《鎖存器和觸發(fā)器》

學(xué)習(xí)要點：鎖存器和觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式鎖存器和觸發(fā)器的使用5鎖存器和觸發(fā)器精選課件鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的兩種基本邏輯部件。

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態(tài)或1態(tài)；

當(dāng)輸入信號消失后，所置成的狀態(tài)可保持不變?；パa信號輸出端，稱0狀態(tài)，稱0狀態(tài)互補信號輸出端，稱1狀態(tài)，稱1狀態(tài)精選課件（1）次態(tài)不僅與輸入信號狀態(tài)有關(guān)，而且與電路的現(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。雙穩(wěn)態(tài)電路的特點精選課件5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路兩個非門交叉耦合則構(gòu)成最基本的雙穩(wěn)態(tài)電路。該電路有兩個可以保持的穩(wěn)定狀態(tài)，可用于記憶一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。若該電路的兩個非門改為與非門或者或非門，并從其中一個門輸入相應(yīng)信號，則可改變輸出。精選課件5.2鎖存器鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路。可以在特定輸入脈沖電平的作用下改變狀態(tài)。5.2.1SR鎖存器精選課件SR≥1QQ≥11.或非門構(gòu)成基本SR鎖存器①R=1、S=0時：不論鎖存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。②R=0、S=1時：不論鎖存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。③R=0、S=0時：鎖存器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被鎖存器存儲起來，這體現(xiàn)了鎖存器具有記憶能力。置1端置0端精選課件基本SR鎖存器的觸發(fā)信號是加在R、S端的高低電平，是一種電平控制存儲單元電路。。RSQ00不變01110011不定④R=1、S=1時：兩個輸出都為0，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。禁止出現(xiàn)基本SR鎖存器的約束條件RS=0并且由于或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)。精選課件2.與非門構(gòu)成基本SR鎖存器（基本SR鎖存器）電路組成和邏輯符號信號輸入端，低電平有效?；パa信號輸出端，稱0狀態(tài)，稱1狀態(tài)要求：兩者狀態(tài)保持相反(b)邏輯符號SR精選課件工作原理不論鎖存器原來處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將鎖存置0或復(fù)位。不論鎖存器原來處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將鎖存器置1或置位。置1端置0端RSQ00不定01010111不變①R=0、S=1時：②R=1、S=0時：精選課件禁止出現(xiàn)工作原理鎖存器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲起來，這體現(xiàn)了鎖存器具有記憶能力。兩個輸出都為1，不符合鎖存器的邏輯關(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，將不能確定鎖存器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。RSQ00不定01010111不變③R=1、S=1時：④R=0、S=0時：基本RS鎖存器的約束條件R+S=1精選課件有關(guān)SR鎖存器的說明：Q：輸出端，表示觸發(fā)器狀態(tài)Q：互補輸出端，與Q狀態(tài)相反S（）：直接置位端SetR（）：直接復(fù)位端Reset觸發(fā)器處于1態(tài)，表示此時觸發(fā)器的Q=1、Q=0置位：使觸發(fā)器處于1態(tài)復(fù)位：使觸發(fā)器處于0態(tài)圖形符號中，輸入端靠近方框處的小圓圈表示輸入信號負(fù)脈沖（負(fù)電平）有效。SR由輸入信號直接決定鎖存器的狀態(tài).精選課件反映了觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系波形圖RSQ置1置0置1置1置1保持不允許SR注：書上是輸入高電平有效的SR鎖存器圖精選課件11SR&&QQRSQ00不變01110011不定3.與非門構(gòu)成高電平有效基本RS觸發(fā)器精選課件4.基本SR鎖存器的應(yīng)用舉例例運用基本SR鎖存器，消除機(jī)械開關(guān)振動引起的脈沖。圖5.1.2機(jī)械開關(guān)的工作情況5VR1KSVO（a）機(jī)械開關(guān)的接通（b）對電壓波形的影響&Q&Q1K5V5VASB（a）電路（b）電壓波形圖5.1.3利用基本SR鎖存器消除機(jī)械開關(guān)振動的影響解：機(jī)械開關(guān)接通時，由于振動會使電壓或電流波形產(chǎn)生“毛刺”，如圖5.1.2所示。利用基本SR鎖存器的記憶作用可以消除上述開關(guān)振動所產(chǎn)生的影響，開關(guān)與基本SR鎖存器的連接方法如圖5.1.3所示。精選課件基本SR鎖存器的特點基本SR鎖存器具有置位、復(fù)位和保持（記憶）的功能；基本SR鎖存器的觸發(fā)信號是電平有效，屬于電平觸發(fā)方式；基本SR鎖存器存在約束條件（RS=0），由于兩個與非門（或非門）的延遲時間無法確定；當(dāng)R=S=1時，將導(dǎo)致下一狀態(tài)的不確定。當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時，輸出即刻就會發(fā)生相應(yīng)的變化，即抗干擾性較低。精選課件5.邏輯門控SR鎖存器鎖存輸入使能E:只有E=1時,輸出端狀態(tài)才能改變電平觸發(fā)—在E=1時,控制端R、S的電平(1或0)發(fā)生變化時,輸出端狀態(tài)才改變精選課件波形圖（1）鎖存輸入使能E控制。在E＝1期間接收輸入信號，按基本SR鎖存器的邏輯功能進(jìn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。E＝0時狀態(tài)保持不變，與基本SR鎖存器相比，對觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變增加了E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不變主要特點精選課件5.2.2D鎖存器1.門控D鎖存器SR鎖存器的R、S之間有約束，使用起來不便。——去掉約束，引入D鎖存器精選課件精選課件邏輯功能：E=0時，保持E=1時，D=0，置0，D=1，置1。例：畫門控D鎖存器輸出波形精選課件2.傳輸門D鎖存器精選課件3.典型集成電路八D鎖存器74HC/HCT373精選課件5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理鎖存器是一種對脈沖電平敏感的存儲單元電路?？梢栽谔囟ㄝ斎朊}沖電平的作用下改變狀態(tài)。觸發(fā)器是一種對脈沖邊沿敏感的存儲單元電路。只在作為觸發(fā)信號的時鐘脈沖上升沿或下降沿的作用瞬間才改變狀態(tài)。CP:時鐘脈沖(ClockPulse)

