《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第5版》 課件 第5章 觸發(fā)器

第5章觸發(fā)器目錄5.1概述5.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與工作原理5.3觸發(fā)器的主要參數(shù)5.4觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換5.5觸發(fā)器應(yīng)用15.1概述數(shù)字電路分為兩大部分組合邏輯電路、時序邏輯電路。組合邏輯電路：不具有記憶功能，輸出只與當前輸入相關(guān)。時序邏輯電路：輸出不僅與當前輸入有關(guān)，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，具有記憶功能。25.1概述觸發(fā)器(Flip-Flop)：能夠存儲1位二進制數(shù)字信號的基本單元電路。RS

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)器功能分類基本RS觸發(fā)器同步觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器結(jié)構(gòu)分類3功能分析：1.置1/置位功能，S=1，R=02.保持功能，S=R=05.2.1 基本RS觸發(fā)器（鎖存器）為什么具有存儲或記憶功能？由或非門組成的基本RS觸發(fā)器0101S為置位端（Set）或置1輸入端004功能分析：1.置1/置位功能，S=1，R=02.保持功能，S=R=03.置0/復位功能，S=0，R=15.2.1 基本RS觸發(fā)器（鎖存器）由或非門組成的基本RS觸發(fā)器1010S為置位端（Set）或置1輸入端R為置位端（Reset）或置0輸入端5功能分析：1.置1/置位功能，S=1，R=02.保持功能，S=R=03.置0/復位功能，S=0，R=14.不定狀態(tài)，S=R=15.2.1 基本RS觸發(fā)器（鎖存器）由或非門組成的基本RS觸發(fā)器1100S為置位端（Set）或置1輸入端R為置位端（Reset）或置0輸入端約束條件：SR＝065.2.1 基本RS觸發(fā)器

7動作特點：輸入信號的任何變化都將直接影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。5.2.1 基本RS觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器8觸發(fā)器的描述方法：特性表、特性方程、激勵表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖特性表：將觸發(fā)器次態(tài)取值與輸入變量、初態(tài)取值之間的邏輯關(guān)系以表格的形式表示，能夠反映觸發(fā)器特性的表格。5.2.1 基本RS觸發(fā)器SRQnQn+1功能0000保持00110100復位01101001置位10111100*不定1110*或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器特性表95.2.1 基本RS觸發(fā)器SRQnQn+1功能0000保持00110100復位01101001置位10111100*不定1110*基本RS觸發(fā)器特性表特性方程特性方程：次態(tài)Qn+1與輸入S、R以及初態(tài)Qn之間關(guān)系的表達式，此表達式能夠反映觸發(fā)器的特性。約束條件：SR不能同時為高電平105.2.1 基本RS觸發(fā)器SRQnQn+1功能0000保持00110100復位01101001置位10111100*不定1110*激勵表：觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換對觸發(fā)器輸入信號（又稱為激勵信號或驅(qū)動信號）提出的要求。基本RS觸發(fā)器的激勵表特性表Qn

Qn+1SR0

00

0

1101

0011

1

0115.2.1 基本RS觸發(fā)器SRQnQn+1功能0000保持00110100復位01101001置位10111100*不定1110*狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：觸發(fā)器輸出的0和1兩個狀態(tài)分別用圓圈圈起來，用箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程，箭頭出發(fā)點為初態(tài)，箭頭到達點為次態(tài)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖特性表125.2.1 基本RS觸發(fā)器時序圖：數(shù)字電路的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系可以按時間順序依次排列起來，從而得到的波形圖。

135.2.1 基本RS觸發(fā)器或非門組成的基本RS觸發(fā)器電路組成與邏輯符號與非門組成的基本RS觸發(fā)器電路組成與邏輯符號基本RS觸發(fā)器低電平有效14置位端、復位端，及其有效狀態(tài)。特性表、特性方程、時序圖、激勵表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖動作特點。小結(jié)：分析觸發(fā)器15時鐘脈沖信號（CP，ClockPulse）：各觸發(fā)器狀態(tài)改變的控制信號。時鐘觸發(fā)器：具有時鐘脈沖信號控制的觸發(fā)器統(tǒng)稱為時鐘觸發(fā)器。5.2.2 同步觸發(fā)器16同步RS觸發(fā)器具有異步作用端（或稱為直接作用端）的同步RS觸發(fā)器5.2.2.1同步RS觸發(fā)器電路圖邏輯符號17

