計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)第4章

1、第第4 4章章 觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路觸發(fā)器與時(shí)序邏輯電路任課教師：李靜梅任課教師：李靜梅主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1.1.觸發(fā)器的性質(zhì)、分類(lèi)觸發(fā)器的性質(zhì)、分類(lèi) 2.2.基本觸發(fā)器存儲(chǔ)信息的原理基本觸發(fā)器存儲(chǔ)信息的原理 3.3.具有同步功能的常用時(shí)序觸發(fā)器具有同步功能的常用時(shí)序觸發(fā)器 4.4.時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法時(shí)序邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)方法 5.5.常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與分析方法常用中規(guī)模集成時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)與分析方法4.14.1觸發(fā)器的性質(zhì)與分類(lèi)觸發(fā)器的性質(zhì)與分類(lèi)在各種復(fù)雜的數(shù)字電路中，不僅需要對(duì)二值信在各種復(fù)雜的數(shù)字電路中，不僅需要對(duì)二值信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還要經(jīng)常將這

2、些信號(hào)號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還要經(jīng)常將這些信號(hào)及運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行保存，為此在實(shí)際應(yīng)用中需要使用及運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行保存，為此在實(shí)際應(yīng)用中需要使用具有記憶功能的基本邏輯單元部件。具有記憶功能的基本邏輯單元部件。觸發(fā)器便是具備這個(gè)特點(diǎn)的最基本器件代表。觸發(fā)器便是具備這個(gè)特點(diǎn)的最基本器件代表。4.1.14.1.1觸發(fā)器的性質(zhì)觸發(fā)器的性質(zhì) 觸發(fā)器具有兩個(gè)顯著的特性：觸發(fā)器具有兩個(gè)顯著的特性： 1 1具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài) 在沒(méi)有外界信號(hào)作用時(shí)，觸發(fā)器維持原來(lái)的穩(wěn)定在沒(méi)有外界信號(hào)作用時(shí)，觸發(fā)器維持原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。 2 2在一定外界信號(hào)作用下，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定

3、狀在一定外界信號(hào)作用下，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一種穩(wěn)定狀態(tài)。態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一種穩(wěn)定狀態(tài)。 1狀態(tài)狀態(tài)0狀態(tài)狀態(tài)=1 輸出端輸出端=0 =0 輸出端輸出端=1 不同的角度不同的角度-觀察觸發(fā)器觀察觸發(fā)器-不同性質(zhì)不同性質(zhì)-分類(lèi)分類(lèi)。4.1.24.1.2觸發(fā)器的分類(lèi)觸發(fā)器的分類(lèi)1 1是否有時(shí)鐘輸入是否有時(shí)鐘輸入 2 2根據(jù)電路結(jié)構(gòu)形式的不同、狀態(tài)變化的動(dòng)作特點(diǎn)不同根據(jù)電路結(jié)構(gòu)形式的不同、狀態(tài)變化的動(dòng)作特點(diǎn)不同基本觸發(fā)器（無(wú)時(shí)鐘輸入）基本觸發(fā)器（無(wú)時(shí)鐘輸入） 時(shí)鐘觸發(fā)器（有時(shí)鐘輸入）時(shí)鐘觸發(fā)器（有時(shí)鐘輸入）基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器主從觸發(fā)主從觸發(fā)器器維持阻塞觸發(fā)器維持阻

4、塞觸發(fā)器CMOS邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 3 3根據(jù)邏輯功能的不同根據(jù)邏輯功能的不同 RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 T T觸發(fā)器觸發(fā)器 D D觸發(fā)器觸發(fā)器4.2 基本基本RS觸發(fā)器（直接置位、復(fù)位觸發(fā)器）觸發(fā)器（直接置位、復(fù)位觸發(fā)器）1由由“與非與非”門(mén)構(gòu)成的基本觸發(fā)器門(mén)構(gòu)成的基本觸發(fā)器 。 。SRSR圖圖4.1基本基本RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)圖與圖形符號(hào)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)圖與圖形符號(hào) “與非與非”門(mén)構(gòu)成的觸發(fā)器門(mén)構(gòu)成的觸發(fā)器具有：具有：RS 1.1.兩個(gè)交叉耦合的兩個(gè)交叉耦合的“與非與非”門(mén)；門(mén)； 2.2.兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸入端 、 ； 3.3.兩個(gè)互反的輸出端兩個(gè)互反的輸出端 、 。RS

5、(1)(1)=11時(shí)，狀態(tài)不變。時(shí)，狀態(tài)不變。分析：分析： 下面對(duì)它的狀態(tài)表現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析。下面對(duì)它的狀態(tài)表現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)分析。 =01時(shí)，則不管觸發(fā)器原來(lái)是什么狀時(shí)，則不管觸發(fā)器原來(lái)是什么狀 態(tài)，在負(fù)態(tài)，在負(fù) 脈沖消失后，觸發(fā)器為脈沖消失后，觸發(fā)器為“0”狀態(tài)。狀態(tài)。 分析：因?yàn)榉治觯阂驗(yàn)?一旦翻成一旦翻成 =0，即使，即使 負(fù)脈沖消失，恢復(fù)成高電平，觸負(fù)脈沖消失，恢復(fù)成高電平，觸發(fā)器也能維持發(fā)器也能維持“0”狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。 端亦叫復(fù)位端（清端亦叫復(fù)位端（清0端）。端）。RS1S100R+RR =10時(shí)，則不管觸發(fā)器原來(lái)是什么狀態(tài)，時(shí)，則不管觸發(fā)器原來(lái)是什么狀態(tài)， 在負(fù)脈沖消失后，觸發(fā)器為

