第十三章-触发器与时序逻辑电路ppt课件(全).ppt
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1、 13.1 双稳态触发器双稳态触发器 13.2 时序逻辑电路的分析时序逻辑电路的分析 13.3 集成时序逻辑器件集成时序逻辑器件第十三章触发器与时序逻辑电路第十三章触发器与时序逻辑电路 在数字电路中除了广泛采用逻辑门电路外,还经常要用到在数字电路中除了广泛采用逻辑门电路外,还经常要用到另一类具有记忆功能的电路另一类具有记忆功能的电路双稳态触发器双稳态触发器(Flip-Flop,简,简称称“触发器触发器”),触发器也是数字电路中的基本逻辑单元。,触发器也是数字电路中的基本逻辑单元。由触发器作为核心器件构成的时序逻辑电路是数字电路的由触发器作为核心器件构成的时序逻辑电路是数字电路的重要组成部分。重
2、要组成部分。第一节第一节 双稳态触发器双稳态触发器 一、一、RS触发器触发器 (一)基本(一)基本RS触发器触发器 各种逻辑门电路是没有记忆功能的,但是,把它们作适当各种逻辑门电路是没有记忆功能的,但是,把它们作适当的组合与反馈,却可以得到具有记忆功能的电路。的组合与反馈,却可以得到具有记忆功能的电路。(一)基本(一)基本RS触发器触发器 1.电路组成电路组成基本基本RS触发器是一种最简单触发器是一种最简单的触发器,是构成其它形式的触发器,是构成其它形式触发器的基本部分。它由两触发器的基本部分。它由两个与非门交叉耦合连接而成个与非门交叉耦合连接而成 R和和S是信号输入端,低电是信号输入端,低电
3、平有效平有效 R为复位(或置0)端S为置位(或置1)端逻辑符号逻辑符号触发器是构成时序逻辑电路触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。的基本逻辑部件。它有两个稳定的状态:它有两个稳定的状态:0状态和状态和1状态;状态;在不同的输入情况下,它在不同的输入情况下,它可以被置成可以被置成0状态或状态或1状态;状态;当输入信号消失后,所置当输入信号消失后,所置成的状态能够保持不变。成的状态能够保持不变。信号输入端,低电平有效信号输入端,低电平有效 Q=0、Q=1的状态称的状态称0状态,状态,Q=1、Q=0的状态称的状态称1状态状态R SQ10011 00R=0、S=1时:由于时:由于R=0,不论原来,
4、不论原来Q为为0还是还是1,都有,都有Q=1;再由再由S=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于什么状态都将变成将变成0状态,这种情况称将触发器置状态,这种情况称将触发器置0或复位。或复位。R端称为触发端称为触发器的置器的置0端或复位端。端或复位端。2、工作原理、工作原理0110R SQ1 00R=1、S=0时:由于时:由于S=0,不论原来,不论原来Q为为0还是还是1,都有,都有Q=1;再由再由R=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于什么状态都将变成将变成1状态,这种情况称将触发器置状态,这种情况称将触发器置1或置位
5、。或置位。S端称为触发端称为触发器的置器的置1端或置位端。端或置位端。0 111110R=1、S=1时:根据与非门的逻辑功能不难推知,触发器保时:根据与非门的逻辑功能不难推知,触发器保持原有状态不变,即原来的状态被触发器存储起来,这体现了持原有状态不变,即原来的状态被触发器存储起来,这体现了触发器具有记忆能力。触发器具有记忆能力。R SQ1 000 111 1不变100011R SQ1 000 111 1不变0 0不定?R=0、S=0时:时:Q=Q=1,破坏了触发器输出状态应该互补的,破坏了触发器输出状态应该互补的约定。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等,在两输入端约定。并且由于与非门延迟时
