第五章鎖存器和觸發(fā)器

第五章鎖存器和觸發(fā)器本章學(xué)習(xí)重點(diǎn)從電路結(jié)構(gòu)形式的角度，要求熟練掌握各觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)，如果給出輸入波形，要求能夠正確地畫(huà)出輸出波形。第5章從邏輯功能的角度，要求熟練掌握各觸發(fā)器的邏輯符號(hào)（含義）、特性表、特性方程及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。同樣，如果給出輸入波形，要求能夠正確地畫(huà)出輸出波形。建立起兩個(gè)概念：①現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的概念；第5章②觸發(fā)器的邏輯功能和電路結(jié)構(gòu)并沒(méi)有固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。觸發(fā)器概述（1）定義能夠存儲(chǔ)1位二進(jìn)制碼的邏輯電路。（2）觸發(fā)器應(yīng)具有的特點(diǎn)

應(yīng)具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)——0和1，屬于雙穩(wěn)態(tài)器件；有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端。5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)器件具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：“穩(wěn)定的狀態(tài)”是指觸發(fā)器可以無(wú)限期地保持置位狀態(tài)或復(fù)位狀態(tài)，因此，觸發(fā)器可以存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位。置位（SET）和復(fù)位（RESET）觸發(fā)器處于置位狀態(tài)相當(dāng)于存儲(chǔ)“1”，觸發(fā)器處于復(fù)位狀態(tài)相當(dāng)于存儲(chǔ)“0”。(3)觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為翻轉(zhuǎn)。（4）觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，叫做現(xiàn)態(tài)， 用Qn表示

。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后的狀態(tài)，叫做次態(tài)， 用Qn+1表示。觸發(fā)器次態(tài)輸出Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn和輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，是貫穿本章始終的基本問(wèn)題。如何獲得、描述和理解這種邏輯關(guān)系，是本章學(xué)習(xí)的中心任務(wù)。2.觸發(fā)器的分類按照電路結(jié)構(gòu)形式不同，可分為：按照時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯功能分類，可分為：①基本觸發(fā)器②同步觸發(fā)器③主從觸發(fā)器④邊沿觸發(fā)器①

RS觸發(fā)器②JK觸發(fā)器③D觸發(fā)器④T觸發(fā)器（和T’觸發(fā)器）用與非門實(shí)現(xiàn)的基本SR鎖存器1.基本SR鎖存器輸出端（b）邏輯符號(hào)（a）邏輯圖輸入低電平有效SRQG1G2＆＆Q=0、Q=1→0狀態(tài)；Q=1、Q=0→1狀態(tài)QSR5.2鎖存器5.2.1SR鎖存器（c）工作原理QRS01SRQG1G2＆＆110010①R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來(lái)為0還是1，都有Q=0；再由S=1、=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。（c）工作原理QRS10SRQG1G2＆＆110010101②R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆111100101011110當(dāng)Q＝1時(shí)（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆1100101010111不變01③R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來(lái)的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。當(dāng)Q＝0時(shí)（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆00101010111不變100不定？④R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。Qn+1RS功能Qn功能表

01置0000110置11101110011保持00不定××01（3）特性方程（約束條件）__Qn+1RSQn0001111001011100__以上是由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器,也可以用或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器,同學(xué)們下課后自己分析它們的功能。用或非門實(shí)現(xiàn)的基本SR鎖存器（a）邏輯圖SRQG1G2≥1≥1QSR（b）邏輯符號(hào)輸入高電平有效由邏輯圖可得邏輯表達(dá)式為：用兩個(gè)或非門組成的基本RS觸發(fā)器的功能表如下：QRS01110000不變11不定（d）基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)——這就是基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。

在基本RS觸發(fā)器中，輸入信號(hào)直接加在輸出門上，所以輸入信號(hào)在全部作用時(shí)間里（即：S或R為1的全部時(shí)間）都能直接改變輸出端Q和Q的狀態(tài)。2.邏輯門控SR鎖存器（同步RS觸發(fā)器）（1）電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號(hào)（a）電路結(jié)構(gòu)（b）圖形符號(hào)基本RS觸發(fā)器輸入控制電路引入同步RS觸發(fā)器的原因（2）工作原理00011不變不變

CP＝0時(shí)觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變。（2）工作原理11由輸入信號(hào)S、R決定

CP＝0時(shí)觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變。

CP＝1時(shí)觸發(fā)器工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。CP=1由輸入信號(hào)S、R決定（3）特性表（4）特性方程S11（CP=1期間有效）（4）特性方程SRQn100故特性方程為：（約束條件）

