻辑门电路的功能、外部特性及使用方法；常用触发器的功能、触发方式与外部工作特性。常用触发器的功能、触发方式与外部工作特性。本讲稿第五页，共七十三页 数字集成电路通常按照所用半导体器件的不同或者根据集成规模的大小进行分类。一、根据所采用的半导体器件进行分类一、根据所采用的半导体器件进行分类 根据半导体器件，数字集成电路可以分为两大类。两大类。1.1.双极型集成电路：双极型集成电路：采用双极型半导体器

4、件作为元件。主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。集成度较低。2.2.单极型集成电路单极型集成电路(又称为又称为MOSMOS集成电路集成电路):):采用金属-氧化物半导体场效应管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Transister)作为元件。主要特点是结构简单、制造结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。3.1 数字集成电路的分数字集成电路的分类类本讲稿第六页，共七十三页双极型集成电路又可进一步可分为：双极型集成电路又可进一步可分为：TTLTTL(Tra

5、nsistor Transistor Logic)电路；电路；ECLECL(Emitter Coupled Logic)电路；电路；I I2 2L L(Integrated Injection Logic)电路。电路。TTLTTL电路的电路的“性能价格比性能价格比”最佳，应用最广泛。最佳，应用最广泛。MOS集成电路又可进一步分为：集成电路又可进一步分为：PMOS(P-channel Metel Oxide Semiconductor)；NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)；CMOS(Complement Metal OxideSemiconduct

6、or)。CMOS电电路路应应用用较较普普遍遍，因因为为它它不不但但适适用用于于通通用用逻逻电电路路 的的设设计计，而且综合性能最好而且综合性能最好。本讲稿第七页，共七十三页本讲稿第八页，共七十三页本讲稿第九页，共七十三页本讲稿第十页，共七十三页二、根据集成电路规模的大小进行分类二、根据集成电路规模的大小进行分类通常根据一片集成电路芯片上包含的逻辑门个数或元件个数，分为 SSI、MSI、LSI、VLSI。1.1.SSI(Small Scale Integration)SSI(Small Scale Integration)小规模集成电路小规模集成电路:逻辑门数小于10 门(或元件数小于100个)

7、；2.2.MSI(Medium Scale Integration)MSI(Medium Scale Integration)中规模集成电路中规模集成电路:逻辑门数为10 门99 门(或元件数100个999个)；3.3.LSI(Large Scale Integration)LSI(Large Scale Integration)大规模集成电路大规模集成电路:逻辑门数为100门9999门(或元件数1000个99999个)；4.4.VLSI(Very Large Scale Integration)VLSI(Very Large Scale Integration)超大规模集成电路超大规模集成电

8、路:逻辑门数大于10000 门(或元件数大于100000个)。本讲稿第十一页，共七十三页数数字字电电路路中中的的晶晶体体二二极极管管、三三极极管管和和MOS管管等等器器件件一一般般是是以以开开关关方方式式运运用用的的，其其工工作作状状态态相相当当于于相相当当于于开开关关的的“接接通通”与与“断断开开”。数子系统中的半导体器件运用在开关频率十分高的电路中(通常开关状态变化的速度可高达每秒百万次数量级甚至千万次数量级)，研究这些器件的开关特性时，不仅要研究它们的静静止止特特性性，而且还要分析它们的动态特性动态特性。静态特性是指二极管在导通和截止两种稳定状态下的特性。静态特性是指二极管在导通和截止两

9、种稳定状态下的特性。3.2.1 晶体二极管的开关特性晶体二极管的开关特性一、静态特性一、静态特性 3.2 半导体器件的开关特性半导体器件的开关特性本讲稿第十二页，共七十三页典型二极管的静态特性曲线典型二极管的静态特性曲线(又称伏安特性曲线又称伏安特性曲线)：本讲稿第十三页，共七十三页1.正向特性正向特性门门槛槛电电压压(VTH)：使二极管开始导通的正向电压，又称为阈值电压(一般锗管约0.1V，硅管约0.5V)。正向电压正向电压 VD VTH ：管子截止，电阻很大、正向电流 IF 接近于 0，二极管类似于开关的断开状态；正向电压正向电压 VD =VTH ：管子开始导通，正向电流 IF 开始上升；

