數(shù)字電子技術第五章

1、1內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹 本章介紹具有記憶功能的基本邏輯單元本章介紹具有記憶功能的基本邏輯單元觸發(fā)器，重觸發(fā)器，重點介紹各觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、工作原理、動作特點，以及觸發(fā)點介紹各觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、工作原理、動作特點，以及觸發(fā)器從功能上的分類及相互間的轉(zhuǎn)換。器從功能上的分類及相互間的轉(zhuǎn)換。 首先從組成各類觸發(fā)器的基本部分首先從組成各類觸發(fā)器的基本部分SR鎖存器入手，鎖存器入手，介紹觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、邏輯功能、動作特點，在基礎上介紹介紹觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、邏輯功能、動作特點，在基礎上介紹JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、D觸發(fā)器、觸發(fā)器、T觸發(fā)器等，給出觸發(fā)器的描述方程。觸發(fā)器等，給出觸發(fā)器的描述方程。 本章重點是各觸發(fā)器的功能表、邏輯

2、符號、觸發(fā)電平、本章重點是各觸發(fā)器的功能表、邏輯符號、觸發(fā)電平、狀態(tài)方程的描述等。狀態(tài)方程的描述等。23一、概述4二、 SR鎖存器電路結(jié)構(gòu)與工作原理 SR鎖存器（又叫基本鎖存器（又叫基本RS觸發(fā)器）觸發(fā)器）是各種觸發(fā)器構(gòu)成是各種觸發(fā)器構(gòu)成的基本部件，也是最簡單的一種觸發(fā)器。它的輸入信號的基本部件，也是最簡單的一種觸發(fā)器。它的輸入信號直接作用在觸發(fā)器，無需觸發(fā)信號。直接作用在觸發(fā)器，無需觸發(fā)信號。1.由或非門構(gòu)成由或非門構(gòu)成：6工作原理工作原理a . RD0，SD1Q 0SD1RD0Q 0Q1b . RD1，SD0Q0RD1SD0Q = 0Q 1鎖存器的鎖存器的1態(tài)態(tài)鎖存器的鎖存器的0態(tài)態(tài)置位端

3、或置置位端或置1輸入端輸入端復位端或置復位端或置0輸入端輸入端7c . RD0，SD0Q*0SD0Q =0Q * 1若若Q0Q-原態(tài)，原態(tài)，Q*-新態(tài)新態(tài)Q*1RD0Q* =0Q * 0若若Q1Q*Q 保持原態(tài)保持原態(tài)8d . RD1，SD1QQ = 0，為禁態(tài)，也稱為，為禁態(tài)，也稱為不定態(tài)，即不定態(tài)，即RD和和SD同時去掉同時去掉高電平加低電平，輸出狀態(tài)高電平加低電平，輸出狀態(tài)不定，故輸入端應該遵循不定，故輸入端應該遵循 RDSD01100其特性表如表其特性表如表5.2.1所示所示9用或非門組成的用或非門組成的SR鎖存器的特性表鎖存器的特性表SDRDQQ*001100110000111101

4、0101010111000*0*因為觸發(fā)器的新狀態(tài)因為觸發(fā)器的新狀態(tài)Q*（也叫做（也叫做次態(tài)次態(tài)）不僅與輸入狀態(tài)有關，）不僅與輸入狀態(tài)有關，而且與觸發(fā)器原來的狀態(tài)而且與觸發(fā)器原來的狀態(tài)Q（也叫做（也叫做初態(tài)初態(tài)）有關，）有關，所以把所以把Q也作為一個變量列入了真值表，并將也作為一個變量列入了真值表，并將Q稱為稱為狀態(tài)變量狀態(tài)變量,這種含有狀態(tài)變量的真值表叫做觸發(fā)器的特性表（功能表）。這種含有狀態(tài)變量的真值表叫做觸發(fā)器的特性表（功能表）。102.由與非門構(gòu)成由與非門構(gòu)成： 功能表如表功能表如表5.2.2所示所示11t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8QOOOOttttDSDRQQQDS

