《電子技術基礎》課件1課題十一

課題十一集成觸發(fā)器11.1基本ＲＳ觸發(fā)器

11.2時鐘控制的觸發(fā)器

11.3邊沿觸發(fā)器11.4觸發(fā)器的相互轉換

11.1基本ＲＳ觸發(fā)器

11.1.1邏輯電路構成和邏輯符號

RS觸發(fā)器由兩個與非門交叉連接而成，圖11.1是它的邏輯圖和邏輯符號。其中Sd為置1(置位)輸入端，Rd為置０(復位)輸入端，在邏輯符號中用小圓圈表示輸入信號為低電平有效。Q和是一對互補輸出端，同時用它們表示觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，即Ｑ＝１、=０表示觸發(fā)器的１態(tài)，Q＝０、＝１表示觸發(fā)器的０態(tài)。圖11.1基本ＲＳ觸發(fā)器

(a)邏輯圖；(b)邏輯符號11.1.2邏輯功能描述

1.狀態(tài)真值表

基本ＲＳ觸發(fā)器的邏輯功能可以用表11.1所示的狀態(tài)真值表來描述。表11.1中，Sd、Rd為觸發(fā)器的兩個輸入信號；Qn為觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)(初態(tài))，即輸入信號作用前觸發(fā)器Ｑ端的狀態(tài)；Qn+1為觸發(fā)器的次態(tài)，即輸入信號作用后觸發(fā)器Q端的狀態(tài)。SdRdQn

Qn+1

說明00000011

不允許01001111置1（Qn+1=1）10010100置0（Qn+1=0）11011101保持（Qn+1=Qn）表11.1基本ＲＳ觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當Sd=0、Rd=1時，不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，其次態(tài)一定為1，即Qn+1＝1，故觸發(fā)器處于置1狀態(tài)(置位狀態(tài))。當Sd=1、Rd=0時，不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，其次態(tài)一定為0，即Qn+1＝0，故觸發(fā)器處于置0狀態(tài)(復位狀態(tài))。當Sd=Rd=1時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，即Qn+1＝Ｑn。當Sd=Rd=0時，觸發(fā)器兩個輸出端Ｑ和不互補，破壞了觸發(fā)器的正常工作，使觸發(fā)器失效。

2.特征方程(次態(tài)方程)、狀態(tài)轉移圖及波形圖

描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達式稱為觸發(fā)器的特征方程或次態(tài)方程。由表11.1，可得基本RS觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.2(a)所示。圖11.２基本ＲＳ觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉移圖(ａ)卡諾圖；(ｂ)狀態(tài)轉移圖

由卡諾圖化簡得基本RS觸發(fā)器的特征方程為(11—1)式中,Sd+Rd=1稱為約束項。由于Sd和Rd同時為０又同時恢復為１時，狀態(tài)Qn+1不確定，為了獲得確定的Qn+1，輸入信號Sd和Rd應滿足約束條件Sd+Rd=1。基本ＲＳ觸發(fā)器共有兩個狀態(tài)：０態(tài)和１態(tài)。當Q＝０，輸入SdRd＝10或11時，使觸發(fā)器狀態(tài)保持為0態(tài)；只有SdRd＝01時，才能使狀態(tài)轉移到1態(tài)。當Qn＝1，輸入SdRd＝01或11時，狀態(tài)將保持為1態(tài)；只有SdRd＝10時，才使狀態(tài)轉移到0態(tài)。基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉移圖如圖11.2(ｂ)所示。如果已知Sd和Rd的波形和觸發(fā)器的起始狀態(tài)，則可畫出觸發(fā)器Ｑ端的工作波形如圖11.3所示。

圖11.3基本RS觸發(fā)器波形圖

11.1.3集成基本RS觸發(fā)器以TTL集成觸發(fā)器74LS279為例，其邏輯符號如圖11.4(a)所示。每片74LS279中包含四個獨立的用與非門組成的基本RS觸發(fā)器。其中第一個和第三個觸發(fā)器各有兩個Rd輸入端(S1和S3)，在任一輸入端上加入低電平均能將觸發(fā)器置1；每個觸發(fā)器只有一個Rd輸入端(R)。圖11.4(b)為第一個觸發(fā)器的邏輯電路?？捎帽?1.2所示的功能表來描述74LS279集成電路的邏輯功能。圖11.474LS279集成電路輸入輸出Q1101110000×表11.2功能表