6、在負(fù)脈沖消失后，觸發(fā)器為“1”狀態(tài)。狀態(tài)。 分析：分析： 因?yàn)橐坏┮驗(yàn)橐坏?翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為0，即使負(fù)脈沖消失，即使負(fù)脈沖消失， 恢復(fù)成高電平，觸發(fā)器也能維持恢復(fù)成高電平，觸發(fā)器也能維持“1”狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。 端亦叫置位端端亦叫置位端(置置“1”端端)。RS01R10S+SS(4) =00時(shí)，由于時(shí)，由于 =00，出現(xiàn)非定義的，出現(xiàn)非定義的 = =1狀態(tài)。在狀態(tài)。在 同時(shí)回到高電平以后，同時(shí)回到高電平以后，基本觸發(fā)器的狀態(tài)要看門(mén)基本觸發(fā)器的狀態(tài)要看門(mén)1和門(mén)和門(mén)2翻轉(zhuǎn)的速度翻轉(zhuǎn)的速度誰(shuí)快誰(shuí)慢，從邏輯關(guān)系說(shuō)無(wú)法確定是誰(shuí)快誰(shuí)慢，從邏輯關(guān)系說(shuō)無(wú)法確定是0狀態(tài)還狀態(tài)還是是1狀態(tài)，所以應(yīng)該盡量避免。狀態(tài)，

7、所以應(yīng)該盡量避免。RSRSSSRR當(dāng)當(dāng) 先翻轉(zhuǎn)：先翻轉(zhuǎn)： 01， =0； 當(dāng)當(dāng) 先翻轉(zhuǎn)：先翻轉(zhuǎn)： 01， =0。RS2.RS觸發(fā)器的特征表觸發(fā)器的特征表 ： 觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)，也叫觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)，也叫初態(tài)初態(tài)（狀態(tài)變量）。（狀態(tài)變量）。 ： 觸發(fā)器的新?tīng)顟B(tài)，也叫觸發(fā)器的新?tīng)顟B(tài)，也叫次態(tài)次態(tài)。 顯然顯然 不僅與輸入狀態(tài)不僅與輸入狀態(tài) 有關(guān)，還與原來(lái)狀態(tài)有關(guān)，還與原來(lái)狀態(tài) 有關(guān)。有關(guān)。 觸發(fā)器的觸發(fā)器的特征表特征表(功能表、功能真值表功能表、功能真值表):把含有把含有狀狀態(tài)變量態(tài)變量的真值表叫觸發(fā)器的特征表。的真值表叫觸發(fā)器的特征表。 如表如表4.1所示。所示。nn 1n 1RSn表4.1RS觸

8、發(fā)器的功能真值表3.3.由由“或非或非”門(mén)構(gòu)成的門(mén)構(gòu)成的RSRS基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器: : 由由“或非或非”門(mén)構(gòu)成的門(mén)構(gòu)成的RSRS基本觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)圖基本觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)圖與圖形符號(hào)如圖與圖形符號(hào)如圖4.24.2所示。所示。R：復(fù)位端：復(fù)位端 S：置位端：置位端RS=00，狀態(tài)保持，狀態(tài)保持RS=10，0狀態(tài)狀態(tài)RS=01，1狀態(tài)狀態(tài)RS=11， = =0，若正脈沖消失，新?tīng)顟B(tài)不定。，若正脈沖消失，新?tīng)顟B(tài)不定。SR11SRSR圖圖4.2 在數(shù)字系統(tǒng)中，為協(xié)調(diào)各部分器件的動(dòng)作，常常要在數(shù)字系統(tǒng)中，為協(xié)調(diào)各部分器件的動(dòng)作，常常要求某些觸發(fā)器于同一時(shí)刻動(dòng)作，為此，必須引入同步信求某些觸發(fā)器于同一

9、時(shí)刻動(dòng)作，為此，必須引入同步信號(hào)，使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)號(hào)，使這些觸發(fā)器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。改變狀態(tài)。 時(shí)鐘時(shí)鐘( (時(shí)鐘信號(hào)、時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘信號(hào)、時(shí)鐘脈沖) )：把這個(gè)同步信號(hào)叫時(shí)：把這個(gè)同步信號(hào)叫時(shí)鐘。用鐘。用CP(Clock Pulse)CP(Clock Pulse)表示。表示。 時(shí)序觸發(fā)器：具有時(shí)鐘輸入端時(shí)序觸發(fā)器：具有時(shí)鐘輸入端CPCP的觸發(fā)器稱(chēng)為時(shí)鐘的觸發(fā)器稱(chēng)為時(shí)鐘觸發(fā)器。觸發(fā)器。4.3 時(shí)序觸發(fā)器時(shí)序觸發(fā)器1分類(lèi)分類(lèi) 按邏輯功能的不同，時(shí)鐘觸發(fā)器可分為：按邏輯功能的不同，時(shí)鐘觸發(fā)器可分為： 按結(jié)構(gòu)和觸發(fā)方式不同，時(shí)鐘觸發(fā)器可分為按結(jié)構(gòu)和觸