5、DR12三、 動作特點QQDSDR1314 在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要求某些觸發(fā)器在在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要求某些觸發(fā)器在同一時刻動作同一時刻動作，這就要求有一個同步信號來控制，這個控制信號叫做這就要求有一個同步信號來控制，這個控制信號叫做時鐘時鐘信號信號（Clock），簡稱時鐘，用），簡稱時鐘，用CLK表示。這種受時鐘控表示。這種受時鐘控制的觸發(fā)器統(tǒng)稱為制的觸發(fā)器統(tǒng)稱為時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器。一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理 圖圖5.3.1所示為電平觸發(fā)所示為電平觸發(fā)SR觸發(fā)器（同步觸發(fā)器（同步SR觸發(fā)器）的觸發(fā)器）的基本電路結(jié)構(gòu)及圖形符號?；倦娐方Y(jié)構(gòu)及圖形符號?；净維R鎖存器鎖存器輸

6、入控制門輸入控制門只有在只有在CLK1時，時，SR才能起作用才能起作用二、工作原理二、工作原理1. CLK0此時門此時門G3和和G4被封鎖，被封鎖，輸出為高電平。輸出為高電平。0對于由對于由G1和和G2構(gòu)成的構(gòu)成的SR鎖存器，觸發(fā)器保持鎖存器，觸發(fā)器保持原態(tài)，即原態(tài)，即Q * = Q112. CLK1此時門此時門G3和和G4開啟，觸開啟，觸發(fā)器輸出由發(fā)器輸出由S 和和R決定。決定。a. S=0 , R=010011Q * = Q16b. S=0 , R=10111010Q * = 0c. S=1 , R=01101010Q * = 1d. S=1 , R=11110011Q * = Q * =

7、 1(禁態(tài)）禁態(tài)）17其功能如表其功能如表5.3.1所示所示*Q表表5.3.1CLKSRQ無小圓圈表示高電平有效無小圓圈表示高電平有效18在某些應用場合，有時需要在有效電平到達之前在某些應用場合，有時需要在有效電平到達之前預先將觸發(fā)器置成指定的狀態(tài)。預先將觸發(fā)器置成指定的狀態(tài)。為此，在實用的電路上往往還設置有為此，在實用的電路上往往還設置有異步置異步置1輸入輸入端和端和異步置異步置0輸入端。輸入端。1G3G4GSCLKR2GQQDSDRCLKSDSQQ1R1SRSDRRC1當當CLK0情況下，情況下，S D 0， R D 1，Q1； S D 1， R D 1，Q0。不用設置初態(tài)時，。不用設置初

8、態(tài)時， S D R D 1小圓圈表示低電平有效小圓圈表示低電平有效19二、電平觸發(fā)方式的動作特點如果如果CLK=1期間內(nèi)輸入信號多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器的期間內(nèi)輸入信號多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也會發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這降低了電路的狀態(tài)也會發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這降低了電路的抗干擾能力?？垢蓴_能力。1、在在CLK1期間，期間，S和和R的信號都能通過引導門的信號都能通過引導門G3和和G4門，從而引起門，從而引起SR鎖存器的變化，從而使得觸發(fā)器置鎖存器的變化，從而使得觸發(fā)器置成相應的狀態(tài)；成相應的狀態(tài)；2 、在在CLK1的全部時間里的全部時間里S和和R的變化都將引起觸發(fā)的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化。器輸

9、出端狀態(tài)的變化。這種在這種在CLK由由“0”到到“1”整個正脈沖期間觸發(fā)器動整個正脈沖期間觸發(fā)器動作的控制方式稱為作的控制方式稱為電平觸發(fā)方式。電平觸發(fā)方式。20QtOCLKtO例例5.2.1 已知電平觸已知電平觸發(fā)發(fā)SR觸發(fā)器的輸入波觸發(fā)器的輸入波形如圖所示，畫出形如圖所示，畫出 Q和和Q端的電壓波形。端的電壓波形。假定觸發(fā)器的假定觸發(fā)器的初始狀初始狀態(tài)為態(tài)為Q=0。QtOSOtROt變化多次翻轉(zhuǎn)、可能隨和期間，在RSQQCLK121D1G3G4GCLK2GQQDCLKQ*Q0100110101010011001111D型鎖存器的特性表型鎖存器的特性表 為了適應單端輸入信號的需要，有時將為了

