第4章數(shù)字電路觸發(fā)器

1、1 4.1 概述概述 4.2 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點 4.3 觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法 2 定義定義：能夠儲存能夠儲存1位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為 觸發(fā)器。觸發(fā)器。 兩個基本特征：兩個基本特征： 它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可分別用來表示二進制數(shù)碼它有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，可分別用來表示二進制數(shù)碼0 和和1 在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相 互轉(zhuǎn)換，輸入信號消失后，已轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定狀態(tài)可互轉(zhuǎn)換，輸入信號消失后，已轉(zhuǎn)換的穩(wěn)定狀態(tài)可 長期保持下來，這就使得觸發(fā)器能夠記憶二進

2、制長期保持下來，這就使得觸發(fā)器能夠記憶二進制 信息，常用作二進制存儲單元信息，常用作二進制存儲單元。 觸發(fā)器的描述方式觸發(fā)器的描述方式可用功能表（特性表）、特可用功能表（特性表）、特 性方程、狀態(tài)圖以及波形圖（時序圖）來描述性方程、狀態(tài)圖以及波形圖（時序圖）來描述。 4.1 概述 3 按電路結(jié)構(gòu)分類按電路結(jié)構(gòu)分類基本基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、同步RS觸觸 發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、（維持阻塞觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、（維持阻塞觸 發(fā)器）。發(fā)器）。 根據(jù)邏輯功能分類根據(jù)邏輯功能分類觸發(fā)器可以分為觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)觸發(fā) 器、器、D觸發(fā)器、觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、T和和T 觸發(fā)器

3、觸發(fā)器； 4 一、基本一、基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 ( (一一) )由與非門組成的基本由與非門組成的基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號 QQ SDRD G1G2 QQ SDRD SR SDRD QQ Q = 1，Q = 0 時，稱為觸發(fā)器的時，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，稱為觸發(fā)器的時，稱為觸發(fā)器的 0 狀態(tài)，記為狀態(tài)，記為 Q = 0。 RDSD 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 Basic Flip - Flop

4、信號輸入端信號輸入端 互補輸出端，互補輸出端， 正常工作時，正常工作時， 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 4.2 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點 5 QQ SDRD G1G2 11 01 10 00 SDRD 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 6 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SDRD G1G2 11 01 10 00 SDRD 功功 能能 說說 明明 輸輸 入入 QQ 輸輸 出出 1

5、0 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 7 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SDRD G1G2 11 01 10 00 SDRD 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 8 2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 QQ SDRD G1G2 輸出狀態(tài)輸出狀態(tài)不定不定( (禁用禁用) )不不 定定 11 01 1

6、0 00 SDRD 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)。當狀態(tài)。當 RD 和和 SD 同時由同時由 0 變變 1 時，時， 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，這種情況不定。因此，這種情況 禁用。禁用。 9 特性表（真值表）特性表（真值表） 現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀 態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)。 次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后所處 的新的

7、穩(wěn)定狀態(tài)。 10 3. 邏輯功能的特性表描述邏輯功能的特性表描述 次態(tài)次態(tài) 現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) 指觸發(fā)器在輸入信號變化前的狀態(tài)，用指觸發(fā)器在輸入信號變化前的狀態(tài)，用 Qn 表示。表示。 指觸發(fā)器在輸入信號變化后的狀態(tài)，用指觸發(fā)器在輸入信號變化后的狀態(tài)，用 Qn+1 表示。表示。 觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之 間關(guān)系的真值表。間關(guān)系的真值表。 11 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)不變保持原狀態(tài)不變 說

8、說 明明Qn+1QnSDRD 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 置置 0 端端 RD 和置和置 1 端端 SD 低電平有效低電平有效。 禁用禁用 RD = SD = 0。稱約束條件稱約束條件 注意注意 12 波形分析舉例波形分析舉例 解：解： 例 設(shè)下圖中觸發(fā)器初始狀態(tài)為 0，試對應(yīng)輸入波形 畫出 Q 和 Q 的波形。 Q Q SD RD S R SD RD 保持保持 初態(tài)為初態(tài)為 0，故保持為，故保持為 0。 置置 0 保持保持 Q Q 置