10、發(fā)方式不同，時(shí)鐘觸發(fā)器可分為 同步式觸發(fā)器同步式觸發(fā)器 維持阻塞觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器4 43 31 1分類(lèi)、術(shù)語(yǔ)及功能表現(xiàn)方式分類(lèi)、術(shù)語(yǔ)及功能表現(xiàn)方式2術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ) 時(shí)鐘輸入端時(shí)鐘輸入端CPCP 數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端( (控制輸入端控制輸入端) SR) SR型：型：S S和和R R D D型：型：D D JK JK型：型：J J和和K K T T型：型：T T 初態(tài)初態(tài)( (現(xiàn)態(tài)、原狀態(tài)現(xiàn)態(tài)、原狀態(tài)) )： 次態(tài)次態(tài)( (新?tīng)顟B(tài)新?tīng)顟B(tài)) )：nn 13 3功能表現(xiàn)方式功能表現(xiàn)方式 功能真值表：初態(tài)向次態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律，也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能真值表：初態(tài)向次態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律

11、，也叫狀態(tài)轉(zhuǎn)換 真值表。真值表。 激勵(lì)表：以表格的形式表達(dá)了為在時(shí)鐘脈沖作用下激勵(lì)表：以表格的形式表達(dá)了為在時(shí)鐘脈沖作用下 實(shí)現(xiàn)一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 ，應(yīng)有怎樣的控，應(yīng)有怎樣的控 制輸入條件。制輸入條件。 狀態(tài)圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）：以圖形的方式表達(dá)在時(shí)鐘狀態(tài)圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）：以圖形的方式表達(dá)在時(shí)鐘 脈沖作用下，狀態(tài)變化與控制輸入端之間的關(guān)系。脈沖作用下，狀態(tài)變化與控制輸入端之間的關(guān)系。 特性方程：以方程的形式表達(dá)了在時(shí)鐘作用下，次特性方程：以方程的形式表達(dá)了在時(shí)鐘作用下，次 態(tài)態(tài) 與控制輸入端及初態(tài)與控制輸入端及初態(tài) 之間的邏輯關(guān)系。之間的邏輯關(guān)系。只是表達(dá)時(shí)序觸發(fā)器邏輯功能的不同形式

12、，本質(zhì)只是表達(dá)時(shí)序觸發(fā)器邏輯功能的不同形式，本質(zhì)是一樣的，由任何一種形式可推導(dǎo)出其它是一樣的，由任何一種形式可推導(dǎo)出其它3 3種。種。nn 1n 1n432同步同步SR觸發(fā)器觸發(fā)器 功能真值表功能真值表001110001000000011001101111111n 111SRCPn 說(shuō) 明111111100110000n 1n=保持n=n 1保持n 1=n 1= 1n 1狀態(tài)不定110987654321.功能真值表功能真值表表表1 1、2 2行表明：當(dāng)行表明：當(dāng)CP=0CP=0時(shí)，門(mén)時(shí)，門(mén)3 3、門(mén)、門(mén)4 4截止，截止，S S、R R的值不會(huì)影響輸出端的狀的值不會(huì)影響輸出端的狀 態(tài)。只有在態(tài)。

13、只有在CP=1CP=1時(shí)，觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)才受時(shí)，觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)才受S S、R R的控制。的控制。表表3 3、4 4行表明：行表明：SR=00SR=00時(shí)，時(shí)， =11=11，此時(shí)，時(shí)鐘脈沖作用后，觸發(fā)器的，此時(shí)，時(shí)鐘脈沖作用后，觸發(fā)器的 狀態(tài)不變。狀態(tài)不變。第第5 5、6 6行表明：行表明：SR=01SR=01時(shí)時(shí), ,在脈沖作用期間，在脈沖作用期間， =10=10， 端有負(fù)脈沖。端有負(fù)脈沖。 不管不管 原來(lái)是原來(lái)是 0,10,1，次態(tài)，次態(tài) 11，符號(hào)，符號(hào)“”表示恒等于。表示恒等于。第第7 7、8 8行表明：行表明：SR=10SR=10時(shí)，在脈沖作用期間，時(shí)，在脈沖作用期間， =0

14、1=01， 端有負(fù)脈沖。端有負(fù)脈沖。 不管不管 原來(lái)是原來(lái)是 0,10,1，次態(tài)，次態(tài) 11。第第9 9、1010行表明：行表明：SR=11SR=11時(shí)則在時(shí)則在CPCP高電平期間，高電平期間， 均有負(fù)脈沖輸出，均有負(fù)脈沖輸出， 使使 與與 均輸出高電平。而在均輸出高電平。而在CPCP由高變低時(shí)，由高變低時(shí)， =11 =11， =1 =1，造成狀態(tài)不定。，造成狀態(tài)不定。S RSRSnn 1SRnSRnnSRn 1S 為實(shí)現(xiàn)初態(tài)為實(shí)現(xiàn)初態(tài) =0=0到次態(tài)到次態(tài) =0=0的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，只需的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，只需S=0S=0，R R任意即可；任意即可； 這一點(diǎn)可從功能真值表的這一點(diǎn)可從功能真值表的3 3行、

