電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分)：5-1雙穩(wěn)態(tài)

1、5鎖存器和觸發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器 (latch and Flip-Flop) 5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 5.2 鎖存器鎖存器 5.3 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 5.4 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 1、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理 2、熟練掌握、熟練掌握SR觸發(fā)器、觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、D觸發(fā)器及觸發(fā)器及T 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能 1 1、時序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器：、時序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器： 時序邏輯電路時序邏輯電路: : 概述概述 鎖存器和觸

2、發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元是構(gòu)成時序邏輯電路的基本邏輯單元 。 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征: :由組合邏輯電路和存儲電路組成由組合邏輯電路和存儲電路組成, ,電路中存在反饋。電路中存在反饋。 工作特征：工作特征：時序邏輯電路的工作特點是任意時刻的輸出狀態(tài)不時序邏輯電路的工作特點是任意時刻的輸出狀態(tài)不 僅與該當前的輸入信號有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。僅與該當前的輸入信號有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。 2、鎖存器與觸發(fā)器、鎖存器與觸發(fā)器 共同點：共同點：具有具有0 和和1兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行兩個穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行 保持。一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲

3、一位二進制碼。保持。一個鎖存器或觸發(fā)器能存儲一位二進制碼。 不同點：不同點： 鎖存器鎖存器latch-對脈沖電平敏感的對脈沖電平敏感的存存 儲電路，在特定輸入脈沖電平作用儲電路，在特定輸入脈沖電平作用 下改變狀態(tài)。下改變狀態(tài)。 觸發(fā)器觸發(fā)器Flip-Flop -對脈沖邊沿敏感對脈沖邊沿敏感的的 存儲電路，在時鐘脈沖的上升沿或存儲電路，在時鐘脈沖的上升沿或 下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。 E E CP CP 5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 5.1.1 雙穩(wěn)態(tài)的概念雙穩(wěn)態(tài)的概念 5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路雙穩(wěn)態(tài)存

4、儲單元電路 5.1.1 雙穩(wěn)態(tài)的概念雙穩(wěn)態(tài)的概念 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 介介穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 1 Q Q 1 G1 G2 1 Q Q 1 G1 G2 反饋反饋 5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲單元電路 Q端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。 電路有兩個互補的輸出端電路有兩個互補的輸出端 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 2、數(shù)字邏輯分析、數(shù)字邏輯分析 電路具有記憶電路具有記憶1 1位二進制數(shù)據(jù)的功能。位二進制數(shù)據(jù)的功能。 如如 Q = 1 如如 Q = 0 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 1 0 0 11 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 V

5、I2 0 1 1 00 5.2.1 SR 鎖存器鎖存器 5.2 鎖存器鎖存器 (latch) 5.2.1 D 鎖存器鎖存器 5.2.1 SR 鎖存器鎖存器 5.2 鎖存器鎖存器 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S +VDD T4 T2 T6 T5 T1 T3 Q Q S R 或或非非門門 G1 或或非非門門 G2 1. 1. 基本基本SR鎖存器鎖存器 初態(tài)：初態(tài)：R、S信號作用前信號作用前Q端的端的 狀態(tài)，狀態(tài)，初態(tài)初態(tài)用用Q n表示。表示。 次態(tài)：次態(tài)：R、S信號作用后信號作用后Q端的端的 狀態(tài)狀態(tài)次態(tài)次態(tài)用用Q n+1表示。表示。 1) 工作原理工作原理 R=0、S=0狀態(tài)不變狀態(tài)

6、不變 0 0 0 0 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 1 1 1 0 0 1 1 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 無論初態(tài)無論初態(tài)Q n為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為，鎖存器的次態(tài)為1態(tài)。態(tài)。 信號消失后信號消失后 新的狀態(tài)將被記憶下來。新的狀態(tài)將被記憶下來。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 0 0 1 1 若若初態(tài)初態(tài) Q n = 1 1 1 0 0 1 1 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0

7、R=0、S=1置置1 無論初態(tài)無論初態(tài)Q n為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。態(tài)。 信號消失后信號消失后 新的狀態(tài)將被記憶下來。新的狀態(tài)將被記憶下來。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 1 0 0 若若初態(tài)初態(tài) Q n = 1 1 1 1 1 0 0 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 R=1 、 S=0 置置0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 1 1 1 0 0 0 0 S=1 、 R=1 無論初態(tài)無論初態(tài)Q n為為0或或1，觸發(fā)器的次態(tài)，觸發(fā)器的次態(tài) 、 都為都為0 。 n Q n