9、置 1 13 ( (二二) )基本基本 RS 觸發(fā)器的兩種形式觸發(fā)器的兩種形式 特特 性性 表表 Qn11 101 010 不定不定00 Qn+1SDRD 不定不定11 001 110 Qn00 Qn+1SDRD QQ SDRD SR QQ SDRD SR 邏邏 輯輯 符符 號號 置置 0、置、置1 信信 號低電平有效號低電平有效 置置 0、置、置1 信信 號高電平有效號高電平有效 注注 意意 弄清輸入弄清輸入 信號是低電平信號是低電平 有效還是高電有效還是高電 平有效。平有效。 14 ( (三三) )基本基本 RS 觸發(fā)器的優(yōu)缺點觸發(fā)器的優(yōu)缺點 優(yōu)點優(yōu)點 缺點缺點 電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器

10、的基礎(chǔ)。電路簡單，是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基礎(chǔ)。 1. 輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制。輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制。 2. 有約束條件。有約束條件。 15 圖4.2.3 例4.2.1的電路和電壓波形 （a）電路結(jié)構(gòu) （b）電壓波形圖 16 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器 Synchronous Flip - Flop 實際工作中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由觸發(fā)輸入實際工作中，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 增加一個時鐘控制端增加一個時鐘控制端 CP。 CP 即即 Clock Pulse，它是一串，

11、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。 具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器，具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器， 又稱鐘控觸發(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，而同步觸發(fā)器是其中最簡單的一種，而 基本基本 RS 觸發(fā)器稱異步觸發(fā)器。觸發(fā)器稱異步觸發(fā)器。 4.2.2 同步同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點 17 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，時，G3、G4 被封鎖，輸入信號被封鎖，輸入信號 R、S 不起作用。基本不起作用

12、?；?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，時，G3、G4 解除封鎖，將輸入信號解除封鎖，將輸入信號 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 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 增加了由時鐘增加了由時鐘 CP 控制的門控制的門 G3、G4 18 QQ 1SC11R 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

13、 S SD R RD RDSD 2. 邏輯功能與邏輯符號邏輯功能與邏輯符號 異步置 0 端 RD 和異步置1 端 SD 不受 CP 控制。 實際應(yīng)用中，常需要利用異步端預(yù)置觸發(fā)器值 (置 0 或置 1)，預(yù)置完畢后應(yīng)使 RD = SD = 1。 19 RD CP R Q Q 1SS C1CP R1R R S VCC RD S 解：解： 例 試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中 Q 端波形。 原態(tài)未知原態(tài)未知 Q VCC RD RD 20 主主 要要 特特 點點 波波 形形 圖圖 （1）時鐘電平控制。在CP1期間接收輸入信號， CP0時狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對觸 發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變增加了時間控制。

14、 （2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時為1 的情況，否則會使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。 C P R S Q Q 不 變 不 變 不 變 不 變 不 變 不 變 置 1 置 0 置 1 置 0 不 變 21 (補充補充)例：已知同步例：已知同步RS觸發(fā)器的輸入信號觸發(fā)器的輸入信號S和和R的的 電壓波形如圖，試畫出電壓波形如圖，試畫出Q和和Q端對應(yīng)的電壓波形。端對應(yīng)的電壓波形。 設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。 解：在第一個CP高電平期間先是S=1、R=0，輸出被置成 1態(tài)，隨后輸入變成S=R=0，因此輸出保持不變，最后 輸入又變?yōu)镾=0、R=1，將輸出置成0態(tài)，故CP回到