15、行、5 5行觀察到；行觀察到； 也可以從也可以從SRSR觸發(fā)器的工作原理得到。觸發(fā)器的工作原理得到。同理：可得到同理：可得到 的的 01 01 10 10 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換激勵(lì)表。的狀態(tài)轉(zhuǎn)換激勵(lì)表。 1111顯然，激勵(lì)表是從功能真值表轉(zhuǎn)換變來(lái)的。顯然，激勵(lì)表是從功能真值表轉(zhuǎn)換變來(lái)的。nn 1nn 1表示表示0,1都可以都可以2激勵(lì)表激勵(lì)表 狀態(tài)圖是以圖形的方式所展示的觸發(fā)器激勵(lì)表，用一個(gè)狀態(tài)圖是以圖形的方式所展示的觸發(fā)器激勵(lì)表，用一個(gè)圓圈加圈里邊的具體數(shù)字表示某一狀態(tài)。圓圈加圈里邊的具體數(shù)字表示某一狀態(tài)。 ： 表示表示 =0 =0 狀態(tài)；狀態(tài)； ： 表示表示 =1 =1 狀態(tài)；狀態(tài)； 箭頭指向次態(tài)，

16、箭尾是初態(tài)；箭頭指向次態(tài)，箭尾是初態(tài)； 弧線上數(shù)值弧線上數(shù)值( (狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件) )表明控制輸入表明控制輸入S S和和R R的本組取值，的本組取值，取這組值后，取這組值后， 的轉(zhuǎn)換按箭頭走向行進(jìn)。的轉(zhuǎn)換按箭頭走向行進(jìn)。 狀態(tài)圖可以描述較復(fù)雜的時(shí)序邏輯電路中的狀態(tài)變換情況。狀態(tài)圖可以描述較復(fù)雜的時(shí)序邏輯電路中的狀態(tài)變換情況。一個(gè)包含一個(gè)包含m m個(gè)觸發(fā)器的時(shí)序邏輯電路，共有個(gè)觸發(fā)器的時(shí)序邏輯電路，共有 個(gè)狀態(tài)，它的個(gè)狀態(tài)，它的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖就有狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖就有 個(gè)圓圈狀態(tài)。個(gè)圓圈狀態(tài)。nn 1m2m23狀態(tài)圖狀態(tài)圖 4特性方程特性方程 將功能真值表所表示的觸發(fā)器邏輯功能，經(jīng)過(guò)次態(tài)卡諾將功能

17、真值表所表示的觸發(fā)器邏輯功能，經(jīng)過(guò)次態(tài)卡諾圖的化簡(jiǎn)，就得到該時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯表達(dá)式，即特征方圖的化簡(jiǎn)，就得到該時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯表達(dá)式，即特征方程。這個(gè)方程反映出：程。這個(gè)方程反映出：433D觸發(fā)器、觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和觸發(fā)器和T觸發(fā)器觸發(fā)器S1同步同步D觸發(fā)器（由觸發(fā)器（由SR觸發(fā)器演變而來(lái)，觸發(fā)器演變而來(lái)，R= ） 只有一個(gè)只有一個(gè)D輸入端和一個(gè)時(shí)鐘輸入端中，它克服輸入端和一個(gè)時(shí)鐘輸入端中，它克服了了RS=11狀態(tài)下的不穩(wěn)定現(xiàn)象。狀態(tài)下的不穩(wěn)定現(xiàn)象。 同步同步D觸發(fā)器的觸發(fā)器的 邏輯電路圖、邏輯電路圖、 功能真值表、功能真值表、 激勵(lì)表、激勵(lì)表、 狀態(tài)圖及特性方程狀態(tài)圖及特性方程 。2同步同

18、步JK觸發(fā)器的邏輯電路圖、功能真值表、激勵(lì)表、狀觸發(fā)器的邏輯電路圖、功能真值表、激勵(lì)表、狀態(tài)圖及特性方程態(tài)圖及特性方程 3同步同步T觸發(fā)器觸發(fā)器 當(dāng)當(dāng)JKJK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J=KJ=K條件條件下，就演變成下，就演變成T T觸發(fā)器。如觸發(fā)器。如右側(cè)圖所示。右側(cè)圖所示。 當(dāng)當(dāng)T=0時(shí)狀態(tài)不變，時(shí)狀態(tài)不變，T=1時(shí)取反。有時(shí)時(shí)取反。有時(shí)T觸發(fā)器也叫觸發(fā)器也叫T觸發(fā)器。觸發(fā)器。將幾種觸發(fā)器比較發(fā)現(xiàn)，將幾種觸發(fā)器比較發(fā)現(xiàn)，JK觸發(fā)器功能最強(qiáng)。它包含了觸發(fā)器功能最強(qiáng)。它包含了RS和和T觸發(fā)器的所有功能。例如需要觸發(fā)器的所有功能。例如需要RS時(shí)，只需將時(shí)，只需將JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J、K端端當(dāng)做當(dāng)做R、S

19、端使用；如需要端使用；如需要T時(shí)，只需將時(shí)，只需將JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J、K端連在一端連在一起當(dāng)起當(dāng)T端使用。所以，目前生產(chǎn)的時(shí)鐘觸發(fā)器定型定型產(chǎn)品中只有端使用。所以，目前生產(chǎn)的時(shí)鐘觸發(fā)器定型定型產(chǎn)品中只有JK和和D觸發(fā)器。觸發(fā)器。功能真值表激勵(lì)表狀態(tài)圖特性方程功能真值表激勵(lì)表狀態(tài)圖特性方程1 1同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式 觸發(fā)器的觸發(fā)方式觸發(fā)器的觸發(fā)方式: :是指時(shí)鐘觸發(fā)器在是指時(shí)鐘觸發(fā)器在CPCP脈沖的什么時(shí)脈沖的什么時(shí)刻接收控制輸入信號(hào)，并且改變狀態(tài)。以刻接收控制輸入信號(hào)，并且改變狀態(tài)。以D D觸發(fā)器為例說(shuō)明。觸發(fā)器為例說(shuō)明。(1)CP為低電平時(shí)，為低電平時(shí)， 門(mén)門(mén)3、門(mén)、