10、適應單端輸入信號的需要，有時將S通過反相通過反相器接到器接到R上，這就構(gòu)成了上，這就構(gòu)成了電平觸發(fā)的電平觸發(fā)的D觸發(fā)器觸發(fā)器。此電路稱為此電路稱為D鎖存器，其特點是在鎖存器，其特點是在CLK的有效電平期間輸?shù)挠行щ娖狡陂g輸出狀態(tài)始終跟隨輸入狀態(tài)變化，即出狀態(tài)始終跟隨輸入狀態(tài)變化，即輸出與輸入狀態(tài)相同。輸出與輸入狀態(tài)相同。22DCLKQQCC TG1TG2CC CC 利用利用CMOS傳輸門組成的電平觸發(fā)傳輸門組成的電平觸發(fā)D觸發(fā)器觸發(fā)器在在CMOS電路中，經(jīng)常利用電路中，經(jīng)常利用CMOS傳輸門組成電平觸發(fā)傳輸門組成電平觸發(fā)D觸發(fā)器。觸發(fā)器。因為在因為在CLK的有效電平期間輸出狀態(tài)始終跟隨輸入狀態(tài)

11、的有效電平期間輸出狀態(tài)始終跟隨輸入狀態(tài)變化，輸出與輸入的狀態(tài)相同，所以又將這個電路稱為變化，輸出與輸入的狀態(tài)相同，所以又將這個電路稱為“透明的透明的D型鎖存器型鎖存器”。23DCLKQQtOtOtOtO例例5.2.2 若用若用CMOS傳輸門組成的電平觸傳輸門組成的電平觸發(fā)發(fā)D觸發(fā)器的觸發(fā)器的CLK和輸和輸入端入端D的電壓波形如右的電壓波形如右圖中所給出，畫出圖中所給出，畫出Q和和Q端的電壓波形。假端的電壓波形。假定觸發(fā)器的定觸發(fā)器的初始狀態(tài)初始狀態(tài)為為Q=02425一、一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)與工作原理為了提高觸發(fā)器工作的可靠性，希望在每個為了提高觸發(fā)器工作的可靠性，希望在每個CLK周期

12、里輸出周期里輸出端的狀態(tài)只能改變一次，為此設計出了端的狀態(tài)只能改變一次，為此設計出了脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器。1. 主從主從SR觸發(fā)器觸發(fā)器26工作原理工作原理:在在CLK1時，主觸發(fā)器按時，主觸發(fā)器按S、R變化變化，而從觸發(fā)器保持狀而從觸發(fā)器保持狀態(tài)不變；態(tài)不變；在在CLK由由1 0（下降沿下降沿），主觸發(fā)器保持，），主觸發(fā)器保持，從觸發(fā)器隨從觸發(fā)器隨主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，故在，故在CLK的一個周期內(nèi)，觸發(fā)器的的一個周期內(nèi)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)只可能改變一次輸出狀態(tài)只可能改變一次27CLKQQSR 0 00 01 01 00 10 11 11 101010101Q0111

13、00 1 1QQCLK1S1RC1SR28QQCLK1S1RC1SR 29例例5.4.1 圖圖5.4.3為主從型為主從型SR觸發(fā)器輸入信號波形，試畫觸發(fā)器輸入信號波形，試畫出輸出端出輸出端Q 和和Q 的波形，設的波形，設初態(tài)為初態(tài)為“0”。解：其輸出波形如圖解：其輸出波形如圖5.4.4所示所示30QQCLK1J1KC1JKCLK CLK9G1G3G4G2GQQ5G7G8GJK6G2. 主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器31QQCLK1J1KC1JKCLKJ KQQ* 0 00 01 01 00 10 11 11 101010101Q0111001032CLK CLK9G1G3G4G2GQQ5G7G8G1

