第四章觸發(fā)器

第4章時序邏輯電路引論學(xué)習要點：觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的邏輯的應(yīng)用4.1基本RS觸發(fā)器4.2同步觸發(fā)器4.3主從觸發(fā)器4.4邊沿觸發(fā)器4.5不同類型觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換第4章時序邏輯電路引論4.0概述觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯部件。它有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；當輸入信號消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。所以，觸發(fā)器可以記憶1位二值信號。根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T′觸發(fā)器；按照結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。4.0概述4.1基本RS觸發(fā)器電路組成和邏輯符號信號輸入端，低電平有效。信號輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱0狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱1狀態(tài)，工作原理RSQ10010

10①R=0、S=1時：由于R=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(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。0110RSQ010②R=1、S=0時：由于S=0，不論原來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。10

11110③R=1、S=1時：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，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。RSQ0101011

1不變100011RSQ01010111不變0

0不定？④R=0、S=0時：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間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時撤除后，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。特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)Qn+1的卡諾圖特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖01×1/1×/10/01/①當觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時，若輸入信號＝01或11，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；RS②當觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時，若輸入信號＝10或11，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；RSRS若＝10，觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。RS若＝01，觸發(fā)器就會翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。RS=波形圖反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許基本RS觸發(fā)器的特點（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，在無外來觸發(fā)信號作用時，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號有效時，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個輸出端的狀態(tài)和必須是互補關(guān)系，即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號R、S情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為RS觸發(fā)器。集成基本RS觸發(fā)器EN＝1時工作EN＝0時禁止1S2S4.2同步觸發(fā)器1、同步RS觸發(fā)器RSCP＝0時，R=S=1，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。CP＝1時，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。RSQ01010111不變0

