数字电子技术第四章 触发器精品文稿.ppt

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1、数字电子技术第四章 触发器第1页，本讲稿共41页概述概述一、基本要求一、基本要求1.有两个稳定的状态有两个稳定的状态(0、1)，以表示存储内容；，以表示存储内容；2.能够接收、保存和输出信号。能够接收、保存和输出信号。二、现态和次态二、现态和次态1.现态：现态：触发器接收输入信号之前的状态。触发器接收输入信号之前的状态。2.次态：次态：触发器接收输入信号之后的状态。触发器接收输入信号之后的状态。三、分类三、分类1.按电路结构和工作特点：按电路结构和工作特点：基本、同步、边沿。基本、同步、边沿。2.按逻辑功能分：按逻辑功能分：RS、JK、D 和和 T(T )。3.其他：其他：TTL 和和 CMO

2、S，分立和集成。，分立和集成。第2页，本讲稿共41页G24.1 4.1 基本触发器基本触发器4.1.1 由与非门组成由与非门组成一、电路及符号一、电路及符号QG1R&SQQQRSRSQ=0Q=10 态态Q=1Q=01 态态第3页，本讲稿共41页G2QG1R&SQ二、工作原理二、工作原理Q=Q“保持保持”1001Q=0Q=10 态态“置置 0”或或“复位复位”(Reset)0110Q=1Q=01 态态“置置 1”或或“置位置位”(Set)Q和和Q 均为均为UHR 先撤消：先撤消：1 态态S 先撤消：先撤消：0 态态信号同时撤消：信号同时撤消：状态不定状态不定 (随机随机)第4页，本讲稿共41页0

3、0001触发器触发器状态不定状态不定01010100触发器触发器置置 000101101触发器触发器置置 1111110011触发器触发器保持原状态不变保持原状态不变说说 明明Qn+1QnSDRD与非门组成的基本与非门组成的基本 RS 触发器特性表触发器特性表 置置 0 端端 RD 和置和置 1 端端 SD 低电平有效。低电平有效。注注意意基本基本 RS 触发器特触发器特性表的简化表示性表的简化表示Qn11101010不定不定00Qn+1SDRD特性方程特性方程:110100Qn+1Qn RDSD01 00 01 11 10第5页，本讲稿共41页简化波形图简化波形图QG1R&SQ设触发器初始状

4、态为设触发器初始状态为0：QQSRQQ信号同时撤消信号同时撤消,出现出现不确定状态不确定状态信号不同时撤信号不同时撤消，状态确定消，状态确定第6页，本讲稿共41页特特性性表表Qn11101010不定不定00Qn+1SDRD不定不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR逻逻辑辑符符号号置置 0、置、置1 信号信号低低电平有效电平有效置置 0、置、置1 信号信号高高电平有效电平有效注注意意弄清输入信号弄清输入信号是低电平有效还是是低电平有效还是高电平有效。高电平有效。基本基本 RS 触发器的两种形式触发器的两种形式第7页，本讲稿共41页SRQQ四、基本四、基本 R

5、S 触发器主要触发器主要特点特点1.优点：优点：结构简单，结构简单，具有置具有置 0、置、置 1、保持功能。、保持功能。2.问题问题：输入电平直接控制输出输入电平直接控制输出状态，使用不便，抗干扰能力差；状态，使用不便，抗干扰能力差；R、S 之间有约束。之间有约束。波波形形图图第8页，本讲稿共41页TTL 集成基本触发器集成基本触发器74279、74LS279+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q4816742797427974LS27974LS279R1S11S12R2S2R3S31S32R4S44.1.