20、門(mén)4被封鎖被封鎖 并且無(wú)論并且無(wú)論D=0還是還是1， 均為均為1. 不可能改變觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)。不可能改變觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)。RS(2)CP為高電平時(shí)，封鎖被解除。為高電平時(shí)，封鎖被解除。 D觸發(fā)器在觸發(fā)器在CP高電平期間接收控制信號(hào)高電平期間接收控制信號(hào) 并改變狀態(tài)。并改變狀態(tài)。 D=0， =01，“0”狀態(tài)狀態(tài) D=1， =10，“1”狀態(tài)狀態(tài) 這種觸發(fā)方式稱(chēng)為電平觸發(fā)。這種觸發(fā)方式稱(chēng)為電平觸發(fā)。 即在即在CP高電平期間，只要控制輸入端高電平期間，只要控制輸入端 發(fā)生變化，輸出端也跟著發(fā)生變化。發(fā)生變化，輸出端也跟著發(fā)生變化。RSRS434觸發(fā)方式與空翻觸發(fā)方式與空翻2空翻：在同一時(shí)鐘脈沖作

21、用下，觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生了兩次或空翻：在同一時(shí)鐘脈沖作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生了兩次或 兩次以上的翻轉(zhuǎn)，就叫空翻。這種現(xiàn)象意味著失控，兩次以上的翻轉(zhuǎn)，就叫空翻。這種現(xiàn)象意味著失控， 因?yàn)橛|發(fā)器的輸出不能?chē)?yán)格地按時(shí)鐘節(jié)拍發(fā)生動(dòng)作。因?yàn)橛|發(fā)器的輸出不能?chē)?yán)格地按時(shí)鐘節(jié)拍發(fā)生動(dòng)作。例例41：以：以SR同步觸發(fā)器的波形圖為例說(shuō)明空翻現(xiàn)象。同步觸發(fā)器的波形圖為例說(shuō)明空翻現(xiàn)象。CPRS0100001111 由圖可以看出，在同一個(gè)由圖可以看出，在同一個(gè)CP脈沖信號(hào)中，脈沖信號(hào)中，SR同步觸同步觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生了多次改變，發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生了多次改變，即產(chǎn)生了空翻現(xiàn)象。即產(chǎn)生了空翻現(xiàn)象。 同步式的同步式的D、JK和和T

22、觸發(fā)觸發(fā)器同樣存在空翻現(xiàn)象。器同樣存在空翻現(xiàn)象。 特別是特別是T觸發(fā)器，在觸發(fā)器，在CP=1且且T=1期間，會(huì)在期間，會(huì)在01之間連續(xù)翻轉(zhuǎn)，以至之間連續(xù)翻轉(zhuǎn)，以至于無(wú)法確定終態(tài)。于無(wú)法確定終態(tài)。 而而D、SR也只有在也只有在CP=1且輸入端不變時(shí)才適用。且輸入端不變時(shí)才適用。維持阻塞觸發(fā)器：利用電路內(nèi)的維持阻塞線所產(chǎn)生的維持阻塞觸發(fā)器：利用電路內(nèi)的維持阻塞線所產(chǎn)生的“維護(hù)維護(hù) 阻塞阻塞”作用克服空翻。作用克服空翻。邊沿觸發(fā)器：利用電路內(nèi)速度差來(lái)克服空翻問(wèn)題。邊沿觸發(fā)器：利用電路內(nèi)速度差來(lái)克服空翻問(wèn)題。主從觸發(fā)器：借助主從結(jié)構(gòu)和雙拍工作方式，以主從觸發(fā)方主從觸發(fā)器：借助主從結(jié)構(gòu)和雙拍工作方式，以

23、主從觸發(fā)方 式克服空翻問(wèn)題。式克服空翻問(wèn)題。 維持阻塞觸發(fā)器的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)，且為上升沿觸維持阻塞觸發(fā)器的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)，且為上升沿觸發(fā)，即僅在時(shí)鐘脈沖上升沿接收輸入信號(hào)并改變狀態(tài)。發(fā)，即僅在時(shí)鐘脈沖上升沿接收輸入信號(hào)并改變狀態(tài)。 但一般集成電路中的邊沿觸發(fā)器多采用下降沿觸發(fā)方但一般集成電路中的邊沿觸發(fā)器多采用下降沿觸發(fā)方式，即僅在式，即僅在CP下降沿時(shí)刻接收控制輸入信號(hào)并改變狀態(tài)。下降沿時(shí)刻接收控制輸入信號(hào)并改變狀態(tài)。3克服空翻的幾類(lèi)觸發(fā)器克服空翻的幾類(lèi)觸發(fā)器例例42 維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器,其初態(tài)其初態(tài)為為1，邏輯結(jié)構(gòu)如左圖所，邏輯結(jié)構(gòu)如左圖所示，已知示，已知CP、D的波形