15、低 電平后觸發(fā)器停留在0態(tài)。余下類推。 22 圖4.2.7 D 型鎖存器電路 （a）基本形式 （b）7475采用的電路 23 ( (二二) )同步同步 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 電路結(jié)構(gòu)、邏輯符號和邏輯功能電路結(jié)構(gòu)、邏輯符號和邏輯功能 D QQ 1S1RC1 CP QQ 1D D C1 CP CPDQn+1說明說明 1 0 1 0 1 置置0 置置1 0Qn不變不變 同步同步 D 觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表 稱為稱為 D 功能功能 特點：特點：Qn+1 跟隨跟隨 D 信號信號 24 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( (設(shè)觸發(fā)器設(shè)觸發(fā)器 初始狀態(tài)為

16、初始狀態(tài)為 0) )。 QQ 1D D C1 CP D CP Q CP = 0，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變 CP = 1，同步，同步 D 觸發(fā)觸發(fā) 器次態(tài)跟隨器次態(tài)跟隨 D 信號信號 同步觸發(fā)器在同步觸發(fā)器在 CP = 1 期間能發(fā)生多期間能發(fā)生多 次翻轉(zhuǎn)，這種次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為空翻現(xiàn)象稱為空翻 25 由兩個同步由兩個同步RS觸發(fā)器組成的主從觸發(fā)器觸發(fā)器組成的主從觸發(fā)器 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點兩個同步兩個同步RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的時鐘互補時鐘互補。 主觸發(fā)器：其狀態(tài)直接由輸入信號決定。主觸發(fā)器：其狀態(tài)直接由輸入信號決定。 從觸發(fā)器：與主觸發(fā)器的輸出連接，其狀態(tài)由主觸發(fā)器的從觸發(fā)器：與主觸

17、發(fā)器的輸出連接，其狀態(tài)由主觸發(fā)器的 狀態(tài)決定。狀態(tài)決定。 工作原理工作原理CP到來主打開，從被封鎖保原態(tài)到來主打開，從被封鎖保原態(tài) CP過后從打開，主被封鎖進不來過后從打開，主被封鎖進不來 主從兩套相配合，定時翻轉(zhuǎn)主從兩套相配合，定時翻轉(zhuǎn)下降沿下降沿 4.2.3 主從觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點主從觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點 26 1 1、主從、主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器 G5 G6 G1 G2 G7 主觸發(fā)器 G8 Qm Qm G3 從觸發(fā)器 G4 & Q Q & 1 S R CP CP G9 (a) 邏輯電路 & & & 工作原理工作原理 （1）接收輸入信號過程）接收輸入信號過程 CP=1期間：主

18、觸發(fā)器控制門期間：主觸發(fā)器控制門G7、 G8打開，接收輸入信號打開，接收輸入信號R、S，有：，有： 從觸發(fā)器控制門從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其封鎖，其 狀態(tài)保持不變。狀態(tài)保持不變。 0 1 RS QRSQ n m n m 27 G5 G6 G1 G2 G7 主觸發(fā)器 G8 Qm Qm G3 從觸發(fā)器 G4 & Q Q & 1 S R CP CP G9 & & & （2）輸出信號過程）輸出信號過程 CP下降沿到來時，主觸發(fā)下降沿到來時，主觸發(fā) 器控制門器控制門G7、G8封鎖，在封鎖，在CP=1 期間接收的內(nèi)容被存儲起來。期間接收的內(nèi)容被存儲起來。 同時，從觸發(fā)器控制門同時，從觸發(fā)器控制門G3

19、、G4 被打開，主觸發(fā)器將其接收的被打開，主觸發(fā)器將其接收的 內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨 之改變狀態(tài)。之改變狀態(tài)。 在在CP=0期間，由于主觸發(fā)期間，由于主觸發(fā) 器保持狀態(tài)不變，因此受其控器保持狀態(tài)不變，因此受其控 制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q 的值當然不可能改變。的值當然不可能改變。 0 1 RS QRSQ nn CP下降沿到來時有效下降沿到來時有效 特性特性 方程方程 28 Q Q S R S CP R Q Q (b) 曾用符號 1S 1R S CP R Q Q (c) 國標符號 CPC1 邏輯符號邏輯符號電路特點電路特點 主從主從RS觸發(fā)器

