第9章 (1)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

1、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 1 1、RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 2 2、JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 3 3、D D觸發(fā)器觸發(fā)器 4 4、T T觸發(fā)器觸發(fā)器 第第 九九 章章 第一節(jié)第一節(jié) 9.1 概述概述 1、觸發(fā)器、觸發(fā)器 .概念：概念： 能夠存儲位二值信號的基本單元電路。能夠存儲位二值信號的基本單元電路。 .特點(diǎn)：特點(diǎn)： （）有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：和。（）有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：和。 （）（）在適當(dāng)輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻在適當(dāng)輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻 轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)；轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)； 在輸入信號取消后，能將獲得在輸入信號取消后，能將獲得 的新狀態(tài)保存下來。的新狀態(tài)保存下來。 2、觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)、

2、觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài) 現(xiàn)態(tài)：現(xiàn)態(tài)：n 次態(tài)：次態(tài)：n+1 3、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本特性和作用、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本特性和作用 Flip - Flop，簡寫為，簡寫為 FF，又稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。，又稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。 基本特性基本特性 ( (1) )有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)( (簡稱穩(wěn)態(tài)簡稱穩(wěn)態(tài)) )，正好用來正好用來表示邏輯表示邏輯 0 和和 1。 ( (2) )在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換 ( (稱為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)稱為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)) )。輸入信號消失后，新狀態(tài)可長期輸入信號消失后，新狀態(tài)可長期 保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進(jìn)制信

3、息。保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進(jìn)制信息。 一個(gè)觸發(fā)器可存儲一個(gè)觸發(fā)器可存儲 1 位二進(jìn)制數(shù)碼位二進(jìn)制數(shù)碼 按按 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 可可 分分 為為 RS鎖存器鎖存器 邊沿觸發(fā)觸發(fā)器邊沿觸發(fā)觸發(fā)器 電平觸發(fā)的觸發(fā)器電平觸發(fā)的觸發(fā)器 脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器 4、觸發(fā)器分類、觸發(fā)器分類 按按 邏邏 輯輯 功功 能能 可可 分分 為為 RS觸發(fā)器觸發(fā)器 JK觸發(fā)器觸發(fā)器 D觸發(fā)器觸發(fā)器 T觸發(fā)器觸發(fā)器 5、一些約定、一些約定 1態(tài)：態(tài)：Q n=1， ，Qn=0 0態(tài)：態(tài)： 不定狀態(tài)不定狀態(tài)： Qn=1，Qn=1 Qn=0，Qn=0 現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器在接受信號之前所處的狀態(tài)?，F(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器在接受

4、信號之前所處的狀態(tài)。 記為記為Qn。 次態(tài)：觸發(fā)器在接收信號之后建立的新的穩(wěn)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)，定狀態(tài)， 記為記為Qn+1。 Qn=0，Qn=1 9.2 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動(dòng)作特點(diǎn) 一、一、RS鎖存器鎖存器 （基本（基本RS觸發(fā)器）觸發(fā)器） QQ SR G1G2 課本圖課本圖9-1 1. 電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號 QQ SR G1G2 QQ SR SR SR QQ Q = 1，Q = 0 時(shí)，稱為觸發(fā)器的時(shí)，稱為觸發(fā)器的 1 狀態(tài)，記為狀態(tài)，記為 Q = 1； Q = 0，Q = 1 時(shí)，稱為觸發(fā)器的時(shí)，稱為觸發(fā)器的 0 狀態(tài)，

5、記為狀態(tài)，記為 Q = 0。 RS 置置0端，也端，也 稱復(fù)位端。稱復(fù)位端。 R 即即 Reset 置置1端，也端，也 稱置位端。稱置位端。 S 即即 Set 信號輸入端信號輸入端 互補(bǔ)輸出端，互補(bǔ)輸出端， 正常工作時(shí)，正常工作時(shí)， 它們的輸出它們的輸出 狀態(tài)相反。狀態(tài)相反。 低電平有效低電平有效 工作原理工作原理 QQ SR G1G2 11 01 10 00 SR 功功 能能 說說 明明 輸輸 入入 QQ 輸輸 出出 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 01 1 1 1 0觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 0 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SR G1

