《物联网理论与技术》第6章:触发器及含触发器的PLD.ppt
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1、第第6章章 触发器及含触发器的触发器及含触发器的PLD2021/9/1716.1 触发器概述触发器概述特点特点特点特点两个互补的输出端两个互补的输出端Q和和 有两个稳定状态。有两个稳定状态。可以从一个稳定状态转移到另一个稳定状态。可以从一个稳定状态转移到另一个稳定状态。种类种类J-K触发器触发器R-S触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器 含有触发器的逻辑电路称为时序逻辑电路,其特性结构决定了电路具含有触发器的逻辑电路称为时序逻辑电路,其特性结构决定了电路具有如下特征:有如下特征:电路由组合电路和存储电路组成,具有对过去输入保持记忆的功能;电路由组合电路和存储电路组成,具有对过去输入保持记忆
2、的功能;电路中包含反馈回路,通过反馈使电路功能与电路中包含反馈回路,通过反馈使电路功能与“时序时序”相关;相关;电路的输出由电路当时的输入情况和状态电路的输出由电路当时的输入情况和状态(对过去输入记忆的结果对过去输入记忆的结果)共共同决定。同决定。2021/9/1726.2 RS触发器触发器6.2.1 基本基本RS触发器触发器图图6-1 两种不同逻辑门组成的基本两种不同逻辑门组成的基本RS触发器触发器2021/9/1736.2.1 基本基本RS触发器触发器表表6-1 或非门组成的基本或非门组成的基本RS触发器的真值表触发器的真值表RSQ触触发发器状器状态态00110101不不变变100*不不变
3、变010*保持保持置置1置置0不定不定RSQ触触发发器状器状态态001101011*01不不变变1*10不不变变不定不定置置0置置1保持保持表表6-2 与非门组成的与非门组成的RS触发器的真值表触发器的真值表2021/9/1746.2 RS触发器触发器6.2.1 基本基本RS触发器触发器图图6-2 基本基本RS触发器的仿真波形图触发器的仿真波形图(a)或非门组成的基本或非门组成的基本RS触发器的波形图触发器的波形图 (b)与非门组成的基本与非门组成的基本RS触发器的波形图触发器的波形图 2021/9/1756.2.2 钟控钟控RS触发器触发器(a)电电路路结结构构(b)逻辑逻辑符号符号图图6-
4、3 钟钟控控RS触触发发器器G2G1QS CP RG3G4Q QS CP R S R Q Q2021/9/1766.2.2 钟控钟控RS触发器触发器 CPS RQnQn+1功能功能说说明明00 0101Qn+1=Qn保持保持110 00 00 00101Qn+1=Qn保持保持110 10 10100Qn+1=0置置0111 01 00111Qn+1=1置置1111 11 1011*1*不允不允许许表表6-3 钟控钟控RS触发器状态转换真值表触发器状态转换真值表钟控钟控RS触发器的特性方程触发器的特性方程(6-1)2021/9/1776.2.2 钟控钟控RS触发器触发器 图图6-4 RS触发器触
5、发器“空翻空翻”波形图波形图2021/9/1786.2.3 RS触发器的应用触发器的应用 (a)图图6-5 开关触点抖开关触点抖动动消除消除电电路路BVCCQR2R1A S R +5VS 0VRQ 开关开关 接接A A 后后 开关开关 离开离开 A A打打 到到B B 开关开关 接接B B 后后 开关开关 离开离开 B B打打 到到A A 开关开关 接接A A 后后(b)2021/9/1796.3 D触发器触发器6.3.1 电平触发型电平触发型D触发器触发器 图图6-6 D触发器触发器(a)电路结构)电路结构 (b)逻辑符号)逻辑符号表表6-4 D触发器真值表(触发器真值表(CP=1时)时)(
6、6-2)2021/9/17106.3.1 电平触发型电平触发型D触发器触发器 图图6-7 例例6-1的电路图与时序波形图的电路图与时序波形图【例例6-1】电平触发型电平触发型D触发器的电路如图触发器的电路如图6-7所示,所示,D为输入信号,为输入信号,CP为时钟信号,设初始状态为为时钟信号,设初始状态为0,确定输出端,确定输出端Q的波形。的波形。解:解:在在CP=1时,时,Q输出端的信号总是和输出端的信号总是和D输入信号相同;而在输入信号相同;而在CP=0时,时,Q的输出保持原来的状态不变。故的输出保持原来的状态不变。故Q输出波形如图输出波形如图6-7所示。这可以用所示。这可以用Quartus