6、3 集成基本触发器集成基本触发器第9页，本讲稿共41页74279、74LS279第10页，本讲稿共41页同步触发器：同步触发器：触发器的工作状态不仅受输入端触发器的工作状态不仅受输入端(R、S)控制，而且还受时钟脉冲控制，而且还受时钟脉冲(CP)的控制。的控制。CP(Clock Pulse):等周期、等幅的脉冲串。等周期、等幅的脉冲串。基本基本 RS 触发器：触发器：S 直接置位端；直接置位端；R 直接复位端。直接复位端。(不受不受 CP 控制控制)同步触发器：同步触发器：同步同步 RS 触发器触发器同步同步 D 触发器触发器4.2 4.2 同步触发器同步触发器4.2.1 同步同步 RS 触发

7、器触发器 第11页，本讲稿共41页一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理1.电路及逻辑符号电路及逻辑符号QG1R&SQG3R&SG2G4CPCP曾用符号曾用符号QQRSRS CPCP国标符号国标符号QQRSRS CPC12.工作原理工作原理当当 CP=0保持保持当当 CP=1与基本与基本 RS 触发器功能相同触发器功能相同第12页，本讲稿共41页特性表：特性表：CP R S Q nQ n+1注注 0 Q n保持保持 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1011100不用不用不用不用保持保持置置1置置0

8、不许不许特性方程特性方程:约束条件约束条件CP=1期间有效期间有效二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制时钟电平控制CP=1 期间接受输入信号；期间接受输入信号；CP=0 期间输出保持不变。期间输出保持不变。（抗干扰能力有所增强）（抗干扰能力有所增强）2.RS 之间有约束之间有约束第13页，本讲稿共41页CPRS解：解：例例 试对应输入波形画出下图中试对应输入波形画出下图中 Q 端端波形。波形。原态未知原态未知QQQRSRS CPC1第14页，本讲稿共41页4.2.2 同步同步 D 触发器触发器 一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理QG1R&SQG3R&SG2G4CPCP1D D（C

9、P=1期间有效）期间有效）简化电路：省掉反相器。简化电路：省掉反相器。二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制，无约束问题；时钟电平控制，无约束问题；2.CP=1 时跟随。时跟随。下降沿到来时锁存下降沿到来时锁存第15页，本讲稿共41页三、集成同步三、集成同步 D 触发器触发器1.TTL 74LS375CPCPD DQG1QG3R&SG2G4111G5RS+VCC74LS37574LS3751D01LE1D12D02LE2D11Q01Q01Q11Q12Q02Q02Q12Q114791215236510111413Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4D1CP1、2D2D3CP3、4D4816第16页

10、，本讲稿共41页四、同步触发器的特点四、同步触发器的特点 同步触发器的同步触发器的触发方式触发方式为为电平触发式电平触发式 同步触发器的共同缺点是存在同步触发器的共同缺点是存在空翻空翻，空翻可导致电路工作，空翻可导致电路工作失控。失控。触发脉冲作用期间，输入信号发生多次变化时，触发器输出状态也相应触发脉冲作用期间，输入信号发生多次变化时，触发器输出状态也相应发生多次变化的现象称为空翻。发生多次变化的现象称为空翻。指时钟脉冲信号控制指时钟脉冲信号控制触发器工作的方式触发器工作的方式 CP=1 期间翻转的称正电平触发式；期间翻转的称正电平触发式；CP=0 期间翻转的称负电平触发式。期间翻转的称负电

11、平触发式。第17页，本讲稿共41页4.3边沿触发器功能分类、功能及表示方法边沿触发器功能分类、功能及表示方法一、边沿触发器功能分类一、边沿触发器功能分类定义定义在在CP作用下，作用下，J、K取值不同时，取值不同时，具有具有保持保持、置置0、置置1、翻转、翻转功能的电路，都叫做功能的电路，都叫做JK型时钟型时钟触发器触发器。1.JK 型触发器型触发器符号符号特性表特性表J KQ n+1功能功能 0 0 0 0 1 0 1 1Q n01保持保持置置0置置1翻转翻转CP下降沿下降沿 时刻有效时刻有效QQCPC11J IK J J K KQ n第18页，本讲稿共41页J KQ nQ n+1功能功能 0