8、Q 狀態(tài)不確定狀態(tài)不確定 約束條件約束條件: SR = 0 當當S、R 同時回到同時回到0時，由于兩個與非時，由于兩個與非 門的延遲時間無法確定，使得觸發(fā)器門的延遲時間無法確定，使得觸發(fā)器 最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。 觸發(fā)器的輸出既不是觸發(fā)器的輸出既不是0態(tài)，也不是態(tài)，也不是1態(tài)態(tài) 邏輯功能分析: 邏輯表達式：Q=R+Q, Q=S+Q R 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Q Qn n 用或非門組成的用或非門組成的基本基本SR鎖存器鎖存器的特性表的特性表 S Q Qn+1 n+1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

9、 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0* * 0 0* * * *S、 R的的1狀態(tài)同時消失后狀態(tài)不定狀態(tài)同時消失后狀態(tài)不定 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 3）工作波形工作波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 4 4）用與非門構(gòu)成的基本）用與非門構(gòu)成的基本SR鎖存器鎖存器 、 S Q Q R R S c.國標邏輯符號國標邏輯符號 a.電路圖電路圖 b.b.功能表功能表 RS Q 不定不定100 1010 0101 不變不變 1 11 不變不變 Q 例例 運用基本運用基本SR鎖存器消除機械開關(guān)觸點

10、抖動引起的脈沖輸出。鎖存器消除機械開關(guān)觸點抖動引起的脈沖輸出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V Hw: 5.2.2(1) 5.2.3 5.2.4 2. 邏輯門控邏輯門控SR鎖存器鎖存器 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 1R E1 1S Q Q E S R 國標邏輯符號國標邏輯符號 簡單簡單SR鎖存器鎖存器 使能信號控制門電路使能信號控制門電路 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 2、工作原理、工作原理 S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1

11、=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= E=1： E=0： 狀態(tài)發(fā)生變化。狀態(tài)發(fā)生變化。 狀態(tài)不變狀態(tài)不變 Q3 = S Q4 = R E S R Q3 Q4 Q Q 1 2 3 4 的波形。的波形。 邏輯門控邏輯門控SR鎖存器的鎖存器的E、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，的波形如下圖虛線上邊所示， 鎖存器的原始狀態(tài)為鎖存器的原始狀態(tài)為Q = 0， 試畫出試畫出Q3、Q4、Q和和Q R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 5.2.2 D 鎖存器鎖存器 1. 邏輯門控邏輯門控D鎖存器鎖存器 1D E1 Q Q E D 國標邏輯符號國

12、標邏輯符號 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 邏輯電路圖邏輯電路圖 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =S S =0 R=1D=0 Q = 0 D=1Q = 1 E=0不變不變 E=1 = D S =1 R=0 D鎖存器的功能表鎖存器的功能表 置置10111 置置01001 保持保持不變不變 不不 變變 0 功能功能QDE Q 邏輯邏輯功能功能 2. 傳輸門控傳輸門控D鎖存器鎖存器 1 1 TG2 TG1 1 1 G1 G2 G4 G3 E C Q Q C C C D

13、 C C 1 1 G1 TG 2 G2 Q Q TG 1 D 1 1 G1 TG 2 G2 Q Q TG 1 D (c) E=0時時 (b) E=1時時 (a) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) C TG2導(dǎo)通，導(dǎo)通， TG1斷開斷開 TG1導(dǎo)通，導(dǎo)通， TG2斷開斷開 Q = D Q 不變不變 1 1 TG TG 1 1 G1 TG 2 G2 G4 G3 E C Q Q C C C TG 1 D C C (c) 工作波形工作波形 D E Q Q 3. D鎖存器的動態(tài)特性鎖存器的動態(tài)特性 定時圖定時圖: :表示電路動作過程中，對各輸入信號的表示電路動作過程中，對各輸入信號的 時間要求以及輸出對輸入信號的響應(yīng)時間。時間要求以及輸出對輸入信號的響應(yīng)時間。 D Q tSU tH tW TpL H E TpH L 74HC/HCT373 八八D鎖存器鎖存器 L E 1 1 OE 1 E 1 E 1 E Q1 Q7 Q0 D1 D7 D0 1D C1 C1 1 1D C1 C1 1D C1 C1 4. 典型集成電路典型集成電路 74HC