数字电子技术第4章触发器.ppt

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1、第第4章章 触发器触发器(Flip-Flop)4.1 基本基本RS触发器触发器4.2 时钟触发器时钟触发器4.3 触发器逻辑功能的描述及相触发器逻辑功能的描述及相互转换互转换概述概述触发器的功能：触发器的功能：形象地说，形象地说，它具有它具有“一触即发一触即发”的的功能。在输入信号的作用下，它能够从一种状功能。在输入信号的作用下，它能够从一种状态态(0 或或 1)转变成另一种状态转变成另一种状态(1 或或 0)。触发器的特点：触发器的特点：有记忆功能的逻辑部件。输出状态有记忆功能的逻辑部件。输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关。有关。触发

2、器的分类：触发器的分类：按功能分：按功能分：有有R-S触发器、触发器、D型触发器、型触发器、JK触发器、触发器、T型等；型等；按触发方式划分：按触发方式划分：有电平触发方式、主从有电平触发方式、主从触发方式和边沿触发方式触发方式和边沿触发方式。两个输入端两个输入端4.1 基本基本RS触发器触发器&a&b反馈反馈两个输出端两个输出端一、电路结构一、电路结构反馈反馈正是由于正是由于引入反馈，引入反馈，才使电路具有才使电路具有记忆功能记忆功能!输入输入R=0,S=1时时若原状态：若原状态：11001010输出仍保持：输出仍保持：&a&b若原状态：若原状态：01111010输出变为：输出变为：置置“0

3、”！&a&b输入输入R=1,S=0时时若原状态：若原状态：10101001输出变为：输出变为：&a&b若原状态：若原状态：00110101输出保持：输出保持：&a&b置置“1”！输入输入R=1,S=1时时若原状态：若原状态：10111001输出保持原状态：输出保持原状态：若原状态：若原状态：01110110输出保持原状态：输出保持原状态：&a&b&a&b保持！保持！输入输入R=0,S=0时时0011输出：全是输出：全是1注意：注意：当当R、S同时由同时由0变为变为1时，翻转快的门输出变为时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。因此，该另一个不得翻转。因此，该状态为不定状态。状态为不定状态。&

4、a&b复位端复位端置位端置位端逻辑符号逻辑符号R S用或非门组成的基本用或非门组成的基本RS触发器触发器这种触发器的触发信号是高电平有效，因此在这种触发器的触发信号是高电平有效，因此在逻辑符号的输入端处没有小圆圈。逻辑符号的输入端处没有小圆圈。11RSRSRS1.基本基本RS触发器的特性表触发器的特性表(characteristic table)二、逻辑功能描述二、逻辑功能描述1 1 0 01 1 1 10 1 0 00 1 1 01 0 0 11 0 1 10 0 0 10 0 1 1 Qn Qn+1 R S2.特性方程特性方程3.状态图状态图01S=1R=S=R=1S=0R=1S=1R=0

5、转换方向转换方向转换条件转换条件稳定状态稳定状态RSQ反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为时序图形称为时序图置1置0置1置1置1保持不允许4.时序图时序图基本基本RS触发器的特点触发器的特点（1）触触发发器器的的次次态态不不仅仅与与输输入入信信号号状状态态有有关关，而而且且与与触触发器的现态有关。发器的现态有关。（2）电电路路具具有有两两个个稳稳定定状状态态，在在无无外外来来触触发发信信号号作作用用时时，电路将保持原状态不变。电路将保持原状态不变。（3）在在外外加加触触发发信信号号有有效效时时，电电路路可可以以触触发发翻翻转转，实实现现

6、置置0或置或置1。（4）在在稳稳定定状状态态下下两两个个输输出出端端的的状状态态和和必必须须是是互互补补关关系系，即有约束条件。即有约束条件。在在数数字字电电路路中中，凡凡根根据据输输入入信信号号R、S情情况况的的不不同同，具具有有置置0、置置1和和保保持持功功能能的的电电路路，都称为都称为RS触发器。触发器。例例1：运用基本运用基本RS触发器，消除机械开关振动引起的触发器，消除机械开关振动引起的脉冲脉冲VOK+5VRVO&K+5VQRS4.2 时钟触发器时钟触发器(clocked flip-flop)1 同步同步RS触发器电路结构触发器电路结构QQRDSD&RDSD&RSCP直接清零端直接清