12、 0 0 001Q n保持保持 0 1 0 101 0置置 0 1 0 1 0011置置 1 1 1 1 101 Q n翻转翻转J KQ n+1功能功能 0 0 0 0 1 0 1 1Q n01保持保持置置0置置1翻转翻转Q nCP下降沿下降沿 时刻有效时刻有效10011100Qn+1Qn J K0100 01 11 10特性方程特性方程第19页，本讲稿共41页CP 下降下降沿触发沿触发01J=0 K=J=1，K=J=K=0 J=，K=1 JK 触发器状态图触发器状态图JK 触发器时序图触发器时序图 特点：特点：表述了表述了CP 对输入和触发器状态在时间上的对应对输入和触发器状态在时间上的对应

13、 关系和控制或触发作用。关系和控制或触发作用。第20页，本讲稿共41页TTL 边沿边沿 JK 触发器触发器 CP 下降沿触发下降沿触发74LS112(双双 JK 触发器触发器)异步复位端异步复位端 RD、异步置位端、异步置位端 SD 均为低电平有效均为低电平有效,不不受受 CP 控制。控制。实际应用中，常需要利用异步端预置触实际应用中，常需要利用异步端预置触发器值发器值(置置 0 或置或置 1)，预置完毕后应使，预置完毕后应使 RD=SD=1。第21页，本讲稿共41页第22页，本讲稿共41页边沿边沿JK触发器的主要特点触发器的主要特点 CP 的上升沿或下降沿触发；的上升沿或下降沿触发；抗干扰能

14、力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，按按 的规定更新状态；的规定更新状态；功能齐全功能齐全(保持、置保持、置 1、置、置 0、翻转、翻转)，使用方便。，使用方便。第23页，本讲稿共41页2.D 型触发器型触发器符号符号特性表特性表特性方程特性方程CP 上升沿上升沿 时刻有效时刻有效QQCPC11D D D DQ n+1功能功能 0 0 1 1置置 0置置 1定义定义在在CP作用下，作用下，D 取值不同时，取值不同时，具有具有置置0、置置1功能的电路，都叫做功能的电路，都叫做 D 型时钟型时钟触发器触发器。第24页，本讲稿共41页D 触发器状态图：触发

15、器状态图：01D=0 D=1 D=1D=0D触发器时序图触发器时序图CP 上升上升沿触发沿触发第25页，本讲稿共41页2.TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474 (双双 D 触发器触发器)符号符号引出端引出端功能功能特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 001Qn 01不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持(无效无效)异步置异步置0异步置异步置1不允许不允许Q1 Q1VCC SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2地4 2 3 1 10 12 11 135 6 9 8147 3.边沿边沿D触发器主

16、要特点触发器主要特点 CP 的的上升沿上升沿(正正边沿边沿)或或下降沿下降沿(负负边沿边沿)触发；触发；抗干扰能力极强；抗干扰能力极强；只有置只有置 1、置、置 0 功能。功能。QQCPC11D D D S RSD RD第26页，本讲稿共41页3.T 型触发器型触发器QQCPC11TT T TQ n+1功能功能 0 Q n 1 Q n保持保持翻转翻转CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效4.T 型触发器型触发器QQCPC1Q n Q n+1功能功能 0 1 1 0翻转翻转 CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效 在在CP作用下，当作用下，当T=0时时保持保持状态不变，状态不变，T=1 时状态时状态翻转

17、翻转的电路，叫的电路，叫T 型时钟型时钟触发器触发器。只有只有CP输入端，没有数据输入端，每来一个输入端，没有数据输入端，每来一个CP就就翻转翻转一次的一次的电路叫电路叫T 型时钟触发器型时钟触发器.第27页，本讲稿共41页三、三、边沿边沿触发器逻辑功能表示方法间的转换触发器逻辑功能表示方法间的转换1.1.特性表特性表 卡诺图、特性方程、状态图和时序图卡诺图、特性方程、状态图和时序图Qn+1Qn J K0100 01 11 10J KQ n+1功能功能 0 0 Q n保持保持 0 0 10 0置置0 0 1 1 01 1置置1 1 1 1 Q n翻转翻转0100111001 0 /1 /0/1

