數(shù)字邏輯電路第5章觸發(fā)器11

1、第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.1 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 5.2 觸發(fā)器觸發(fā)器 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.1 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 在第三章我們知道,所有的組合邏輯電路都有一個(gè)共同的特點(diǎn):任一時(shí)刻電路的輸出僅取決于當(dāng)時(shí)電路的輸入,與電路以前的輸入和狀態(tài)無關(guān)。在本章中,我們將要討論另一種類型的邏輯電路時(shí)序邏輯電路（簡(jiǎn)稱時(shí)序電路）。在時(shí)序邏輯電路中,電路的輸出不僅取決于當(dāng)時(shí)電路的輸入,還與以前電路的輸入和狀態(tài)有關(guān),也就是說,時(shí)序邏輯電路具有記憶功能。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖51 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖存 儲(chǔ) 電

2、 路組合邏輯電路Q1W1QrWpX1XmY1Yk第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖51所示。由圖中可以看出,一個(gè)時(shí)序邏輯電路通常由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路兩部分組成,其中,存儲(chǔ)電路由觸發(fā)器構(gòu)成,是必不可少的。圖中的Xi（i=1,m）是電路的輸入信號(hào)；Yi（i=1,k）是電路的輸出信號(hào);Wi（i=1,p）是存儲(chǔ)電路的輸入信號(hào)（亦稱驅(qū)動(dòng)信號(hào)或激勵(lì)信號(hào)）；Qi（i=1,r）是存儲(chǔ)電路的輸出信號(hào)（亦稱時(shí)序電路的狀態(tài)信號(hào)）。 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 按照存儲(chǔ)電路中觸發(fā)器狀態(tài)變化的特點(diǎn),時(shí)序邏輯電路分為同步時(shí)序邏輯電路和異步時(shí)序邏輯電路。在同步時(shí)序邏輯電路中,所有觸發(fā)器都受同一時(shí)鐘信號(hào)控

3、制,觸發(fā)器的狀態(tài)變化是同步進(jìn)行的。在異步時(shí)序邏輯電路中,并非所有觸發(fā)器都受同一時(shí)鐘信號(hào)控制,因此觸發(fā)器的狀態(tài)變化不是同步進(jìn)行的。 按照電路輸出信號(hào)的特點(diǎn),時(shí)序邏輯電路分為Mealy型電路和Moore型電路兩種。在Mealy型電路中,輸出不僅取決于電路的狀態(tài),還與電路的輸入有關(guān)。在Moore型電路中,輸出僅僅取決于電路的狀態(tài),與電路的輸入無關(guān)。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 概述一、用于記憶1位二進(jìn)制信號(hào)1. 有兩個(gè)能自行保持的狀態(tài)2. 根據(jù)輸入信號(hào)可以置成0或1二、分類 1. 按觸發(fā)方式（電平，脈沖，邊沿） 2. 按邏輯功能（RS, JK, D, T） 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.2 觸觸 發(fā)發(fā)

4、器器 觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路中的基本單元電路,它具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),這兩個(gè)狀態(tài)分別稱為0狀態(tài)和1狀態(tài)。只要外加信號(hào)不變,觸發(fā)器的狀態(tài)就不會(huì)發(fā)生變化,這就是它的存儲(chǔ)功能。只有當(dāng)外加信號(hào)變化時(shí),觸發(fā)器的狀態(tài)才可能發(fā)生變化。 在分析觸發(fā)器的狀態(tài)變化時(shí),將外加信號(hào)變化之前觸發(fā)器的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài),用Qn表示；將外加信號(hào)變化之后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為次態(tài),用Qn+1表示。觸發(fā)器的Q輸出端為0時(shí)稱為0狀態(tài),為1時(shí)稱為1狀態(tài)。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.2.1 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特點(diǎn) 按照電路結(jié)構(gòu)形式的不同,可以將觸發(fā)器分為基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。 1.基本RS觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器是各

5、種觸發(fā)器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種,可用兩個(gè)與非門或兩個(gè)或非門通過交叉耦合構(gòu)成。 & &G1G2QQSR(a)QQSRSR(b)圖52 由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器（a）電路圖;（b）邏輯符號(hào)第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 的的輸輸入入信信號(hào)號(hào)正正常常工工作作下下時(shí)時(shí)不不應(yīng)應(yīng)施施加加輸輸入入端端，低低電電平平有有效效為為置置輸輸入入端端，為為置置工工作作原原理理010 RSSR* QQRS 的的狀狀態(tài)態(tài)不不定定以以后后同同時(shí)時(shí)回回到到、*1 #QRS 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 由表51可以寫出如下方程:n 2nQSRQRS0 上述方程描述了基本RS觸發(fā)器的次態(tài)和輸入信號(hào)以及現(xiàn)態(tài)之間的邏輯關(guān)系

