數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程（第2版）教案 項(xiàng)目3　由觸發(fā)器構(gòu)成的搶答器的制作

教師備課紙第頁課題3.1觸發(fā)器基本知識3.2基本RS觸發(fā)器課型理實(shí)一體授課班級集成電路23C1授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.理解觸發(fā)器的概念、特點(diǎn)、分類；2.掌握基本RS觸發(fā)器的邏輯功能；3.掌握基本RS觸發(fā)器的應(yīng)用；4.掌握觸發(fā)器邏輯功能描述的方法。教學(xué)重點(diǎn)基本RS觸發(fā)器的邏輯功能及應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)基本RS觸發(fā)器的應(yīng)用——消抖動(dòng)開關(guān)電路學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)過組合邏輯電路教學(xué)效果較好教后記通過多練習(xí)讓學(xué)生掌握觸發(fā)器邏輯功能描述方法中的波形表示法。復(fù)習(xí)1.組合邏輯電路的特點(diǎn)；2.說出一兩個(gè)組合邏輯電路無法解決的問題。新課一、觸發(fā)器基本知識觸發(fā)器是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲元件，是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元。一個(gè)觸發(fā)器能記住?1?位二進(jìn)制信號（0?或?1），n?個(gè)觸發(fā)器組合在一起就能記憶?n?位二進(jìn)制信?號。1.觸發(fā)器的基本特點(diǎn)（1）它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端，分別用、表示，其中端狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)；當(dāng)=1、=0?為?1?態(tài)；當(dāng)=0、=1?為?0?態(tài)；其他情況如==0?或==1，不滿足互補(bǔ)的條件，稱之為不定狀?態(tài)。（2）在外部信號作用下，觸發(fā)器能從一個(gè)穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一穩(wěn)?態(tài)。（3）外部信號消失后，它仍能維持這一狀態(tài)，即記住這一狀?態(tài)。2.觸發(fā)器的分類（1）按功能分：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（2）按結(jié)構(gòu)分：基本觸發(fā)器、時(shí)鐘控制的觸發(fā)器。時(shí)鐘觸發(fā)器又有同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)?器。二、基本RS觸發(fā)器1．電路及符號SSRSS（b）邏輯符號基本RS觸發(fā)器Q&&（a）原理圖G1G22．邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能可采用真值表、特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、波形圖（時(shí)序圖）來描?述。表示觸發(fā)信號輸入前觸發(fā)器原來的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)，表示觸發(fā)信號輸入后，觸發(fā)器從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為次態(tài)。（1）狀態(tài)表說明0001××狀態(tài)不定010100置0100111置1110101狀態(tài)不變當(dāng)==0?的有效低電平消失后，門?G1、G2?的輸出都要由?1?向?0?轉(zhuǎn)換，這要看哪一個(gè)門的傳輸延遲時(shí)間?tpd?短。若門?G1?的?tpd?短，G1?首先翻轉(zhuǎn)，即首先由?1?變?0，反饋到?G2?門的輸入，使其輸出=1，電路變?yōu)?0?態(tài)。反之，若門?G2?的?tpd?短，根據(jù)類似的推理，電路將變?yōu)?1?態(tài)。由于在設(shè)計(jì)和分析電路時(shí)，無法事先估計(jì)兩個(gè)門的傳輸時(shí)間的長短，也就無法判斷在、同時(shí)變?yōu)楦唠娖胶?，觸發(fā)器到底變成?1?態(tài)還是?0?態(tài)。綜上所述，基本?RS?觸發(fā)器有置?1、置?0、保持三種功能，并且要求輸入信號、不能同時(shí)為?0，即滿足+=1?的約束條件。根據(jù)以上分析，把邏輯關(guān)系列成真值表，這種真值表也稱為觸發(fā)器的功能表或特性表，如上表所?示。=1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖=1=1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖=1=0=×=1=0=1=×n+1=S+n+=1（約束條件）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（簡稱狀態(tài)圖）圓圈表示觸發(fā)器的兩個(gè)狀態(tài)0態(tài)和1態(tài)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭旁邊標(biāo)注的觸發(fā)信號取值表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。（4）波形圖（時(shí)序圖）如圖?4.4?所示，觸發(fā)器初態(tài)為?0。畫波形圖時(shí)，對應(yīng)一個(gè)時(shí)刻，時(shí)刻以前為n，時(shí)刻以后為n+1。畫圖時(shí)應(yīng)根據(jù)真值表來確定各個(gè)時(shí)間段與的狀?態(tài)。例?4-1由與非門構(gòu)成的基本?RS?觸發(fā)器輸入波形如圖?4.5?所示，試畫出和端的波形（設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為?0?態(tài)）。3.基本?RS?