6、G2 11 01 10 00 SR 功功 能能 說說 明明 輸輸 入入 QQ 輸輸 出出 10 0 1 1 1觸發(fā)器被置觸發(fā)器被置 1 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SR G1G2 11 01 10 00 SR 功功 能能 說說 明明 輸輸 入入 QQ 輸輸 出出 11 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不不 變變 & G1 門輸出門輸出 QSQ D QQ 1 G2 門輸出門輸出 QRQ D QQ 1 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SR G1G2

7、 輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)不定不定( (禁用禁用) )不不 定定 11 01 10 00 SR 功功 能能 說說 明明 輸輸 入入 QQ 輸輸 出出 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 010 觸發(fā)器置觸發(fā)器置 101 觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不不 變變 00 11 輸出既非輸出既非 0 狀態(tài)，狀態(tài)， 也非也非 1 狀態(tài)。狀態(tài)。當(dāng)當(dāng) RD 和和 SD 同時(shí)由同時(shí)由 0 變變 1 時(shí)時(shí)， 輸出狀態(tài)可能為輸出狀態(tài)可能為 0，也，也 可能為可能為 1，即輸出狀態(tài)，即輸出狀態(tài) 不定。因此，不定。因此，這種情況這種情況 禁用。禁用。 00 00 1 觸發(fā)器觸發(fā)器狀態(tài)不定狀態(tài)不定 0 10 10 1 0 0 觸發(fā)器

8、觸發(fā)器置置 0 0 01 01 1 0 1 觸發(fā)器觸發(fā)器置置 1 1 11 1100 11 觸發(fā)器觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變 說說 明明Qn+1QnSR 基本基本 RS 觸發(fā)器特觸發(fā)器特 性表的簡化表示性表的簡化表示 Qn11 101 010 不定不定00 Qn+1SDRD 與非門組成的基本與非門組成的基本 RS 觸發(fā)器特性表觸發(fā)器特性表 1 0 nn QSR Q SR 特性方程：特性方程： 00 00 1 觸發(fā)器觸發(fā)器狀態(tài)不定狀態(tài)不定 0 10 10 1 0 0 觸發(fā)器觸發(fā)器置置 0 0 01 01 1 0 1 觸發(fā)器觸發(fā)器置置 1 1 11 1100 11 觸發(fā)器觸發(fā)器保持原狀態(tài)不

9、變保持原狀態(tài)不變 說說 明明Qn+1QnSDRD 基本基本RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn): 輸入信號輸入信號在全部作用時(shí)間內(nèi)在全部作用時(shí)間內(nèi)都直接改變輸出都直接改變輸出 端端Q和和Q的狀態(tài)。的狀態(tài)。 1 0 nn QSR Q SR 特性方程：特性方程： 例例1:Qn=0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 nn QSR Q SR 特性方程：特性方程： ( (三三) )基本基本 RS 觸發(fā)器的優(yōu)缺點(diǎn)觸發(fā)器的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的

10、基礎(chǔ)。 1. 輸出受輸入信號直接控制，不能定時(shí)控制。輸出受輸入信號直接控制，不能定時(shí)控制。 2. 有約束條件。有約束條件。 同步觸發(fā)器同步觸發(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)增加一個(gè)時(shí)鐘控制端時(shí)鐘控制端 CP。 CP 即即 Clock Pulse，它是一串，它是一串 周期和脈寬一定的矩形脈沖。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)器稱為具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時(shí)鐘觸

11、發(fā)器時(shí)鐘觸發(fā)器， 又稱鐘控觸發(fā)器。又稱鐘控觸發(fā)器。 二、同步二、同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 QQ G1 G2 SR G3G4 CP Q3Q4 ( (一一) )同步同步 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 工作原理工作原理 CP = 0 時(shí)，時(shí)，G3、G4 被封鎖，輸入信號被封鎖，輸入信號 R、S 不起作用?；静黄鹱饔谩；?RS 觸發(fā)觸發(fā) 器的輸入均為器的輸入均為 1，觸發(fā)器觸發(fā)器 狀態(tài)保持不變。狀態(tài)保持不變。 CP = 1 時(shí)，時(shí)，G3、G4 解除封鎖，將解除封鎖，將輸入信號輸入信號 R 和和 S 取非后送至基本取非后送至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端。觸發(fā)器的輸入端。 0 11 1 SR