6、间不可能完全相等,在两输入端的的0同时撤除(同时由同时撤除(同时由0变到变到1)后,将不能确定触发器是处于)后,将不能确定触发器是处于1状态还是状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情况,这就是基状态。所以触发器不允许出现这种情况,这就是基本本RS触发器的约束条件。触发器的约束条件。现态:触发器接收输入信号之前的状态,也就是触发器原来的稳定状态。次态:触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。基本基本RS触发器真值表触发器真值表 触发器的特性方程就是触发器次态触发器的特性方程就是触发器次态Q Qn+1n+1与输入及与输入及现态现态Q Qn n之间的逻辑关系式之间的逻辑关系式Qn+1 的卡诺图
7、的卡诺图特性方程特性方程基本基本RS触发器的时序图(波形图)触发器的时序图(波形图)初初始始状状态态为为 0置置1置置0置置1保保持持保保持持互互补补已已破破坏坏(二)同步(二)同步RS触发器触发器 基本基本RS触发器的状态是直接由输入信号控触发器的状态是直接由输入信号控制的。而在数字电路中,经常要求触发器按一制的。而在数字电路中,经常要求触发器按一定的时间节拍来工作。实现这一目标的触发器定的时间节拍来工作。实现这一目标的触发器称为钟控触发器,也称同步触发器称为钟控触发器,也称同步触发器 1 1、电路组成、电路组成CP(Clock Pulse)时钟脉冲时钟脉冲2.、功能分析功能分析该触发器的特
8、点是该触发器的特点是CP=0CP=0时,时,G G3 3、G G4 4的的输入为输入为1 1,触发器将保持不变,而,触发器将保持不变,而CP=1CP=1时,时,G G1 1的输入是的输入是S S,G G2 2的输入是的输入是R R,其功能和基本,其功能和基本RSRS触发器一致。触发器一致。RSCP0时,R=S=1,触发器保持原来状态不变。CP1时,工作情况与基本RS触发器相同。特性特性方程方程CP=1期间有效期间有效状状态态转转换换真真值值表表主主要要特特点点波波形形图图(1)时时钟钟电电平平控控制制。在在CP1期期间间接接收收输输入入信信号号,CP0时时状状态态保保持持不不变变,与与基基本本
9、RS触触发发器器相相比比,对对触发器状态的转变增加了时间控制。触发器状态的转变增加了时间控制。(2)R、S之之间间有有约约束束。不不能能允允许许出出现现R和和S同同时时为为1的情况,否则会使触发器处于不确定的状态。的情况,否则会使触发器处于不确定的状态。不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变置置1置置0置置1置置0保保持持 二、主从二、主从JK触发器触发器 同步触发器要求同步触发器要求CP=1期间,期间,R、S端的信号不能改变,若端的信号不能改变,若改变则触发器的状态有可能跟随变化,会发生在改变则触发器的状态有可能跟随变化,会发生在CP=1期间触发期间触发器产生两次或两次以上的变化,
10、这种现象成为同步触发器的空器产生两次或两次以上的变化,这种现象成为同步触发器的空翻,使触发器不能达到真正意义上的同步。我们要寻找一种能翻,使触发器不能达到真正意义上的同步。我们要寻找一种能够克服空翻,使触发器只在要求时刻动作的触发器。够克服空翻,使触发器只在要求时刻动作的触发器。下图是由两个同步下图是由两个同步RS触发器构成的主从触发器。下部的同触发器构成的主从触发器。下部的同步步RS触发器(由触发器(由G5G8构成)称作主触发器,上部的同步构成)称作主触发器,上部的同步RS触触发器(由发器(由G1G4构成)称作从触发器。从触发器的状态端作为整构成)称作从触发器。从触发器的状态端作为整个触发器
11、的状态端。主、从触发器的时钟端分别受个触发器的状态端。主、从触发器的时钟端分别受CP和的控制。和的控制。为了解除为了解除RS触发器的约束条件,把触发器的约束条件,把Q和反馈到和反馈到G7和和G8的输入端,的输入端,由于由于Q和的互补性这样就能保持任何时候和的互补性这样就能保持任何时候G7、G8的输出不会同的输出不会同时为时为0,因而就不会有不定状态存在了,解除了其输入信号不能,因而就不会有不定状态存在了,解除了其输入信号不能同时为同时为1的约束。这时的的约束。这时的S端改称为端改称为J端,端,R端改称为端改称为K端,这便端,这便是主从是主从JK触发器。触发器。当当CP=1时,主触发器时,主触发
