同步觸發(fā)器-----講課用

1、第四章 觸發(fā)器,4.2 主從觸發(fā)器,4.3 邊沿觸發(fā)器,4.4 集成觸發(fā)器,4.1 基本觸發(fā)器,觸發(fā)器概述,按功能分類：R-S觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、 D型觸發(fā)器、 T型觸發(fā)器等。,時(shí)序邏輯電路：輸出狀態(tài)不僅決定于當(dāng)前時(shí)刻各輸入狀態(tài)的組合，而且還與電路先前狀態(tài)有關(guān)。,觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本單元。特點(diǎn)是：不觸不發(fā)，一觸即發(fā)。,基本要求：,（1）掌握各種觸發(fā)器的電路組成、邏輯功能及其功能特性表的描述； （2）掌握波形圖畫法及特性方程。 定義： 現(xiàn)態(tài)：把觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換前的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)，用Q,4.1 基本觸發(fā)器,一、基本RS觸發(fā)器 1用與非門組成的基本RS觸發(fā)器 （1）電路結(jié)構(gòu):由兩個(gè)門電路交叉連

2、接而成。,置0端,置1端,低電平有效,觸發(fā)器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，,（2）邏輯功能,當(dāng)Q=1， =0時(shí)，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。,當(dāng) =1，Q=0時(shí)，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。,0 1,0,1,1,1,0,0,1,R稱為置0輸入端 低電平有效,0 1,觸發(fā)器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，,（2）邏輯功能,當(dāng)Q=1， =0時(shí)，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。,當(dāng) =1，Q=0時(shí)，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。,1 0,1,0,0,0,1,1,1,S稱為置1輸入端 低電平有效,0 1,觸發(fā)器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，,（2）邏輯功能,當(dāng)Q=1， =0時(shí)，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。,當(dāng) =1，Q=0時(shí)，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。,1 0,1 1,1,1,1,0

3、,0,0,1,0,1,1,保持,0 1,觸發(fā)器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，,（2）邏輯功能,當(dāng)Q=1， =0時(shí)，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)。,當(dāng) =1，Q=0時(shí)，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。,1 0,1 1,0,0,1,1,1,1,0,0,1,1,保持,0 0,（3）波形分析例4.1.1 在用與非門組成的基本RS觸發(fā)器中，設(shè)初始狀態(tài)為0，已知輸入R、S的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。,邏輯功能：,1,0,0,0,1,1,0,2用或非門組成的基本RS觸發(fā)器,S仍然稱為置1輸入端，但為高電平有效。 R仍然稱為置0輸入端，也為高電平有效。,波形分析：,邏輯符號：,由于該觸發(fā)器的觸發(fā)信號是高電平有效，因此在邏輯符號的輸入端處

4、沒有小圓圈。,高電平有效,基本觸發(fā)器的特點(diǎn)總結(jié)：,（1）有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。 （2）有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能。 （3）R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。 （4）由于反饋線的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效信號只需要作用很短的一段時(shí)間，即“一觸即發(fā)”。,二、 同步RS觸發(fā)器,給觸發(fā)器加一個(gè)時(shí)鐘控制端CP，只有在CP端上出現(xiàn)時(shí)鐘脈沖時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能改變。這種觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器。 1同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu),2邏輯功能,當(dāng)CP0時(shí)，控制門G3、G4關(guān)閉，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。 當(dāng)CP1時(shí)，G3、

5、G4打開，其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號決定。,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。,1,0,0,1,1,0,1,3觸發(fā)器功能的幾種表示方法,觸發(fā)器的功能除了可以用功能表表示外，還有幾種表示方法： （1）特性方程 由功能表畫出卡諾圖得特性方程：,（約束條件）,（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀不變時(shí)，對輸入信號的要求。,（3）驅(qū)動表 驅(qū)動表是用表格的方式表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對輸入信號的要求。,（4）波形圖 已知同步RS觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖

6、。,4同步觸發(fā)器存在的問題空翻,由于在CP=1期間，G3、G4門都是開著的，都能接收R、S信號，所以，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。 在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻。,4.2 主從觸發(fā)器,由兩級同步RS觸發(fā)器串聯(lián)組成。 G1G4組成從觸發(fā)器， G5G8組成主觸發(fā)器。 CP 與CP互補(bǔ)，使兩個(gè)觸發(fā)器工作在兩個(gè)不同的時(shí)區(qū)內(nèi)。,一、 主從RS觸發(fā)器 1電路結(jié)構(gòu),2工作原理,主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：,（1）當(dāng)CP1時(shí)，CP0，”從“保持。 ”主”工作，接收R和S端的輸入信號。,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0

7、,1,主從觸發(fā)器的特點(diǎn)：,（1）主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CP由1變0時(shí)刻（CP下降沿）發(fā)生的。 （2）CP一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會有空翻現(xiàn)象。,主從RS觸發(fā)器的符號：,二、 主從JK觸發(fā)器,主從RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)： 使用時(shí)有約束條件 RS=0,1電路結(jié)構(gòu),為此，將觸發(fā)器的兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端信號通過兩根反饋線分別引到輸入端的G7、G8門，這樣，就構(gòu)成了JK觸發(fā)器。,2工作原理,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1,1,0,3JK觸發(fā)器邏輯功能的幾種表示方法,(1）功能表：,（2）特性方程：,（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,（4）驅(qū)動表,例4.2.1 已知主從JK

8、觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。,在畫主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： （1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）,（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖下降沿前一瞬間輸入端的狀態(tài)。,3主從T觸發(fā)器和T觸發(fā)器,將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。,T觸發(fā)器特性方程：,當(dāng)T觸發(fā)器的輸入端為T=1時(shí)， 稱為T觸發(fā)器。,T觸發(fā)器的特性方程：,EWB演示JK組成的T觸發(fā)器,4主從JK觸發(fā)器存在的問題一次變化現(xiàn)象,例5.2.2 已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。,0,1,0,1,1,1,