上述基本RS觸發(fā)器具有直接置0、置1的功能，當Sd和Rd的輸入信號發(fā)生變化時,觸發(fā)器的狀態(tài)就立即改變。在實際使用中，通常要求觸發(fā)器按一定的時間節(jié)拍動作。這就要求觸發(fā)器的翻轉時刻受時鐘脈沖的控制，而翻轉到何種狀態(tài)由輸入信號決定，從而出現(xiàn)了各種時鐘控制的觸發(fā)器(簡稱鐘控觸發(fā)器)。按其功能，鐘控觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。11.2時鐘控制的觸發(fā)器11.2.1RS觸發(fā)器在基本RS觸發(fā)器的基礎上，加上兩個與非門即可構成RS觸發(fā)器，其邏輯圖如圖11.5(a)所示，邏輯符號如圖11.５(b)所示。Sd為直接置位端，Rd為直接復位端。當用作RS觸發(fā)器時，Sd=Rd=1。S為置位輸入端，R為復位輸入端，CP為時鐘脈沖輸入端。圖11.5RS觸發(fā)器(a)邏輯圖；(b)邏輯符號

1.RS觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當CP＝0時，G3、G4被封鎖，輸出均為1，G1、G2門構成的基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。此時，無論R、S輸入端的狀態(tài)如何變化，均不會改變G1、G2門的輸出，故對觸發(fā)器狀態(tài)無影響。當CP＝1時，觸發(fā)器處于工作狀態(tài)，其邏輯功能見表11.3。表11.3RS觸發(fā)器功能表SRQnQn+1說明00000101保持

Qn+1=Qn01001100置0Qn+1=010010111置1Qn+1=1110111××禁止S=1，R＝0，Qn+1＝1，觸發(fā)器置1；S=0，R＝1，Qn+1＝0，觸發(fā)器置0；S=R=0，Qn+1＝Qn，觸發(fā)器狀態(tài)不變(保持)；S=R=1，觸發(fā)器失效，禁止此狀態(tài)出現(xiàn)。(11—2式中，SR=0為約束項。2.特征方程、狀態(tài)轉移圖及波形圖

與基本RS觸發(fā)器一樣，可由表11.3得RS觸發(fā)器的卡諾圖，如圖11.６(a)所示。對卡諾圖化簡得RS觸發(fā)器的特征方程為圖11.6RS觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉移圖(a)卡諾圖；(b)狀態(tài)轉移圖

如已知CP、S和R的波形,可畫出觸發(fā)器的工作波形如圖11.7所示。圖11.7RS觸發(fā)器波形圖

11.2.2JK觸發(fā)器在鐘控ＲＳ觸發(fā)器中，必須限制輸入Ｒ和Ｓ同時為１的出現(xiàn)，這給使用帶來不便。為了從根本上消除這種情況，可將鐘控ＲＳ觸發(fā)器接成如圖11.8(a)所示的形式，同時將輸入端S改成J，R改成K，這樣就構成了JK觸發(fā)器。它的邏輯符號如圖11.8(b)所示。圖11.8JK觸發(fā)器(a)邏輯圖；(b)邏輯符號

1.JK觸發(fā)器真值表當CP＝0時，G3、G4門被封鎖，J、K輸入端的變化對G1、G2門的輸入無影響，觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。當CP＝1時，如果J、K輸入端狀態(tài)依次為00、01或10，輸出端Qn+1狀態(tài)與RS觸發(fā)器輸出狀態(tài)相同；如果J、K=11，觸發(fā)器必將翻轉。JK觸發(fā)器狀態(tài)真值表如表11.4所示。

表11.4JK觸發(fā)器狀態(tài)真值表JKQnQn+1說明00000101保持（Qn+1=Qn）01001100置0（Qn+1=0）10010111置1（Qn+1=1）11011110必翻（Qn+1=

）

2.特征方程、狀態(tài)轉移圖及波形圖

由真值表得JK觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.9(a)所示，化簡得JK觸發(fā)器的特征方程為(11—3)由真值表得JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉移圖如圖11.9(b)所示。圖11.9JK觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉移圖

(a)卡諾圖；(b)狀態(tài)轉移圖圖11.10JK觸發(fā)器波形圖

如果已知CP、J、K的波形，可畫出JK觸發(fā)器的工作波形如圖11.10所示。11.2.3D觸發(fā)器

RS觸發(fā)器和ＪＫ觸發(fā)器有兩個輸入端。有時需要只有一個輸入端的觸發(fā)器，于是將ＲＳ觸發(fā)器接成圖11.11(a)所示的形式，這樣就構成了只有單輸入端的Ｄ觸發(fā)器。它的邏輯符號如圖11.11(b)所示。圖11.11D觸發(fā)器(a)邏輯圖；(b)邏輯符號1.D觸發(fā)器狀態(tài)真值表當CP＝0時，D觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。當CP＝1時，如果D＝0，無論D觸發(fā)器原來狀態(tài)為０或1，D觸發(fā)器輸出均為0；如果D＝1，無論Ｄ觸發(fā)器原來狀態(tài)為０或１，Ｄ觸發(fā)器輸出均為１。D觸發(fā)器的狀態(tài)真值表見表11.5。表11.5D觸發(fā)器狀態(tài)真值表