24、如的波形如圖所示，試畫(huà)出圖所示，試畫(huà)出 、 的波形變化情況。的波形變化情況。(1)當(dāng)當(dāng) G4=0時(shí)，產(chǎn)生了置位信號(hào)，這個(gè)時(shí)，產(chǎn)生了置位信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)經(jīng) 置置1維持線維持線1送給送給G6門(mén)，門(mén)，G6門(mén)維持門(mén)維持置置1信號(hào)。同時(shí)又經(jīng)阻塞線信號(hào)。同時(shí)又經(jīng)阻塞線2送送G3門(mén)，保門(mén)，保證證G3=1，阻塞了置，阻塞了置0信號(hào)產(chǎn)生。信號(hào)產(chǎn)生。(2)當(dāng)當(dāng)G3=0時(shí)，產(chǎn)生了置時(shí)，產(chǎn)生了置0信號(hào)，這個(gè)信信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)維持號(hào)經(jīng)維持 線線3及置及置1阻塞線阻塞線4，維持置，維持置0，阻塞，阻塞置置1。解：解： 分析：優(yōu)點(diǎn)在于分析：優(yōu)點(diǎn)在于-門(mén)之間增加了維持、阻塞線。門(mén)之間增加了維持、阻塞線。 1線和線和3線是

25、維持線，起維持作用；線是維持線，起維持作用； 2線和線和4線是阻塞線，起阻塞作用。線是阻塞線，起阻塞作用。 (1)當(dāng)當(dāng) G4=0時(shí)，產(chǎn)生了置位信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)時(shí)，產(chǎn)生了置位信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng) 置置1維持線維持線1送給送給G6門(mén)，門(mén)，G6門(mén)維持置門(mén)維持置1信號(hào)。同信號(hào)。同 時(shí)又經(jīng)阻塞線時(shí)又經(jīng)阻塞線2送送G3門(mén)，保證門(mén)，保證G3=1，阻塞了置，阻塞了置 0信號(hào)產(chǎn)生。信號(hào)產(chǎn)生。 (2)當(dāng)當(dāng)G3=0時(shí)，產(chǎn)生了置時(shí)，產(chǎn)生了置0信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)維持信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)維持 線線3及置及置1阻塞線阻塞線4，維持置，維持置0，阻塞置，阻塞置1。 根據(jù)上述分析，可得根據(jù)上述分析，可得 、 的波形變化情況的波形變化情況

26、 功能真值表功能真值表 00111001n1C PD n1100例例43：圖圖4.144.14為為JKJK邊沿邊沿觸發(fā)器，由兩個(gè)與或非門(mén)構(gòu)觸發(fā)器，由兩個(gè)與或非門(mén)構(gòu)成基本觸發(fā)器，成基本觸發(fā)器，G3 G3 、G4G4是是輸入門(mén)，起觸發(fā)引導(dǎo)作用。輸入門(mén)，起觸發(fā)引導(dǎo)作用。 若其初態(tài)為若其初態(tài)為0 0已知已知CPCP、J J、K K波形波形畫(huà)出輸出畫(huà)出輸出 、 的波形。的波形。1J& G5& G11& G2& G6&KCPG4G3BA解：分析如下：解：分析如下：(1)CP=0(1)CP=0時(shí)，門(mén)時(shí)，門(mén)G3G3、G4G4、G5G5、G6G6均被封鎖，均被封鎖，A=B

27、=1A=B=1，G5G5、G6G6輸出為輸出為0 0。J J、K K的的 變化對(duì)觸發(fā)器不起作用。即觸發(fā)器的狀態(tài)借助變化對(duì)觸發(fā)器不起作用。即觸發(fā)器的狀態(tài)借助G1G1、G2G2門(mén)得以保持。門(mén)得以保持。(2)CP(2)CP從從0101時(shí)刻，狀態(tài)不會(huì)改變。因?yàn)闀r(shí)刻，狀態(tài)不會(huì)改變。因?yàn)镃P=1CP=1，G5G5、G6G6較較G1G1、G2G2先被打開(kāi)，先被打開(kāi)， 設(shè)設(shè) =1=1，則，則G5G5輸出為輸出為1 1，G6G6輸出為輸出為0 0。而。而J J、K K狀態(tài)作用到狀態(tài)作用到G3G3、G4G4門(mén)，再門(mén)，再 傳送到傳送到G1G1、G2G2門(mén)起作用已經(jīng)遲了，觸發(fā)器已自鎖。門(mén)起作用已經(jīng)遲了，觸發(fā)器已自鎖。

28、(3)CP=1(3)CP=1時(shí)，只要時(shí)，只要CPCP恒為恒為1 1，無(wú)論觸發(fā)器處于什么狀態(tài)，自鎖作用的結(jié)果是，無(wú)論觸發(fā)器處于什么狀態(tài)，自鎖作用的結(jié)果是 觸發(fā)器狀態(tài)不會(huì)改變，觸發(fā)器狀態(tài)不會(huì)改變，J J、K K信號(hào)端也不起作用。信號(hào)端也不起作用。(4)CP(4)CP從從1010時(shí)刻，即負(fù)邊沿瞬間，時(shí)刻，即負(fù)邊沿瞬間，G5G5、G6G6先封鎖輸出先封鎖輸出0 0。而由于。而由于G3G3、G4G4門(mén)門(mén) 延遲，延遲，A A、B B端還未變成全端還未變成全1 1的時(shí)間內(nèi)，觸發(fā)器已按的時(shí)間內(nèi)，觸發(fā)器已按CPCP負(fù)邊沿作用前負(fù)邊沿作用前J J、K K 的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)完畢，并進(jìn)入自鎖保護(hù)狀態(tài)。的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)完畢，并進(jìn)入

