第四章触发器简优秀课件.ppt

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1、第四章触发器简第1页，本讲稿共58页作作 业业o4-2o4-3o4-6o4-11o4-19o4-2011第2页，本讲稿共58页 锁存器和触发器是构成各种时序电路的存储单元电锁存器和触发器是构成各种时序电路的存储单元电路路，共同点是都具有，共同点是都具有0和和1两种稳定状态，一旦状态稳定，就能两种稳定状态，一旦状态稳定，就能自行保持，并长期存储自行保持，并长期存储1位二进制码，直到有外部信号作用位二进制码，直到有外部信号作用才有可能改变。才有可能改变。锁存器锁存器是一种对是一种对脉冲电平脉冲电平敏感的存储单元电路，可以在敏感的存储单元电路，可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。特定输入脉冲电平作

2、用下改变状态。触发器触发器是一种对是一种对脉冲边沿脉冲边沿敏感的存储电路，只有在作为触敏感的存储电路，只有在作为触发信号的时钟脉冲上升沿或下降沿的变化瞬间才能改变状态。发信号的时钟脉冲上升沿或下降沿的变化瞬间才能改变状态。第一节第一节 触发器的电路结构及工作特点触发器的电路结构及工作特点11第3页，本讲稿共58页本节主要内容本节主要内容一、一、基本基本RS锁存器锁存器二、逻辑门控二、逻辑门控RS锁存器锁存器三、主从触发器三、主从触发器 主从主从RS触发器触发器 主从主从JK触发器触发器 T触发器和触发器和T触发器触发器 CMOS主从结构主从结构D触发器触发器四、边沿触发器四、边沿触发器 维持阻

3、塞维持阻塞D触发器触发器 利用传输延迟的边沿利用传输延迟的边沿JK触发器触发器11第4页，本讲稿共58页一、一、基本基本RS锁存器锁存器（一）用与非门组成的基本（一）用与非门组成的基本RS锁存器电路结构锁存器电路结构和逻辑符号和逻辑符号b.国标逻辑符号国标逻辑符号a.逻辑电路逻辑电路图图11第5页，本讲稿共58页 锁存锁存器有两个互补的输出端，通常把器有两个互补的输出端，通常把Q端的状端的状态作为锁存器的状态。态作为锁存器的状态。Q=1、=0 1状态或置位状态状态或置位状态 Q=0、=1 0状态或复位状态状态或复位状态 逻辑电路图的另一种画法逻辑电路图的另一种画法11有两个输入端有两个输入端R

4、、S，R称复位端称复位端S称置位端，均为称置位端，均为低电平有效低电平有效第6页，本讲稿共58页(二二)逻辑功能分析逻辑功能分析初态：初态：R、S信号作用前信号作用前Q端的端的 状态，用状态，用Q n表示。表示。次态：次态：R、S信号作用后信号作用后Q端的端的 状态，用状态，用Q n+1表示。表示。两个概念两个概念11第7页，本讲稿共58页(二二)逻辑功能分析逻辑功能分析RSQnQn+1功能说明功能说明0000010110101111约束条件约束条件:S+R=1，即不允许，即不允许S=R=01101010101XX不定（不允许）不定（不允许）001101置置0 0（复位）（复位）置置1 1（置

5、位）（置位）保持原状态保持原状态第8页，本讲稿共58页不稳定状态的约束不稳定状态的约束R=S=0同时撤消时电路的状态可能有三种情况同时撤消时电路的状态可能有三种情况1、R先变为先变为1，锁存器为，锁存器为1状态状态2、S先变为先变为1，锁存器为，锁存器为0状态状态3、R、S同时变为同时变为1，锁存器处，锁存器处于振荡状态于振荡状态110011第9页，本讲稿共58页（三）或非门构成的基本（三）或非门构成的基本RS锁存器锁存器输入端高电平有效输入端高电平有效逻辑符号逻辑符号逻辑图逻辑图11第10页，本讲稿共58页逻辑功能分析逻辑功能分析RSQnQn+1功能说明功能说明0000保持原状态保持原状态0

