数电 锁存器和触发器计科精品文稿.ppt
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1、1第1页,本讲稿共57页5.1 概述概述 电路某一时刻的输出状态,不仅取决于同一电路某一时刻的输出状态,不仅取决于同一时刻输入状态的组合,而且和时刻输入状态的组合,而且和电路原来的状态电路原来的状态电路原来的状态电路原来的状态有关。有关。必须含有存储电路,以记录以前的状态。必须含有存储电路,以记录以前的状态。1、组合逻辑电路:、组合逻辑电路:电路某一时刻的输出状态,只取决于同一时刻电路某一时刻的输出状态,只取决于同一时刻输入状态的组合,而与电路原来的状态无关。输入状态的组合,而与电路原来的状态无关。2、时序逻辑电路、时序逻辑电路:锁存器和触发器锁存器和触发器时序逻辑电路的基本逻辑单元时序逻辑电
2、路的基本逻辑单元一、数字电路的分类一、数字电路的分类:*2第2页,本讲稿共57页二、锁存器与触发器 能存放一位二进制数或码的最简单的时序电路能存放一位二进制数或码的最简单的时序电路,是时序逻辑电路的存储单元电路。是时序逻辑电路的存储单元电路。共同点:共同点:1、具有具有0 0和和1 1两个稳定状态,一旦状态被确定,就能两个稳定状态,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。自行保持。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。2、能根据输入置能根据输入置0或置或置1。3、当输入信号消失后,获得的新状态能保持下当输入信号消失后,获得的新状态能保持下去去记忆功能。记忆功能。*3
3、第3页,本讲稿共57页锁存器锁存器-对脉冲电平敏感的对脉冲电平敏感的存存储电路,在特定输入脉冲电平作储电路,在特定输入脉冲电平作用下改变状态。用下改变状态。触发器触发器-对脉冲边沿敏感对脉冲边沿敏感的存的存储电路,在时钟脉冲的上升沿储电路,在时钟脉冲的上升沿或下降沿的变化瞬间改变状态。或下降沿的变化瞬间改变状态。CP CP 不同点:*4第4页,本讲稿共57页三、锁存器和触发器逻辑功能描述方法1、特性表、特性表(真值表、功能表真值表、功能表)2、特性方程、特性方程3、波形图、波形图(时序图时序图):直观描述直观描述输入信号、时钟信号、输出信号及电路状态转换输入信号、时钟信号、输出信号及电路状态转
4、换与时间与时间对应关系的图形。对应关系的图形。与组合逻辑电路不同点:与组合逻辑电路不同点:变量中含电路的现态。变量中含电路的现态。描述电路的描述电路的次态次态与与现态现态及及输入输入之间的关系式。之间的关系式。现态:现态:输入信号输入信号作用前作用前的状态,的状态,用用Qn表示。表示。次态:次态:输入信号输入信号作用后作用后的状态,的状态,用用Qn+1表示。表示。4、状态图:、状态图:描述锁存器和触发器的描述锁存器和触发器的次态与输入、现态次态与输入、现态关系关系的图形。的图形。*5第5页,本讲稿共57页反馈四、双稳态存储单元电路 Q端的状态定义为电路输出状态。端的状态定义为电路输出状态。电路
5、有两个互补的输出端电路有两个互补的输出端1.电路结构电路结构*6第6页,本讲稿共57页2、数字逻辑分析电路具有记忆电路具有记忆1 1位二进制数据的功能。位二进制数据的功能。如如 Q=1如如 Q=01001101100*7第7页,本讲稿共57页5.2 锁存器锁存器与非门的功能:有与非门的功能:有0出出1,全,全1出出0。则则:其输入为其输入为0 与非门输出为与非门输出为1(不(不管其它输入端状态如何)管其它输入端状态如何)称与非门关闭(或封锁);称与非门关闭(或封锁);当其输入为当其输入为1时时 与非门的输出取决于其它输入端的与非门的输出取决于其它输入端的状态状态 称与非门开通。称与非门开通。G