7、II来验证。来验证。2021/9/17116.3.2 边沿触发型边沿触发型D触发器触发器 Q D CP 1D C1 D CP 1D C1 (a)上升沿触)上升沿触发发(b)下降沿触)下降沿触发发图图6-8 边边沿沿D触触发发器器逻辑逻辑符号符号Q Q 2021/9/17126.3.2 边沿触发型边沿触发型D触发器触发器 Q 图图6-9 74LS74结构图结构图 图图6-10 7474的内部结构带异步清零端和异步置的内部结构带异步清零端和异步置1端的边沿端的边沿D触触2021/9/17136.3.2 边沿触发型边沿触发型D触发器触发器 Q 【例例6-2】图图6-11中为上升沿触发型中为上升沿触发
8、型D触发器的输入信号和时钟脉冲波形,触发器的输入信号和时钟脉冲波形,设触发器的初始状态为设触发器的初始状态为0,确定输出信号,确定输出信号Q的波形。的波形。解:解:把握边沿触发型把握边沿触发型D触发器工作特性的关键是,确认每个时钟脉冲触发器工作特性的关键是,确认每个时钟脉冲CP上升上升沿之后的输出状态等于该上升沿前一瞬间沿之后的输出状态等于该上升沿前一瞬间D信号的状态,此状态将保持到下信号的状态,此状态将保持到下一个时钟脉冲一个时钟脉冲CP上升沿到来时。由此可画出输出上升沿到来时。由此可画出输出Q的波形如图的波形如图6-11所示。所示。图图6-11 例例6-2波形图波形图2021/9/1714
9、 Q 【例例6-3】图图6-12为边沿为边沿D触发器构成的电路图,设触发器的初始状态触发器构成的电路图,设触发器的初始状态Q1Q0=00,试确定,试确定Q0及及Q1在时钟脉冲作用下的波形(参考图在时钟脉冲作用下的波形(参考图6-13)。最)。最后用后用QuartusII的时序仿真器验证,设目标器件是的时序仿真器验证,设目标器件是EP2C5T144C8。图图6-12 例例6-3电路电路 图图6-13 例例6-3波形图波形图解:解:由于两个由于两个D触触发发器的器的输输入信号分入信号分别为别为另一个另一个D触触发发器的器的输输出,因此在确定出,因此在确定它它们们的的输输出端波形出端波形时时,应应分
10、段交替画出分段交替画出Q0及及Q1的波形(的波形(图图6-13)。)。第第1个个CP脉冲到来脉冲到来时时,初始状,初始状态态Q1Q0=00,D0=1,D1=0,因此,因此Q0=1,Q1=0;第第2个个CP脉冲到来脉冲到来时时,现态现态Q1Q0=10,D0=1,D1=1,因此,因此Q0=1,Q1=1;第第3个个CP脉冲到来脉冲到来时时,现态现态Q1Q0=11,D0=0,D1=1,因此,因此Q0=0,Q1=1;第第4个个CP脉冲到来脉冲到来时时,现态现态Q1Q0=01,D0=0,D1=0,因此,因此Q0=0,Q1=0。2021/9/17156.4 主从触发器主从触发器6.4.1 主从主从RS触发器
11、触发器 Q 图图6-14 主从主从RS触触发发器器从触从触发发器器主触主触发发器器SRCPCPQ QS RQ Q Qm QmS RQQSCPR QQ等效等效2021/9/17166.4.1 主从主从RS触发器触发器 Q 工作原理可简述为:工作原理可简述为:(1)CP=1期间:期间:(6-3)(2)CP由由1变为变为0,即下降沿到来时:,即下降沿到来时:(6-4)(3)CP=0期间:期间:2021/9/17176.4.2 主从主从JK触发器触发器 Q 图图6-15 主从主从JK触发器触发器(b)主从)主从JK触触发发器的器的逻辑逻辑符号符号 Q QS RQQQm QmS RQQJCP K(a)主
12、从)主从JK触触发发器内部器内部电电路路J CP K Q QJ K 主主 从从2021/9/17186.4.2 主从主从JK触发器触发器 Q 表表6-5 主从主从JK触发器状态转换真值表(触发器状态转换真值表(CP下降沿时)下降沿时)(6-5)JKQnQn+1功能功能00000101保持保持00110100置置011000111置置111110110翻翻转转2021/9/17196.4.2 主从主从JK触发器触发器 Q 图图6-16 主从主从JK触发器时序图触发器时序图在第在第1个个CP高电平期间,高电平期间,J1,K0,Qn+1 为为1;在第在第2个个CP高电平期间,高电平期间,J0,K1,