6、0110101置置1 1（置位）（置位）01111000置置0 0（复位）（复位）1010110X不定（不允许）不定（不允许）111X约束条件约束条件:SR=0，即不允许，即不允许S=R=111第11页，本讲稿共58页例例 用与非门组成的基本用与非门组成的基本RS锁存器中，设初始状态为锁存器中，设初始状态为0，已，已知输入知输入R、S的波形图，画出两输出端的波形图。的波形图，画出两输出端的波形图。解解：由由与与非非门门组组成成的的基基本本RS锁锁存存器器的的真真值值表表可可知知，当当R、S都都为为高高电电平平时时，锁锁存存器器保保持持原原状状态态不不变变；当当S 变变低低电电平平时时，触触发发

7、器器翻翻转转为为1状状态态；当当R 变变低低电电平平时时，锁锁存存器器翻翻转转为为0状状态态；不不允允许许R、S同时为低电平。同时为低电平。11第12页，本讲稿共58页优点：优点：电电路路结结构构简简单单，由由电电平平触触发发，能能存存储储一一位位二二进进制制数数，是构成各种性能更完善的锁存器的基础。是构成各种性能更完善的锁存器的基础。缺点：缺点：1、锁锁存存器器的的状状态态直直接接由由输输入入信信号号控控制制，而而在在实实际际应应用用中中，常常常常要要求求锁锁存存器器的的工工作作状状态态受受某某个个控控制制信信号号的的控控制制，当当控控制制信信号号有有效效时时，锁锁存存器器的的状状态态随随着

8、着输输入入信信号号状状态的改变而改变；态的改变而改变；2、基基本本RS锁锁存存器器有有约约束束条条件件：S+R=1，即即不不允允许许S=R=0。(四四)基本基本RS锁存器的优缺点锁存器的优缺点11第13页，本讲稿共58页二、逻辑门控二、逻辑门控RS锁存器锁存器（一）电路结构和逻辑符号（一）电路结构和逻辑符号 电路结构电路结构 国标逻辑符号国标逻辑符号基本基本RS锁存器锁存器使能信号控制门电路使能信号控制门电路锁存使能输入端锁存使能输入端11第14页，本讲稿共58页（二）逻辑功能分析（二）逻辑功能分析 S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1=CP=1

9、：CP=0：状态发生变化。状态发生变化。状态不变状态不变Q3=S Q4=R S=0，R=0：Qn+1=Qn11第15页，本讲稿共58页逻辑门控逻辑门控RS锁存器的特征表锁存器的特征表不定不定（不允许）（不允许）X X 0 1 1 1 1 1 1 1置置0 0（复位）（复位）0 0 0 1 1 1 0 1 1 0置置1 1（置位）（置位）1 1 0 1 1 0 1 1 0 1保持原状态保持原状态 Qn+1 0 1 Qn 0 1 0 1 0 0 1 0 0功能说明功能说明Qn+1QnCP R S11状态不变状态不变第16页，本讲稿共58页o当当R=S=1时当时当CP由由1变变0时锁存器的状态时锁存

10、器的状态不定。不定。o当当CP=1时，时，R、S同同时由时由1变变0时锁存器的时锁存器的状态不定。状态不定。不稳定状态的约束不稳定状态的约束11第17页，本讲稿共58页的波形。的波形。例例 逻逻辑辑门门控控SR锁锁存存器器的的E、S、R的的波波形形如如下下图图虚虚线线上上边边所示，锁存器的原始状态为所示，锁存器的原始状态为Q=0，试画出试画出Q3、Q4、Q和和Q11第18页，本讲稿共58页(三三)锁存器功能的几种描述方法锁存器功能的几种描述方法o1 1特性方程特性方程o2 2状态转换图状态转换图o3 3驱动表驱动表o4 4波形图波形图11第19页，本讲稿共58页1.1.特性方程特性方程SR=0

11、（约束条件）（约束条件）锁存器次态锁存器次态Qn+1与输入信号与输入信号R、S及现态及现态Qn之间的表之间的表达式称为特征方程。达式称为特征方程。011100XXQn+1SQnR0100 011110CP=1时有效时有效11 X X 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 Qn+1 0 1 Qn 0 1 0 1 0 0 1 0 0Qn+1 QnCP R S第20页，本讲稿共58页2.2.状态转换图状态转换图 表示在时钟满足时，锁存器从一个状态变化到另一个表示在时钟满足时，锁存器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，