觸發(fā)器的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，是構(gòu)成其他觸發(fā)器的基?礎(chǔ)。缺點(diǎn)：輸出受輸入信號直接控制，不能定時(shí)控制；有約束條?件。4.基本?RS?觸發(fā)器的應(yīng)用—消抖動(dòng)開關(guān)電路通過這兩個(gè)問題引入時(shí)序電路，由此引出觸發(fā)器的概念消抖動(dòng)開關(guān)電路消抖動(dòng)開關(guān)電路&&(a)VCC10K10KK(b)消抖動(dòng)電路的工作原理：當(dāng)開關(guān)向下時(shí)，為高電平，通過開關(guān)觸點(diǎn)接地，但由于機(jī)械觸點(diǎn)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，端不是一個(gè)穩(wěn)定的低電平，而是有一段時(shí)高時(shí)低的不規(guī)則脈沖出現(xiàn)。但在開關(guān)打下的瞬間，為低電平，此時(shí)=1、=0，觸發(fā)器置“1”，輸出=1。如果由于開關(guān)的抖動(dòng)使變?yōu)楦唠娖?，但由?1、=1，此時(shí)觸發(fā)器保持原來的“1”狀態(tài)。所以盡管由于開關(guān)的抖動(dòng)使電信號產(chǎn)生了不規(guī)則的脈沖，但輸出波形卻為穩(wěn)定的無瞬時(shí)抖動(dòng)的脈沖信號。見上圖b圖基本RS觸發(fā)器的用途可用作數(shù)碼寄存器、消抖動(dòng)開關(guān)、單次脈沖發(fā)生器、或用作脈沖變換電路等。5．練習(xí)（1）用與非門組成的基本RS觸發(fā)器，設(shè)初始狀態(tài)為0，已知輸入、的波形圖如圖，畫出輸出波形圖。SSR（2）用或非門組成RS觸發(fā)器如圖所示。列出它的真值表，說明功能。寫出它的特征方程。畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。課題3.3同步觸發(fā)器課型理實(shí)一體授課班級集成電路23C1授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.掌握同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理；2.掌握同步RS觸發(fā)器的邏輯功能。教學(xué)重點(diǎn)同步RS觸發(fā)器邏輯功能的描述。教學(xué)難點(diǎn)空翻現(xiàn)象的理解學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)習(xí)了由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器教學(xué)效果較好教后記通過舉例分析學(xué)生能很好的掌握空翻現(xiàn)象。復(fù)習(xí)觸發(fā)器的特點(diǎn)；基本RS觸發(fā)器的邏輯功能；基本RS觸發(fā)器的不足。新課一、同步RS觸發(fā)器1.電路組成及符號CP稱為時(shí)鐘脈沖信號，為直接置0端，為直接置1端。同步RS觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器CPR1RC11SDSD（b）邏輯符號（a）原理圖QJ=1K=X&&3G&&GG12QSRDDG4CP2.邏輯功能分析（1）真值表CPRS說明0××0101狀態(tài)不變1000101狀態(tài)不變1010111置11100100置01110111狀態(tài)不定（2）特征方程n+1=S+nRS=0（約束條件）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖R=1S=0R=1S=0R=0S=1R=×S=0R=0S=×狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（4）波形圖（時(shí)序圖）在上圖（a）所示電路中，加到?R、S?端的信號波形如圖?4.10?所示，則、端波形如圖?4.10?所示（設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為?0）。同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分別由R、S和CP控制，其中，R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，CP控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻。在CP=0時(shí)，觸發(fā)器不接收信號，保持其狀態(tài)不變；而當(dāng)CP=1時(shí)，觸發(fā)器接收輸入信號R、S，并隨其變化而作相應(yīng)的變化。3.同步觸發(fā)器存在的問題—空翻空翻現(xiàn)象：在CP=1期間，觸發(fā)器輸出狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)出現(xiàn)兩次或兩次以上的現(xiàn)象。為了保證觸發(fā)器可靠地工作，防止出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，必須限制輸入的觸發(fā)信號在CP=1期間不發(fā)生變化。CPCPSRQ有效翻轉(zhuǎn)空翻例?4-2同步?RS?觸發(fā)器的輸入波形如圖?4.12?所示，試畫出端的波形（設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為?0?態(tài)）。二、主從?RS?觸發(fā)器為提高觸發(fā)器的可靠性，規(guī)定每一個(gè)?CP?周期內(nèi)輸出端的狀態(tài)只能動(dòng)作一次，主從觸發(fā)器是建立在同步觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，解決了觸發(fā)器在?CP=1?期間，觸發(fā)器多次翻轉(zhuǎn)的空翻現(xiàn)?象。1.主從觸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)主從觸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的同步觸發(fā)器，即主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，它們的時(shí)鐘信號相位相反，其框圖及符號如圖?4.13?