12、 1. 電路結(jié)構(gòu)與工作原理電路結(jié)構(gòu)與工作原理 基本基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 增加了由時(shí)鐘增加了由時(shí)鐘 CP 控制的門控制的門 G3、G4 QQ S C R QQ G1 G2 SR G3G4 CP Q3Q4 不定不定11 001 1 10 Qn00 Qn+1SR RS功能功能 R、S 信號信號 高電平有效高電平有效 SDRD RDSD 2. 邏輯功能與邏輯符號邏輯功能與邏輯符號 異步置異步置 0 端端 RD 和異步置和異步置1 端端 SD 不受不受 CP 控制?？刂?。 實(shí)際應(yīng)用中，常需要利用異步端預(yù)置觸發(fā)器值實(shí)際應(yīng)用中，常需要利用異步端預(yù)置觸發(fā)器值 ( (置置 0 或置或置 1) )，預(yù)置完畢后

13、應(yīng)使，預(yù)置完畢后應(yīng)使 RD = SD = 1。 3. 同步同步 RS 觸發(fā)器的特性表與特性方程觸發(fā)器的特性表與特性方程 00 00 1 0 1 0 10 10 1 0 1 1 01 01 1 0 0 0 11 110 1 Qn+1QnSR 特特 性性 表表 特性方程特性方程 nn QRSQ 1 RS = 0( (約束條件約束條件) ) RS 觸發(fā)器功能也可用特性表與觸發(fā)器功能也可用特性表與 特性方程來描述。特性方程來描述。 特性方程特性方程指觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電指觸發(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。路原有狀態(tài)之間的邏輯關(guān)系式。 不定不定11 001 1 10 Qn00 Q

14、n+1SR RS功能功能 RD CP R Q Q 1SS C1CP R1R R S VCC RD S 解：解： 例例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端端波形。波形。 原態(tài)未知原態(tài)未知 Q VCC RD RD 例：例：Qn=0 不變不變不變不變不變不變 同步觸發(fā)器的特點(diǎn)同步觸發(fā)器的特點(diǎn) 同步觸發(fā)器的同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式觸發(fā)方式為為電平觸發(fā)式電平觸發(fā)式 同步觸發(fā)器的共同缺點(diǎn)是存在同步觸發(fā)器的共同缺點(diǎn)是存在空翻空翻 觸發(fā)脈沖作用期間，觸發(fā)脈沖作用期間，輸入信號發(fā)生多次變化時(shí)輸入信號發(fā)生多次變化時(shí)，觸，觸 發(fā)器輸出狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生多次變化的現(xiàn)象稱為空翻。發(fā)器輸出狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生多次

15、變化的現(xiàn)象稱為空翻。 空翻可導(dǎo)致電路工作失控?？辗蓪?dǎo)致電路工作失控。 指時(shí)鐘脈沖信號控制指時(shí)鐘脈沖信號控制 觸發(fā)器工作的方式觸發(fā)器工作的方式 Master - Slave Flip - Flop Edge - Triggered Flip - Flop 無空翻觸發(fā)器的類型和工作特點(diǎn)無空翻觸發(fā)器的類型和工作特點(diǎn) 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：CP = 1 期間，主觸發(fā)器接收期間，主觸發(fā)器接收 輸入信號；輸入信號；CP = 0 期間，主觸發(fā)器保持期間，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)。發(fā)器狀態(tài)。因此，主從觸發(fā)器的狀態(tài)只能在因此，主從

16、觸發(fā)器的狀態(tài)只能在 CP 下降沿時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。下降沿時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。 這種觸發(fā)方式稱為主從觸發(fā)式。這種觸發(fā)方式稱為主從觸發(fā)式。 工作特點(diǎn)：工作特點(diǎn)：只能在只能在 CP 上升沿上升沿( (或下降沿或下降沿) ) 時(shí)刻接收輸入信號，因此，電路狀態(tài)能在時(shí)刻接收輸入信號，因此，電路狀態(tài)能在 CP 上升沿上升沿( (或下降沿或下降沿) )時(shí)刻時(shí)刻翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。 這種觸發(fā)方式稱為邊沿觸發(fā)式。這種觸發(fā)方式稱為邊沿觸發(fā)式。 無無 空空 翻翻 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 主主 從從 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 邊邊 沿沿 觸觸 發(fā)發(fā) 器器 三、主從三、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 主從主從JKJK觸發(fā)器沒有約束。觸發(fā)器沒有約束。KQRQJS J=1