精選課件按其結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器主從型觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器傳輸延遲觸發(fā)器按其邏輯功能觸發(fā)器的分類不同觸發(fā)器對脈沖敏感邊沿不同：上升沿觸發(fā)，下降沿觸發(fā)使用FF,根據(jù)觸發(fā)特點，按邏輯功能使用。精選課件5.3.1主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器由兩級鎖存器構(gòu)成，其中一級接受輸入信號，其狀態(tài)直接由輸入信號決定，稱為主鎖存器，還有一級的輸入與主鎖存器的輸出連接，其狀態(tài)由主鎖存器的狀態(tài)決定，稱為從鎖存器。

CP上升沿到來時，主鎖存器進(jìn)入保持狀態(tài)，在CP=0期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時，從鎖存器接收輸入，即主鎖存器將其接收的內(nèi)容送入從鎖存器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=1期間，由于主鎖存器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從鎖存器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。主從型D觸發(fā)器,CP上升沿到來時有效由兩級鎖存器串聯(lián)而成；兩個鎖存器的鎖存輸入使能端通過一個非門相連。精選課件現(xiàn)態(tài)Qn：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)Qn+1：觸發(fā)器接收輸入信號之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。特性方程:次態(tài)（Qn+1）與輸入信號及現(xiàn)態(tài)（Qn）關(guān)系的邏輯函數(shù)表達(dá)式。Qn+1=D主從型D觸發(fā)器例：畫波形精選課件74HC/74HCT74就是按上述原理構(gòu)成的雙D觸發(fā)器。RD=0，直接置0SD=0，直接置1Qn+1=DSD，直接置1端RD，直接置0端實際應(yīng)用的觸發(fā)器，常需異步（不受CP控制）復(fù)位和置位，精選課件5.3.2維持阻塞觸發(fā)器精選課件1.維持阻塞D觸發(fā)器&&QQDCP&&&&G5G6G3G4G1G2CPQ↑D功能表結(jié)構(gòu)特征：門5門6是輸入控制，D在CP控制下引入門3門4。門1門2組成基本觸發(fā)器。精選課件工作原理&&QQDCP&&&&G5G6G3G4G1G2(1)CP=0時，G3、G4輸出為1，觸發(fā)器維持原態(tài)。此時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)(2)

CP↑，G3,、G4打開，(3)