10、正向电压正向电压 VD VTH(一般锗管为一般锗管为0.3V，硅管为，硅管为0.7V)：管子充分导通，电阻很小，正向电流IF 急剧增加，二极管类似于开关的接 通状态。使二极管充分导通的电压为导通电压，用VF表示。本讲稿第十四页，共七十三页 2 反向特性反向特性 二极管在反向电压VR 作用下，处于截止状态，反向电阻很大，反向电流 IR 很小（将其称为反向饱和电流，用 IS 表示，通常可忽略不计），二极管的状态类似于开关断开。二极管的状态类似于开关断开。而且反向电压在一定范围内变化基本不引起反向电流的变化。注意事项：注意事项：正向导通时可能因电流过大而导致二极管烧坏。组成实际电路时通常要串接一只电

11、阻 R，以限制二极管的正向电流；反向电压超过某个极限值时，将使反向电流IR突然猛增，致使二极管被击穿（通常将该反向电压极限值称为反反向向击击穿穿电电压压VBR），一般不允许反向电压超过此值。本讲稿第十五页，共七十三页二极管组成的开关电路图如图（a）所示。二极管导通状态下的等效电路如图(b)所示，截止状态下的等效电路如图(c)所示，图中忽略了二极管的正向压降。二极管开关电路及其等效电路DU0RR断开R关闭(a)(b)(c)由于二极管的单向导电性，所以在数字电路中经常把它由于二极管的单向导电性，所以在数字电路中经常把它当作开关使用。当作开关使用。本讲稿第十六页，共七十三页二、二、动态特性动态特性二

12、极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换二极管的动态特性是指二极管在导通与截止两种状态转换过程中的特性，它表现在完成两种状态之间的转换需要一定的过程中的特性，它表现在完成两种状态之间的转换需要一定的时间。为此，引入了反向恢复时间和开通时间的概念。时间。为此，引入了反向恢复时间和开通时间的概念。1.反向恢复时间反向恢复时间反向恢复时间：反向恢复时间：二极管从正向导通到反向截止所需要的时间称为反向恢复时间。本讲稿第十七页，共七十三页 2.开通时间开通时间开开通通时时间间：二极管从反向截止到正向导通的时间称为开通时间。二极管的开通时间很短，对开关速度影响很小，相对反向恢复时间二极管的开通时间

13、很短，对开关速度影响很小，相对反向恢复时间而言几乎可以忽略不计。而言几乎可以忽略不计。本讲稿第十八页，共七十三页 晶体三极管由集电结和发射结两个PN结构成。根据两个PN结的偏置极性，三极管有截止、放大、饱和截止、放大、饱和3种工作状态。一、静态特性一、静态特性3.2.2 晶体三极管的开关特性晶体三极管的开关特性在在数数字字逻逻辑辑电电路路中中，三三极极管管相相当当于于一一个个由由基基极极信信号号控控制制的的无无触触点点开关，其作用对应于触点开关的开关，其作用对应于触点开关的“闭合闭合”与与“断开断开”。电路在三极管截止截止与饱和饱和状态下的等效电路如下:本讲稿第十九页，共七十三页晶晶体体三三极

14、极管管在在截截止止与与饱饱和和这这两两种种稳稳态态下下的的特特性性称称为为三三极极管管的静态开关特性。的静态开关特性。本讲稿第二十页，共七十三页晶晶体体三三极极管管在在饱饱和和与与截截止止两两种种状状态态转转换换过过程程中中具具有有的的特特性性称称为为三三极极管管的动态特性。的动态特性。三极管的开关过程和二极管一样，管子内部也存在着电荷的建立与消失过程。因此，两种状态的转换也需要一定的时间才能完成。二、动态特性二、动态特性本讲稿第二十一页，共七十三页 1开通时间开通时间（ton）开通时间：开通时间：三极管从截止状态到饱和状态所需要的时间。2.关闭时间关闭时间（toff）关闭时间关闭时间：三极管