7、零端直接置位端直接置位端输出端输出端输入端输入端一、电平触发一、电平触发(trigger)的时钟触发器的时钟触发器QQRDSD&RDSD&RSCP平时常平时常为为 1平时常平时常为为 1直接清零端直接清零端直接置位端直接置位端直接清零端、置位端的处理：直接清零端、置位端的处理：“同步同步”的含义：由时钟的含义：由时钟CP决定决定R、S能否对输能否对输出端起控制作用。出端起控制作用。CP=0时时011触发器保持原态触发器保持原态CP=1时时&a&b&c&dCP111&a&b&c&dCP11特特性性表表R、S不相等不相等时，时，信信息传送路径息传送路径的形象化的形象化表达表达：&CPQQ&RS1Q

8、Q1R1SC1CPQQ1R1SC1CP预置清预置清零端零端预置置预置置1端端逻辑符号逻辑符号特性特性方程方程CP=1期间有效期间有效状态图状态图01S=R=0S=0R=S=0R=1S=1R=0例：例：画出画出RS触发器的输出波形触发器的输出波形。假设。假设Q的初始状的初始状态为态为 0。CPRSQSet使输出全为使输出全为1CP撤去后撤去后状态不定状态不定Reset 同步同步 R-S 触发器的小结触发器的小结1.当当CP=0 时时,无论无论R、S 为何为何种取值组合，输出端均种取值组合，输出端均“保保持原态持原态”；2.只有当只有当CP=1 时时,将将c门和门和d门门打开，控制端打开，控制端R

9、、S的取值组的取值组合才会在输出端有所反映，合才会在输出端有所反映，即有所谓即有所谓“功能表功能表”。QQRDSD&a&b&c&dRSCPRS&CPQQ&11 0同步触发器存在的问题：同步触发器存在的问题：计数脉冲必须严密配合，计数脉冲必须严密配合，CP脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象脉冲不能太长，否则触发器将产生空翻现象(CP=1期间，输出状态翻转若干次期间，输出状态翻转若干次)同步触发器的空翻同步触发器的空翻1 010 101010111RS&CPQQ&10 10工作原理工作原理（1）接收输入信号过程：）接收输入信号过程：CP=1期间：主触发器控制门期间：主触发器控制门G7、G8打开

10、，接收输入信号打开，接收输入信号，Q主主由由RS决定。决定。从触发器控制门从触发器控制门G3、G4封封锁，其状态保持不变。在锁，其状态保持不变。在CP=1期间接收的内容被存期间接收的内容被存储起来。储起来。二二 主从触发的时钟触发器主从触发的时钟触发器1 主从主从RS触发器触发器1 10 0（2）输出信号过程）输出信号过程CP下下降降沿沿到到来来时时，主主触触发发器器控控制制门门G7、G8封封锁锁，同同时时，从从触触发发器器控控制制门门G3、G4被被打打开开，主主触触发发器器将将其其接接收收的的内内容容送送入入从从触触发发器器，输输出出端端随随之之改改变变状状态态。在在CP=0期期间间，由由于

11、于主主触触发发器器保保持持状状态态不不变变，因因此此受受其其控控制制的的从从触触发发器器的的状状态态也也即即Q、Q的的值值当然不可能改变。当然不可能改变。CP下降沿到来时有效下降沿到来时有效特性特性方程方程0 01 1逻辑符号逻辑符号电路特点电路特点主主从从RS触触发发器器采采用用主主从从控控制制结结构构，从从根根本本上上解解决决了了输输入入信信号号直直接接控控制制的的问问题题，具具有有CP1期期间间接接收收输输入入信信号号，CP下下降降沿沿到到来来时时触触发发翻翻转转的的特特点点，克克服服了了空空翻翻现现象。象。SCPR1S C11R1 10 02 主从主从D触发器触发器特性表特性表特性特性

12、方程方程代代入入主主从从RS触触发发器器的的特特性性方方程程，即可得到主从即可得到主从JK触发器的触发器的将将主从主从JK触发器没有约束。触发器没有约束。3 主从主从JK触发器触发器特性方程特性方程特特性性表表时时序序图图电路特点电路特点逻辑符号逻辑符号主从主从JK触发器采用触发器采用主从控制结构，从根本主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接上解决了输入信号直接控制的问题，具有控制的问题，具有CP1期间接收输入信期间接收输入信号，号，CP下降沿到来时下降沿到来时触发翻转的特点。触发翻转的特点。输入信号输入信号J、K之间之间没有约束。没有约束。存在一次变化问题存在一次变化问题。带清零端和预置端

13、的主从带清零端和预置端的主从JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号与输入主从与输入主从JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号主从主从JK触发器功能完善，并且输入信号触发器功能完善，并且输入信号J、K之间没有约之间没有约束。但主从束。但主从JK触发器还存在着一次变化问题，即主从触发器还存在着一次变化问题，即主从JK触发器中的主触发器，在触发器中的主触发器，在CP1期间其状态能且只能变化期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是一次，这种变化可以是J、K变化引起，也可以是干扰脉变化引起，也可以是干扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。例例1：画出主从画出主