由于在CP＝1的全部時(shí)間里S和R信號(hào)都能通過(guò)門G3和G4加到基本RS觸發(fā)器上，所以在CP=1的全部時(shí)間了S和R的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化。（5）動(dòng)作特點(diǎn)——這就是同步RS觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)（6）缺點(diǎn)如果CP=1的期間內(nèi)輸入信號(hào)多次發(fā)生變化，則同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這就降低了電路的抗干擾能力。例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQtCP=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變tt初態(tài)Q=0例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制干擾信號(hào)例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制輸出狀態(tài)變1干擾信號(hào)例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)受S、R控制例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=0CP=0例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如下圖所示，試畫(huà)出Q、Q端的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。QOOQttt初態(tài)Q=05.3.1主從觸發(fā)器（1）主從RS觸發(fā)器（a）電路結(jié)構(gòu)（b）圖形符號(hào)“┐”表示“延遲輸出”5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理（c）工作原理1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP主觸發(fā)器從觸發(fā)器

當(dāng)CP=1時(shí)兩個(gè)同步RS觸發(fā)器都是在CP=1時(shí)有效。內(nèi)部原理分析主觸發(fā)器根據(jù)S和R的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而從觸發(fā)器保持原來(lái)的狀態(tài)不變。Q’和Q’的狀態(tài)由S和R決定10Q和Q的狀態(tài)保持不變有效電平無(wú)效電平1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP（c）工作原理主觸發(fā)器從觸發(fā)器

當(dāng)CP由1變0時(shí)無(wú)論S、R的狀態(tài)如何改變，主觸發(fā)器的狀態(tài)不再改變。而此時(shí)從觸發(fā)器按照與主觸發(fā)器相同的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。Q’和Q’的狀態(tài)不變1→00→1無(wú)效電平有效電平Q和Q的狀態(tài)按Q’和Q’的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)（c）工作原理1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP主觸發(fā)器從觸發(fā)器

當(dāng)CP=0時(shí)主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)保持不變；從觸發(fā)器狀態(tài)因受主觸發(fā)器狀態(tài)影響，此時(shí)主觸發(fā)器狀態(tài)不變，故從觸發(fā)器狀態(tài)也不會(huì)再變。0無(wú)效電平1有效電平Q’和Q’的狀態(tài)不變Q和Q的狀態(tài)也不變（d）特性方程【CP下降沿到來(lái)時(shí)有效】（e）電路特點(diǎn)①主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題。具有CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。在CP的一個(gè)變化周期中觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)只可能改變一次。②仍然存在著約束問(wèn)題。

即在CP＝1期間，輸入信號(hào)R和S不能同時(shí)為1。（約束條件）JK【電路結(jié)構(gòu)及工作原理】（2）主從JK觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)：使用時(shí)有約束條件RS=0為此，將觸發(fā)器的兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端信號(hào)，通過(guò)兩根反饋線分別引到輸入端，與J、K信號(hào)“相與”，這樣就構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。特性表主從JK①主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。②輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。③存在一次變化問(wèn)題。(在時(shí)鐘信號(hào)CP＝1期間,J、K發(fā)生變化只能使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次的現(xiàn)象稱為一次變化。)電路特點(diǎn)主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問(wèn)題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。多輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)（f）主從觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)①觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)分兩步動(dòng)作。第1步：在CP=1期間主觸發(fā)器接收輸入端（S、R或J、K）的信號(hào)，被置成相應(yīng)的狀態(tài)，而從觸發(fā)器不動(dòng)；第2步：CP下降沿到來(lái)時(shí)從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，所以Q、Q端狀態(tài)的改變發(fā)生在CP的下降沿。②因?yàn)橹饔|發(fā)器本身是一個(gè)同步RS觸發(fā)器，所以在CP=1的全部時(shí)間里輸入信號(hào)都將對(duì)主觸發(fā)器起控制作用。

74LS112的引腳圖(雙JK觸發(fā)器)(見(jiàn)講義P378)

16

15

14

13

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11

10

974LS112

1

2

3

4

5

6

7

8K

1Q

GND

2K

2Q

2

2J1CP

1

1

1J

VCC2CP

1QSD2RDSD1RD2Q:異步置位端:異步復(fù)位端D觸發(fā)器只有一個(gè)觸發(fā)輸入端D，因此，邏輯關(guān)系非常簡(jiǎn)單；D觸發(fā)器的特性方程為：Qn+1=D0011D0101Qn0011Qn+1輸出狀態(tài)同D狀態(tài)功能D觸發(fā)器的功能表5.3.2邊沿D觸發(fā)器為了解決主從JK觸發(fā)器的一次變化問(wèn)題，提高觸發(fā)器的抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達(dá)時(shí)刻的輸入信號(hào)狀態(tài)。這樣的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器。

14

13

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11

10

9

874LS74

1

2

3

4

5

6

7VCC2RD

2D

2CP

2SD

2Q

2Q1RD

1D

1CP

1SD

1Q

1QGND

74LS74引腳排列圖(雙D觸發(fā)器)(見(jiàn)講義P378)觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換