20、采用主從控觸發(fā)器采用主從控 制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸 入信號直接控制的問題，具入信號直接控制的問題，具 有有CP1期間接收輸入信期間接收輸入信 號，號，CP下降沿到來時觸發(fā)下降沿到來時觸發(fā) 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)的特點。但其仍然存在的特點。但其仍然存在 著約束問題，即在著約束問題，即在CP1期期 間，輸入信號間，輸入信號R和和S不能同不能同 時為時為1。 29 (補充補充)例：主從例：主從RS觸發(fā)器電路中，若觸發(fā)器電路中，若CP、S和和R的電的電 壓波形如圖，試畫出壓波形如圖，試畫出Q和和Q端對應(yīng)的電壓波形。設(shè)觸端對應(yīng)的電壓波形。設(shè)觸 發(fā)器的初始狀態(tài)為發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。 解：解

21、：首先根據(jù)首先根據(jù)CP=1期間期間S、R的狀態(tài)可得到的狀態(tài)可得到Q 、 Q 的電壓波形。的電壓波形。 然后根據(jù)然后根據(jù)CP下降下降 沿沿到達時到達時 Q 、 Q 的狀態(tài)的狀態(tài) 即可畫出即可畫出 Q、Q的電壓波形的電壓波形。 30 G1 G2 J K CP G7 主 G8 G5 G6 G3 從 G4 Q Q 1 G9 Qm Qm & & & & 2 2、主從、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 nn KQRQJS 下降沿到來時有效CP QKQJ QKQQJ QRSQ nn nnn nn 1 代入主從代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，觸發(fā)器的特性方程， 即可得到主從即可得到主從JK觸發(fā)器的特性觸發(fā)器的特性 方程：方

22、程： 將將 主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器沒有約束。沒有約束。 31 J K QnQn+1功能 0 0 0 0 0 1 0 1 nn QQ 1 保持 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 n Q 置 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 n Q 置 1 1 1 0 1 1 1 1 0 nn QQ 1 翻轉(zhuǎn) 特特 性性 表表 CP J K Q 時時 序序 圖圖 32 Q Q J K J CP K Q Q 曾用符號 1J 1K J CP K Q Q 國標符號 CPC1 電路特點電路特點邏輯符號邏輯符號 主從主從JK觸發(fā)器采用觸發(fā)器采用 主從控制結(jié)構(gòu)，從根本主從控制結(jié)構(gòu)，從根本 上解決了輸入信號直

23、接上解決了輸入信號直接 控制的問題，具有控制的問題，具有 CP1期間接收輸入信期間接收輸入信 號，號，CP下降沿到來時下降沿到來時 觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點。 輸入信號輸入信號J、K之間之間 沒有約束。沒有約束。 存在一次變化問題。存在一次變化問題。 33 G1 G2 J K CP G7 G8 G5 G6 G3 G4 Q Q 1G9 RD SD & & & & 帶清零端和預(yù)置端的帶清零端和預(yù)置端的 主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 RD=0，直接置0 01 1 1 1 0 0 1 SD=0，直接置1 G1 G2 J K CP G7 G8 G5 G6 G3 G4 Q Q 1G9 RD SD & &

24、 & & 10 0 0 1 1 1 1 34 SDJ CP K RD Q Q SD RD J K J CP K Q Q 曾用符號國標符號 CP RD SD S 1J 1K R Q Q C1 帶清零端和預(yù)置端的主從帶清零端和預(yù)置端的主從 JK觸發(fā)器的邏輯符號觸發(fā)器的邏輯符號 35 集成主從集成主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 14 13 12 11 10 9 8 7472 1 2 3 4 5 6 7 VCC SD RD K3 K2 K1 Q (b) 7472 的引腳圖 (a) 74LS76 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS76 1 2 3 4 5 6 7 8 1K 1Q 1Q

