數(shù)字電路PPT課件第五章

1、1數(shù)字電路與邏輯設(shè)計第五章 觸發(fā)器西安郵電學(xué)院“校級優(yōu)秀課程”2目的與要求：重點與難點：第五章 觸發(fā)器1. 理解觸發(fā)器基本概念；2. 理解觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及工作原理；3. 掌握觸發(fā)器邏輯功能的描述；4. 掌握觸發(fā)器的典型應(yīng)用。 觸發(fā)器外部邏輯功能、觸發(fā)方式。3 5.1 概 述 5.2 基本r-s觸發(fā)器 5.3 鐘控(同步)觸發(fā)器 5.4 主從觸發(fā)器 5.5 邊沿觸發(fā)器 第五章 觸發(fā)器4兩大類邏輯電路 組合電路： 時序電路：結(jié)構(gòu)上沒有反饋線，功能上沒有記憶功能；電路的輸出僅僅與當(dāng)時的輸入有關(guān)。結(jié)構(gòu)上有反饋線，功能上有記憶功能；電路的輸出不僅與當(dāng)時的輸入有關(guān)，而且還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)。 5.1 概述

2、52.觸發(fā)器特點:3.觸發(fā)器分類: 時序邏輯電路的最基本單元；能夠存儲一位二進(jìn)制信息。(1)有兩個能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，分別用來表示邏輯0和邏輯1。(2)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)；在輸入信號取消后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來。按觸發(fā)方式分：電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式按邏輯功能分：r-s觸發(fā)器、d觸發(fā)器、j-k觸發(fā)器和t觸發(fā)器1.觸發(fā)器:5.1 概述6 5.2.1 5.2.1基本基本rsrs觸發(fā)器觸發(fā)器 sd & q q & rd g1 g2 s q q r 反饋輸入端輸出端由兩個與非門通過反饋構(gòu)成邏輯符號 1. 電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號以q端的狀態(tài)

3、表示觸發(fā)器狀態(tài)：q=1即觸發(fā)器為狀態(tài)15.2 基本rs觸發(fā)器q=0即觸發(fā)器為狀態(tài)072. 工作原理分析 sd & q q & rd g1 g2 11 sd & q q & rd g1 g2 10101011原狀態(tài)0q 1q原狀態(tài)1q 0q1) 觸發(fā)器保持：當(dāng) =1； =1，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變dsdr5.2 基本rs觸發(fā)器8 sd & q q & rd g1 g2 01 sd & q q & rd g1 g2 原狀態(tài)q=1原狀態(tài)q=01010101102) 觸發(fā)器置1： 當(dāng) =0； =1，無論觸發(fā)器原狀態(tài)如何，都會轉(zhuǎn)變?yōu)?態(tài)d

4、sdr5.2 基本rs觸發(fā)器9 sd & q q & rd g1 g2 10原狀態(tài)q=xx103) 觸發(fā)器置0： 當(dāng) =1； =0，無論觸發(fā)器原狀態(tài)如何，都會轉(zhuǎn)變?yōu)?態(tài)dsdr5.2 基本rs觸發(fā)器10 sd & q q & rd g1 g2 00原狀態(tài)q=x11而當(dāng) =0； =0同時由0變成1后，觸發(fā)器新狀態(tài)不能確定dsdr為避開禁止?fàn)顟B(tài)，輸入信號不應(yīng)同時出現(xiàn) =0； =0dsdr4) 觸發(fā)器禁止?fàn)顟B(tài)： 當(dāng) =0； =0時，觸發(fā)器輸出q和 均為1dsdrq5.2 基本rs觸發(fā)器113.觸發(fā)方式 sd & q q & rd g1 g2 0 11

5、01 0置1端（set）置0端（reset）基本rs觸發(fā)器的觸發(fā)方式屬電平觸發(fā)觸發(fā)器狀態(tài)端 s q q r 5.2 基本rs觸發(fā)器1211001000010100011110101011110011邏輯功能表保 持置 1置 0禁 止4.4. 邏輯邏輯功能功能新狀態(tài)q原狀態(tài)qdsdr+ =1dsdr5.2 基本rs觸發(fā)器13邏輯符號 真值表0 11 00 01 1q q0 11 0不允許不變小圓圈表示低電平置零小圓圈表示低電平置1電平觸發(fā)觸發(fā)器：觸發(fā)器輸出狀態(tài)的變化取決于輸入信號的電平值的變化，將其稱為電平觸發(fā)觸發(fā)器5、與非門構(gòu)成的基本rs觸發(fā)器邏輯功能描述dsdr5.2 基本rs觸發(fā)器 ：置零

