數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四章重點(diǎn)(最新版).ppt

概 述,第 4 章 集成觸發(fā)器,觸發(fā)器的基本形式,無空翻觸發(fā)器,觸發(fā)器的應(yīng)用,本章小結(jié),主要要求：,了解觸發(fā)器的基本特性和作用。,了解觸發(fā)器的類型和邏輯功能的描述方法。,4.1 概 述,一、觸發(fā)器的基本特性和作用,Flip - Flop，簡寫為 FF，又稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ) 1 位二進(jìn)制數(shù)碼,觸發(fā)器的作用,觸發(fā)器有記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時(shí)刻的輸 出不僅取決于該時(shí)刻的輸入，還與電路原來狀態(tài)有關(guān)。 而門電路無記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時(shí)刻的輸 出完全取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來狀態(tài)無關(guān)；,觸發(fā)器和門電路是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元。,二、觸發(fā)器的類型,根據(jù)邏輯功能不同分為,根據(jù)觸發(fā)方式不同分為,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同分為,三、觸發(fā)器邏輯功能的描述方法,主要有特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表 (又稱激勵(lì)表)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖 (又稱時(shí)序圖)等。,四、一些約定,1態(tài)：,0態(tài)：,不定狀態(tài)：,現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器在接受信號之前所處的狀態(tài)。 記為Qn。,次態(tài)：觸發(fā)器在接收信號之后建立的新的穩(wěn) 定狀態(tài)，記為Qn+1。,主要要求：,掌握與非門結(jié)構(gòu)基本 RS 觸發(fā)器的電路、邏輯 功能和工作特點(diǎn)。,了解同步觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)和存在問題。,4.2 觸發(fā)器的基本形式,掌握觸發(fā)器的 0 態(tài)、1 態(tài)、置 0、置 1、觸發(fā)方 式、現(xiàn)態(tài)、次態(tài)和空翻等概念。,了解觸發(fā)器邏輯功能的描述方法。,掌握 RS 觸發(fā)器、D 觸發(fā)器、JK 觸發(fā) 器的邏輯功能及其特性方程。,一、基本 RS 觸發(fā)器,Basic Flip - Flop,返回,(一)由與非門組成的基本 RS 觸發(fā)器,接上反饋后，,即當(dāng) Sd由0變?yōu)?時(shí)，或者由1變?yōu)?時(shí)，狀態(tài)能保持住。,1. 電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號,置0端，也稱復(fù)位端。 R 即 Reset,置1端，也稱置位端。 S 即 Set,工作原理,2. 工作原理及邏輯功能,0,1,1,1 1,0,觸發(fā)器被置 0,2. 工作原理及邏輯功能,1,0,0,1 1,1,觸發(fā)器被置 1,2. 工作原理及邏輯功能,G1 門輸出,G2 門輸出,2. 工作原理及邏輯功能,特性表,3. 邏輯功能的特性表描述,與非門組成的基本 RS 觸發(fā)器特性表,注意,特性方程：,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,波形分析舉例,解：,初態(tài)為 0，故保持為 0。,(二)基本 RS 觸發(fā)器的兩種形式,二、同步觸發(fā)器,Synchronous Flip - Flop,實(shí)際工作中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由觸發(fā)輸入 信號決定，而且要求按照一定的節(jié)拍工作。為此，需要 增加一個(gè)時(shí)鐘控制端 CP。,CP 即 Clock Pulse，它是一串周期和脈寬一定的矩形脈沖。,具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時(shí)鐘觸發(fā)器， 又稱鐘控觸發(fā)器。,同步觸發(fā)器是其中最簡單的一種，而基本 RS 觸發(fā)器稱異步觸發(fā)器。,(一)同步 RS 觸發(fā)器,(一)同步 RS 觸發(fā)器,工作原理, CP = 0 時(shí)，G3、G4 被封鎖，輸入信號 R、S 不起作用。基本 RS 觸發(fā) 器的輸入均為 1，觸發(fā)器 狀態(tài)保持不變。, CP = 1 時(shí)，G3、G4 解除封鎖，將輸入信號 R 和 S 取非后送至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端。,1. 電路結(jié)構(gòu)與工作原理,RS功能,R、S 信號高電平有效,2. 邏輯功能與邏輯符號,3. 同步 RS 觸發(fā)器的特性表與特性方程,特 性 表,RS 觸發(fā)器功能也可用特性表與特性方程來描述。,特性方程指觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系式。,解：,例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端波形。,原態(tài)未知,VCC,(二)同步 D 觸發(fā)器,(二)同步 D 觸發(fā)器,1. 電路結(jié)構(gòu)、邏輯符號和邏輯功能,D,同步 D 觸發(fā)器功能表,稱為 D 功能,特點(diǎn)：Qn+1 跟隨 D 信號,解：,例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端波形(設(shè)觸發(fā)器 初始狀態(tài)為 0)。