13、Qn+1 置为置为0;在第在第3个个CP高电平期间,高电平期间,J1,K1,Qn+1 翻转为翻转为1;在第在第4个个CP高电平期间,高电平期间,J0,K0,Qn+1保持不变保持不变.2021/9/17206.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器 Q 图图6-17 下降沿触发的下降沿触发的JK触发器触发器2021/9/17216.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器 Q 图图6-18 下降沿触发型下降沿触发型JK触发器内部结构触发器内部结构 2021/9/17226.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器 Q 图图6-19 触发器触发器74LS73和和74LS762021/
14、9/17236.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器 Q 图图6-20 双上升沿双上升沿JK触发器触发器74LS73的内部结构的内部结构2021/9/17246.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器Q 图图6-21 上升沿上升沿JK触发器的仿真波形触发器的仿真波形2021/9/17256.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器 Q 图图6-22 例例6-4波形图波形图【例例6-4】设上升沿设上升沿JK触发器的初态为触发器的初态为0,输入信号波形如图,输入信号波形如图6-21所所示,试画出它的输出波形。示,试画出它的输出波形。解:解:(1)以时钟)以时钟CP的上升降沿为基准
15、,划分时间间隔,的上升降沿为基准,划分时间间隔,CP上升沿到来前上升沿到来前为现态,上升沿到来后为次态;为现态,上升沿到来后为次态;(2)每个时钟脉冲上升沿到来后,根据触发器的特性方程或状态转换)每个时钟脉冲上升沿到来后,根据触发器的特性方程或状态转换真值表确定其次态。输出波形如图真值表确定其次态。输出波形如图6-21所示。所示。2021/9/1726 Q 图图6-23 例例6-5电路图电路图【例例6-5】设上升沿设上升沿JK触发器电路如图触发器电路如图6-22所示,其初态为所示,其初态为0,输入,输入信号波形如图信号波形如图6-23所示,试画出它的输出波形。所示,试画出它的输出波形。解:解:
16、图图6-24 例例6-5仿真波形图仿真波形图6.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器2021/9/1727 Q 图图6-25例例6-6逻辑电逻辑电路路图图【例例6-6】边沿边沿JK触发器触发器FF0和和FF1的连接如图的连接如图6-24所示,设两个触所示,设两个触发器的初始状态都是发器的初始状态都是0状态,试确定输出端状态,试确定输出端Q1、Q0的波形,并写出由这的波形,并写出由这些波形所表示的二进制序列。最后用些波形所表示的二进制序列。最后用QuartusII的时序仿真器验证,的时序仿真器验证,设目标器件是设目标器件是EP2C5T144C8。解:解:000 1 0 1 0 1 2 1
17、 1 3 0 0 0 1 0 1 0 1 2 1 1 3 0 0 0二二进进制序列制序列二二进进制序列制序列图图6-26 例例6-6输出波形输出波形6.4.3 边沿触发型边沿触发型JK触发器触发器2021/9/17286.5 不同类型触发器的相互转换不同类型触发器的相互转换 Q 6.5.1 D触发器转换为触发器转换为JK、T和和T触发器触发器 图图6-27 用用D触发器构成的触发器构成的JK触发器触发器1D触发器转换成触发器转换成JK触发器触发器2021/9/1729 Q 6.5.1 D触发器转换为触发器转换为JK、T和和T触发器触发器 表表6-6 T触发器真值表触发器真值表 2T触发器和触发
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