25、 GND 2K 2Q 2Q 2J 1CP 1SD 1RD 1J VCC2CP 2SD 2RD NC CP J1 J2 J3 Q GND 321 KKKK 321 JJJJ 低電平有效 低電平有效 CP下降沿觸發(fā) 36 1J 2K S R SD J1 J2 J3 CP K1 K2 K3 RD Q Q CP & 與輸入主從與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號觸發(fā)器的邏輯符號 主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號J、K之間沒有約 束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化一次變化問題，即主從JK 觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP1期間其狀態(tài)能且只能變化 一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖 引起，因此

26、其抗干擾能力尚需進一步提高。 37 (補充補充)例：主從例：主從JK觸發(fā)器電路中，若觸發(fā)器電路中，若CP、J 和和K的電壓波形如圖，試畫出的電壓波形如圖，試畫出Q和和Q端對應(yīng)的端對應(yīng)的 電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0。 解：由于每一時刻由于每一時刻J、K的狀態(tài)均已給定，的狀態(tài)均已給定，而且而且CP=1 期間期間J、K的狀態(tài)不變的狀態(tài)不變，所以只要根據(jù)，所以只要根據(jù)CP下降沿到下降沿到 達時達時JK的狀態(tài)就可以逐段畫出的狀態(tài)就可以逐段畫出Q的波形的波形。 38 主從主從JK觸發(fā)器的一次變化問題觸發(fā)器的一次變化問題 定義：在定義：在CP=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)只

27、能根據(jù)輸入期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)只能根據(jù)輸入 信號改變一次，故當信號改變一次，故當CP下降沿到來時，從觸發(fā)器只下降沿到來時，從觸發(fā)器只 按主觸發(fā)器的狀態(tài)變化，而與按主觸發(fā)器的狀態(tài)變化，而與CP下降沿到來時的下降沿到來時的J、 K狀態(tài)無關(guān)。狀態(tài)無關(guān)。 出現(xiàn)一次變化的兩種條件出現(xiàn)一次變化的兩種條件 Q=1，在，在CP=1時時K由由0變變1（置（置0） Q=0，在，在CP=1時時J 由由0變變1（置（置1） 39 例例4.2.5：如圖所示的主從：如圖所示的主從JK觸發(fā)器電路中，若觸發(fā)器電路中，若J、K 端和端和CP的電壓波形如圖，試畫出的電壓波形如圖，試畫出Q端的電壓波形。端的電壓波形。 假設(shè)觸發(fā)器的

28、初態(tài)為假設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為0。 解：在第二、第三個解：在第二、第三個CP期間主觸發(fā)器的狀態(tài)只期間主觸發(fā)器的狀態(tài)只 能根據(jù)輸入信號改變一次能根據(jù)輸入信號改變一次。 40 一、利用一、利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器傳輸門的邊沿觸發(fā)器 1、CP=0期間，TG1導(dǎo)通， TG2截止，Q=D，主觸發(fā) 器接收信息。從觸發(fā)器中， TG3截止，TG4導(dǎo)通，觸發(fā) 器保持不變。 2、CP上升沿到來時，TG3 導(dǎo)通，主觸發(fā)器狀態(tài)移入 從觸發(fā)器之中。同時，TG1 截止，將輸入信號與主觸 發(fā)器隔離。TG2導(dǎo)通，主觸 發(fā)器自行保持不變。 3、CP=1期間，主從觸發(fā)器 均保持不變。 4.2.4 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器 41 邊沿

29、邊沿D觸發(fā)器的特性表：觸發(fā)器的特性表： CPDQnQn+1 0 0 1 1 0 1 0 1 Qn 0 0 1 1 特性方程特性方程 Qn+1=D 42 D CP Q Q D Q Q 曾用符號 D CP 1D Q Q 國標符號 CP C1 邏輯符號邏輯符號 43 14 13 12 11 10 9 8 74LS74 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q 1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8 CC4013 1 2 3 4 5 6 7 VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD 1Q 1Q 1CP 1RD