12、对输入信号的要求。状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。11初态初态次态次态状态转换的方向状态转换的方向状态转换的条件状态转换的条件第21页，本讲稿共58页3.3.驱动表驱动表 用表格的方式表示锁存器从一个状态变化到另一用表格的方式表示锁存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。个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。Qn Qn+1 R S 0 0 X 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 X11第22页，本讲稿共58页4.4.波形图波形图 用输入输出波形来表示锁存器状态的变化。用输入输出波形来表示锁存器状态的变化。11第23页，本讲稿共58页 由于

13、在由于在CP=1期间，期间，G3、G4门都是开着的，都能接收门都是开着的，都能接收R、S信号，如果在信号，如果在CP=1期间期间R、S发生多次变化，则锁存器的状态发生多次变化，则锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象叫做空翻。所以，此种锁存器也可能发生多次翻转，这种现象叫做空翻。所以，此种锁存器的触发翻转被控制在一个时间间隔内，而不是某一时刻。的触发翻转被控制在一个时间间隔内，而不是某一时刻。(四四)逻辑门控逻辑门控RS锁存器存在的问题锁存器存在的问题-空翻空翻11空翻空翻第24页，本讲稿共58页三、主从触发器三、主从触发器（一）主从（一）主从RS触发器触发器 逻辑电路图逻辑电路图逻辑符号逻

14、辑符号表示主从结构表示主从结构表示下降沿有效表示下降沿有效12第25页，本讲稿共58页（1）当）当CP1时，时，CP0，从触发器，从触发器被封锁，保持原状态不变；主触发被封锁，保持原状态不变；主触发器工作，接收器工作，接收R和和S端的输入信号。端的输入信号。（2）当）当CP由由1跃变到跃变到0时，即时，即CP=0、CP1。主触发器被封锁，输入。主触发器被封锁，输入信号信号R、S不再影响主触发器的不再影响主触发器的状态；从触发器工作，接收主状态；从触发器工作，接收主触发器输出端的状态。触发器输出端的状态。（3）当）当CP=0时，主、从触发器均不时，主、从触发器均不发生变化。发生变化。1.主从主从

15、RS触发器的工作原理触发器的工作原理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：主从主从RS触发器的特征方程、真值表、状态转换图和驱动触发器的特征方程、真值表、状态转换图和驱动表与逻辑门控表与逻辑门控RS锁存器相同。锁存器相同。12第26页，本讲稿共58页主从主从RS触发器的缺点触发器的缺点 在在CP=1期间，期间，R、S不能同时为不能同时为1，即仍有约束，即仍有约束RS=0，引入，引入主从主从JK触发器触发器可解决此问题。可解决此问题。（1）主从触发器的状态翻转是在）主从触发器的状态翻转是在CP由由1变变0时刻（时刻（CP下下降沿）发生的。降沿）发生的。（2）CP一旦

16、变为一旦变为0后，主触发器被封锁，其状态不再受后，主触发器被封锁，其状态不再受R、S影响，因此不会有空翻现象。影响，因此不会有空翻现象。（3）解决解决输入端直接控制的问题。输入端直接控制的问题。主从主从RS触发器的基本特点触发器的基本特点12第27页，本讲稿共58页（二）主从（二）主从JK触发器触发器 将主从将主从RS触发器触发器触发器触发器的两个互补的输出端信号通的两个互补的输出端信号通过两根反馈线分别引到输入过两根反馈线分别引到输入端的端的G7、G8门，这样，就构门，这样，就构成了主从成了主从JK触发器。触发器。逻辑符号逻辑符号JK12第28页，本讲稿共58页 翻翻 转转 1 001111

17、1 置置 1 1 1 1010011 置置 0 0 0 0011100 状态不变状态不变 0 1010000 说说 明明Qn+1QnKJ1.特性表特性表 3.3.状态转换图状态转换图2.特性方程特性方程4.驱动表驱动表 12 X 0 1 1 X 1 1 0 1 X 0 1 0 X 0 0 J K Qn Qn+1第29页，本讲稿共58页例例 已知主从已知主从JK触发器触发器J、K的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为的波形图（设初始状态为0）。）。在画主从触发器的波形图在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时