29、自鎖保護(hù)狀態(tài)。 CP1 CP1后，封鎖了后，封鎖了J J、K K變化對(duì)觸發(fā)器的影響。所以變化對(duì)觸發(fā)器的影響。所以CP=0CP=0或或CP=1CP=1均能抑制均能抑制干擾信號(hào)。其波形圖如圖所示。干擾信號(hào)。其波形圖如圖所示。nnnKJ11n11n01n11nn11nn根據(jù)：根據(jù)：計(jì)算每一個(gè)脈沖下降沿時(shí)刻的計(jì)算每一個(gè)脈沖下降沿時(shí)刻的即可得正確結(jié)果。即可得正確結(jié)果。第一個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，第一個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，J=1，K=0，第二個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，第二個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，J=0，K=1，第三個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，第三個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，J=1，K=1，第四個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，第四個(gè)脈沖下跳沿時(shí)，J=0，K=0，功能真值表功能真

30、值表 Jn1nK0000C P0011100110110100011011011110nnnKJ1小結(jié)小結(jié)441時(shí)序邏輯電路概述時(shí)序邏輯電路概述1定義定義2時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)圖時(shí)序邏輯電路結(jié)構(gòu)圖3在結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)4各種信號(hào)的邏輯關(guān)系（邏輯函數(shù)）各種信號(hào)的邏輯關(guān)系（邏輯函數(shù)） 意味著該時(shí)刻的輸入信號(hào)該電路過(guò)去的輸入信號(hào)時(shí)序電路中必須包括具有記憶能力的器件4.4 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路：任何時(shí)刻的輸出信號(hào)取決于：任何時(shí)刻的輸出信號(hào)取決于 下一節(jié)下一節(jié)442時(shí)序邏輯電路的分類(lèi)時(shí)序邏輯電路的分類(lèi) 1輸出方程輸出方程Z(tn)與輸入與輸入X(n)是否有關(guān)是否有關(guān) 2是否同步是否同步

31、：有關(guān)：無(wú)關(guān)MealyMoore異步時(shí)序電路同步時(shí)序電路443時(shí)序邏輯電路的分析時(shí)序邏輯電路的分析1定義：根據(jù)時(shí)序邏輯圖，分析出時(shí)序邏輯功能，稱(chēng)之為時(shí)定義：根據(jù)時(shí)序邏輯圖，分析出時(shí)序邏輯功能，稱(chēng)之為時(shí) 序邏輯電路的分析。序邏輯電路的分析。2分析步驟：分析步驟：(1)先確定是同步、異步？先確定是同步、異步？Moore、Mealy？(2)根據(jù)電路寫(xiě)出根據(jù)電路寫(xiě)出 n(t )WCP觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)方程式表達(dá)式時(shí)鐘方程信號(hào)表達(dá)式（同步不寫(xiě)）(3)將驅(qū)動(dòng)方程代入特征方程，寫(xiě)出各觸發(fā)器的狀態(tài)方程，即次將驅(qū)動(dòng)方程代入特征方程，寫(xiě)出各觸發(fā)器的狀態(tài)方程，即次 態(tài)的邏輯表達(dá)式態(tài)的邏輯表達(dá)式(4)寫(xiě)出輸出方程寫(xiě)出輸出方程

32、Z(tn)的邏輯表達(dá)式的邏輯表達(dá)式(5)畫(huà)次態(tài)卡諾圖和輸出卡諾圖，畫(huà)次態(tài)卡諾圖和輸出卡諾圖， 推出時(shí)序邏輯電路的推出時(shí)序邏輯電路的 :(6)文字描述邏輯功能文字描述邏輯功能時(shí)序圖（波形圖）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表3分析舉例分析舉例解：這是一個(gè)同步時(shí)序邏解：這是一個(gè)同步時(shí)序邏 輯電路輯電路 寫(xiě)出觸發(fā)器寫(xiě)出觸發(fā)器 的驅(qū)動(dòng)方程，的驅(qū)動(dòng)方程， 即觸發(fā)器的輸入表達(dá)式即觸發(fā)器的輸入表達(dá)式1131KJnnnKJ121213213KJnn例例44： 分析圖所示時(shí)序邏輯電路的分析圖所示時(shí)序邏輯電路的 功能，電路中各觸發(fā)器均為功能，電路中各觸發(fā)器均為 TTL邊沿觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)器（TTL三極三極 管管三極管邏輯電

33、路）。三極管邏輯電路）。將驅(qū)動(dòng)方程代入特征方程，得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程因?yàn)樘卣鲗Ⅱ?qū)動(dòng)方程代入特征方程，得到各觸發(fā)器的狀態(tài)方程因?yàn)樘卣鞣匠虨榉匠虨?nnnKJ1所以所以 013111111nnnnnKJnnnnnnnnnKJ212121222212nnnnnnnnKJ21321333313 寫(xiě)出輸出方程寫(xiě)出輸出方程Z(tn)的邏輯表達(dá)式設(shè)輸出規(guī)定為的邏輯表達(dá)式設(shè)輸出規(guī)定為C，則，則 顯然它的輸出只取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)，所以屬于顯然它的輸出只取決于存儲(chǔ)電路的狀態(tài)，所以屬于Moore電電路。路。畫(huà)次態(tài)卡諾圖如圖所示。畫(huà)次態(tài)卡諾圖如圖所示。nC3nnnnnnn21321311nnnnnnnnnnnnn