6、或復(fù)位端（低電平置零） ：置1或置位端（低電平置） ：觸發(fā)器原端或1端q ：觸發(fā)器非端或0端drdsq141 狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表： 000 1001 1010001101001101111001111qnqn+1狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表dsdr根據(jù)真值表建立起輸入信號 及 、觸發(fā)器的原狀態(tài)qn（現(xiàn)態(tài)）與觸發(fā)器的新狀態(tài)qn+1 （次態(tài)）之間的關(guān)系表dsdr5.2 基本rs觸發(fā)器5.2.2 觸發(fā)器邏輯功能的描述方法152 次態(tài)卡諾圖3 特征方程1srddnddnqrsq1（約束條件）dsdrnq10110001000111105.2 基本rs觸發(fā)器164 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖0基本觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖01dd sr，10dd

7、 sr，1dd sr dd1sr5.2 基本rs觸發(fā)器17qnqn+1sdrd 說說 明明0 00 01 1x0 0狀態(tài)不變狀態(tài)不變0 01 10 01 1置置1 11 10 01 10置置0 01 11 1x x11 1狀態(tài)不變狀態(tài)不變5 激勵表5.2 基本rs觸發(fā)器18 畫工作波形的方法：a) 根據(jù)觸發(fā)器動作特征確定狀態(tài)變化的時刻b) 根據(jù)觸發(fā)器的邏輯功能確定新狀態(tài) s r q q 011101110111011100不定不變禁止置1不變置1 不變置0不變6 6 波形圖波形圖時鐘觸發(fā)器邏輯功能：5種描述方式+波形圖初始狀態(tài)為05.2 基本rs觸發(fā)器19例例1 1 在用與非門組成的基本在用與

8、非門組成的基本rsrs觸發(fā)器中，設(shè)初始狀態(tài)為觸發(fā)器中，設(shè)初始狀態(tài)為0 0，知輸入知輸入 、 的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。drqq初始狀態(tài)為05.2 基本rs觸發(fā)器ds205.2.3 5.2.3 基本觸發(fā)器的特點總結(jié)基本觸發(fā)器的特點總結(jié)1.1.有兩個互補的輸出端，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。有兩個互補的輸出端，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)。2.2.有復(fù)位、置位、保持三種功能。有復(fù)位、置位、保持三種功能。3.3.復(fù)位輸入端、置位輸入端，可以是低電平有效，復(fù)位輸入端、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)。也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。4.4.

9、由于反饋線的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效由于反饋線的存在，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間。信號只需要作用很短的一段時間。5.2 基本rs觸發(fā)器215.3 5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器鐘控（同步）觸發(fā)器 s cp r & & & & g3 g1 g2 g4 q4 q3 q q s cp r q q 邏輯符號 電路結(jié)構(gòu)1. 電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號電路結(jié)構(gòu)：由基本rs觸發(fā)器和時鐘脈沖控制門電路組成。5.3.1 鐘控rs觸發(fā)器222.2. 工作原理工作原理 s cp r & & & & g3 g1 g2 g4 q4 q

10、3 q q s=0；r=0：qn+1=qn s=1；r=0：qn+1=1 s=0；r=1：qn+1=0 s=1；r=1：禁止cp=1：cp=0：狀態(tài)不變0 1&狀態(tài)發(fā)生變化5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器23s sr rq qn+1n+1 說說 明明0 00 0q qn n狀態(tài)不變狀態(tài)不變0 01 10 0置置0 01 10 01 1置置1 11 11 1禁止?fàn)顟B(tài)禁止?fàn)顟B(tài)qns sr rqn10 00 00 00 00 00 01 10 00 01 10 01 10 01 11 1x x1 10 00 01 11 10 01 10 01 11 10 01 11 11 11 1x x3.3.邏