6、,稱為基本RS觸發(fā)器的特性方程。 分析結(jié)果表明,該觸發(fā)器具有保持、置0、置1三種邏輯功能,兩個(gè)輸入端必須滿足約束條件RS=0。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 2.同步RS觸發(fā)器 同步RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)鐘控制端構(gòu)成的,其目的是提高觸發(fā)器的抗干擾能力,同時(shí)使多個(gè)觸發(fā)器能夠在一個(gè)控制信號(hào)的作用下同步工作。圖56(a)是一個(gè)由與非門組成的同步RS觸發(fā)器，圖56(b)是它的邏輯符號(hào)。 & &G1G2QQ(a)QQ1S1R(b)SRCP & &G3G4SCPRC1圖56 由與非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器（a）電路圖;（b）邏輯符號(hào)第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器

7、表52 同步RS觸發(fā)器的特性表 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 2. 動(dòng)作特點(diǎn)在CLK=1的全部時(shí)間里，S和R的變化都將引起輸出狀態(tài)的變化。變變化化多多次次翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、可可能能隨隨和和期期間間，在在RSQQCLK 1第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 無論是基本RS觸發(fā)器還是同步RS觸發(fā)器,R和S都要滿足約束條件RS=0。為了避免R和S同時(shí)為1的情況出現(xiàn),可以在R和S之間連接一個(gè)非門,使R和S互反。這樣,除了時(shí)鐘控制端之外,觸發(fā)器只有一個(gè)輸入信號(hào),通常表示為D,這種觸發(fā)器稱為D觸發(fā)器。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖58(a)是一個(gè)由與非門組成的同步D觸發(fā)器;圖58(b)是它的邏輯符號(hào);表53是它的特性表。它的特性

8、方程如下: Qn+1=D, CP=1 時(shí) Qn+1 =Qn,CP=0 時(shí) 由表53可以看出:當(dāng)CP=0時(shí),無論輸入是0還是1,觸發(fā)器的狀態(tài)都不會(huì)改變,次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)。當(dāng)CP=1時(shí),0輸入使觸發(fā)器的次態(tài)為0,稱為置0;1輸入使觸發(fā)器的次態(tài)為1,稱為置1?？梢?D觸發(fā)器具有置0和置1兩種邏輯功能。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖58 同步D觸發(fā)器 （a）電路圖;（b）邏輯符號(hào) & &QQ(a)QQ1DC1(b)DCP & &DCP1第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 表53 同步D觸發(fā)器的特性表 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 在時(shí)鐘控制信號(hào)整個(gè)有效電平期間,如果同步觸發(fā)器輸入信號(hào)發(fā)生多

9、次變化,則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次變化,因此，觸發(fā)器容易受到這期間出現(xiàn)的干擾信號(hào)的影響。為了進(jìn)一步提高抗干擾能力,在同步觸發(fā)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了主從結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器。 3.時(shí)鐘脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器 主從觸發(fā)器由兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)相反的同步觸發(fā)器相連而成。圖510(a)是一個(gè)主從RS觸發(fā)器電路,圖510(b)是它的邏輯符號(hào)。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖510 主從RS觸發(fā)器 （a）電路圖;（b）邏輯符號(hào) & &G1G2QQ(a)QQ1S1R(b)SRCP & &G3G4SCPRC1 & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9從觸發(fā)器主觸發(fā)器第第

10、5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 表54 主從RS觸發(fā)器的特性表 nCPRSQ01000001010011100101110111n 1Q01011100第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí),從觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)從無效變?yōu)橛行?在此時(shí)刻之前,Q1和 如果發(fā)生了變化,意味著從觸發(fā)器的輸入信號(hào)發(fā)生了變化。在從觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)變?yōu)橛行r(shí),觸發(fā)器的輸出將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。如果在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間（CP=1）,Q1和 端變化多次,則只有最后一次變化的結(jié)果會(huì)反映到Q和 端。 主從RS觸發(fā)器的特性表如表54所示。它的特性方程如下:Q1Q1Qn 1nn 1nQSRQRS0QQCP下降沿到來時(shí) CP