15、从饱和状态到截止状态所需要的时间。开通时间ton和关闭时间toff是影响电路工作速度的主要因素。本讲稿第二十二页，共七十三页一、静态特性一、静态特性 MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。MOS管是电压控制元件，主要由栅源电压管是电压控制元件，主要由栅源电压vGS决定其工作状态。决定其工作状态。工作特性如下：工作特性如下：当当VGS开开启启电电压压VTN时时：MOS管工作在截止区，输出电压vDS VDD，MOS管处于“断开”状态;当当VDSVGSVTN时时：MOS管工作在导通区，输出电压vDS 0V，MOS管处于“接通”状态。3.2.3 MOS管的开关特性管的开关特性本讲稿第二

16、十三页，共七十三页二、动态特性二、动态特性MOS管本身导通和截止时电荷积累和消散的时间很小。动态特性主要取决于电路中杂散电容充、放电所需的时间。动态特性主要取决于电路中杂散电容充、放电所需的时间。为了提高为了提高MOSMOS器件的工作速度，引入了器件的工作速度，引入了CMOSCMOS电路。电路。在在CMOSCMOS电电路路中中，由由于于充充电电电电路路和和放放电电电电路路都都是是低低阻阻电电路路，因因此此，其其充、放电过程都比较快，从而使充、放电过程都比较快，从而使CMOSCMOS电路有较高的开关速度。电路有较高的开关速度。本讲稿第二十四页，共七十三页 基本和常用门电路有与门、或门、非门（反相

17、器）、与非门、或非门、与或非门和异或门等。获得高、低电平的基本方法：利用半导体开关元件的导通、截止（即开、关）两种工作状态。逻辑0和1：电子电路中用高、低电平来表示。逻辑门电路：用以实现基本和常用逻辑运算的电子电路。简称门电路。3.3 逻辑门电路逻辑门电路本讲稿第二十五页，共七十三页 3.3 3.3逻逻 辑辑 门门 电电 路路实实现现基基本本逻逻辑辑运运算算和和常常用用复复合合逻逻辑辑运运算算的的逻逻辑辑器器件件统统称称为为逻辑门电路，它们是组成数字系统的基本单元电路。逻辑门电路，它们是组成数字系统的基本单元电路。学学习习时时应应重重点点掌掌握握集集成成逻逻辑辑门门电电路路的的功功能能和和外外

18、部部特特性性，以以及及器器件的使用方法。对其内部结构和工作原理只要求作一般了解。件的使用方法。对其内部结构和工作原理只要求作一般了解。本讲稿第二十六页，共七十三页Y=AB1 1、二极管与门二极管与门本讲稿第二十七页，共七十三页Y=A+B2 2、二极管或门二极管或门本讲稿第二十八页，共七十三页uA0V时，三极管截止，iB0，iC0，输出电压uYVCC5VuA5V时，三极管导通。基极电流为：iBIBS，三极管工作在饱和状态。输出电压uYUCES0.3V。三极管临界饱和时的基极电流为：3 3、三极管非门三极管非门本讲稿第二十九页，共七十三页CMOS逻辑门电路逻辑门电路1 1CMOS非门非门VOVIV

19、DDTPTN设设VDD（VTN+|+|VTP|），），且且VTN=|=|VTP|（1 1）当）当Vi=0=0V时，时，TN截止，截止，TP导通。输出导通。输出VOVDD。（2 2）当）当Vi=VDD时，时，TN导通，导通，TP截止，输出截止，输出VO00V。增强型场效应管增强型场效应管本讲稿第三十页，共七十三页CMOS与非门和或非门电路与非门和或非门电路与非门与非门或非门或非门FVDDTP2TP1TN1TN2ABTN1TN2TP1TP2VDDFAB本讲稿第三十一页，共七十三页2.CMOS传输门传输门本讲稿第三十二页，共七十三页CMOS逻辑门电路的系列逻辑门电路的系列（1 1）基本的）基本的CM