14、从 JK 触发器输出端波形图，设触发器输出端波形图，设Q的初始状态为的初始状态为0。J K Q n+1 0 0 Qn1 1 Qn0 1 0 1 0 1 CPJKQJK QQCPQ2JK QQCPQ1CP例例2：假设初始状态假设初始状态 Q n=0，画出，画出Q1和和Q2 的波的波形图。形图。Q1Q2看懂逻辑符号看懂逻辑符号；熟练使用功能表熟练使用功能表。工作原理工作原理(1)CP0时时，G3=G4=1，G1和和 G2构构成成的的基基本本RS触触发器发器保持原状态保持原状态。三、三、边沿触发器边沿触发器1 维持维持-阻塞边沿阻塞边沿D触发器触发器&G1G2G3G4CPD&G5G6011（2）CP

15、上升沿到来时，若上升沿到来时，若D为为0，G6=1，G5=0，致使致使G4=0，G3=1。从而使从而使Q=0，即即Q=D。边沿边沿D触发器没有一次变化问题触发器没有一次变化问题&G1G2G3G4CPD&G5G6011（3）同理可得出，当同理可得出，当CP上上升沿到来时，若升沿到来时，若D为为1，则，则 Q=1，即即Q=D。010010置置0维持线维持线置置1维持线维持线综上所述，边沿综上所述，边沿D触发器的触发器的特性方程特性方程为：为：逻辑符号逻辑符号具有异步置位端具有异步置位端的触发器功能表的触发器功能表0 0 10 1 11 0 01 1 1 11 1 0 0DCPQQQQDCPSDRD

16、例：例：已知维持已知维持阻塞阻塞D触发器的输入波形，画出输出触发器的输入波形，画出输出波形图，波形图，Q的初始状态为的初始状态为0。CP上升沿有效上升沿有效CPD判断触发器次态的依据是判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端上升沿前一瞬间输入端D的状态。的状态。Q与与或或非非门门G1和和G4组组成成基基本本RS触触发发器器，G7和和G8为为输输入入控控制制门门，其其传传输输延延迟迟时时间间大大于于基基本本RS触触发发器器的的翻翻转转时间时间2 利用传输延迟时间的负边沿触发器利用传输延迟时间的负边沿触发器1&1&G1G2G3G4G6G5G7G8JKCPQQ1&1&G1G2G3G4G6G5G

17、7G8JKCPQQ设初始触发器状态为设初始触发器状态为0，CP=0时，门时，门G6，G2，G7，G8被封被封锁，锁，G7=G8=1，门门G3、G5打开，基本打开，基本RS触发器的状态通过触发器的状态通过G3、G5保持；保持；011QQQQ1&1&G1G2G3G4G6G5G7G8JKCPQQ当当CP由由0变变1或或CP=1时时，门，门G2、G6首先解除封锁，首先解除封锁，状态通过状态通过G2、G6继续继续保持不变。保持不变。1QQQQ1&1&G1G2G3G4G6G5G7G8JKCPQQ门门G6，G2首先被封首先被封锁，但由于锁，但由于G7，G8的传输延迟时间，的传输延迟时间，G7，G8的电平不会

18、的电平不会立即改变。因此，立即改变。因此，在一个很短的时间在一个很短的时间里，门里，门G6，G5将各将各有一个输入端为低有一个输入端为低电平，使电平，使Q=1，当当CP由由1变变0即即CP下降沿到达时，设下降沿到达时，设Qn=0，J=1，K=0110110100不会马上不会马上变化变化0110边沿边沿JK触发器触发器的逻辑符号的逻辑符号边沿边沿JK触发触发器的特点器的特点边沿触发，无边沿触发，无一次变化问题。一次变化问题。功能齐全，使功能齐全，使用方便灵活。用方便灵活。抗干扰能力极抗干扰能力极强，工作速度很强，工作速度很高。高。CP下降沿有效下降沿有效JKCPJKCP集成边沿集成边沿JK触发器

19、触发器74LS112为为CP下降沿触发。下降沿触发。CC4027为为CP上上升升沿沿触触发发，且且其其异异步输入端步输入端RD和和SD为高电平有效为高电平有效。注注意意4 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端和端和K端接在一起，就得到了端接在一起，就得到了T触发器，触发器，将将T代入代入JK触发器的特性方程，可得触发器的特性方程，可得T触发器的特性触发器的特性方程：方程：T触发器的功能：触发器的功能：T=0时触发器保持；时触发器保持；T=1时触发器翻转。时触发器翻转。当当T端恒接高电平时，就构成端恒接高电平时，就构成T触发器。触发器。4.3 触发器的功能描述及相互转换触