0不定Q10001100不變1

1不定RS特性表特性方程CP=1期間有效主要特點波形圖（1）時鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號，CP＝0時狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變增加了時間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時為1的情況，否則會使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變2、同步JK觸發(fā)器CP=1期間有效將S=JQn、R=KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步JK觸發(fā)器的特性方程：CPJKQn+1功能100Qn保持1010置01101置1111Qn翻轉(zhuǎn)特性表JK=00時不變JK=01時置0JK=10時置1JK=11時翻轉(zhuǎn)狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號J、K情況的不同，具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，都稱為JK觸發(fā)器。3、同步D觸發(fā)器（D鎖存器）CP=1期間有效將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：3、同步D觸發(fā)器（D鎖存器）DQn+10011DQnQn+1000010101101D觸發(fā)器功能表D觸發(fā)器特性表狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。集成同步D觸發(fā)器CP1、2CP3、4POL＝1時，CP＝1有效，鎖存的內(nèi)容是CP下降沿時刻D的值；POL＝0時，CP＝0有效，鎖存的內(nèi)容是CP上升沿時刻D的值。4.3主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器工作原理（1）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開，接收輸入信號R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。1001（2）輸出信號過程CP下降沿到來時，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q的值當然不可能改變。CP下降沿到來時有效特性方程工作原理邏輯符號電路特點主從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直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。但其仍然存在著約束問題，即在CP＝1期間，輸入信號R和S不能同時為1。2、主從JK觸發(fā)器代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒有約束。特性表時序圖電路特點邏輯符號①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直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。②輸入信號J、K之間沒有約束。③存在一次變化問題。帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置110001111帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器的邏輯符號集成主從JK觸發(fā)器低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號J、K之間沒有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問題，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一步提高。4.4邊沿觸發(fā)器 由于主從觸發(fā)器在CP=1期間輸入端是開發(fā)的，則可能接收到外界的干擾信號，使觸發(fā)器可靠性降低。為了解決在CP有效期間觸發(fā)器出現(xiàn)多次翻轉(zhuǎn)（或空翻）和一次翻轉(zhuǎn)問題，收入邊沿觸發(fā)器。 邊沿觸發(fā)器是指對輸入信號的接收是發(fā)生在時鐘脈沖的邊沿（上升沿或下降沿）時刻，并由此時輸入決定輸出的相應(yīng)狀態(tài)。也就是說，觸發(fā)器只有在CP脈沖的邊沿（上升或下降）到來時，才接收信號。這種實現(xiàn)觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的方式稱為邊沿觸發(fā)方式，以這種方式工作的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器實現(xiàn)方法通常有兩種： 1、利用觸發(fā)器內(nèi)部門電路的延時時間不同來實現(xiàn)，如：下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。 2、利用直流反饋原理（或叫維持阻塞原理）來實現(xiàn)，如：上降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。 邊沿觸發(fā)器 4.4邊沿觸發(fā)器1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器電路組成電路分兩部份：上面部份是由兩個與或非門構(gòu)成的基本R-S觸發(fā)器；下面部份是兩個與非門作輸入引導(dǎo)門。電路要求：與非門1、2的平均延時時間應(yīng)比基本觸發(fā)器的平均延時長。1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作原理（1）CP＝0時，門1、2和門3、6均被封鎖，S=R=1，使觸發(fā)器維持原狀態(tài)。（2）CP＝1時，門1、2和門3、6均被打開，則:這時輸入信號J、K有效但不影響基本R-S觸發(fā)器。1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作原理（3）當CP的下降沿來時，首先門3、6均被封鎖，從而解除基本觸發(fā)器的封鎖狀態(tài)。由于門1、2比基本觸發(fā)器的平均延時長，則門1、2的輸出R、S還未變?yōu)?，而維持CP下降沿前的狀態(tài)，即：1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作原理（3）當CP的上降沿來時，因為門1、2延時長，則門1、2的輸出R、S還為1時門3、6就已被封鎖，從而觸發(fā)器的狀態(tài)不變。這種觸發(fā)器只有在最臨近時鐘下降沿前的J、K信號才能引起觸發(fā)器姿態(tài)的改變，而其他時刻的輸入信號不能影響觸發(fā)器的狀態(tài)。這種觸發(fā)器大大提高了抗干擾能力，可靠性高。1、下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器帶異步置位復(fù)位端的JK觸發(fā)器。（藍線部份）邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號邊沿JK觸發(fā)器的特點①邊沿觸發(fā)，無一次變化問題。②功能齊全，使用方便靈活。③抗干擾能力極強，工作速度很高。特性表時序圖集成邊沿JK觸發(fā)器①74LS112為CP下降沿觸發(fā)。②CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步輸入端RD和SD為高電平有效。注意4.4邊沿觸發(fā)器2、維持阻塞D觸發(fā)器（利用直流反饋原理實現(xiàn)）電路組成電路分兩部份：上面部份是同步R-S觸發(fā)器；下面部份是兩個與非門作輸入引導(dǎo)門。電路無特殊要求：

2、維持阻塞D觸發(fā)器（利用直流反饋原理實現(xiàn)）工作原理（1）CP＝0時，門3、4被封鎖，S=R=1，使觸發(fā)器維持原狀態(tài)。而門5、6輸出為：a=D,b=D。（2）CP＝0→1時，門5、6輸出進入門3、4，使：S=D、R=SD=D，則：這時實現(xiàn)D觸發(fā)器的功能。2、維持阻塞D觸發(fā)器（利用直流反饋原理實現(xiàn)）工作原理（3）CP＝1時，假定輸入則D變?yōu)镈，在CP上升沿來時，R=D，S=D，則： a=1，b=D可得R、S不變，觸發(fā)器狀態(tài)不變。2、維持阻塞D觸發(fā)器帶異步復(fù)位置位端的D觸發(fā)器邏輯符號DQn+100112、維持阻塞D觸發(fā)器集成邊沿D觸發(fā)器注意：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。CP上升沿觸發(fā)4.5不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換步驟：（1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。轉(zhuǎn)換方法：利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。1、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和T＇觸發(fā)器JK觸發(fā)器→RS觸發(fā)器RS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：比較，得：電路圖JK觸發(fā)器→D觸發(fā)器寫出D觸發(fā)器的特性方程，并進行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：電路圖JK觸發(fā)器→T觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當T＝0時能保持狀態(tài)不變，T＝1時一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。特性表邏輯符號T觸發(fā)器特性方程：與JK觸發(fā)