20、OS 4000CMOS 4000系列。系列。（2 2）高速的）高速的CMOSHCCMOSHC系列。系列。（3 3）与）与TTLTTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCTCMOSHCT系列。系列。本讲稿第三十三页，共七十三页CMOS逻辑门电路主要参数的特点逻辑门电路主要参数的特点（1）VOH（min）=VDD；VOL（max）=0。所以所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。（2）阈值电压）阈值电压Vth约为约为VDD/2。ViH（min）=VDD/2（3）其高、低电平噪声容限约）其高、低电平噪声容限约 VDD/2。（4）CMOS电路的功耗很小，

21、一般小于电路的功耗很小，一般小于1 mW/门；门；（5）因）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，达电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，达50本讲稿第三十四页，共七十三页 速度速度 功耗功耗噪声容限噪声容限扇出系数扇出系数集成度集成度 TTL 快快 大大 小小 小小 低低 CMOS 慢慢 小小 大大 大大 高高 CMOSCMOS门电路功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与门电路功耗低，扇出数大，噪声容限大，开关速度与TTLTTL接近，易大规模集成，已成为数字集成电路的发展方向。接近，易大规模集成，已成为数字集成电路的发展方向。本讲稿第三十五页，共七十三页TTL(Transis

22、tor Transistor Logic)TTL(Transistor Transistor Logic)电路是晶体电路是晶体管管-晶体管逻辑电路的简称。晶体管逻辑电路的简称。TTLTTL电路的功耗大、线路较复杂，使其集成度受到一定的电路的功耗大、线路较复杂，使其集成度受到一定的限制，故广泛应用于中小规模逻辑电路中。限制，故广泛应用于中小规模逻辑电路中。3.3.1 TTL 集成逻辑门电路集成逻辑门电路本讲稿第三十六页，共七十三页本讲稿第三十七页，共七十三页TTL与非门的主要外部特性参数有输出逻辑电平、开门电平、关门电平、扇入系数、扇出系数、平均传输时延和空载功耗等。(2)输输出出低低电电平平V

23、OL：输输出出低低电电平平VoLVoL是是指指输输入入全全为为高高电电平平 时时的的输输出电平。出电平。VOLVOL的典型值是的典型值是0.30.3V V。(1)输输出出高高电电平平VOH：指指至至少少有有一一个个输输入入端端接接低低电电平平时时的的输输出出电电平。平。V VOHOH的典型值是的典型值是3.63.6V V。(3)开门电平开门电平VO N ：指在额定负载下，使输出电平达到标准低指在额定负载下，使输出电平达到标准低电平电平V VSLSL的输入电平，它表示使与非门开通的最小输入电平。的输入电平，它表示使与非门开通的最小输入电平。V VONON的的产品规范值为产品规范值为V VONON

24、1.8V1.8V。2.主要外部特性参数主要外部特性参数本讲稿第三十八页，共七十三页(4)关关门门电电平平VOFF：指指输输出出空空载载时时，使使输输出出电电平平达达到到标标准准高高电电平平V VSHSH的的输输入入电电平平，它它表表示示使使与与非非门门关关断断所所允允许许的的最最大大输输 入电平。入电平。V VOFFOFF 的产品规范值的产品规范值V VOFFOFF0.8V0.8V。(5)扇入系数扇入系数Ni：指与非门允许的输入端数目。指与非门允许的输入端数目。(6)扇出系数扇出系数No：指与非门输出端连接同类门的最多个指与非门输出端连接同类门的最多个本讲稿第三十九页，共七十三页 3.TTL与