CP=1，輸入信號被封鎖精選課件&&QQDCP&&&&G5G6G3G4G1G2工作原理(1)若D=1CP↑時圖中蘭線維持G4輸出為0;G4輸出和G3相連，阻塞輸入D的變化對G3影響，維持G3輸出為1。此時即使D變化，也會保持維持G3輸出為1。因此，蘭線稱為“維持1、阻塞0”線。G5輸出為0，則G6輸出為1，所以G4輸出變?yōu)?，G3則因輸入有0而為1。觸發(fā)器輸出為1態(tài)。100100101精選課件&&QQDCP&&&&G5G6G3G4G1G2工作原理(2)若D=0G5輸出為1，則G6輸出為0，所以G4輸出仍為1，G3則因輸入全1而變?yōu)?。觸發(fā)器輸出為0態(tài)。CP↑時011011010圖中蘭線維持G3輸出為0；G5、G4輸出接G6輸入，使G6輸出0，維持G4輸出為1。此時即使D變化，也會保持維持G4輸出為1。因此，蘭線稱“維持0、阻塞1”線。精選課件維持阻塞D觸發(fā)器Qn+1=DD觸發(fā)器,CP上升沿到來時有效實際應(yīng)用的觸發(fā)器，常需異步復(fù)位和置位，RD=0，直接置0SD=0，直接置1Qn+1=DSD，直接置1端RD，直接置0端74LS74或74F74就是按上述原理構(gòu)成的維持阻塞雙D觸發(fā)器。精選課件D觸發(fā)器的直接(異步)置0，置1功能&&QQDCP&&&&G5G6G3G4G1G2SDRDCP＝0期間,RD=0都可以作用到基本觸發(fā)器，直接影響Q輸出為0，RD撤銷后也能維持狀態(tài)。CP=1期間,

RD=0,使Q=0;同時使G5輸出1，G4輸出1，則G3輸出0，使Q=0。即使RD=0撤除，輸出也保持不變。SD也是同樣考慮,要接入G2。精選課件5.3.3利用傳輸延遲的觸發(fā)器(自學(xué))——74F112是利用傳輸延遲的JK觸發(fā)器精選課件

觸發(fā)器通常還有一個觸發(fā)控制脈沖，用于控制觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變的時刻，因此研究觸發(fā)器應(yīng)著重觸發(fā)器的：

邏輯功能 觸發(fā)方式5.4觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器下一個輸出狀態(tài)（次態(tài)Qn+1）與輸入信號及現(xiàn)在輸出狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)Qn）的關(guān)系。精選課件1、特性表（狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表）表明觸發(fā)器下一個輸出狀態(tài)（次態(tài)Qn+1）與輸入信號及現(xiàn)在輸出狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)Qn）關(guān)系的表格。2、特性方程由狀態(tài)真值表寫出的表明次態(tài)（Qn+1）與輸入信號及現(xiàn)態(tài)（Qn）關(guān)系的邏輯函數(shù)表達(dá)式。3、狀態(tài)（轉(zhuǎn)換）圖用〇表示狀態(tài)“→”和“/”表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向和輸入/輸出取值關(guān)系的圖形。4、時序圖（波形圖）觸發(fā)器邏輯功能的描述方式：5、邏輯符號精選課件RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器按其邏輯功能5.4.1D觸發(fā)器功能：1.邏輯符號精選課件DQnQn+1說明000100110111輸出狀態(tài)與D端狀態(tài)相同

D觸發(fā)器的特征表3.特性方程：2.特征表精選課件4.狀態(tài)圖D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5.4.2JK觸發(fā)器功能：1.邏輯符號5.時序圖精選課件2.特性表JKQnQn+1功能0000保持Qn+1=Qn110100輸出狀態(tài)同J狀態(tài)101001輸出狀態(tài)同J狀態(tài)111101翻轉(zhuǎn)Qn+1=Qn103.特性方程Qn+1110100J00111KQn01001014.狀態(tài)圖10JK/1X/X0/0X/X1/精選課件時序圖精選課件74F112是利用傳輸延遲的JK觸發(fā)器就是一下降沿觸發(fā)的雙JK觸發(fā)器。精選課件T觸發(fā)器的特性方程：T觸發(fā)器的功能是T為1時，為計數(shù)狀態(tài)（翻轉(zhuǎn)），T為0時為保持狀態(tài)。TQnQn+10001011101101T觸發(fā)器特征表T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5.4.3T觸發(fā)器邏輯符號精選課件用JK觸發(fā)器構(gòu)成2分頻器(當(dāng)JK=11時)10CPQQFQ=FCP/2CPQ2用T觸發(fā)器構(gòu)成2分頻器(當(dāng)T=1時)精選課件當(dāng)T=1時，T/觸發(fā)器5.4.4SR觸發(fā)器精選課件SRQnQn+1說明000000000000111111111111Qn輸出狀態(tài)不變輸出狀態(tài)與S的狀態(tài)相同輸出狀態(tài)與S的狀態(tài)相同輸出狀態(tài)不定SR觸發(fā)器特征表(約束條件)狀態(tài)方程：S=0R=110R=0S=×

R=×S=0S=1R=0圖5.2.1RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖ＳＲ觸發(fā)器的邏輯功能與ＳＲ鎖存器的邏輯功能一致，只是觸發(fā)特性不同。精選課件邏輯功能：SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T/觸發(fā)器。觸發(fā)器狀態(tài)改變被控制在某一時刻。CP脈沖上升沿（或下降沿