RS觸發(fā)器輸入需要滿足RS=0的約束條件185.2.2.2同步JK觸發(fā)器電路圖同步JK觸發(fā)器邏輯符號195.2.2.2同步JK觸發(fā)器邏輯功能：CP=0，保持。CP=1，狀態(tài)改變。（1）J=1，K=0時，置位（2）

J=0，K=1時，復位（3）J=0，K=0時，保持10101001同步JK觸發(fā)器J

SK

R205.2.2.2同步JK觸發(fā)器11101001邏輯功能：CP=0，保持。CP=1，狀態(tài)改變。（1）J=1，K=0時，置位（2）

J=0，K=1時，復位（3）J=0，K=0時，保持（4）J=K=1時，翻轉(zhuǎn)或跳變0110同步JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器：置位、復位、翻轉(zhuǎn)、保持。215.2.2.2同步JK觸發(fā)器(1)特性表JKQnQn+1功能說明00000101001110010111011101001110保持

復位

置位

翻轉(zhuǎn)(2)JK觸發(fā)器特性方程Qn

Qn+1JK0

00

0

11

1

0

11

1

0(3)JK觸發(fā)器激勵表JK觸發(fā)器(4)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖225.2.2.3同步D觸發(fā)器邏輯功能：CP=0，保持。CP=1，狀態(tài)改變。（1）D=1時，Q=1，=0（2）D=0時，Q=0，=110110邏輯符號同步D觸發(fā)器電路圖1

235.2.2.3同步D觸發(fā)器(1)特性表(2)D觸發(fā)器特性方程

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(3)激勵表D觸發(fā)器DQnQn+1001101010011Qn

Qn+1D0

00

11

01

10101同步觸發(fā)器：一個時鐘周期內(nèi)輸出可能產(chǎn)生多次跳變，存在“空翻”問題。主從觸發(fā)器：解決觸發(fā)器多次跳變問題，包括主從RS觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器、主從D觸發(fā)器等。5.2.3 主從觸發(fā)器245.2.3.1主從RS觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器邏輯符號主從RS觸發(fā)器255.2.3.1主從RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器的動作特點分兩步進行：1.在CP=1期間接收信號，主觸發(fā)器根據(jù)驅(qū)動輸入進行變化。2.在CP由1變0時改變輸出狀態(tài)，也就是在CP下降沿到來之際，從觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器狀態(tài)進行改變，并且此時主觸發(fā)器已不再改變。26275.2.3.2主從JK觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器的動作特點與主從RS觸發(fā)器一樣。主從JK觸發(fā)器：具有置位、復位、翻轉(zhuǎn)和保持功能。主從JK觸發(fā)器電路圖邏輯符號285.2.3.2主從JK觸發(fā)器

在CP=1時根據(jù)J、K輸入畫出主觸發(fā)器波形在CP下降沿根據(jù)主觸發(fā)器畫出從觸發(fā)器波形邊沿觸發(fā)器：邊沿觸發(fā)器輸出的狀態(tài)僅僅取決于在時鐘信號CP的上升沿或下降沿到來時刻輸入信號的狀態(tài)，并且只有在時鐘的這個轉(zhuǎn)換瞬間才對其輸入做出響應(yīng)。種類：邊沿RS觸發(fā)器、邊沿JK觸發(fā)器、邊沿D觸發(fā)器、邊沿T/T’觸發(fā)器等。5.2.4 邊沿觸發(fā)器295.2.4.1邊沿D觸發(fā)器CPTG1、TG4TG2、TG301導通截止截止導通電路圖傳輸門工作狀態(tài)邊沿D觸發(fā)器305.2.4.1邊沿D觸發(fā)器邊沿D觸發(fā)器31CP