25、非门集成电路芯片与非门集成电路芯片系系 列列延迟功耗乘延迟功耗乘积积(微微焦耳微微焦耳)传输延迟传输延迟/ns功耗功耗/mW中速中速TTL(74)1001010高速高速TTL(74H)132622肖特基肖特基(甚高速甚高速)TTL(74S)57319低功耗肖特基低功耗肖特基TTL(74LS)199.52本讲稿第四十页，共七十三页TTL与非门集成电路芯片种类很多，常用的TTL与非门集成电路芯片有7400和7420等。7400的引脚分配图如图(a)所示；7420的引脚分配图如图(b)所示。本讲稿第四十一页，共七十三页二、其他功能的二、其他功能的TTL门电路门电路 集成集成TTLTTL门电路还有与门

26、、或门、非门、或非门、与或非门、异门电路还有与门、或门、非门、或非门、与或非门、异或门等不同功能的产品。此外，还有两种特殊门电路或门等不同功能的产品。此外，还有两种特殊门电路集电极开路集电极开路门门(OCOC门门)和三和三 态门态门(TSTS门门)。(1)非门非门(7404)1.几种常用的几种常用的TTL门电路门电路本讲稿第四十二页，共七十三页(2)或非门或非门 常用的TTL或非门集成电路芯片有2输入4或非门7402等。7402的引脚分配图如下图所示。本讲稿第四十三页，共七十三页(3)与或非门与或非门 常用的常用的TTL与或非门集成电路芯片与或非门集成电路芯片7451的引脚排列图如下的引脚排列

27、图如下图所示。图所示。本讲稿第四十四页，共七十三页一、集电极开路（一、集电极开路（OC）与非门）与非门为什么需要为什么需要OC门？门？普通与非门输出不能直接连在一起实现普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与线与”！F=F1F2T4T5+5VF1T4T5+5VF2F?FF“1”“0”IT5饱和程度降低，饱和程度降低，输出低电平抬高输出低电平抬高,输输出出“不高不低不高不低”。T5电流过电流过大被烧毁。大被烧毁。F11F21本讲稿第四十五页，共七十三页OC门电路门电路+5VABCT1R1R2T2R3T5F+VCCRCOC门必须外接电阻门必须外接电阻RC和电源和电源VCC才能正常工作。才能正常工作

28、。逻辑符号：逻辑符号：&ABFABF+5VABCT1R1R2T2R3T5F本讲稿第四十六页，共七十三页 OC门可以实现门可以实现“线与线与”F=F1F2VCCRCF&ABF1&CDF2本讲稿第四十七页，共七十三页二、输出三态门二、输出三态门主主机机1外设外设23总线总线+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4FDG1、工作原理、工作原理G=0时：时：F=ABG=1时：时：T2、T5截止截止D导通导通,T3、T4截止截止输出呈现高阻状态。输出呈现高阻状态。本讲稿第四十八页，共七十三页2、三态门符号、三态门符号ABENAF&ENENBEN=0时：时：F=ABEN=1时：时：F=Z Z为高

29、阻为高阻AF&ENENBBENAFEN=1时：时：F=ABEN=0时：时：F=Z Z为高阻为高阻ABENBENAF本讲稿第四十九页，共七十三页3、三态门应用、三态门应用多路开关多路开关ENA11ENA2F1EN1G1G2本讲稿第五十页，共七十三页三态门应用三态门应用双向总线驱动器，又称收发器双向总线驱动器，又称收发器DIDODBE双向总线双向总线11ENEN本讲稿第五十一页，共七十三页 正逻辑 门电路的输入、输出电压的高电平定义为逻辑“1”，低电平定义为逻辑“0”。负逻辑 门电路的输入、输出电压的低电平定义为逻辑“1”，高电平定义为逻辑“0”。同一个逻辑门电路，在正逻辑定义下如实现与门功能，在

30、同一个逻辑门电路，在正逻辑定义下如实现与门功能，在负逻辑定义下则实现或门功能。负逻辑定义下则实现或门功能。本讲稿第五十二页，共七十三页正逻辑真值表 输入输出ABF001101010001负逻辑真值表 输入输出ABF110010101110输输入入输输出出ABF低低低低低低低低高高低低高高低低低低高高高高高高本讲稿第五十三页，共七十三页前面讨论各种逻辑门电路时，都是按照正逻辑规定来定义其逻辑功能的。在在本本课课程程中中，若若无无特特殊殊说说明明，约约定定按按正正逻逻辑辑讨讨论论问问题题，所所有有门门电路的符号均按正逻辑表示。电路的符号均按正逻辑表示。本讲稿第五十四页，共七十三页在数字系统中，为了