30、1D 1SD VSS (a) 74LS74引腳排列圖 (b) CC4013引腳排列圖 集成邊沿集成邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器 ：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。 CP上升沿觸發(fā) 44 二、維持二、維持-阻塞邊沿阻塞邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器 工作原理工作原理 CP=0時，與非門G3、G4封鎖， Q3=Q4=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變。同時 Q3、Q4分別反饋到門G5、G6 將其 打開，可接收信號，Q6=D， Q5=Q6=D CP上升沿到來時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。此 時門G3、G4打開，其狀態(tài)分別由G5、 G6決定。Q3=Q5=D，Q4=Q6=D，由 基本RS觸發(fā)器功能 可知，Q=D 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1期間

31、輸入 信號被封鎖。門G3、G4打開后其狀 態(tài)是互補的，必有一個為0。 若Q4=0，則反饋線 兼有置置0 維持線維持線和置置1阻塞線阻塞線的功能。 若Q3=0，將G4、G5封鎖， D端 通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖， 反饋線稱為置置1維持線維持線， 反饋線稱為置置0阻塞線阻塞線。 45 圖圖4.2.18 具有異步置位、復(fù)位端和多輸入具有異步置位、復(fù)位端和多輸入 端的端的維持阻塞維持阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器 46 三、利用傳輸延遲的邊沿三、利用傳輸延遲的邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 CP=0時時 門G3、G4被封鎖， 不論J、K如何，由與或非門組成 的觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)器處于穩(wěn)態(tài)。 CP由由0變變1時，觸

32、發(fā)器不翻轉(zhuǎn)，時，觸發(fā)器不翻轉(zhuǎn)， 為接收信號作準備。為接收信號作準備。 如當觸發(fā)器原態(tài)為0，CP上升沿時， 有兩個信號通道會影響觸發(fā)器的輸出 狀態(tài)：1、門B、B打開，2、門G3、 G4打開，再經(jīng)門A、A。顯然前者影 響輸出比后者要快，此時門B首先由0變1，無論門A為何種狀態(tài)（即無論J、K為何狀 態(tài)）都會使Q仍為0。設(shè)J=1、K=0時，則P=0、P=1，門A、A的輸出都是0。 CP由由1變變0時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。 當CP下降沿到來時，門B由1變0，可使Q=1，使門A輸出為1使Q=0，此時Q=1，觸 發(fā)器翻轉(zhuǎn)。 47 邊沿觸發(fā)器的動作特點邊沿觸發(fā)器的動作特點： 觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于觸發(fā)器的次態(tài)

33、僅取決于CP信號的上信號的上 升沿（維持升沿（維持-阻塞邊沿阻塞邊沿D觸發(fā)器）或下降觸發(fā)器）或下降 沿（利用傳輸延遲的邊沿沿（利用傳輸延遲的邊沿JK觸發(fā)器）到觸發(fā)器）到 達時輸入的邏輯狀態(tài)，而在這以前或以達時輸入的邏輯狀態(tài)，而在這以前或以 后，輸入信號的變化對觸發(fā)器的狀態(tài)沒后，輸入信號的變化對觸發(fā)器的狀態(tài)沒 有影響。有影響。 48 （補充）例：補充）例：如圖所示的維持如圖所示的維持-阻塞邊沿阻塞邊沿D觸發(fā)器電觸發(fā)器電 路中，若路中，若D端和端和CP的電壓波形如圖，試畫出的電壓波形如圖，試畫出Q端的端的 電壓波形。假設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為電壓波形。假設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為0。 解：觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于解：觸

34、發(fā)器的次態(tài)僅取決于CP信號的上升沿到達時信號的上升沿到達時 輸入的邏輯狀態(tài)輸入的邏輯狀態(tài)， Qn+1 =D 49 J CP K Q Q J K Q Q 曾用符號 J CP K 1J 1K Q Q 國標符號 CP C1 邊沿邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 的邏輯符號的邏輯符號 邊沿邊沿JK觸發(fā)觸發(fā) 器的特點器的特點 邊沿觸發(fā)，無一邊沿觸發(fā)，無一 次變化問題。次變化問題。 功能齊全，使用功能齊全，使用 方便靈活。方便靈活。 抗干擾能力極強，抗干擾能力極強， 工作速度很高。工作速度很高。 50 集成邊沿集成邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 (a) 74LS112 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 7