在集成觸發(fā)產(chǎn)品中,每一種觸發(fā)器都有自己固定的邏輯功能。但可以利用轉(zhuǎn)換的方法獲得具有其它功能的觸發(fā)器。1、JK—FF轉(zhuǎn)換為T—FF(T/—FF)將JK觸發(fā)器的J、K兩端連在一起，并把它作為T端，就構(gòu)成T觸發(fā)器。CPQ1J1KQC1┌┌T∧邏輯符號(hào)┌Q┌DQC1∧

T觸發(fā)器的功能表

00011011

T

Qn

01

10

Qn+1功能Qn+1=QnQn+1=QnT觸發(fā)器特性方程：當(dāng)T觸發(fā)器的輸入端為T=1時(shí)，稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程：T=1時(shí)CPQ1J1KQC1┌┌1∧2、JK—FF轉(zhuǎn)換成D—FF┌1JC11K┌CPDQQ13、D—FF轉(zhuǎn)換成T'—FF5.4觸發(fā)器邏輯功能及表示方法5.4.1觸發(fā)器按邏輯功能的分類

不同結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘觸發(fā)器具有不同的電路功能,這些功能歸結(jié)起來(lái)共有以下三種:（1）置0、置1功能。（2）翻轉(zhuǎn)功能。（3）保持功能。時(shí)鐘觸發(fā)器按功能可以分為:RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器1、特性表一、RS觸發(fā)器RS

001010011100101110111000不定111不定n

Qn+1

Q

000時(shí)鐘觸發(fā)器的功能分類T觸發(fā)器D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、RS觸發(fā)器、

在CP作用下，根據(jù)輸入信號(hào)R、S情況的不同，凡是具有置0、置1和保持功能的觸發(fā)器叫RS觸發(fā)器。2、特性方程3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

表明Q從Qn

Qn+1所需要的輸入條件。01R=XS=0R=0S=1R=1S=0R=0S=X

RSQQn+1n01000111100111XX00Qn+1=S+RQnRS=0(約束條件）二、JK觸發(fā)器1、特性表3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖0J=0K=XJ=XK=0J=1K=XJ=XK=12、特性方程

Q=JQ+KQn+1nn1JKQnQn+100101001110110011100011100011100

在CP作用下，根據(jù)輸入信號(hào)J、K情況的不同，凡是具有置0、置1、翻轉(zhuǎn)和保持功能的觸發(fā)器叫JK觸發(fā)器。三、D觸發(fā)器1、特性表2、特性方程3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖DQnQn+1011011001100Q=Dn+101D=1D=0D=0D=1在CP作用下，根據(jù)輸入信號(hào)D的不同，凡是具有置0、置1功能的觸發(fā)器叫D觸發(fā)器。四、T觸發(fā)器

TQnQn+100011011101、特性表2、特性方程3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

Qn+1=TQn+TQn1T=0T=0T=1T=1010功能保持翻轉(zhuǎn)在CP作用下，根據(jù)輸入信號(hào)T情況的不同，凡是具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器叫T觸發(fā)器。

Qn

Qn+1

0

111、特性表2、特性方程0功能翻轉(zhuǎn)五、觸發(fā)器在CP作用下，根據(jù)輸入信號(hào)T情況的不同，凡是具有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器叫

T’觸發(fā)器。5.4.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能的關(guān)系

同一種功能的觸發(fā)器，可以用不同的電路結(jié)構(gòu)形式來(lái)實(shí)現(xiàn)；反過(guò)來(lái)，同一種電路結(jié)構(gòu)形式，可以構(gòu)成具有不同功能的各種類型觸發(fā)器。

關(guān)于觸發(fā)器的基本概念：觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯單元。觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在外界信號(hào)作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)；無(wú)外界信號(hào)作用時(shí)狀態(tài)保持不變。因此，觸發(fā)器可以作為二進(jìn)制存儲(chǔ)單元使用。

本章介紹的內(nèi)容：本章中是從電路結(jié)構(gòu)形式的角度對(duì)觸發(fā)器進(jìn)行的介紹，其中包括基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。

各觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)方式不同：基本RS觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，沒(méi)有時(shí)鐘脈沖CP的控制；同步RS觸發(fā)器和主從觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)，邊沿觸發(fā)器是脈沖邊沿觸發(fā)，可以是上升沿觸發(fā)，也可以是下降沿觸發(fā)。第五章內(nèi)容總結(jié)

要求：必須熟練掌握各觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)和它們的功能表，如果給出輸入波形，能夠根據(jù)相應(yīng)觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)及功能表正確畫(huà)出其輸出波形。

主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器的區(qū)別：主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)雖然都發(fā)生在脈沖跳變沿到來(lái)時(shí)，但對(duì)加入輸入