31、构造实现各种功能的逻辑电路，除了需要实现逻辑运算的逻辑门之外，还需要有能够保存信息的逻辑器件。触发器是一种具有记忆功能的电子器件。触发器是一种具有记忆功能的电子器件。触发器能用来存储一位二进制信息。集成触发器的种类很多，分类方法也各不相同，但就其结构而言，都是由逻辑门加上适当的反馈都是由逻辑门加上适当的反馈线耦合而成。线耦合而成。3.4 触发器本讲稿第五十五页，共七十三页本节的教学目标1.理解触发器基本概念；理解触发器基本概念；2.理解触发器的结构及工作原理；理解触发器的结构及工作原理；3.掌握触发器逻辑功能的描述；掌握触发器逻辑功能的描述；4.掌握触发器的典型应用。掌握触发器的典型应用。3.

32、4 触发器本讲稿第五十六页，共七十三页“1”状态：状态：Q=1，Q=0“0”状态：状态：Q=0，Q=12.2.有两个稳定状态有两个稳定状态3.3.有两个输入信号，置有两个输入信号，置“0 0”端和置端和置“1 1”端端逻辑符号逻辑符号3.4.1 触发器的基本特性触发器的基本特性1.1.有两个互补的输出端有两个互补的输出端QQ置 0 端置 1 端4.4.在输入信号的作用下，触发器可以在输入信号的作用下，触发器可以 从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。触发器是具有两个稳定状态触发器是具有两个稳定状态的的电路电路器件器件，能记忆一位，能记忆一位二进制数。二进制数。

33、通常，把在输入信号发生变化前的触发器状态称为通常，把在输入信号发生变化前的触发器状态称为现现态态，用，用n 和和n表示；把输入信号发生变化后的触发器表示；把输入信号发生变化后的触发器状态称为状态称为次态次态，用，用n+1 和和n+1表示。用表示。用X表示输入信号表示输入信号的集合，则触发器的的集合，则触发器的次态方程次态方程为：为：n+1 f（n，X）次态方程次态方程又称为又称为状态方程状态方程、特征方程特征方程。SRQQ本讲稿第五十七页，共七十三页功功 能能 表表Qn(保持保持)1 1 Qn 0（置（置0）1 0 1（置（置1）0 1 不稳不稳Qn+1 0 0 S R Qn1001QRSQS

34、 RQn01000111101110003.4.2 基本基本SR触发器触发器 逻辑图逻辑图1010状态方程状态方程状态方程状态方程 逻辑符号逻辑符号QQSRSR卡诺图卡诺图卡诺图卡诺图QQn+1n+1S S RQRQn n本讲稿第五十八页，共七十三页转换条转换条件件触发器触发器状态状态状态转换状态转换方向方向状态转换状态转换图图S0 R1S01R0S 1R1S 1R1QRSQ逻辑图逻辑图功功 能能 表表Qn(保持保持)1 10（置（置0）1 01（置（置1）0 1不稳不稳Qn+1 0 0S R输入低电平有效的输入低电平有效的SR触发器（与非门）触发器（与非门）本讲稿第五十九页，共七十三页输入低

35、电平有效的输入低电平有效的SR触发器（与非门）触发器（与非门）QRSQ功功 能能 表表Qn(保持保持)1 10（置（置0）1 01（置（置1）0 1不稳不稳Qn+1 0 0S R置0置1保持置0保持输入输入00组组合为禁合为禁止态止态 逻辑符号逻辑符号QQSRSR状态方程状态方程状态方程状态方程 S R Q Q不确定特点：特点：特点：特点：置置置置1 1置置置置0 0时时时时SRSR互为相反互为相反互为相反互为相反QQn+1n+1S S RQRQn n本讲稿第六十页，共七十三页3.4.2 几种常用的时钟控制触发器几种常用的时钟控制触发器具有时钟脉冲控制的触发器称为“时时钟钟控控制制触触发发器器