所?示。圖4.13主從?RS?觸發(fā)器的框圖及符號2.主從觸發(fā)器的工作原理如圖?4.13?所示的主從?RS?觸發(fā)器，CP=1?期間，主觸發(fā)器接收輸入信號，從觸發(fā)器保持不變；CP=0?期間，主觸發(fā)器保持不變，而從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器狀態(tài)。因此，主從觸發(fā)器的狀態(tài)只能在?CP?下降沿時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。這種觸發(fā)方式稱為主從觸發(fā)式，克服了空翻現(xiàn)?象。通過第3個(gè)問題引入同步RS觸發(fā)器課題3.4邊沿觸發(fā)器3.5觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換課型理實(shí)一體授課班級集成電路23C1授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1.掌握邊沿JK、D、?T?和?T觸發(fā)器的工作特點(diǎn)及邏輯功能；2.了解邊沿觸發(fā)器是如何克服空翻和振蕩現(xiàn)象的；3.掌握觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換。教學(xué)重點(diǎn)1.邊沿JK、D、?T?和?T觸發(fā)器的工作特點(diǎn)；2.觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換。教學(xué)難點(diǎn)1.邊沿JK、D、?T?和?T觸發(fā)器的工作特點(diǎn)；2.觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換。學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)過基本RS觸發(fā)器和同步RS觸發(fā)器教學(xué)效果一般教后記學(xué)生對畫波形有一定的困難復(fù)習(xí)：1.同步RS觸發(fā)器的邏輯功能；2.CP、D、D的作用；3.同步RS觸發(fā)器存在的問題。新課：邊沿觸發(fā)器是在時(shí)鐘信號CP上升沿或下降沿到來瞬間，觸發(fā)器才根據(jù)輸入信號改變輸出狀態(tài)，而在時(shí)鐘信號CP的其他時(shí)刻，觸發(fā)器將保持輸出狀態(tài)不變，從而防止了空翻。一、邊沿JK觸發(fā)器1.邏輯符號邏輯符號J1JCPK1KC1（a）CP上升沿有效J1JCPC1K1K（b）CP下降沿有效2.邏輯功能描述（1）真值表JK說明000101保持=010100置0（狀態(tài)和J相同）100111置1（狀態(tài)和J相同）110110取反=（2）特征方程（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖001J=0K=XJ=1K=XJ=XK=1J=XK=0狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（4）波形圖邊沿JK觸發(fā)器的波形圖如下圖所示，設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為0，CP時(shí)鐘下降沿有效，試畫出輸出波形。CPCPJKQ波形圖3.集成JK觸發(fā)器74LS112（a）邏輯符號（a）邏輯符號74LS112邏輯符號和引腳排列圖（b）引腳排列圖123456714131211109874LS1121234567101112131415167789二、邊沿?D?觸發(fā)器1.邏輯符號邊沿?D?觸發(fā)器的邏輯符號如下圖所?示。2.邏輯功能描述（1）真值表邊沿?D?觸發(fā)器的真值表如下表所?示。（2）特征方程根據(jù)真值表可得?D?觸發(fā)器的特征方程：n+1=D。（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D?觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖?所示。D說明00100置?010111置?1（4）波形圖邊沿?D?觸發(fā)器的波形圖如下圖?所示（設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為?0，CP?時(shí)鐘上升沿有?效）。3.集成邊沿?D?觸發(fā)器?74LS7474LS74?內(nèi)部有兩個(gè)上升沿有效的?D?觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有一個(gè)輸入端?D，置?0?端和置?1?端，置?0?端和置?1?端為低電平有效。其引腳排列圖及邏輯符號如圖?4.22?所?示。圖4.22邏輯符號和引腳排列圖4.D?觸發(fā)器的應(yīng)用—分頻電路所謂分頻就是降低頻率，N?分頻器輸出信號頻率是其輸入信號頻率的?N?分之一。用?D?觸發(fā)器可以構(gòu)成分頻電路，其電路及波形如圖?4.23?所示。圖中?CP?是時(shí)鐘信號，將接到?D?端。設(shè)?D?觸發(fā)器初始狀態(tài)為?0。圖4.23用?D?觸發(fā)器構(gòu)成的分頻電路及其波形圖當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘?CP?上升沿到來時(shí)，D?觸發(fā)器由?0?翻轉(zhuǎn)到?1，當(dāng)?shù)诙€(gè)時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，D?觸發(fā)器由?1?翻轉(zhuǎn)到?0，即每一個(gè)時(shí)鐘周期，觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)一次；經(jīng)過兩個(gè)時(shí)鐘周期，輸出信號才周期變化一次。所以經(jīng)過由?D?觸發(fā)器組成的分頻電路后，輸出脈沖頻率減少了?1/2，稱為二分頻。若在其輸出端再串接一個(gè)同樣的分頻電路就能實(shí)現(xiàn)?4?分頻，同理若接?n?個(gè)分頻電路就能構(gòu)成?1/2n?倍的分頻?器。三、邊沿?T?和?T＇觸發(fā)器1.邊沿?T?觸發(fā)器（1）邏輯符號邊沿?T?觸發(fā)器的邏輯符號如下圖?所?示。（2）邏輯功能描述①