35、4LS112 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q 1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND (b) CC4027 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 CC4027 1 2 3 4 5 6 7 8 VDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2K 2J 2SD 1Q 1Q 1CP 1RD 1K 1J 1SD VSS 74LS112為CP下降沿觸發(fā)。 CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步 輸入端RD和SD為高電平有效。 51 同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)比同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)比 較較 主

36、從觸發(fā)器的觸發(fā)特點主從觸發(fā)器的觸發(fā)特點分兩步分兩步 第一步：在CP=1期間，主觸發(fā)器接收從觸發(fā)器的信號， 但由于主觸發(fā)器本身也是一個同步觸發(fā)器，所以在CP=1 的全部時間里輸入信號都將對主觸發(fā)器起控制作用。此時 從觸發(fā)器保持不動。 第二步：CP下降沿到來時，從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀 態(tài)翻轉(zhuǎn)。 同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象在CP=1期間，如同步觸發(fā)器 的輸入信號發(fā)生多次變化，其輸出信號也會相應(yīng)發(fā)生多次變 化，這種現(xiàn)象稱為空翻。 邊沿觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)特點邊沿觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)特點只在時鐘脈沖CP上升沿或下上升沿或下 降沿降沿時刻接收信號，電路狀態(tài)才發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而提高了觸發(fā) 器的可靠性和抗干擾能力

37、，沒有空翻現(xiàn)象。 52 4.2.5 不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換 （1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。 （2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與 已有觸發(fā)器的特性方程一致。 （3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù) 兩個方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。 （4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫出邏輯電路圖。 利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等 的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。 53 1 1、將、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器 JK觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器 0 1 RS QRSQ nn nn nnnn nnn nnn nnnnn QRQS RSQSQRQR

38、QS RRSQQRQS QRSQQS QRQQSQRSQ )( )( 1 RS觸發(fā)器特性方程 變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK 觸發(fā)器的特性方程一致： 54 RK SJ nnn QKQJQ 1 nnn QRQSQ 1 比較，得： 1J C1 1K S CP R Q Q 電路圖電路圖 55 JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器 1J C1 1K D Q Q 1 CP 寫出D觸發(fā)器的特性方程，并進行變換，使之形式與JK觸發(fā) 器的特性方程一致： nnnnn DQQDQQDDQ )( 1 與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得： DK DJ 電電 路路 圖圖 56 JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器 在數(shù)字電路

39、中，凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號T取值 的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當T0時能保持狀態(tài) 不變，T1時一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。 T Q n Q n+1 功能 0 0 0 1 0 1 nn QQ 1 保持 1 0 1 1 1 0 nn QQ 1 翻轉(zhuǎn) 特性表特性表 邏輯符號邏輯符號 T CP 1T Q Q C1 57 T觸發(fā)器特性方程： nnnn QTQTQTQ 1 與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得： TK TJ 電電 路路 圖圖 1J C1 1K T Q Q CP 58 01 T=1/ 1/ 0/0/ CP T Q Q 狀狀 態(tài)態(tài) 圖圖 時時 序序 圖圖 59 JK觸發(fā)器觸

40、發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器 在數(shù)字電路中，凡每來一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次的電路，都稱 為T觸發(fā)器。 特性表特性表 邏輯符號邏輯符號 CP Q Q C1 QnQn+1功能 0 1 1 0 nn QQ 1 翻轉(zhuǎn) 60 T 觸發(fā)器特性方程： 與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得： TK TJ 電電 路路 圖圖 1J C1 1K 1 Q Q CP nn QQ 1 變換T觸發(fā)器的特性方程： nnnn QQQQ 11 1 61 CP Q Q 01 狀狀 態(tài)態(tài) 圖圖 時時 序序 圖圖 62 2 2、將、將D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK、T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器 D觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器 nn QKQJD J 1D C1