36、”或者“定定时时触触发器发器”。时钟脉冲控制触发器的工作特点：时钟脉冲控制触发器的工作特点：由时钟脉冲确定状态转换的时刻由时钟脉冲确定状态转换的时刻(即何时转换？即何时转换？)；由输入信号确定触发器状态转换的方向由输入信号确定触发器状态转换的方向(即如何转换？即如何转换？)。下面介绍四种最常用的时钟控制触发器。本讲稿第六十一页，共七十三页 钟控钟控SR触发器触发器逻辑图逻辑图cpQRSQSR基本基本SR触发器触发器Qn(保持保持)1 10（置（置0）1 01（置（置1）0 1不稳不稳Qn+1 0 0S RSRQQC本讲稿第六十二页，共七十三页2工作原理工作原理 当时钟脉冲没有到来（即当时钟脉冲

37、没有到来（即cp=0）时，不管）时，不管R、S端为何值，两个控端为何值，两个控制门的输出均为制门的输出均为1，触发器状态保持不变。，触发器状态保持不变。当当时时钟钟脉脉冲冲到到来来（即即cp=1）时时，输输入入端端R、S的的值值 可可以以通通过过控控制制门门作用于上面的基本作用于上面的基本R-S触发器。触发器。逻辑图逻辑图cpQRSQSR本讲稿第六十三页，共七十三页注注意意！时钟控制R-S触发器虽然解决了对触发器工作进行定时控制的问题，而且具有结构简单等优点，但依然存在如下两点不足：输入信号依然存在约束条件，即输入信号依然存在约束条件，即R、S不能同时为不能同时为1；由由分分析析可可知知：时时

38、钟钟控控制制R-S触触发发器器的的工工作作过过程程是是由由时时钟钟信信号号CP和和输输入入信信号号R、S共共同同作作用用的的；时时钟钟C控控制制转转换换时时间间，输输入入R和和S确定转换后的状态。确定转换后的状态。3 逻辑功能逻辑功能时时钟钟控控制制R-S触触发发器器的的功功能能表表、次次态态方方程程和和约约束束条条件件与与由由与与非门构成的非门构成的R-S触发器类似。触发器类似。在时钟控制触发器中，时钟信号CP是一种固定的时间基准，通常不作为输入信号列入表中。对触发器功能进行描述时，均只考虑时钟作用(CP=1)时的情况。本讲稿第六十四页，共七十三页状态方程状态方程 即即cp1 1时时Qn+1

39、D钟控钟控D触发器触发器cpQRSQSRD功能表功能表11 101 0Qn+1cp D0 Qn转换转换条件条件触发器触发器状态状态状态转状态转换方向换方向D=101DD0cp=1D0本讲稿第六十五页，共七十三页 钟控钟控J-K 触发器触发器在时钟控制R-S触发器中增加两条反馈线，将触发器的输出和交叉反馈到两个控制门的输入端，并把原来的输入端S改成J，R改成K，即可改进成J-K触发器。该该触触发发器器利利用用触触发发器器两两个个输输出出端端信信号号始始终终互互补补的的特特点点，有有效效地地解解决决了了时时钟钟控控制制R-S触触发发器器在在时时钟钟脉脉冲冲作作用用期期间间两两个个输输入入同同时时为

40、为1将将导导致致触触发发器器状状态态不不确确定定的的问问题。题。本讲稿第六十六页，共七十三页 J=0,K=0：触发器状态不变。触发器状态不变。J=0,K=1：若原来处于0状态，触发器保持0状态不变；若原来处于1状态，触发器状态置成0。即JK=01时时，触触发发器器次次态态一一定定为为0状状态。态。J=1,K=0：若原来处于0状态，触发器状态置成1；若原来处于1状态，触发器保持1态不变。即JK=10时时，触触发发器器次次态态一一定定为为1状态。状态。(1)无时钟脉冲无时钟脉冲(CP=0)时，触发器保持原来状态不变。时，触发器保持原来状态不变。(2)时钟脉冲作用时钟脉冲作用(CP=1)时，与时，与

