數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)5

1、第五章 觸發(fā)器(FLIP-FLOP)51 基本觸發(fā)器52 鐘控觸發(fā)器（同步、電平、電位）53 邊沿觸發(fā)器54 主從觸發(fā)器55 觸發(fā)器的分類(lèi)56 不同形式觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換51 基本觸發(fā)器511 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的性質(zhì)1.兩個(gè)互補(bǔ)的輸出Q和Q端2.兩個(gè)穩(wěn)態(tài):0穩(wěn)態(tài)(Q=0,Q=1)和1穩(wěn)態(tài)(Q=1,Q=0)3.在外部輸入信號(hào)的作用下，從一種穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)一次翻轉(zhuǎn)512 基本概念現(xiàn)態(tài)： Qn 次態(tài)：Qn1 功能表（特性表）、次態(tài)方程（狀態(tài)方程、特性方程）、次態(tài)卡諾圖、狀態(tài)表、狀態(tài)圖（狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖） 、激勵(lì)表(驅(qū)動(dòng)表）、時(shí)序表（工作波形圖）513 基本R-S觸發(fā)器兩個(gè)與非門(mén)交叉耦合而成1.邏輯電路

2、圖和符號(hào) 兩個(gè)互補(bǔ)的輸出Q和Q端，兩個(gè)輸入端R和S；輸入端的小圓圈表示低電平或負(fù)脈沖有效； R稱(chēng)為清零端、復(fù)位端、置0端（RESET）；S稱(chēng)為置位端、置1端 （SET）； R SQQ& 1& 2 Q QR S R SQQ& 1& 2“1”“1”QQ保持不變 R SQQ& 1& 2“0”“1”QQ0穩(wěn)態(tài)“1”“0” R SQQ& 1& 2“1”“0”QQ1穩(wěn)態(tài)“1”“0” R SQQ& 1& 2“0”“0”QQ約束（不定）狀態(tài)“1”“1”“1”“1”“0”2.完整的真值表和功能表（特性表）經(jīng)工作原理分析得：RSQnQn+1000001010001101001101111001111RSQn+10

3、001010111Qn約束（不定）狀態(tài)清0置1保持不變 Qn+1S+RQn RS=1；4.狀態(tài)表 RSQn00011110 0001 1011現(xiàn)態(tài)次態(tài)Qn1 QnRS=00RS=01RS=10RS=11001010113.次態(tài)卡諾圖和次態(tài)方程5.狀態(tài)圖6.激勵(lì)表QnQn+1RS00101101001111RS 10010101,1110, 117.時(shí)序圖小結(jié)：優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它不僅可作為記憶元件獨(dú)立使用，而且由于它具有直接復(fù)位、置位功能，因而被作為各種性能完善的觸發(fā)器的基本組成部分。缺點(diǎn)是由于R、S之間的約束關(guān)系，使它的使用受到一定限制；電路無(wú)法進(jìn)行有效的控制，可靠性和抗干擾能力較差。SRQQ

4、SRQQ52 鐘控觸發(fā)器（同步、電平、電位）521 鐘控R-S觸發(fā)器522 鐘控D觸發(fā)器523 鐘控J-K觸發(fā)器524 鐘控T觸發(fā)器525 鐘控T觸發(fā)器 521 鐘控R-S觸發(fā)器 在基本RS觸發(fā)器得基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)鐘控制端，1）提高觸發(fā)器的抗干擾能力，2）多個(gè)觸發(fā)器在同一個(gè)控制信號(hào)的作用下同步工作。 1.邏輯圖和符號(hào)QQ R S& 1& 2& 4& 3CP Q QR CP SQQ R S& 1& 2& 4& 3CP“0”“1”“1”保持不變封鎖3、4門(mén)的輸入QQ R S& 1& 2& 4& 3CP“1”“R”“S”當(dāng)R和S互補(bǔ)輸入時(shí)，Q輸出為0穩(wěn)態(tài)或1穩(wěn)態(tài)打開(kāi)3、4門(mén)QQ R S& 1& 2&

5、 4& 3CP“1”“0”“0”約束狀態(tài)或不定狀態(tài)打開(kāi)3、4門(mén)“1”“1”2.完整真值表和功能表經(jīng)分析得到：CP0時(shí)，電路保持不變，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，如下：RSQnQn+1000000110101011110001010110 111RSQn+100Qn01110011（約束）不定狀態(tài)清0置1保持不變4.激勵(lì)表3.次態(tài)卡諾圖和次態(tài)方程 CP0時(shí)，Qn+1 Qn； CP1時(shí)，Qn+1 S+RQn RS=0； RSQn00011110 0010 1110QnQn+1RS000010110101105.狀態(tài)圖和狀態(tài)表現(xiàn)態(tài)次態(tài)Qn1 QnRS=00RS=01RS=11RS=1000101110