DQn

Qn+10001010111

2.特征方程、狀態(tài)轉移圖及波形圖由真值表得D觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.12(a)所示,化簡得D觸發(fā)器的特征方程為

Q

n+1＝D

由真值表得D觸發(fā)器的狀態(tài)轉移圖如圖11.12(b)所示。圖11.12D觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉移圖

(a)卡諾圖；(b)狀態(tài)轉移圖

如果已知CP和D的波形，可畫出D觸發(fā)器的工作波形如圖11.13所示。

圖11.13D觸發(fā)器波形圖

11.2.4T觸發(fā)器

如果把JK觸發(fā)器的兩個輸入端J和K連在一起，并把這個連在一起的輸入端用T表示，這樣就構成了T觸發(fā)器，如圖11.14(a)所示。其邏輯符號如圖11.14(b)所示。

圖11.14Ｔ觸發(fā)器邏輯圖及邏輯符號

(a)邏輯圖；(b)邏輯符號

1.T觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當ＣP＝０時，T觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。當CP＝1時，如果T＝0，則T觸發(fā)器保持原來狀態(tài)；如果T＝1，則T觸發(fā)器翻轉，相當于一位計數(shù)器。T觸發(fā)器的狀態(tài)真值表見表11.6。表11.6T觸發(fā)器狀態(tài)真值表

TQnQn+1

說明000101

保持（Qn+1=Qn）101110

必翻

2.特征方程、狀態(tài)轉移圖

由真值表得T觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.15(a)所示，化簡得T觸發(fā)器的特征方程為由真值表得T觸發(fā)器狀態(tài)轉移圖如圖11.15(b)所示。(11—5)圖11.15T觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉移圖(a)卡諾圖(b)狀態(tài)轉移圖

11.2.5空翻與振蕩現(xiàn)象

（1）空翻現(xiàn)象：即在CP=1期間，當輸入信號發(fā)生變化時，使觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉兩次或兩次以上。（2）振蕩現(xiàn)象：即使在CP=1期間輸入信號不發(fā)生變化，由于CP脈沖過寬，因互補性而使得輸出反饋到輸入端產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。圖11.16空翻與振蕩現(xiàn)象

11.3邊沿觸發(fā)器圖11.17邊沿JK觸發(fā)器(a)邏輯圖；(b)邏輯符號

表11.7邊沿JK觸發(fā)器的邏輯功能表

圖11.18下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作波形圖2、集成邊沿JK觸發(fā)器JK觸發(fā)器已經(jīng)做成了各種集成電路，如74LS76、74LS112、74LS114；CD4027、4095、4096等都是集成邊沿JK觸發(fā)器。74LS112是TTL雙下降沿JK觸發(fā)器，其管腳排列圖如圖11.19所示。圖11.1974LS112管腳排列圖

11.3.2維持阻塞D觸發(fā)器1、邏輯功能維持阻塞觸發(fā)器也是一種邊沿觸發(fā)器，一般是在CP時鐘脈沖的上升沿接收輸入信號并使觸發(fā)器翻轉，其他時間均處于保持狀態(tài)。使用較多的是上升沿觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器，其邏輯電路圖如圖11.20（a）所示,邏輯符號如圖11.20（b）所示。圖11.20維持阻塞D觸發(fā)器(a)邏輯圖；(b)邏輯符號

表11.8D觸發(fā)器的邏輯功能表

2、集成D觸發(fā)器常用的集成D觸發(fā)器有74LS74、CD4013等。74LS74為TTL雙上升沿D觸發(fā)器，管腳排列如圖11.21所示，CP為時鐘輸入端，D為數(shù)據(jù)輸入端。維持阻塞觸發(fā)器有RS、JK、D、T等類型。圖11.2174LS74管腳排列圖(11—6)對照公式(11—6)，對公式(11—7)變換得(11—7)(11—8)11.4觸發(fā)器的相互轉換11.4.1JK觸發(fā)器轉換成D、T觸發(fā)器

JK觸發(fā)器的特征方程為1.JK觸發(fā)器轉換成D觸發(fā)器

D觸發(fā)器的特征方程為圖11.22JK觸發(fā)器轉換成D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器

(a)D觸發(fā)器；(b)T觸發(fā)器；(c)T′觸發(fā)器(11—9)

比較公式(