41、Q Q CP 1& &1 K 63 D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器 n QTD T 1D C1 Q Q CP =1 64 D觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器 n QD CP 1D C1 Q Q 65 4.3 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能 RS觸發(fā)器觸發(fā)器 功能功能 主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器 Qn+1=S+R Qn SR=0 （約束條件）（約束條件） 與同步與同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 的邏輯功能一致。的邏輯功能一致。 狀態(tài)圖：狀態(tài)圖： 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器74L71 3個個R端、端、3個個S端端分別為與邏輯關(guān)系分別為與邏輯關(guān)系 清零端清零端RD、預(yù)置端、預(yù)置端SD均為低電平有效均為低電平有效 CP下降沿

42、觸發(fā)下降沿觸發(fā) 66 JK觸發(fā)器觸發(fā)器 功能功能 在主從在主從RS的基礎(chǔ)上稍加改變：的基礎(chǔ)上稍加改變： S=JQ R=KQ 代入代入Qn+1=S+R Qn =JQn+ KQn Qn = JQn+ K Qn JK觸發(fā)器 觸發(fā)器 特性方程特性方程 JK觸發(fā)器功能：觸發(fā)器功能：0 0不變、有不變、有0有有1、與、與J相當、相當、1 1必反。必反。 JK觸發(fā)器狀態(tài)圖：觸發(fā)器狀態(tài)圖： 注意：注意：下降沿下降沿觸發(fā)觸發(fā) 集成集成JK觸發(fā)器觸發(fā)器HC74 67 T觸發(fā)器觸發(fā)器 定義：在時鐘脈沖定義：在時鐘脈沖CP作用下，具有保持和翻作用下，具有保持和翻 轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，稱為轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，稱為T觸發(fā)器。觸發(fā)

43、器。 電路：將電路：將JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J和和K相連作為相連作為T輸入端就輸入端就 構(gòu)成了構(gòu)成了T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 特性方程：特性方程： Qn+1 = TQn+ TQn T=1， Qn+1 = Qn 翻轉(zhuǎn)計數(shù)翻轉(zhuǎn)計數(shù) T=0， Qn+1 = Qn 保持保持 狀態(tài)圖：狀態(tài)圖： 68 T 觸發(fā)器觸發(fā)器 定義：只具有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器。定義：只具有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器。 電路：將電路：將T觸發(fā)器的觸發(fā)器的T端接至固定的高電平。端接至固定的高電平。 特性方程：特性方程： Qn+1 = Qn 翻轉(zhuǎn)計數(shù)翻轉(zhuǎn)計數(shù) T 觸發(fā)器是觸發(fā)器是T觸發(fā)器的特例。觸發(fā)器的特例。 69 D觸發(fā)器觸發(fā)器 定義：具有置定義：具有置

44、0、置、置1功能的觸發(fā)器。功能的觸發(fā)器。 特性方程：特性方程： Qn+1 =D 狀態(tài)圖：狀態(tài)圖： 集成集成D觸發(fā)器觸發(fā)器74HC74雙雙D觸發(fā)器觸發(fā)器 分別具有預(yù)置、清零功能分別具有預(yù)置、清零功能 雙上升沿觸發(fā)雙上升沿觸發(fā) 70 例：電路如圖，已知例：電路如圖，已知D觸發(fā)器為正邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器為正邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿 觸發(fā)器，觸發(fā)器，JK觸發(fā)器為負邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。觸發(fā)器為負邊沿翻轉(zhuǎn)的邊沿觸發(fā)器。 試畫出試畫出 Q 端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為端的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為Q=0。 1 1D C1 U?B74F74 1D C1 U?B 74F74 CPCP CPCP QQ QQ QQ QQ ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) C1 1K 1J U?A74LS112A C1 1K 1J U?A74LS112A 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1D C1 U?B74F74 1D C1 U?B 74F74 CPCP CPCP QQ QQ QQ QQ ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) C1 1K 1J U?