34、32132132132112nnnn32113由卡諾圖可得該邏輯電路所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表由卡諾圖可得該邏輯電路所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可畫(huà)出例可畫(huà)出例44所對(duì)應(yīng)的波形圖所對(duì)應(yīng)的波形圖 電路功能：是一個(gè)來(lái)五個(gè)脈沖就循環(huán)一周的時(shí)序電電路功能：是一個(gè)來(lái)五個(gè)脈沖就循環(huán)一周的時(shí)序電路，也可稱(chēng)為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。路，也可稱(chēng)為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 例例45：分析如圖所示邏輯電路的功能。：分析如圖所示邏輯電路的功能。該電路是同步時(shí)序邏輯電路。該電路是同步時(shí)序邏輯電路。驅(qū)動(dòng)方程驅(qū)動(dòng)方程2121XXKXXJ將驅(qū)動(dòng)方程代入特征方程因?yàn)閷Ⅱ?qū)動(dòng)方程代

35、入特征方程因?yàn)?nnnKJ1 所以代入后得狀態(tài)方程：所以代入后得狀態(tài)方程： nnnXXXX21211nnXXXX)(2121輸出方程為：輸出方程為：nnnnnnnnXXXXXXXXXXXXXXXXZ2121212121212121由于該電路的輸出不僅與電路的輸入有關(guān)，還與存由于該電路的輸出不僅與電路的輸入有關(guān)，還與存儲(chǔ)電路的現(xiàn)態(tài)有關(guān)，所以屬于儲(chǔ)電路的現(xiàn)態(tài)有關(guān)，所以屬于Mealy型時(shí)序邏輯電路。型時(shí)序邏輯電路。畫(huà)出次態(tài)卡諾圖、輸出畫(huà)出次態(tài)卡諾圖、輸出Z 的卡諾圖的卡諾圖 x1x2000011110101101001n根據(jù)次態(tài)與根據(jù)次態(tài)與Z的卡諾圖，寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真的卡諾圖，寫(xiě)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表值表

36、，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。，并畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。結(jié)論：結(jié)論： 某時(shí)刻電路的輸出某時(shí)刻電路的輸出Z決定于此時(shí)可兩個(gè)加數(shù)及上決定于此時(shí)可兩個(gè)加數(shù)及上次進(jìn)位的全加和，而本次全加和的進(jìn)位決定了次進(jìn)位的全加和，而本次全加和的進(jìn)位決定了次態(tài)。所以這是個(gè)串行加法器，其簡(jiǎn)單的邏輯符號(hào)次態(tài)。所以這是個(gè)串行加法器，其簡(jiǎn)單的邏輯符號(hào)如圖所示。如圖所示。Six2x1zAiBiCiCi-1DCiCCP1n444時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì) 1定義：根據(jù)具體要求，畫(huà)出滿足功能要求的邏輯電定義：根據(jù)具體要求，畫(huà)出滿足功能要求的邏輯電 路，在此，僅介紹同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)。路，在此，僅介紹同步時(shí)序電路的設(shè)計(jì)。 2設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)

37、步驟： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫(huà)出時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫(huà)出時(shí)序電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。 畫(huà)狀態(tài)圖時(shí)，要明確輸入變量、輸出變量和狀態(tài)數(shù)。畫(huà)狀態(tài)圖時(shí)，要明確輸入變量、輸出變量和狀態(tài)數(shù)。 取原因或條件取原因或條件 取結(jié)果取結(jié)果 對(duì)三者進(jìn)行定義，并對(duì)電路狀態(tài)順序編號(hào)，最后畫(huà)圖對(duì)三者進(jìn)行定義，并對(duì)電路狀態(tài)順序編號(hào)，最后畫(huà)圖 狀態(tài)分配（狀態(tài)編碼）狀態(tài)分配（狀態(tài)編碼） 時(shí)序電路的狀態(tài)用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來(lái)表示，所時(shí)序電路的狀態(tài)用觸發(fā)器的狀態(tài)組合來(lái)表示，所以要通曉以要通曉 由幾個(gè)觸發(fā)器組成電路。由幾個(gè)觸發(fā)器組成電路。n n個(gè)觸發(fā)器有個(gè)觸發(fā)器有 個(gè)個(gè)狀態(tài)，若狀態(tài)，若M=M=電路的狀態(tài)數(shù)，則應(yīng)

38、滿足：電路的狀態(tài)數(shù)，則應(yīng)滿足：MM 編碼方式的選擇決定了邏輯電路的簡(jiǎn)單或復(fù)雜，編碼方式的選擇決定了邏輯電路的簡(jiǎn)單或復(fù)雜，編碼不同，設(shè)計(jì)結(jié)果就不同，電路圖也不同。編碼不同，設(shè)計(jì)結(jié)果就不同，電路圖也不同。確定觸發(fā)器類(lèi)型，求出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。確定觸發(fā)器類(lèi)型，求出驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程。按照驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫(huà)出邏輯電路圖。按照驅(qū)動(dòng)方程和輸出方程畫(huà)出邏輯電路圖。檢查能否自行啟動(dòng)。檢查能否自行啟動(dòng)。3Mealy型同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)舉例型同步時(shí)序電路設(shè)計(jì)舉例例例46：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)序列檢測(cè)器，該電路具：設(shè)計(jì)一個(gè)串行數(shù)據(jù)序列檢測(cè)器，該電路具有一個(gè)輸入端有一個(gè)輸入端X和一個(gè)輸出端和一個(gè)輸出端Z。X作為一串隨機(jī)輸作為一