真值表。邊沿?T?觸發(fā)器的真值表如下表所?示。②

特征方程。根據(jù)真值表可得?T?觸發(fā)器的特征方程：。③

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。邊沿?T?觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如下圖所示。T說明00101保持=10110取反=④波形圖。邊沿?T?觸發(fā)器的波形圖如右圖所示（設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為?0，CP?時(shí)鐘上升沿有?效）。2.邊沿?T′觸發(fā)器實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)需要觸發(fā)器的輸出狀態(tài)在每個(gè)時(shí)鐘上升沿或下降沿到來時(shí)都發(fā)生翻轉(zhuǎn)，這種觸發(fā)器稱之為?T′觸發(fā)器，它能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。當(dāng)?T=1?時(shí)，T?觸發(fā)器成為?T′觸發(fā)?器。（1）邏輯符號邊沿?T′觸發(fā)器的邏輯符號如下圖?所?示。（2）邏輯功能描述

真值表。邊沿?T′觸發(fā)器的真值表如下表所?示。圖邏輯符號T

′說明10110取反=②特征方程。根據(jù)真值表可得?T′觸發(fā)器的特征方程：。③

波形圖。邊沿?T′觸發(fā)器的波形圖如下圖?所示（設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為?0，CP?時(shí)鐘上升沿有?效）。四、觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換1.?JK?觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為?D?觸發(fā)器JK?觸發(fā)器的特征方程為：D?觸發(fā)器的特征方程為：比較得：J=DK=，即將?JK?觸發(fā)器的?J?端接到?D，K?端接到，就可以實(shí)現(xiàn)?JK?觸發(fā)器轉(zhuǎn)變?yōu)?D?觸發(fā)器，電路如下圖（a）所?示。2.?JK?觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為?T?觸發(fā)