41、J、K相关。相关。J-K触发器的工作原理如下：触发器的工作原理如下：J=1,K=1：若原来处于0状态，触发器置成1 状态；若原来处于1状态，触发器置成0状态。即JK=11时，触发器的次态与现态相反。时，触发器的次态与现态相反。本讲稿第六十七页，共七十三页归纳起来，归纳起来，J-K触发器的功能表如下表所示。触发器的功能表如下表所示。J-K触发器功能表触发器功能表J KQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1Q01Q不变不变置置 0置置 1翻转翻转次态方程为次态方程为 上述J-K触发器结构简单，且具有较强的逻辑功能，但依然存在“空翻”现象。为了进一步解决“空翻”问题，实际中广泛采用主从主从

42、J-K触发器。触发器。本讲稿第六十八页，共七十三页T触发器触发器QQCPJCKT 3T触发器触发器 将将JK触发器的两个输入端连接在一起作为触发器的两个输入端连接在一起作为数据输入，就构成了数据输入，就构成了T触发器。触发器。T 触发器的触发器的特征方程特征方程：Qn+1TQnTQn TQn当当T=0时，触发器保持原来状态；时，触发器保持原来状态；当当T=1时，触发器在时钟作用下翻转。时，触发器在时钟作用下翻转。QnQnQn+1功功 能能 表表 1 0 T CP本讲稿第六十九页，共七十三页因为在时钟脉冲作用期间，输入信号直接控制着触发器状态的变化。即当时钟C为1时，输入信号R、S发生变化，触发

43、器状态会跟着变化，从而使得一个时钟脉冲作用期间引起多次翻转。上述由四个逻辑门构成的触发器存在空翻问题。上述由四个逻辑门构成的触发器存在空翻问题。引起空翻的原因是什么？引起空翻的原因是什么？CPSRQ有效翻转有效翻转空翻空翻本讲稿第七十页，共七十三页主从触发器主从触发器边沿触发器边沿触发器 为了提高了电路的可靠性，希望触发器在钟控信号的有效边沿为了提高了电路的可靠性，希望触发器在钟控信号的有效边沿期间只发生一次状态改变，因而引入了触发器。期间只发生一次状态改变，因而引入了触发器。本讲稿第七十一页，共七十三页输出期：当输出期：当CLK=0时，第一个触发器处于锁存状态，时，第一个触发器处于锁存状态，

44、QM 保持保持CP=0前前的状态，但第二个触发器透明，的状态，但第二个触发器透明，Q=QM将将取样期取得的取样期取得的D 信号值输出。信号值输出。QM 为主触发器为主触发器,Q为从触发器为从触发器取样取样 输出输出 取样取样 输出输出CLK D QM Q主从主从D触发器触发器取样期：当取样期：当CLK=1时，第一个触发器透明，时，第一个触发器透明，QM 随输入信随输入信号号D 变化，此时第二个触发器处于锁存状态，不接受输入信变化，此时第二个触发器处于锁存状态，不接受输入信息，息，Q 保持保持原来的状态不变。原来的状态不变。3.1.4 主从触发器主从触发器 输出的状态取决于输出的状态取决于时钟脉冲下降沿到来之前的时钟脉冲下降沿到来之前的时钟脉冲下降沿到来之前的时钟脉冲下降沿到来之前的D D输入值输入值输入值输入值DQ C D Q CLKC DDQMDCQQ透明透明本讲稿第七十二页，共七十三页6）构成机械开关的消抖动电路。）构成机械开关的消抖动电路。+5VRSQQABABQQ触发器的用途触发器的用途:本讲稿第七十三页，共七十三页