6、RS 01011000,1000, 01 6.時(shí)序圖RQQSCP1 2 3 4 5 6小結(jié)：電路加了一級(jí)門(mén)電路，用CP進(jìn)行統(tǒng)一控制，有效地提高了電路的可靠性，但未能有效地解決空翻現(xiàn)象；其次，電路仍存在不定狀態(tài)，即使用時(shí)，需要約束條件。為了解決不定狀態(tài)，采用讓兩路數(shù)據(jù)成為互補(bǔ)的數(shù)據(jù)，從根本上解決相同信號(hào)，改進(jìn)的電路如下幾種。522 鐘控D觸發(fā)器讓S接成D，R接成D的反變量，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。1.邏輯圖和符號(hào) Q QD CP QQR S& 1& 2& 4& 3CP1 DQQR S& 1& 2& 4& 3CP1 D“0”封鎖3、4門(mén)的輸入“1”“1”保持不變Q

7、QR S& 1& 2& 4& 3CP1 D“1”打開(kāi)3、4門(mén)“D”“D”0穩(wěn)態(tài)或1穩(wěn)態(tài)“D”“D”2.完整真值表和功能表經(jīng)分析得到：CP0時(shí)，電路保持不變，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，如下：3.次態(tài)卡諾圖和次態(tài)方程CP0時(shí)，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，Qn+1 DDQnQn+1000010101111DQn+10011 DQn01 001 1014.激勵(lì)表5.狀態(tài)圖和狀態(tài)表6.時(shí)序圖QnQn+1D000011100111現(xiàn)態(tài)次態(tài)Qn1 Qn D=0D=1000111D 1010 0 1523 鐘控J-K觸發(fā)器讓J接到S，K接到R1.邏輯圖和符號(hào) Q QJ CP KQQR S& 1& 2& 4& 3

8、CPJ KQQR S& 1& 2& 4& 3CPJ K“0”封鎖3、4門(mén)的輸入“1”“1”保持不變QQR S& 1& 2& 4& 3CPJ K“0”打開(kāi)3、4門(mén)“0”保持不變“1”“1”“1”QQR S& 1& 2& 4& 3CPJ K“1”打開(kāi)3、4門(mén)“0”0穩(wěn)態(tài)“0”“1”“1”“0”“1”當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“0”時(shí)，保持“0”穩(wěn)態(tài)當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“1”時(shí)，清“0”“1”“1”“0”“0”QQR S& 1& 2& 4& 3CPJ K“1”打開(kāi)3、4門(mén)“0”1穩(wěn)態(tài)“0”“1”“1”當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“0”時(shí)，置“1”當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“1”時(shí)，保持“1”穩(wěn)態(tài)“1”“1”“0”“0”“1”“1”QQR S& 1& 2& 4& 3C

9、PJ K“1”打開(kāi)3、4門(mén)“1”變反“0”“1”當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“0”時(shí)，置“1”當(dāng)現(xiàn)態(tài)為“1”時(shí)，清“0”“0”“1”“0”“1”“1”“1”“0”“1”“0”“0”2.完整真值表和功能表經(jīng)分析得到：CP0時(shí)，電路保持不變，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，如下：JKQnQn+10000001101000110100110111101 1110JKQn+100Qn01010111Qn4.激勵(lì)表3.次態(tài)卡諾圖和次態(tài)方程 CP0時(shí)，Qn+1=Qn； CP1時(shí)，Qn+1=JQn+KQn JKQn00011110 00011 11001QnQn+1JK0000111011105.狀態(tài)圖和狀態(tài)表6.時(shí)序圖現(xiàn)態(tài)次態(tài)Qn

10、1 QnJK=00JK=01JK=11JK=100001111001JK 10,110101,1100, 0100, 10524 鐘控T觸發(fā)器 把J端和K端相聯(lián)為T(mén)端1.邏輯圖和符號(hào) Q Q T CP QQR S& 1& 2& 4& 3CPT K J2.完整真值表和功能表經(jīng)分析得到：CP0時(shí)，電路保持不變，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，如下：3.次態(tài)卡諾圖和次態(tài)方程CP0時(shí)，Qn+1=Qn；CP1時(shí)，Qn+1=TQn+TQnTQnTQnQn+1000011101110TQn+10Qn1Qn TQn01 001 1104.激勵(lì)表5.狀態(tài)圖和狀態(tài)表6.時(shí)序圖QnQn+1T000011101110現(xiàn)態(tài)次

11、態(tài)Qn1 QnT=0T=1010110T 101 1 0 0 525 鐘控T觸發(fā)器將把T觸發(fā)器的T輸入端恒接高電平（邏輯1），則此時(shí)觸發(fā)器只有變反功能，稱(chēng)為T(mén)觸發(fā)器1.示意圖2.功能表3.特性方程CP0時(shí)，電路保持不變，Qn+1 Qn；CP1時(shí)，Qn+1=1Qn =Qn Q QT =1 CP TQnQn+110111053 邊沿觸發(fā)器*531 負(fù)邊沿J-K觸發(fā)器（自學(xué)）典型芯片74112（帶置位、復(fù)位輸入端的下降沿觸發(fā)的雙J-K觸發(fā)器）邏輯功能表輸入輸出RDSDJKCPQQ010110101100QnQn1101011110101111QnQn1K Q C1 1J Q1J Q C11K QVc