9、0,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,由此看出，主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器只變化（翻轉(zhuǎn)）一次，這種現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。,4.3 邊沿觸發(fā)器,一、維持阻塞邊沿D觸發(fā)器 1D觸發(fā)器的邏輯功能 D觸發(fā)器只有一個(gè)觸發(fā)輸入端D，因此，邏輯關(guān)系非常簡單；,D觸發(fā)器的特性方程為：Qn+1=D,D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：,2維持阻塞邊沿D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及工作原理,（1）同步D觸發(fā)器：,該電路滿足D觸發(fā)器 的邏輯功能，但有 同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象。,設(shè)：D=1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,該觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)。,（2）維持阻塞邊沿D觸發(fā)器,為了克服空翻，在原電路的基礎(chǔ)上引入三根反饋線。,

10、0,1,1,0,0,1,1,0,1,置1。 設(shè)：D=1,0,1,1,0,0,L1稱為置1維持線。 L2稱為置0阻塞線。,1,0,（2）維持阻塞邊沿D觸發(fā)器,1,0,0,1,1,0,0,1,置0。 設(shè)：D=0,1,1,1,L3稱為置0維持線。,0,1,可見，引入了維持線和阻塞線后，將觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制在CP上跳沿到來的一瞬間，并接收CP上跳沿到來前一瞬間的D信號。,例4.3.1 已知維持阻塞D觸發(fā)器的輸入波形， 畫出輸出波形圖。,解：在波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： （1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CP的上升沿。 （2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CP上升沿前一瞬間輸入端D的狀態(tài)。,（3）觸發(fā)器的直接置0和

11、置1端,RD直接置0端，低電平有效； SD直接置1端；低電平有效。,RD和SD不受CP和D信號的影響，具有最高的優(yōu)先級。,二、CMOS主從結(jié)構(gòu)的邊沿觸發(fā)器,1電路結(jié)構(gòu):由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成,由于引入了傳輸門，該電路雖為主從結(jié)構(gòu)，卻沒有一次變化問題， 具有邊沿觸發(fā)器的特性。,2工作原理,觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍： （1）當(dāng)CP變?yōu)?時(shí)，TG1開通，TG2關(guān)閉。主觸發(fā)器接收D信號。 同時(shí)，TG3關(guān)閉，TG4開通，從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。,（2）當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí)，TG1關(guān)閉，TG2開通，主觸發(fā)器自保持。 同時(shí)，TG3開通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)。,設(shè)：D=1（原

12、狀態(tài)Q=0）,0,1,1,1,0,1,0,3帶有RD端和SD端的 CMOS觸發(fā)器,4.4 集成觸發(fā)器,一、集成觸發(fā)器舉例 1TTL主從JK觸發(fā)器74LS72,特點(diǎn)：（1）有3個(gè)J端和3個(gè)K端，它們之間是與邏輯關(guān)系。 （2）帶有直接置0端RD和直接置1端SD，都為低電平有效，不用時(shí)應(yīng)接高電平。 （3）為主從型結(jié)構(gòu)，CP下跳沿觸發(fā)。,2高速CMOS邊沿D觸發(fā)器74HC74,特點(diǎn)：（1）單輸入端的雙D觸發(fā)器。 （2）它們都帶有直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效。 （3）為CMOS邊沿觸發(fā)器，CP上升沿觸發(fā)。,二、觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換,1.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器 （1）JKD 分別寫

13、出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程,比較得：,畫出邏輯圖：,（2）JKT（T）,寫出JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器的特性方程：,比較得：J=T，K=T。,令T=1，即可得T觸發(fā)器。,2用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器,（1）DJK,比較得：,畫出邏輯圖。,寫出D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的特性方程：,（2）DT,（3）DT,三、觸發(fā)器應(yīng)用舉例,例4.4.1 設(shè)計(jì)一個(gè)3人搶答電路。3人A、B、C各控制一個(gè)按鍵開關(guān)KA、KB、KC和一個(gè)發(fā)光二極管DA、DB、DC。誰先按下開關(guān)，誰的發(fā)光二極管亮，同時(shí)使其他人的搶答信號無效。,利用觸發(fā)器的“記憶”作用，使搶答電路工作更可靠、穩(wěn)定。,本章小結(jié),1觸發(fā)器有兩個(gè)基本性質(zhì)：（1

14、）在一定條件下，觸發(fā)器可維持在兩種穩(wěn)定狀態(tài)（0或1狀態(tài)）之一而保持不變；（2）在一定的外加信號作用下，觸發(fā)器可從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 2描寫觸發(fā)器邏輯功能的方法主要有特性表、特性方程、驅(qū)動表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖(又稱時(shí)序圖)等。 3按照結(jié)構(gòu)不同，觸發(fā)器可分為： (1) 基本RS觸發(fā)器，為電平觸發(fā)方式。 (2) 同步觸發(fā)器，為脈沖觸發(fā)方式。 (3) 主從觸發(fā)器，為脈沖觸發(fā)方式。 (4) 邊沿觸發(fā)器，為邊沿觸發(fā)方式。 4根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可分為： (1) RS觸發(fā)器 (2) JK觸發(fā)器 (3) D觸發(fā)器 (4) T觸發(fā)器 （T觸發(fā)器 ） 5同一電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器可以做成不同的邏輯功能；同一邏輯功能的觸發(fā)器可以用不同的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 6利用特性方程可實(shí)現(xiàn)不同功能觸發(fā)器間邏輯功能的相互轉(zhuǎn)換。,4.6 設(shè)主從JK觸發(fā)器的