20、发器的功能描述及相互转换描述触发器的逻辑功能可以用：描述触发器的逻辑功能可以用：功能表、特性表功能表、特性表（状态转换表）、特性方程、激励表、状态转换（状态转换表）、特性方程、激励表、状态转换图图状态图状态图描述状态之间的转换及转换条件。圆圈表描述状态之间的转换及转换条件。圆圈表示状态，定向线表示状态转换方向，定向线旁边示状态，定向线表示状态转换方向，定向线旁边标注转换条件。标注转换条件。激励表激励表是从触发器的图形表倒推，得到的触发器是从触发器的图形表倒推，得到的触发器从现态变为所希望的次态时对于输入信号的要求。从现态变为所希望的次态时对于输入信号的要求。一、触发器的功能描述一、触发器的功能

21、描述R S0 0 00 1 0 11 0 1 01 1 0 RS触发器激励表触发器激励表RS触发器的触发器的状态转换图状态转换图1.RS触发器的状态图触发器的状态图RS触发器的触发器的特性方程特性方程 01/0 10/10/1RS/Q010/02.JK触发器的状态图触发器的状态图JK触发器的触发器的特性方程特性方程JK触发器的触发器的状态转换图状态转换图JK/Q011/01/10/10/0 D触发器的触发器的状态转换图状态转换图D触发器的触发器的特性方程特性方程3.D触发器的状态图触发器的状态图D/Q011/00/11/10/0T触发器的触发器的特性方程特性方程触发器的触发器的状态转换图状态转

22、换图4.T触发器的状态图触发器的状态图T/Q011/01/10/10/0二、二、不同类型触发器之间的转换不同类型触发器之间的转换在实际应用时，有时需要把一种类型的触发器转换在实际应用时，有时需要把一种类型的触发器转换成其他类型的触发器。变换后的触发器由给定的触成其他类型的触发器。变换后的触发器由给定的触发器和变换逻辑电路组成。发器和变换逻辑电路组成。例例1：D触发器转换成触发器转换成JK触发器触发器根据变换逻辑方程画逻辑图根据变换逻辑方程画逻辑图&1DCP&11CP1KJ例例2：JK 触发器转换成触发器转换成D触发器触发器JKD1CPQQQQ根据变换逻辑方程画逻辑图根据变换逻辑方程画逻辑图不同

23、触发器之间转换的一般步骤：不同触发器之间转换的一般步骤：1.同时列出现有和待转换触发器的激励表；同时列出现有和待转换触发器的激励表；2.写变换逻辑方程；写变换逻辑方程；3.画逻辑图。画逻辑图。例：例：D触发器转换成触发器转换成JK触发器触发器1.列出列出JK和和D触发器的激励表触发器的激励表J KD0 00 11 01 10 1 1 001012.根据激励表写变换逻辑方程根据激励表写变换逻辑方程J KD0 00 11 01 10 1 1 00101JKQn00 01 11 10010 0 1 11 0 0 13.根据变换逻辑方程画逻辑图根据变换逻辑方程画逻辑图&1DCP&11CP1KJ应用举例

24、应用举例例：例：四人抢答电路。四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。并且，其它按钮按下时不起作用。电路的核心是电路的核心是74LS175四四D触发器。它的内触发器。它的内部包含了四个部包含了四个D触发器，各输入、输出以字触发器，各输入、输出以字头相区别，管脚图见下页。头相区别，管脚图见下页。CLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQ1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3D时钟时钟清零清零VCC公用清零公用清零公用时钟公用时钟74LS175管脚

25、图管脚图+5VD1D2D3D4 CLRCP赛前先清零赛前先清零0输出为零输出为零发光管不亮发光管不亮CP&1&2&2清零清零D1D2D3D4 CLRCP+5V1反相端都为反相端都为11开启开启CP&1&2&2清零清零D1D2D3D4 CLRCP+5V若有一按钮被按下，若有一按钮被按下，比如第一个钮。比如第一个钮。=1=00被封被封这时其它按钮被这时其它按钮被按下也没反应。按下也没反应。0CP&1&2&2清零清零本章教学要求本章教学要求 虽然花费了不少时间用于分析触发虽然花费了不少时间用于分析触发器内部电路的工作原理，但器内部电路的工作原理，但重点重点要求大要求大家在理解的基础上能够家在理解的基础上能够牢固地记忆和正牢固地记忆和正确地使用边沿触发方式下的确地使用边沿触发方式下的 D 触发器和触发器和 JK 触发器的逻辑符号和功能。触发器的逻辑符号和功能。