12、c RD1 RD 2 CP2 K2 J2 SD2 Q216 15 14 13 12 11 10 9 1 2 3 4 5 6 7 8CP1 K1 J1 SD1 Q1 Q1 Q2 GND 532 維阻D型觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器是一種利用電路內(nèi)的維持阻塞線所產(chǎn)生的“維持阻塞”作用來(lái)克服空翻毛病的時(shí)鐘觸發(fā)器。它的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)，即僅在時(shí)鐘脈沖上升沿或下降沿接受輸入信號(hào)并改變狀態(tài)。1、電路結(jié)構(gòu)典型芯片7474（帶置位和復(fù)位、上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器） QD QD Q Q Vcc RD2 D2 CP2 SD2 Q2 Q2 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7RD1 D1 CP1

13、 SD1 Q1 Q1 GND 邏輯圖：由兩路互補(bǔ)的鐘控RS觸發(fā)器加上兩對(duì)維持線和阻塞線相連而成。DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 6阻塞線阻塞線維持線維持線DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 600110111000穩(wěn)態(tài)“清零”邏輯功能“置位”邏輯功能DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 610010111011穩(wěn)態(tài)直接復(fù)位功能DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 6SDRD01110直接置位邏輯功能DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 6SDRD1001101110103、維持線和阻塞線的使用（即如何解決空翻現(xiàn)象）2

14、、邏輯功能靜態(tài)保持、清零、置1直接置位輸入端（直接置1端），記作SD直接復(fù)位輸入端（直接置0端），記作RD輸入輸出RDSDDCPQQ010110101100111110解決空翻現(xiàn)象情形1DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 600110111000 1 0 1解決空翻現(xiàn)象情形2DCPQQ& 1& 2& 4& 3Q1Q1& 5& 610010111011 0 1 00 1 0 14.時(shí)序圖Q鐘控Q正邊沿DCP1 2 3 4 5 654 主從觸發(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。主從J-K觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)不同的工作方式工作原理CP=1CP=

15、0CP由0變1CP由1變0JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 71“動(dòng)態(tài)保持”邏輯功能JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 710011“清零”邏輯功能JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 7110001101101101001“置位”邏輯功能JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 7110001101101101001“變反”邏輯功能JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 7110101101101010110010直接復(fù)位功能（直接置位功能分析

16、略去）JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 71SDRD011101001110102、邏輯功能靜態(tài)保持、動(dòng)態(tài)保持、清零、置1、變反直接復(fù)位、直接置位JKQnQn+10000001101000110100110111101 1110JKQn+100Qn01010111Qn3、如何解決空翻現(xiàn)象主觸發(fā)器一次翻轉(zhuǎn)特性：當(dāng)輸入數(shù)據(jù)使得主觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生變化，即變化后的主觸發(fā)器狀態(tài)和從觸發(fā)器的狀態(tài)不一樣了，那么這樣情況的第一個(gè)數(shù)據(jù)將被采集。兩根反饋線的作用：即由于Q和Q端的信號(hào)反饋，其中必有一個(gè)在主觸發(fā)器CP有效期間為0，從而屏蔽了所接電路輸入端這一側(cè)的輸入信號(hào)的變化，使得

17、此間的主觸發(fā)器輸出端狀態(tài)最多只能變化一次?，F(xiàn)態(tài)為0時(shí)，J為0，K端變化情況JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 711001011011 0 1 0現(xiàn)態(tài)為1時(shí)，J為0，K端變化情況JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 710011011010 1 0 11011 0 1 0現(xiàn)態(tài)為0時(shí)，J為1，K端變化情況JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 711010110011 0 1 0101現(xiàn)態(tài)為1時(shí)，J為1，K端變化情況JCPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 710101111101

18、 0 1 00100 1 0 1J和K端數(shù)據(jù)都在變化的一個(gè)例子；注意觀察數(shù)據(jù)的采樣和接收J(rèn)CPQQ& 1& 2& 4& 3 KQ1Q1& 5& 6& 8& 711001011 0 1 11011 1 0 1 0 0 1 0104.時(shí)序圖KQ主Q從JCP 1 2 3 4 時(shí)序圖KQ負(fù)邊沿Q主從JCP 1 2 3 55 觸發(fā)器的分類(lèi)（按功能和觸發(fā)方式）1、按邏輯功能劃分：R-S觸發(fā)器：保持、置0、置1，存在約束條件D觸發(fā)器：置0、置1J-K觸發(fā)器：保持、置0、置1、變反T觸發(fā)器：保持、變反T觸發(fā)器：變反2、按觸發(fā)方式：時(shí)鐘控制：CP有效期間全盤(pán)采集并接收數(shù)據(jù)；邊沿：在CP的上升沿或下降沿時(shí)刻采集并接受數(shù)據(jù)；主從：在CP的上升沿到高電平期間主觸發(fā)器都可采集數(shù)據(jù)，但只采集主觸發(fā)器的狀態(tài)和從觸發(fā)器將要不一樣的