,觸發(fā)器,初始狀態(tài)為 0,同步觸發(fā)器在 CP = 1 期間能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為空翻,2. D 觸發(fā)器的特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,由觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的取值來確定輸入信號取值的關(guān)系表，又稱激勵(lì)表。,用圓圈及其內(nèi)的標(biāo)注表示電路的所有穩(wěn)態(tài)，用箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭旁的標(biāo)注表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。,它們是觸發(fā)器邏輯功能的不同描述方法，也是時(shí)序邏輯電路邏輯功能的描述方法。,特性方程,Qn+1 = D,D 觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)表,0 0 0 1 1 0 1 1,0 0,1 1,無約束,Qn+1 在 D = 0 時(shí)就為 0，與 Qn 無關(guān)。,0 0 0 1 1 0 1 1,0 1,D = 1,D = 0,D = 0,D = 1,Qn+1 在 D = 1 時(shí)就為 1，與 Qn 無關(guān)。,2. D 觸發(fā)器的特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,同步D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,(三)同步 JK 觸發(fā)器,(三)同步 JK 觸發(fā)器,功能表,電路結(jié)構(gòu),稱為 JK 功能，即 JK = 00 時(shí)保持； JK = 11 時(shí)翻轉(zhuǎn)； J K 時(shí) Qn+1 值與 J 相同。,不變,Qn,置 0,0,翻轉(zhuǎn),置 1,1,0,特性表,特性方程,驅(qū)動(dòng)表,0 ,無約束條件,狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,0 1,J = 0 K =,1 , 1, 0,J = 1 K =,J = K = 0,J = K = 1,解：,例 設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為 0，試對應(yīng)輸入波形畫出 Q 端波形。,觸發(fā)器初始狀態(tài)為 0,(四)同步觸發(fā)器的特點(diǎn),同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)式,同步觸發(fā)器的共同缺點(diǎn)是存在空翻,主要要求：,了解無空翻觸發(fā)器的類型，掌握其工作特點(diǎn)。,能根據(jù)觸發(fā)器符號識(shí)別其邏輯功能和觸發(fā)方式， 并進(jìn)行波形分析。,4.3 無空翻觸發(fā)器,Master - Slave Flip - Flop,Edge - Triggered Flip - Flop,一、無空翻觸發(fā)器的類型和工作特點(diǎn),工作特點(diǎn)：CP = 1 期間，主觸發(fā)器接收輸入信號；CP = 0 期間，主觸發(fā)器保持 CP 下降沿之前狀態(tài)不變，而從觸發(fā)器接受主觸發(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。,工作特點(diǎn)：只能在 CP 上升沿(或下降沿)時(shí)刻接收輸入信號，因此，電路狀態(tài)只能在 CP 上升沿(或下降沿)時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。 這種觸發(fā)方式稱為邊沿觸發(fā)式。,主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器有何異同？,只能在 CP 邊沿時(shí)刻翻轉(zhuǎn)，因此都克服了 空翻，可靠性和抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。,相 同 處,電路結(jié)構(gòu)和工作原理不同，因此電路功能 不同。為保證電路正常工作，要求主從 JK 觸 發(fā)器的 J 和 K 信號在 CP = 1 期間保持不變；而 邊沿觸發(fā)器沒有這種限制，其功能較完善，因 此應(yīng)用更廣。,相 異 處,單擊此處將跳過剛才講過的主從RS觸發(fā)器內(nèi)容,給主從觸發(fā)器提供反相的時(shí)鐘信號，使它們在不同的時(shí)段交替工作。,主從 RS 觸發(fā)器電路、符號和工作原理,表示時(shí)鐘觸發(fā)沿為下降沿,Q = Q從,主從 RS 觸發(fā)器工作原理, CP = 1 期間，主觸發(fā)器接受輸入信號，從觸發(fā)器被封鎖，使主從 RS 觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。,BACK,Q = Q從,無空翻觸發(fā)器的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是根據(jù)邏輯符號識(shí)別其功能，理解其應(yīng)用。下面介紹常用無空翻觸發(fā)器的符號及其應(yīng)用注意事項(xiàng)。,二、常用無空翻觸發(fā)器及其符號,主從觸發(fā)器,邊沿觸發(fā)器,圖4.2.17 維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器,返回,一、邊沿觸發(fā)器,（一）維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器,利用反饋脈沖的維持阻塞作用來防止空翻。