DD

5.2.4.1邊沿D觸發(fā)器上升沿觸發(fā)的邊沿D觸發(fā)器邏輯符號下降沿觸發(fā)的邊沿D觸發(fā)器邏輯符號邊沿觸發(fā)器的動作特點：驅(qū)動輸入僅在CP有效邊沿到達瞬間影響觸發(fā)器的輸出。325.2.4.2具有異步置位和復位功能的邊沿D觸發(fā)器電路圖邏輯符號0101具有異步作用端的邊沿D觸發(fā)器335.2.4.2具有異步置位和復位功能的邊沿D觸發(fā)器功能表邏輯符號CPSDRDDQnQn+1

功能說明

01

10

11

000

001

00

000

101不定0101異步復位異步置位不定Qn+1=D

保持具有異步作用端的邊沿D觸發(fā)器345.2.4.2具有異步置位和復位功能的邊沿D觸發(fā)器引腳圖CD4013：雙D邊沿觸發(fā)器。邏輯符號355.2.4.2具有異步置位和復位功能的邊沿D觸發(fā)器36

觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)分類小結(jié)電路結(jié)構(gòu)的不同，動作特點的不同37描述方法特性表、特性方程、時序圖（波形圖）、激勵表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖除基本RS觸發(fā)器外，其他電路結(jié)構(gòu)的都有RS、JK、D等功能的觸發(fā)器觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)分類小結(jié)38觸發(fā)器的主要參數(shù)：傳輸延遲時間、建立時間、保持時間、最高時鐘頻率和時鐘周期等。1.傳輸延遲時間tPLH：輸出由低電平轉(zhuǎn)換為高電平的傳輸延遲時間tPHL：輸出由高電平轉(zhuǎn)換為低電平的傳輸延遲時間2.建立時間tS在時鐘CP的觸發(fā)邊沿到來之前，輸入信號保持穩(wěn)定不變所需的最小時間。5.3觸發(fā)器的主要參數(shù)393.保持時間ts在時鐘CP的觸發(fā)邊沿到來之后，輸入信號保持穩(wěn)定不變所需的最小時間。4.最高工作頻率fmax觸發(fā)器穩(wěn)定工作所允許的最高時鐘頻率。5.時鐘周期tw為保證輸入信號經(jīng)過觸發(fā)器內(nèi)部各級門電路正常傳遞到輸出端，時鐘高低電平的保持時間和。5.3觸發(fā)器的主要參數(shù)40觸發(fā)器結(jié)構(gòu)分類：基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等觸發(fā)器邏輯功能分類：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器等幾種類型。

5.4觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換41SRQnQn+1功能0000保持00110100復位01101001置位10111100*不定1110*特性表特性方程5.4觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換1.RS觸發(fā)器425.4觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換2.JK觸發(fā)器JKQnQn+1功能說明00000101001110010111011101001110保持

復位

置位

翻轉(zhuǎn)特性表特性方程435.4觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換3.D觸發(fā)器特性表特性方程DQnQn+1001101010011445.4.1T/T’觸發(fā)器4.T觸發(fā)器特性表特性方程TQnQn+1功能說明000110110110保持

翻轉(zhuǎn)

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖455.4.1T/T’觸發(fā)器5.T‘觸發(fā)器（T=1時的T觸發(fā)器）T特性方程T‘特性方程CPQ二進制計數(shù)器2Hz1Hz46T‘觸發(fā)器時序圖不同邏輯功能的觸發(fā)器可根據(jù)需要轉(zhuǎn)換。5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換示意框圖DJK471.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（1）D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換D觸發(fā)器特性方程JK觸發(fā)器特性方程對比，可得481.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（1）D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的電路圖491.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（2）D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換D觸發(fā)器特性方程T觸發(fā)器特性方程501.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（3）D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T‘觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換D觸發(fā)器特性方程T‘觸發(fā)器特性方程512.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（1）JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換D觸發(fā)器特性方程JK觸發(fā)器特性方程522.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（2）JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換T觸發(fā)器特性方程JK觸發(fā)器特性方程對比，可得532.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他功能觸發(fā)器（2）JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器5.4.2觸發(fā)器邏輯功能之間的轉(zhuǎn)換JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換電路JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T’觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換電路54（3）JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T‘觸發(fā)器數(shù)字電路包含組合邏輯電路和時序邏輯電路。觸發(fā)器是時序邏輯電路的基