18、/(1)特性表特性表 卡诺图、状态图卡诺图、状态图(2)特性表特性表 特性方程特性方程向时序图的转换向时序图的转换(略略)第28页，本讲稿共41页2.状态图状态图 特性表、卡诺图、特性方程和时序图特性表、卡诺图、特性方程和时序图01 0 /1 /0/1/00/01/10/11/00/10/01/11/J KQ nQ n+1Qn+1Qn JK01 00 01 11 100 00 0010101 0 1 0 1 0 1 0000 1 0 1 0011111 1 1 1 1011010第29页，本讲稿共41页状态图状态图 时序图时序图 例例 4.3.1 已知已知 CP、J、K 波形，波形，画输出波形

19、。画输出波形。假设初始状态为假设初始状态为 0。CPJK01 00/01/10/11/01/11/00/10/1001110000Q010011第30页，本讲稿共41页3.3.不同触发器间的相互转换不同触发器间的相互转换（补充）（补充）1.JK D2.JK T、T因此，令因此，令J=K=D已有已有Qn+1=JQn+KQn欲得欲得 Qn+1=DQQCPDC11J1KQQC11J1KQQCP1C11J1KTCP转转换换方方法法(1)写出待求触发器和给定触发器的特性方程。写出待求触发器和给定触发器的特性方程。(3)画出用给定触发器实现待求触发器的电路。画出用给定触发器实现待求触发器的电路。(2)比较

20、上述特性方程，得出给定触发器中输入比较上述特性方程，得出给定触发器中输入 信号的接法。信号的接法。第31页，本讲稿共41页3.D JK已有已有 Qn+1=D欲得欲得Qn+1=JQn+KQn因此，令因此，令4.D T5.D T已有已有 Qn+1=D 欲得欲得Qn+1=已有已有 Qn+1=D欲得欲得 Qn+1=Qn因此，令因此，令D=Qn因此，令因此，令D=QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK第32页，本讲稿共41页Q2Q11D1DFF1FF2石英方波石英方波振荡器振荡器4MHzC1C1CP 例例 下图为分频器电路，设触发器初态为下图为分频器电路，设触发器初态为 0，试画出，试画

21、出 Q1、Q2 的波形并求其频率。的波形并求其频率。CP解：解：C1CPfQ1=fCP/2=2 MHz，fQ2=fCP/4=1 MHzCPQ10Q20Q1C1对对 CP 二分频二分频对对 CP 四分频四分频两个两个 D 触发器均构成触发器均构成 CP 触发的计数触发器触发的计数触发器 4.4.触发器应用举例（补充）触发器应用举例（补充）第33页，本讲稿共41页1010RDSDQ1JSDC1CP1KRSRDCP解：解：例例 试对应输入波形画出下图电路的输出波形。试对应输入波形画出下图电路的输出波形。C1CPSDSRRDQ1Qn+1=JQn+KQn=Qn Qn+Qn Qn=Qn当异步端无信号时，触

22、发器将在当异步端无信号时，触发器将在 CP 时翻转。时翻转。RD和和 SD为非有效电平为非有效电平第34页，本讲稿共41页4.4 触发器的电气特性触发器的电气特性4.4.1 静态特性（略）静态特性（略）4.4.2 动态特性动态特性一、一、输入信号的建立时间和保持时间输入信号的建立时间和保持时间1.建立时间建立时间 tset指要求触发器输入信号指要求触发器输入信号 先于先于 CP 信号的时间。信号的时间。2.保持时间保持时间 th 指保证触发器可靠翻转，指保证触发器可靠翻转，CP 到来后输入信号需保持的到来后输入信号需保持的时间。时间。边沿边沿 D 触发器的触发器的 tset 和和 th 均在均