,1電路組成,2工作原理,結(jié)論：當(dāng)D=1時(shí)，輸出狀態(tài)變化只發(fā)生在CP由0變成1這一時(shí)刻，Q n+1=1；,D=0 時(shí),D=1時(shí),結(jié)論：當(dāng)D=0時(shí)，輸出狀態(tài)變化只發(fā)生在CP由0變成1這一時(shí)刻，Q n+1=0；,圖4.2.18 具有異步置位、復(fù)位端和多輸入 端的維持阻塞D觸發(fā)器,返回,如圖所示D觸發(fā)器的狀態(tài)方程：,Qn+1 = D,（二）利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器,圖4.2.19 利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器,如圖所示JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程：,具有異步端的 邊沿 JK 觸發(fā)器,T觸發(fā)器的狀態(tài)方程,構(gòu)成：JK觸發(fā)器的J、K接在一起。,注 意,(1) 弄清時(shí)鐘觸發(fā)沿是上升沿還是下降沿？,(2)弄清有無異步輸入端？異步置 0 端和異步置 1 端是低電平有效還是高電平有效？,(4) 邊沿觸發(fā)器的邏輯功能和特性方程與同步觸發(fā)器的相同，但由于觸發(fā)方式不一樣，因此，它們的邏輯功能和特性方程成立的時(shí)間不同。邊沿觸發(fā)器的邏輯功能和特性方程只在時(shí)鐘的上升沿(或下降沿)成立。,(3) 異步端不受時(shí)鐘 CP 控制，將直接實(shí)現(xiàn)置 0 或置 1。觸發(fā)器工作時(shí)，應(yīng)保證異步端接非有效電平。,三、邊沿觸發(fā)器工作波形分析舉例,解：,例設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為 0，試對應(yīng)輸入波形畫出 Q1、Q2 的波形。,D 觸發(fā)器特性方程為 Qn+1 = D,功能是翻轉(zhuǎn),因此,1,0,觸發(fā)器初態(tài)為 0,該電路的功能是：在時(shí)鐘觸發(fā)沿到達(dá)時(shí)狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，這種功能稱為計(jì)數(shù)功能，相應(yīng)觸發(fā)器稱為計(jì)數(shù)觸發(fā)器。,解：,例設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為 1，試對應(yīng)輸入波形畫出 Q1、Q2 的波形。,觸發(fā)器初態(tài)為 1,1,0,1,0,觸發(fā)器初態(tài)為 1,主要要求：,掌握常用觸發(fā)器的工作特點(diǎn)、符號、邏輯功能 和特性方程，會(huì)畫工作波形。,了解觸發(fā)器各種邏輯功能間的轉(zhuǎn)換方法。,4.4 觸發(fā)器的應(yīng)用,理解觸發(fā)器及其簡單應(yīng)用電路的分析方法。,一、觸發(fā)器的五種邏輯功能及其轉(zhuǎn)換,(一)觸發(fā)器五種邏輯功能的比較,無約束， 但功能少,無約束， 且功能強(qiáng),令 J = K = T 即可,令J = K = 1 即可,(二)不同邏輯功能間的相互轉(zhuǎn)換,因此，令,已有 Qn+1 = D 欲得 Qn+1 =,因此，令D =,二、觸發(fā)器的應(yīng)用與分析舉例, 觸發(fā)器由門電路構(gòu)成，因此，門電路的應(yīng)用 注意事項(xiàng)在這里多適用。例如，TTL 觸發(fā)器的輸 入端懸空相當(dāng)于輸入高電平，而 CMOS 觸發(fā)器 的輸入端不允許懸空。,應(yīng) 用 注 意, 實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)需要選定觸發(fā)器的功能 和觸發(fā)方式。例如：同步觸發(fā)器通常只用于數(shù)據(jù) 鎖存，構(gòu)成計(jì)數(shù)器、移位寄存器時(shí)一般要用邊沿 觸發(fā)器。,例 下圖為分頻器電路，設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為 0，試畫出 Q1、Q2 的波形并求其頻率。,解：,fQ1 = fCP/2 = 2 MHz， fQ2 = fCP/4 = 1 MHz,CP,對 CP 二分頻,對 CP 四分頻,解：,例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖電路的輸出波形。,觸發(fā)器和門電路是構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的基本邏輯單元。 前者具有記憶功能，用于構(gòu)成時(shí)序邏輯電路； 后者沒有記憶功能，用于構(gòu)成組合邏輯電路。,本章小結(jié),觸發(fā)器有兩個(gè)基本特性：有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)； 在外信號作用下，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換， 沒有外信號作用時(shí)，保持原狀態(tài)不變。因此， 觸發(fā)器具有記憶功能，常用來保存二進(jìn)制信息。,一個(gè)觸發(fā)器可存儲(chǔ) 1 位二進(jìn)制碼，存儲(chǔ) n 位二進(jìn)制碼則需用 n 個(gè)觸發(fā)器。,觸發(fā)器的邏輯功能是指觸發(fā)器的次態(tài)與現(xiàn)態(tài)及輸入信號之間的邏輯關(guān)系。其描述方法主要有特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖(又稱時(shí)序圖)等。, 觸發(fā)器根據(jù)邏輯功能不同分為, 根據(jù)觸發(fā)方式不同分為, 根據(jù)是否受時(shí)鐘控制分為,基本 RS 觸發(fā)器是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。它的輸 出受輸入信號直接控制，不能定時(shí)控制，常用作集成觸 發(fā)器的輔助輸入端，用于直接置 0 或直接置 1。,使用時(shí)須注意弄清它的有效電平，并滿足約束條件。,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,不同觸發(fā)方式的工作特點(diǎn),正電平觸發(fā)式觸發(fā)器的狀態(tài)在 CP = 1 期間翻轉(zhuǎn)，在 CP = 0 期間保持不變。電平觸發(fā)式觸發(fā)器的缺