6、&L1GL或非门呢?或非门呢?当以一个输入端作为控制端时,当以一个输入端作为控制端时,先复习一个基本概念:先复习一个基本概念:控制端为控制端为1 封锁;封锁;控制端为控制端为0 开通。开通。功能:有功能:有1出出0;全;全0出出1。*8第8页,本讲稿共57页、Q:两个互补输出端、Q0:锁存器:锁存器“0”态态、Q1:锁存器锁存器“1”态态5.2.1 基本基本RS锁存器锁存器由两个由两个“与非与非”门(或门(或或非门或非门)交叉耦合构成。)交叉耦合构成。1、电路组成:、电路组成:两个输入端:两个输入端:规定:规定:低电平有效符号SRQQSR初态:初态:R、S信号作用前信号作用前Q端的状态,端的状
7、态,用用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,状态,用用Q n+1表示。表示。&SRQQR:复位端或置0输入端S:置位端或置1输入端低电平有效*第9页,本讲稿共57页01101但因但因Q=0封锁封锁G1,所以所以 保持,保持,即即Q=0保持保持 有记忆功有记忆功能。能。R=0,S=1:此时,若此时,若R的低电平撤消,的低电平撤消,即即R从从01,2、逻辑功能分析、逻辑功能分析10011但因但因 封锁封锁G2所以所以 Q=1保持保持 有记忆功能。有记忆功能。R=1,S=0:此时,若此时,若S的低电平撤消,的低电平撤消,即即S从从01,RSRSG1G2G1G2置置0
8、置置1*&10第10页,本讲稿共57页1110001101 互补关系破坏互补关系破坏 锁锁存器的存器的初态初态0保持不变保持不变设初态设初态锁存器的锁存器的初态初态1保持不变保持不变 Q=0封锁了封锁了G1 R=1,S=1 R=0,S=0:若若R、S加的低电平同时撤加的低电平同时撤消,消,由于两个门的由于两个门的tpd不可不可能完全相同能完全相同 锁锁存器存器状态状态不定。不定。RSRSG1G2G1G2 Q=0封锁了封锁了G2111001状态不变状态不变*&11第11页,本讲稿共57页3、特性表(功能表)、特性表(功能表)Qn:原状态或现态:原状态或现态Qn+1:新状态或次态新状态或次态4、波
9、形图、波形图初态Q=0真值表 RSQn+1010 置0101 置111Qn 保持现态00不定(简化)RS同时由0变为1时状态不定 不同,锁存器的状态同R!约束条件:R+S=1(不能同时为0)12第12页,本讲稿共57页5、由、由或非门或非门组成的基本组成的基本RS锁存器锁存器QRS(2)逻辑符号逻辑符号(1)电路组成电路组成高电平有效G11RSQG21高电平有效*13第13页,本讲稿共57页(3)工作原理S=0、R=0保持(状态不变)保持(状态不变)0 00 0若初态若初态 Q n=11 10 01 1若初态若初态 Q n=00 01 10 00 00 0 1 Q Q R G1 G2 1 S“
10、1”保持不变保持不变“0”保持不变保持不变*14第14页,本讲稿共57页无论初态无论初态Q n为为1或或0,锁存器的次态都为,锁存器的次态都为0态。态。信号消失后新的信号消失后新的状态将被记忆下来。状态将被记忆下来。1 10 0若若初态初态 Q n=11 11 10 0若初态若初态 Q n=01 10 00 01 10 01 1S=0、R=1置置0*0 015第15页,本讲稿共57页无论初态无论初态Q n为为1或或0,锁存器的次态为,锁存器的次态为1态。态。信号消失信号消失后新的状态将被记忆下来。后新的状态将被记忆下来。0 01 1若若初态初态 Q n=11 10 01 1若初态若初态 Q n
11、=00 01 10 01 11 10 0S=1、R=0置置1*16第16页,本讲稿共57页1100S=1、R=1无论初态Q n为0或1,触发器的次态 、都为0 。状态不确定状态不确定约束条件约束条件:SR=0当当S、R 同时回到同时回到0时,由于两个与非门时,由于两个与非门的延迟时间无法确定,使得触发器最终的延迟时间无法确定,使得触发器最终稳定状态也不能确定。稳定状态也不能确定。触发器的输出既不是触发器的输出既不是0态,也不是态,也不是1态。态。*17第17页,本讲稿共57页(4)真值表 (简化)SR Qn+100Qn 不变01 0 置010 1 置111 不定SR不同,锁存器的状态同不同,锁