23、在 10 ns 左右。左右。CPCPD D0 1 01 0 1第35页，本讲稿共41页二、时钟触发器的传输延迟时间二、时钟触发器的传输延迟时间 指从指从 CP 触发沿到达开始，到输出端触发沿到达开始，到输出端 Q、Q 完成状完成状态改变所经历的时间。态改变所经历的时间。1.tPHL为输出端由高电平变为低电平的传输延迟时间。为输出端由高电平变为低电平的传输延迟时间。TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474，tPHL 40 ns。2.tPLH为输出端由低电平变为高电平的传输延迟时间。为输出端由低电平变为高电平的传输延迟时间。7474，25 ns。三、时钟触发器的最高时钟频率三、时钟触发器的最高时

24、钟频率 fmax 由于每一级门电路的传输延迟，使时钟触发器的最高由于每一级门电路的传输延迟，使时钟触发器的最高工作频率受到限制。工作频率受到限制。7474，fmax 15 MHz。第36页，本讲稿共41页第四章第四章第四章第四章 小小小小 结结结结 一、触发器一、触发器和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑单元。它有单元。它有单元。它有单元。它有两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：1.有两个稳定的状态有两个稳定的状态（0 状态和状态和 1 状态）。状态）

25、。2.在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有外信号作用时，保持原状态不变。外信号作用时，保持原状态不变。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。二、触发器的逻辑功能二、触发器的逻辑功能 指触发器输出的次态指触发器输出的次态 Qn+1 与输出的现态与输出的现态 Qn 及输入及输入信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要有有特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图（时序图）。（时序图）。第3

26、7页，本讲稿共41页二、触发器的分类二、触发器的分类1.根据电路结构不同，触发器可分为根据电路结构不同，触发器可分为（1）基本触发器：输入信号电平直接控制。）基本触发器：输入信号电平直接控制。特性方程特性方程（2）同步触发器：时钟电平直接控制。）同步触发器：时钟电平直接控制。特性方程特性方程同步同步 RS 触发器触发器CP=1（或（或 0）时有效）时有效同步同步 D 触发器触发器（约束条件）（约束条件）（3）边沿触发器：时钟边沿控制。）边沿触发器：时钟边沿控制。CP上升沿（或下降沿）时刻有效上升沿（或下降沿）时刻有效特性方程特性方程边沿边沿 D 触发器触发器边沿边沿 JK 触发器触发器第38页

27、，本讲稿共41页2.根据根据逻辑功能逻辑功能不同，时钟触发器可分为不同，时钟触发器可分为二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类（1）RS 触发器触发器（约束条件）（约束条件）（3）D 触发器触发器（4）T 触发器触发器（5）T 触发器触发器 利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相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。互转换。（2）JK 触发器触发器第39页，本讲稿共41页 练习练习 在图中所示的在图中所示的 边沿边沿 D 触发器中，触发器中，CP、D、SD、RD的波形见图，试画出的波形见图，试画出 Q、Q 的波形。的波形。解解QQCPC11D

28、D D S S SD D R R RD D SD、RD 异步置位（置异步置位（置1）、复位（置）、复位（置0）端。）端。CP 上升沿触发。上升沿触发。CPDSDRDQQ第40页，本讲稿共41页三、本章要求三、本章要求三、本章要求三、本章要求掌握掌握常用触发器的工作特点、符号、逻辑功能常用触发器的工作特点、符号、逻辑功能和特性方程，会画工作波形。和特性方程，会画工作波形。了解触发器各种逻辑功能间的转换方法。了解触发器各种逻辑功能间的转换方法。理解触发器及其简单应用电路的分析方法。理解触发器及其简单应用电路的分析方法。掌握与非门结构掌握与非门结构基本基本 RS 触发器触发器的电路、逻辑的电路、逻辑功能和工作特点。功能和工作特点。掌握触发器的掌握触发器的 0 态、态、1 态、置态、置 0、置、置 1、触发方、触发方式、现态、次态和空翻式、现态、次态和空翻等概念。等概念。了解触发器逻辑功能的描述方法。了解触发器逻辑功能的描述方法。第41页，本讲稿共41页