11、輯功能描述（在邏輯功能描述（在cp=1cp=1）1) 功能表2) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表rs 觸發(fā)器次態(tài)卡諾圖3) 次態(tài)卡諾圖 0 1 0 0 1 1 s 1 rqn 0 00 01 11 10 10nnqsr qs r（約束條件）4) 特征方程5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器24 6) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 1 0 s=0r=1s=1r=0s=xr=0s=0r=x時鐘觸發(fā)器邏輯功能：5種描述方式+波形圖q qn nq qn+1n+1s sr r 說說 明明0 00 00 0x x0 0狀態(tài)不變狀態(tài)不變0 01 11 10 0置置1 11 10 00 01 1置置0 01 11 1x x0 01 1狀態(tài)不變狀態(tài)不變5

12、) 激勵表5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器25 cp s r q srqn+1 00qn 01 0 10 1 11 同步rs觸發(fā)器真值表在cp為低電平期間其狀態(tài)不變。 在cp為高電平期間的r、s信號影響觸發(fā)器的狀態(tài)。7 7）工作波形）工作波形初態(tài)為05.3 鐘控（同步）觸發(fā)器265.3.2 鐘控d觸發(fā)器1.電路組成&qq&cpd5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器272.特征方程cp=1時，特征方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表dqn1dqn+100115.3 鐘控（同步）觸發(fā)器28nq1nq01000011111d04.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.激勵表5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器295.3.3 鐘控jk觸發(fā)器1.電路

13、組成&drdsqq&jkcp5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器302.特征方程cp=1時，特征方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表nnnqkqjq111101010qn00qn+1kj nq5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器31nq1nq01000011111jk04.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.激勵表5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器325.3.4 鐘控 t 觸發(fā)器1.電路組成&drdsqq&tcp5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器332.特征方程cp=1時，特征方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表nnnqtqtq11qn0qn+1tnq5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器344. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5.激勵表5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器35例1 鐘控

14、rs觸發(fā)器及邏輯門組成如下時序電路，其輸入cp、d端波形如圖所示，設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為1，試畫出觸發(fā)器q 端的輸出波形。 1 d s q q r cp d cp q cp 解：時鐘rs觸發(fā)器s=d，r= d, 電路只有置0、置1兩種邏輯動作。 s(r)5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器365.3.55.3.5電位觸發(fā)方式的工作特性電位觸發(fā)方式的工作特性1.電位觸發(fā)方式當(dāng)鐘控信號cp為低（高）電平時，觸發(fā)器不接受輸入激勵信號，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；當(dāng)鐘控信號cp為高（低）電平時，觸發(fā)器接受輸入激勵信號，狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移。2.電位觸發(fā)方式的特點：在約定鐘控信號電平（cp=1或cp=0）期間，輸入激勵信號的變化都會引起

15、觸發(fā)器狀態(tài)的改變；在約定鐘控信號電平（cp=0或cp=1）期間，無論輸入激勵信號如何變化，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器37 cp s r q 鐘控rs觸發(fā)器在cp的有效電平期間，r、s如果發(fā)生多次變化，觸發(fā)器的狀態(tài)也隨著變化多次。對信號的敏感時間長，抗干擾能力差。3.3.鐘控鐘控rsrs觸發(fā)器存在的空翻現(xiàn)象觸發(fā)器存在的空翻現(xiàn)象解決辦法? q & & 2 1 & 3 & 4 r s q 5.3 鐘控（同步）觸發(fā)器385.4 主從觸發(fā)器一、 主從觸發(fā)器基本原理為了避免空翻現(xiàn)象可以采用具有存儲功能的觸發(fā)引導(dǎo)電路，主從結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器就是這類電路。 輸出狀

16、態(tài)變化的時刻在時鐘的下降沿。 輸出狀態(tài)如何變化，則由時鐘cp下降沿到來前一瞬間的r、s值按rs觸發(fā)器的特征方程來決定。 1、主從rs觸發(fā)器scprg 8g7g 9g 5g 6&1qqg 3g1g 2g4主觸發(fā)器 從觸發(fā)器 1&qq001&39 j cp k & & & & & & & & 1 & & g8 g7 g10 g11 g9 g3 g1 g2 g4 g6 g5 q q q q 5.4 主從觸發(fā)器2、主從jk觸發(fā)器主觸發(fā)器 從觸發(fā)器 405.4 主從觸發(fā)器二、 主從jk觸發(fā)器主觸發(fā)器的