12、存器的状态同S!约束条件约束条件:SR=0注意与与非门构成的SR锁存器的区别思考:完整的真值表*18第18页,本讲稿共57页S R Qn Qn+10 0 0 00 0 1 10 1 0 00 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 11 1 0 1 1 1 QnSRQn+10011101000011110基本RS锁存器完整真值表特性方程:特性方程:不定置0置1Qn(不变)*(5)状态方程)状态方程(特征方程特征方程)可由完整的真值表导出。可由完整的真值表导出。19第19页,本讲稿共57页(6)工作波形 此波形是正常工作波形。此波形是正常工作波形。保保持持保保持持保保持持保保持持若输入信号违反约
13、束条件,情况如何?若输入信号违反约束条件,情况如何?正脉冲触发置置 1*20第20页,本讲稿共57页SR例5.2.1 已知基本RS锁存器(或非门构成)S、R端的输入波形,试画出输出端Q、Q的波形。QQ 01状态不定!状态不定!设初态QRS理解状态不定的含义!*21第21页,本讲稿共57页(1)各个状态分别用一小圆圈表示各个状态分别用一小圆圈表示 ,圈内注明状态名或取值。圈内注明状态名或取值。S0(3)在连线一侧标注在连线一侧标注输入输入/输出输出(或标注输入(或标注输入=?)?)状态图的画法:(2)用带箭头连线表示电路状态的转换:用带箭头连线表示电路状态的转换:箭尾箭尾现态现态 箭头箭头次态次
14、态*(6)状态图(或状态转移图)描述次态/输出与现态/输入之间关系的图形。22第22页,本讲稿共57页(6)状态图(或状态转移图)*真值表 (简化)SR Qn+100Qn 不变01 0 置010 1 置111不定01S=1,R=0S=0,R=10=RS,FF=RS,023第23页,本讲稿共57页6、基本、基本RS锁存器的特点锁存器的特点 i)电路具有记忆功能,即:有两个稳态(电路具有记忆功能,即:有两个稳态(Q=0或或Q=1)可用于表示两种对立的逻辑状态或二进制数可用于表示两种对立的逻辑状态或二进制数0和和1;ii)电路状态的转换依赖于外加输入电平,电路状态的转换依赖于外加输入电平,(若电路原
15、来状态为(若电路原来状态为0态,如何使之变为态,如何使之变为1态呢?态呢?S加高电平;反之加高电平;反之)通常称此锁存器为通常称此锁存器为置置0、置置1锁存器或锁存器或复位复位、置位置位锁存器。锁存器。(用小圆圈表示低电平或逻辑用小圆圈表示低电平或逻辑0有效!)有效!)iii)动作特点:由于动作特点:由于R、S直接加至输出门的输入端,则输出直接加至输出门的输入端,则输出在在RS的全部作用时间内敏感。的全部作用时间内敏感。iv)有约束条件:有约束条件:RS=0(不能同时为不能同时为1)*24第24页,本讲稿共57页1、电路组成及逻辑符号、电路组成及逻辑符号输入控制门输入控制门基本基本RS锁存器锁
16、存器使能信号 国标逻辑符号国标逻辑符号两个与门两个或非门构成的基本RS锁存器高电平有效5.2.3逻辑门控逻辑门控RS锁存器锁存器同步触发器同步触发器 为协调各部分的动作,加控制门,引入使能信号为协调各部分的动作,加控制门,引入使能信号E(或(或时钟信号),使其只在使能信号时钟信号),使其只在使能信号E到来时,才按照输入信号到来时,才按照输入信号改变其状态。改变其状态。*第25页,本讲稿共57页2、逻辑功能分析:S=0,R=0:Qn+1=Qn S=0,R=1:Qn+1=0 S=1,R=1:Qn+1=E=1:E=0:状态发生变化,等价于状态发生变化,等价于由由或非门组成的基本或非门组成的基本RS锁
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