17、K=0時(shí)，時(shí)，CLK1期間期間主觸發(fā)器置主觸發(fā)器置1； CLK下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置1，Qn+2=1。 1 0 1 1 KQRQJS 特性方程特性方程 nn QRSQ 1 RS = 0( (約束條件約束條件) ) Qn+1 1 () ()1 n QJQKQ QJQKQ QQK QQK Qn+2 0 1 J=0 K=1時(shí)，時(shí)，CLK1期間主觸發(fā)器置期間主觸發(fā)器置0； CLK下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置0，Qn+2=0。 0 0 KQRQJS 0 0 J=0 K=0時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變，時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變， Qn+2=Qn。 KQRQJS

18、 1 1 J=1 K=1時(shí)，時(shí)， Q=0, 主觸發(fā)器置主觸發(fā)器置1，CLK, Qn+2=1； Q=1, 主觸發(fā)器置主觸發(fā)器置0，CLK, Qn+2=0。 Qn+2=Q KQRQJS JK觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表 4.4.特性方程特性方程 1n QJQK Q CLK 下降沿時(shí)有效 例例5 主從型主從型JK觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn): （1）觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)分）觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)分兩步動(dòng)作兩步動(dòng)作：第一步，在：第一步，在 CLK1期間主觸發(fā)器接收輸入端信號，被置成期間主觸發(fā)器接收輸入端信號，被置成 相應(yīng)的狀態(tài)，從觸發(fā)器不變；第二步，相應(yīng)的狀態(tài)，從觸發(fā)器不變；第二步，CLK下降下降 沿到來時(shí)從觸發(fā)器

19、按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸沿到來時(shí)從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸 出端出端Q和和Q的狀態(tài)改變發(fā)生在的狀態(tài)改變發(fā)生在CLK下降沿。下降沿。 （2）在在CLK=1的全部時(shí)間里輸入信號都將對主的全部時(shí)間里輸入信號都將對主 觸發(fā)器起控制作用觸發(fā)器起控制作用。 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號的上觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號的上 升沿（下降沿）到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)，而升沿（下降沿）到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)，而 在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器 輸出的狀態(tài)沒有影響。輸出的狀態(tài)沒有影響。 邊沿觸發(fā)器有效地提高了觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)器有效地提高了觸

20、發(fā)器的抗干擾能力抗干擾能力， 因而也提高了電路的工作因而也提高了電路的工作可靠性可靠性。 維持阻塞結(jié)構(gòu)的維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器觸發(fā)器 一、邊沿觸發(fā)器一、邊沿觸發(fā)器 （一）（一）維持阻塞結(jié)構(gòu)的維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器觸發(fā)器 利用反饋脈沖的維持阻塞作用來防止空翻。利用反饋脈沖的維持阻塞作用來防止空翻。 1 電電 路路 組組 成成 維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器電路工作原理分析 G1、G2組成基本組成基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 時(shí)鐘控制電路時(shí)鐘控制電路 數(shù)據(jù)輸入電路數(shù)據(jù)輸入電路 維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器電路工作原理分析 CP=0 1 1 1 1 D D D CP=0，保持原狀，保持原狀 態(tài)不變態(tài)不變 G5=D，G6=

21、D 維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器電路工作原理分析 CP=1 上升沿上升沿 1 1 D=1，D=0，Q=1 D D D CP=1， G4=D，G3=D D D D D D=0，D=1，Q=0 1n QD 維持阻塞結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器電路工作原理分析 CP=0 下降沿下降沿 1 CP=0，輸入信號被封鎖，輸入信號被封鎖 1 CP由由1變變0后，后， 輸出不變。輸出不變。 結(jié)論結(jié)論 結(jié)論：結(jié)論：輸出狀態(tài)變化只發(fā)生在輸出狀態(tài)變化只發(fā)生在CP由 由0變成變成 1(上升沿上升沿)這一時(shí)刻。這一時(shí)刻。 當(dāng)當(dāng)D=1時(shí)，時(shí)，Q n+1=1； 當(dāng)當(dāng)D=0時(shí)，時(shí)，Q n+1=0； D觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 特性表特性表 2.特性方程特性方程 1n QD Qn+1 邊沿觸發(fā)器工作波形分析舉例邊沿觸發(fā)器工作波形分析舉例 解：解： 例例11設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為設(shè)觸發(fā)