18、触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）。降沿）。（2）CP=1期间主触发器接期间主触发器接收，在收，在CP下降沿的瞬间从触下降沿的瞬间从触发器翻转。发器翻转。12第30页，本讲稿共58页主从主从JK触发器的一次变化现象触发器的一次变化现象 主从主从JK触发器在触发器在CP=1期间，主触发器在输入发期间，主触发器在输入发生多次变化的情况下，而其状态只能变化（翻转）生多次变化的情况下，而其状态只能变化（翻转）一次，第二次变化再也不能发生，这种现象称为一一次，第二次变化再也不能发生，这种现象称为一次变化现象。所以，在使用中，要保证在次变化现象。所以，在使用中，

19、要保证在CP=1期间，期间，Q=0时时J不能发生从不能发生从010的变化，的变化，Q=1时时K不能发生不能发生从从010的变化。的变化。12第31页，本讲稿共58页解：解：画出输出波形如图示。画出输出波形如图示。例例 已知主从已知主从JK触发器触发器J、K的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为的波形图（设初始状态为0）。）。KJQ12解决的方法：引入边沿触发器解决的方法：引入边沿触发器第32页，本讲稿共58页1.1.电路结构电路结构 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Q3Q4确定确定触发器的状态触发器的状态 四、边沿触发器四、边沿触发

20、器逻辑符号逻辑符号 表示边沿触发，外侧无圆圈，表示上升沿触发。表示边沿触发，外侧无圆圈，表示上升沿触发。（一）维持阻塞（一）维持阻塞D触发器触发器12第33页，本讲稿共58页2.特性表特性表 DQnQn+1功能说明功能说明000输出状态与输出状态与D状态相同状态相同0101011113.特性方程特性方程Qn+1=D 4.状态图状态图5.驱动表驱动表 Qn Qn+1 D 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 112第34页，本讲稿共58页逻辑符号逻辑符号RD直接置直接置0端，低电平端，低电平 有效；有效；SD直接置直接置1端；低电平端；低电平 有效。有效。126.带有带有RD和和SD的维持

21、阻塞的维持阻塞D触发器触发器第35页，本讲稿共58页 输输 入入 输出输出 RD SD CP D Q Q 0 1 X X 1 0 X X 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0功能表功能表特点：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边沿触发器，边沿触发器，CP上升沿上升沿触发。触发。逻辑符号逻辑符号引脚分布引脚分布127.典型集成电路典型集成电路-74HC74（双（双D触发器）触发器）第36页，本讲稿共58页（二）（二）利用传输延迟的

22、触发器（利用传输延迟的触发器（JK触发器）触发器）1 1、电路结构、电路结构 逻辑符号逻辑符号12第37页，本讲稿共58页2.典型集成电路典型集成电路-74HC76（双（双JK触发器）触发器）逻辑符号逻辑符号引脚分布引脚分布输输 入入 输出输出RDSDCPJKQn Qn 0 1 XX X 0 1 1 0 XX X 1 0 1 100保持保持 1 101 0 1 1 110 1 0 1 111翻转翻转功能表功能表12第38页，本讲稿共58页3.典型集成电路典型集成电路-74LS112（双（双JK触发器）触发器）引脚分布引脚分布输输 入入 输出输出RDSDCPJKQn Qn 0 1 XXX 0 1

23、 1 0 XXX 1 0 1 100保持保持 1 101 0 1 1 110 1 0 1 111翻转翻转功能表功能表逻辑符号逻辑符号12第39页，本讲稿共58页第二节第二节 触发器的逻辑功能及功能转换触发器的逻辑功能及功能转换一、触发器按逻辑功能的分类一、触发器按逻辑功能的分类时钟控制时钟控制-锁存器锁存器边沿触发边沿触发-触发器触发器12第40页，本讲稿共58页（一）几种时钟控制触发器的国际逻辑符号（一）几种时钟控制触发器的国际逻辑符号基本基本RS锁存器锁存器钟控钟控RS锁存器锁存器主从主从RS锁存器锁存器主从主从JK锁存器锁存器T触发器触发器T触发器触发器12第41页，本讲稿共58页（二）