12、器的状态按照的状态按照J、K以及以及Q和和Q的不同组合来置的不同组合来置0、置置1或保持原态。或保持原态。J、K的改变只影响的改变只影响 、,而而 、则相当于从触则相当于从触发器的发器的S和和R。由于。由于CP=1期间,期间,控控制从触发器,因而从触制从触发器,因而从触发器的状态不变发器的状态不变。待等到待等到CP由由1变到变到0(俗称(俗称CP的下降沿)以后,即的下降沿)以后,即CP=0,主触发器,主触发器的状态进入从触发器使其的状态进入从触发器使其置置0、置、置1或保持原态。或保持原态。JKQnQn+1功能功能说说明明00000101保持保持00110100置置011000111置置111
13、110110翻翻转转主从主从JK触发器的真值表触发器的真值表JK触发器的功能口诀触发器的功能口诀 0 0 态不变态不变 1 1 态翻转态翻转 其余随其余随J变变JK触发器是一种功能触发器是一种功能最齐全的触发器。它最齐全的触发器。它可以置可以置0、置、置1、保持、保持和翻转和翻转 主从主从JK触发器的特性方程触发器的特性方程CP=1期间接收期间接收J、K信号信号CP 时触发时触发 左图是主从左图是主从JK触发器的逻辑符号,触发器的逻辑符号,其中的其中的 、分别称作直接置分别称作直接置1、直、直接置接置0端,也称异步输入端,其功能端,也称异步输入端,其功能是是 =0,=1,触发器直接置触发器直接
14、置1。=1,=0,触发器直接置触发器直接置0。触发器同步工作时(发挥触发器同步工作时(发挥JK功能)功能),要求要求 =1 主从主从JK触发器的时序图(波形图)触发器的时序图(波形图)置置 1置置 0翻翻转转保保持持翻翻转转初初始始状状态态00101110011 三、维持阻塞三、维持阻塞D触发器触发器 主从主从JK触发器在结构和工作方式上还存在一些问题。它要触发器在结构和工作方式上还存在一些问题。它要求在求在CP=1期间接收期间接收J、K信号,并要求在此期间信号,并要求在此期间J、K信号尽量信号尽量不变,等到不变,等到CP时触发器按照它所接收时触发器按照它所接收J、K信号来动作,而维持信号来动
15、作,而维持阻塞结构的触发器就没有这种对信号的限制,它只按照触发器阻塞结构的触发器就没有这种对信号的限制,它只按照触发器动作前一瞬间的输入信号来触发。动作前一瞬间的输入信号来触发。(1)D=1的情况的情况D=1在在CP上升前到来上升前到来(等待(等待CP上升)上升)11110010110触发器置触发器置1阻塞置阻塞置0线线置置1维持线维持线这种触发器只是按照这种触发器只是按照CP上升沿到来之前的上升沿到来之前的D信信号,在号,在CP时动作一次,时动作一次,而在而在CP=0,CP=1期间期间和和CP时,时,D信号的改信号的改变对触发器都无影响变对触发器都无影响(2)D=0的情况的情况D=0在在CP
16、上升前到来上升前到来(等待(等待CP上升)上升)01010101110触发器置触发器置0置置0维持线维持线阻塞置阻塞置1线线这种触发器只是按照这种触发器只是按照CP上升沿到来之前的上升沿到来之前的D信号,信号,在在CP时动作一次,而在时动作一次,而在CP=0,CP=1期间和期间和CP时,时,D信号的改变对触发信号的改变对触发器都无影响器都无影响 维维持阻塞持阻塞D触触发发器真器真值值表表DQnQn+1功能说明000100置0,与D相同110111置1,与D相同维持阻塞维持阻塞D触发器的特性方程为触发器的特性方程为 CP上升沿到来时生效上升沿到来时生效置置0置置1置置1置置0初初始始状状态态0维
17、持阻塞维持阻塞D触发器的时序图(波形图)触发器的时序图(波形图)四、其它功能的触发器四、其它功能的触发器按按结结构构分分 类类基本触发器基本触发器同步触发器同步触发器维持阻塞触发器维持阻塞触发器主从触发器主从触发器按按功功能能分分类类JK触发器触发器RS触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器T/触发器触发器边沿触发器边沿触发器(一)(一)T触发器触发器 T触发器是一种受输入信号控制的具有触发器是一种受输入信号控制的具有保持保持与与翻转翻转功能的功能的触发器,它的输入信号为触发器,它的输入信号为T TQnQn+1000101110110T触发器的真值表触发器的真值表 由于由于JK触发器也具有保
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