11、非下降沿時(shí) 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 SR也也是是確確定定的的的的情情況況下下，為為解解除除約約束束，即即使使出出現(xiàn)現(xiàn)*1QRS 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 列出真值表*QQKJCLKQSR* QQRSCLKQ第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 表55 主從JK觸發(fā)器的特性表 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 二、脈沖觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)輸輸出出狀狀態(tài)態(tài)只只能能改改變變一一次次”狀狀態(tài)態(tài)翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到達(dá)達(dá)后后，“從從”按按“主主第第二二步步“從從”保保持持時(shí)時(shí)，“主主”接接收收信信號(hào)號(hào)，第第一一步步分分兩兩步步動(dòng)動(dòng)作作： CLKCLK1. 1的的信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)入入主主觸觸發(fā)發(fā)器器時(shí)時(shí)，只只允允許許的的信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)入入主

12、主觸觸發(fā)發(fā)器器時(shí)時(shí)，只只允允許許1110 KQJQSR。最最后后的的狀狀態(tài)態(tài)，決決定定前前，要要找找出出期期間間里里輸輸入入發(fā)發(fā)生生變變化化時(shí)時(shí)在在可可能能翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一一次次高高電電平平期期間間，“主主”只只在在但但主主從從起起控控制制作作用用里里輸輸入入信信號(hào)號(hào)對(duì)對(duì)“主主”都都的的全全部部時(shí)時(shí)間間，“主主”為為同同步步主主從從*11. 2QQCLKCLKCLKJKCLKSRSR 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 表56 T 觸發(fā)器的特性表 第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖517 主從T觸發(fā)器 （a）電路圖;（b）邏輯符號(hào) & &G1G2QQ(a)QQ1TC1(b)TCP & &am

13、p;G3G4TCP & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 主從觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn): 主從觸發(fā)器的狀態(tài)變化分兩步進(jìn)行:第一步,在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間,輸入信號(hào)影響主觸發(fā)器的狀態(tài),此時(shí)從觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化;第二步,在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由有效變?yōu)闊o效而從觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由無效變?yōu)橛行r(shí),從觸發(fā)器的狀態(tài)根據(jù)主觸發(fā)器的狀態(tài)而變化。 在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間,如果輸入信號(hào)發(fā)生過變化,則在時(shí)鐘控制信號(hào)的有效邊沿到來時(shí)，從觸發(fā)器的狀態(tài)不一定按照此時(shí)刻的輸入信號(hào)來確定。 4.邊沿觸發(fā)器 為了進(jìn)一步提高可靠性,增強(qiáng)抗干擾

14、能力,克服主從觸發(fā)器存在的缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器也是邊沿動(dòng)作的觸發(fā)器。圖519為邊沿觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 5.4 時(shí)鐘邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器時(shí)鐘邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器為了提高可靠性，增強(qiáng)抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿到達(dá)瞬間輸入的狀態(tài)。用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 圖519 邊沿觸發(fā)器的邏輯符號(hào)QQ1SC1SCP1RRQQ1DC1DCPQQ1JC1JCP1KKQQ1TC1TCP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器QQ1SC1SCP1RRQQ1DC1DCPQQ1JC1JCP1KKQQ1TC1TCP下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器

15、第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 一、電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)和工作原理第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器列出真值表列出真值表)3( 的的狀狀態(tài)態(tài)保保持持不不變變和和通通斷斷，而而變變化化隨隨著著，斷斷通通，時(shí)時(shí)，QQTGTGDQDQTGTGCLK43mm210)1( DQQTGTGDCLKTGTGCLK送至輸出端，使送至輸出端，使斷斷通，通，狀態(tài)保持狀態(tài)保持上升沿到達(dá)瞬間上升沿到達(dá)瞬間通通斷，斷，后，后，m4321)2(*QQDCLKQ第第5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器 觸觸發(fā)發(fā)器器輸輸入入端端的的邊邊沿沿觸觸發(fā)發(fā)，置置帶帶異異步步置置D01)4(態(tài)態(tài)到達(dá)時(shí)刻輸入的邏輯狀到達(dá)時(shí)刻輸入的邏輯狀或下降沿）或下降沿）于時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（于時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（輸出狀態(tài)的變化僅取決輸出狀態(tài)的變化僅取決發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)