24、几种边沿触发器的国际逻辑符号（二）几种边沿触发器的国际逻辑符号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12JK触发器触发器D 触发器触发器第42页，本讲稿共58页（三）各种触发器的逻辑功能（三）各种触发器的逻辑功能（1）特性表特性表 Qn DQn+1000011100111（2）特性方程特性方程Qn+1=D（3）状态图状态图1.D 触发器触发器12第43页，本讲稿共58页（3 3）状态转换图）状态转换图 翻 转 1 0011111 置 1 1 1010011 置 0 0 0011100 状态不变 0 1010000 说 明Qn+1QnKJ（1）特性表特性表 （2）特

25、性方程特性方程2.JK 触发器触发器 12第44页，本讲稿共58页例例 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信号的波形信号的波形如图所示试画出输出端如图所示试画出输出端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。12第45页，本讲稿共58页3.T触发器触发器（2）特性方程）特性方程（3）状态转换图）状态转换图（1）特性表）特性表011101110000T 逻辑符号逻辑符号 12第46页，本讲稿共58页国际逻辑符号国际逻辑符号 特性方程特性方程时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。4.T触发器触发器 12第47

26、页，本讲稿共58页5.RS 触发器触发器（1）特性表）特性表（2）特性方程）特性方程（3）状态图）状态图Qn S RQn+100 0000100101011不确定不确定100110101101111不确定不确定 SR=0（约束条件）（约束条件）12第48页，本讲稿共58页二、触发器功能的转换二、触发器功能的转换1.D 触发器构成触发器构成 J K 触发器触发器组合组合电路电路DKJ12Qn+1=D 第49页，本讲稿共58页2.D 触发器构成触发器构成 T 触发器触发器Qn+1=D 组合组合电路电路DT 12第50页，本讲稿共58页3.D 触发器构成触发器构成 T 触发器触发器Qn+1=D CP

27、Q二分频二分频12第51页，本讲稿共58页4.用用JK触发器转换成触发器转换成D触发器触发器分别写出分别写出JK触发器和触发器和D触发器的特性方程触发器的特性方程比较得：比较得：画出逻辑图：画出逻辑图：121第52页，本讲稿共58页4.用用JK触发器转换成触发器转换成T或或T触发器触发器写出写出T触发器的特性方程：触发器的特性方程：画出逻辑图：画出逻辑图：与与JK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，即可得，即可得T触发器触发器12第53页，本讲稿共58页三、触发器应用举例三、触发器应用举例例例 设各触发器的初始状态为设各触发器的初始状态为0，写出各触

28、发器的输出特性方，写出各触发器的输出特性方程，并画出程，并画出CP波形作用下的各输出波形。波形作用下的各输出波形。12第54页，本讲稿共58页例例 设计一个设计一个3人抢答电路。人抢答电路。3人人A、B、C各控制一个各控制一个按键开关按键开关KA、KB、KC和一个发光二极管和一个发光二极管DA、DB、DC。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的。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。抢答信号无效。111012第55页，本讲稿共58页 利用触发器的利用触发器的“记忆记忆”作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。12第56页，本讲稿共58页

29、第三节第三节 集成触发器的主要参数集成触发器的主要参数1.直流参数直流参数（1）电源电流）电源电流ICC（2）低电平输入电流）低电平输入电流IIL（3）高电平输入电流）高电平输入电流IIH（4）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL2.开关参数开关参数（1）最高时钟频率）最高时钟频率fmax（2）对时钟的延迟（）对时钟的延迟（tCPLH和和tCPHL）（3）对直接置）对直接置0置置1端的延迟时间端的延迟时间(tRLH tRHL tSLH tSHL)12第57页，本讲稿共58页本章小结本章小结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锁存器和触发器都是具有存

30、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本逻辑单元。每个锁存器或触发器都能存储1 1位二值信息。位二值信息。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。状态。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。或下降沿作用下改变状态。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）触发器和）触发器和SR触发器。它们的功能可用特性表、特性方程、状态图和波形图来触发器。它们的功能可用特性表、特性方程、状态图和波形图来描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一逻辑功同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现。能的触发器可以用不同的电路结构来实现。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12第58页，本讲稿共58页