14、J1K6G2J2KQQCLK1J1KC11J1K2J2KQQCLK1J1KC1&1J2J1K2K33CLKJKQQOOOOOttttt34二、脈沖觸發(fā)方式的動作特點353637一、電路結(jié)構(gòu)和工作原理為了提高觸發(fā)器的可靠性，增強抗干擾能力，希望為了提高觸發(fā)器的可靠性，增強抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CLK信號的下降沿（或上信號的下降沿（或上升沿）到達時刻輸入信號的狀態(tài)。而在此之前和之升沿）到達時刻輸入信號的狀態(tài)。而在此之前和之后輸入狀態(tài)的變化對觸發(fā)器的次態(tài)沒有影響。后輸入狀態(tài)的變化對觸發(fā)器的次態(tài)沒有影響。為實現(xiàn)這一設想，人們相繼研制成了各種邊沿觸發(fā)為實現(xiàn)這

15、一設想，人們相繼研制成了各種邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器電路。的觸發(fā)器電路。目前已用于數(shù)字集成電路產(chǎn)品中的邊沿觸發(fā)器電路目前已用于數(shù)字集成電路產(chǎn)品中的邊沿觸發(fā)器電路有有用兩個電平觸發(fā)用兩個電平觸發(fā)D觸發(fā)器構(gòu)成的邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)成的邊沿觸發(fā)器、維維持阻塞觸發(fā)器持阻塞觸發(fā)器、利用門電路傳輸延遲時間的邊沿觸利用門電路傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器發(fā)器等幾種較為常見的電路結(jié)構(gòu)形式。等幾種較為常見的電路結(jié)構(gòu)形式。38TG1TG2CDG1G2C1Q1QCLKTG3TG4CG3G4CQQCCCCCC1QQ1CLK1DC1D1FF2Q2CLK1DC12FFCLKQ3940RDSDTG1TG2CDG1G2CCLKTG3TG4C

16、G3G4CQQCCCCCC41CLKQG5SRG3G4G6G1G2QSR維持阻塞結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)維持阻塞結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)SR觸發(fā)器觸發(fā)器42CLKQG5DSRG3G4G6G1G2QQQCLKD43CLKQG5SRG3G4G6G1G21DDSDRQ2D電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)CLKQSR1DDSDRQ2D1DC1CLKQSR1DDSDRQ2D1DC1&邏輯圖形符號邏輯圖形符號44CLKQMNG2G3JQKG5G6G1G4G7G8輸入控制門輸入控制門G7、G8的傳輸延遲時間大于的傳輸延遲時間大于SR鎖存器鎖存器的翻轉(zhuǎn)時間。的翻轉(zhuǎn)時間。45 0 00 01 01 00 10 11 11 101010101Q

17、01110010CLK*QJQK46CLKDQQOOOOtttt47二、二、 邊沿觸發(fā)方式的動作特點邊沿觸發(fā)方式的動作特點觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于時鐘信號的上升沿（也稱觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于時鐘信號的上升沿（也稱為正邊沿）或下降沿（也稱為負邊沿）到達時輸為正邊沿）或下降沿（也稱為負邊沿）到達時輸入的邏輯狀態(tài)，入的邏輯狀態(tài)，而在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器輸而在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器輸出的狀態(tài)沒有影響。出的狀態(tài)沒有影響。這一特點有效地提高了觸發(fā)器的抗干擾能力，因這一特點有效地提高了觸發(fā)器的抗干擾能力，因而也提高了工作可靠性。而也提高了工作可靠性。4849一、觸發(fā)器按邏輯功能的分類

18、000011110011001101010101010011不定不定不定不定SRQ*QSR觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表011 S0 S S0 S0 R R1 R0 R*0QSR QSR（約束條件）（約束條件）50QQRS輸入、輸出波形圖輸入、輸出波形圖5100001111001100110101010101001110JKQ*QJK觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表011 J0 J J J K K1 K0 KJK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖*QJQK Q52CPQQJK輸入、輸出波形圖輸入、輸出波形圖533. T觸發(fā)器觸發(fā)器001101010110TQ*Q010T1T1T0TT觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖*QQ當當T = 1時時*QTQT Q特性方程特性方程QQCP1TC1T54CPQQ輸入、輸出波形圖輸入、輸出波形圖QQCP1TC1T55001101010011DQ*QD觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表011D0D0D1DD觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖*QD特性方特性方程程56CPDQQD觸發(fā)器的輸入、輸出波形圖觸發(fā)器的輸入、輸出波形圖57將將JK、SR、T三種