17、一次翻轉(zhuǎn)所謂一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象是指在cp=1期間，主觸發(fā)器接收了輸入激勵信號發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)后，主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變，它不再隨輸入激勵信號j、k的變化而變化。 主從jk觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入端抗干擾能力較弱。 主從jk觸發(fā)器的工作波形圖415.4 主從觸發(fā)器三、主從觸發(fā)器的脈沖工作特性 以上圖 所示電路為例來說明觸發(fā)器工作時，對時鐘cp及激勵信號j、k的要求。 時鐘cp由0上跳至1及cp=1的準(zhǔn)備階段，要求：cp=1的持續(xù)期tcph2tpd。 cp由1下跳至0時，主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至從觸發(fā)器。 要求：要求cp=0的持續(xù)期tcpl3tpd。 為了保證觸發(fā)器能可靠地進(jìn)行狀態(tài)變化，允許時鐘信號的最高工作頻率為m

18、ax115cpcphcplpdfttt425.5 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器不僅可以克服電位觸發(fā)方式的多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且僅在cp上升沿或下降沿，才對輸入信號響應(yīng)，這樣大大提高了抗干擾能力，工作更為可靠。 一、 維持阻塞式d觸發(fā)器 維持阻塞式d觸發(fā)器 rd d sd & & & & & & g5 g6 g3 g4 g1 g2 q q cp 預(yù)置端清零端10100111111110基本rs觸發(fā)器435.5 邊沿觸發(fā)器cp0維持阻塞式d觸發(fā)器 rd d sd & & & & & & g5 g6 g3 g4 g1

19、 g2 q q cp q5 q6 q3 q4 sd=rd =1 &01111qn+1=qn&dddq 5dq 6cp = 0 期間d信號存于q611445.5 邊沿觸發(fā)器cp由0變1維持阻塞式d觸發(fā)器 rd d sd & & & & & & g5 g6 g3 g4 g1 g2 q q cp q5 q6 q3 q4 dqn 1dqn 1&ddddddsd=rd =1 11455.5 邊沿觸發(fā)器cp1維持阻塞式d觸發(fā)器 rd d sd & & & & & & g5 g6 g3 g

20、4 g1 g2 q q cp q5 q6 q3 q4 sd=rd =1 &dd1若q3=0， q4=1 0110置0維持線101置1阻塞線11465.5 邊沿觸發(fā)器cp1維持阻塞式d觸發(fā)器 rd d sd & & & & & & g5 g6 g3 g4 g1 g2 q q cp q5 q6 q3 q4 &dd1若q3=1， q4=0 100置1維持線1&1sd=rd =1 1置0阻塞線11475.5 邊沿觸發(fā)器維持阻塞式d觸發(fā)器具有邊沿觸發(fā)的功能，并有效地防止了空翻。 分析結(jié)果： 和 為直接異步置1和置0端。 當(dāng) =0，

21、=1，保證觸發(fā)器可靠置0。 當(dāng) =1， =0，保證觸發(fā)器可靠置1。 當(dāng) =1， =1時： cp=0時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 cp上升沿時，觸發(fā)器 的狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，其次態(tài)取決于cp脈沖上升沿到達(dá)前瞬間d端的信號： cp=1時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。drdrdsdrdrdsdsdsdq1n485.5 邊沿觸發(fā)器二、 脈沖工作特性由圖可知，維持阻塞式d觸發(fā)器的工作分兩個階段： cp=0期間為準(zhǔn)備階段，cp由0變至1時為觸發(fā)器的狀態(tài)變化階段。為了使觸發(fā)器可靠工作，必須要求： cp=0期間，在建立時間tset內(nèi)要求d信號保持不變，且cp=0的持續(xù)時間tcpl2tpd。 在cp由0變至1及cp脈沖前沿到達(dá)后，保持時間th，th=tpd。 從cp由0變至1開始，要求cp=1的持續(xù)時間 tcph3tpd。 為使維持阻塞式d觸發(fā)器可靠工作，cp的最高工作頻率為 max115cpcplcphpdfttt495.5 邊沿觸發(fā)器維持阻塞式d觸發(fā)器波形圖 505.5 邊沿觸發(fā)器三、邊沿觸發(fā)器 負(fù)邊沿jk觸發(fā)器 利用門傳輸延遲時間構(gòu)成