數(shù)字電路第五章-副本

1、2021-12-251數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-252北航 電子信息工程學(xué)院n作業(yè)5.2；5.3；5.65.9；5.11；5.12；5.145.20；5.22；5.25；5.27數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-253北航 電子信息工程學(xué)院第五章 觸發(fā)器n 數(shù)字系統(tǒng)中，把能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)的基本單基本單元電路元電路稱為觸發(fā)器（）。n 觸發(fā)器應(yīng)具備三個(gè)基本特點(diǎn)三個(gè)基本特點(diǎn)： 觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：邏輯0和邏輯1；在輸入信號(hào)作用下，觸發(fā)器可以從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，能保持其狀態(tài)不變。 n 觸發(fā)器種類很多：按電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)分為基本、同步、主從、邊沿觸發(fā)器；按邏輯功能邏輯功

2、能分為RS、JK、D和T觸發(fā)器；按觸發(fā)方式觸發(fā)方式分為電平、脈沖和邊沿觸發(fā)器等。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-254北航 電子信息工程學(xué)院第五章 觸發(fā)器n5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器 n5.2 主從觸發(fā)器 n5.3 邊沿觸發(fā)器 n5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-255北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n基本RS觸發(fā)器用或非門組成的基本RS觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-256北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n基本RS觸發(fā)器用或非門組成的基本RS觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-257北航 電子信息工程學(xué)

3、院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n基本RS觸發(fā)器用或非門組成的基本RS觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-258北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n基本RS觸發(fā)器用或非門組成的基本RS觸發(fā)器 邏輯功能表 的約束條件。循所以正常工作下，應(yīng)遵不定”信號(hào)同時(shí)消失后，的“和01DDDDRSQQS數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-259北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器用與非門組成的基本RS觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu) 邏輯功能表 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2510北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器用與非門組成的基本RS觸發(fā)器 波形分析10同為同時(shí)為和

4、QQRSDD,數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2511北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)基本RS觸發(fā)器具有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能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)直接觸發(fā) 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2512北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步RS觸發(fā)器時(shí)鐘脈沖控制觸發(fā)器狀態(tài)的改變同步觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器?；据斎肟刂崎TRS數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2513北航 電子信息工程學(xué)院 R S Qn Qn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0

5、1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步觸發(fā)器 邏輯功能表 才起作用。和到達(dá)，只有觸發(fā)信號(hào)RSCLK數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2514北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器在CLK=1的全部時(shí)間里，S和R的變化都將引起輸出狀態(tài)的變化 波形分析n同步觸發(fā)器 說明：鐘控端的縮寫CLK = ClockCP = Clock PulseCLKSRQ數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2515北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)電平觸發(fā)；在CLK=1的全部時(shí)間內(nèi)，S和R的變化都將引起

6、觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化；如果CLK=1期間輸入信號(hào)多次變化，則觸發(fā)器狀態(tài)也會(huì)發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，俗稱“空翻”。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2516北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n帶異步復(fù)位、置位端的同步RS觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2517北航 電子信息工程學(xué)院n觸發(fā)器功能的其他表示方法 特性方程 RS = 0 (約束條件) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 nnQRSQ1 波形圖 CPRQQS 1 0 1 1 0 0 R 0 1 00 01 11 10 Qn+1 SQn R S Qn Qn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0

7、0 1 1 1 1 0 1 特性表 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2518北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步D觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu) 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2519北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步D觸發(fā)器 特性方程 特性表 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 DQn1 D Qn Qn+1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2520北航 電子信息工程學(xué)院5.1 基本觸發(fā)器和同步觸發(fā)器n同步D觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)別名：D型鎖存器，雙穩(wěn)態(tài)鎖存器電平觸發(fā)；時(shí)鐘脈沖持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)，D端的激勵(lì)信號(hào)的變化可以造成觸發(fā)器狀態(tài)多次翻轉(zhuǎn)；時(shí)鐘脈沖寬

8、度應(yīng)該大于2tpd 。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2521北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器n主從RS觸發(fā)器n主從JK觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2522北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器n主從RS觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu) 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2523北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器n主從RS觸發(fā)器工作原理 主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍 觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)在CLK由1變0時(shí)刻（CLK下降沿） CLK一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響 主從觸發(fā)器對(duì)輸入信號(hào)的敏感時(shí)間大大縮短，只在CLK由1變0的時(shí)刻觸發(fā)翻轉(zhuǎn) 不會(huì)有空翻現(xiàn)象 主從觸發(fā) 數(shù)字電路與系統(tǒng)

9、2021-12-2524北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器n主從RS觸發(fā)器XXX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRSCLKnQ改變一次周期，輸出狀態(tài)只可能所以每個(gè)態(tài)翻轉(zhuǎn)“從”根據(jù)“主”的狀保持，下降沿到達(dá)時(shí)，“主”翻轉(zhuǎn)，“從”保持時(shí)，“主”按clkclkRSclk)2(,1) 1 ( 真值表 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2525北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器 波形圖 n主從RS觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2526北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器n主從JK觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu) 也是確定的的情況下，即使出現(xiàn)為解

10、除約束*1QRS數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2527北航 電子信息工程學(xué)院n主從JK觸發(fā)器 J K Qn Qn+1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 特性表 nnnQKQJQ1 J Qn+1 10 0 KQn 1 1 0 0 11 1 1 01 00 0 1 0 工作原理 00保持11011000111數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2528北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器特性方程 nnnQKQJQ1CPJKQ123456波形圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 n主從JK觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-252

11、9北航 電子信息工程學(xué)院n主從RS觸發(fā)器和主從JK觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)；輸出狀態(tài)只能改變一次”狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，到達(dá)后，“從”按“主第二步“從”保持時(shí)，“主”接收信號(hào)，第一步分兩步動(dòng)作：clkclk1. 1能翻轉(zhuǎn)一次。“主”可能翻轉(zhuǎn)也只可高電平期間，觸發(fā)器，在但主從控制作用；輸入信號(hào)對(duì)“主”都起的全部時(shí)間里，觸發(fā)器，在主從clkJKclkSR1. 2SR數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2530北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器主從T觸發(fā)器電路符號(hào) T觸發(fā)器（T=1） 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 特性方程 1JQCPC1Q1KTQQC1 1T(a)(b)nnnQTQTQ1nnQQ1n主從T觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-1

12、2-2531北航 電子信息工程學(xué)院5.2 主從觸發(fā)器主從JK觸發(fā)器存在的問題 一次變化現(xiàn)象 CPJKQ=0圖5 .2.8 主 從J K 觸發(fā) 器 的一次變化波形00111數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2532北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器 為了提高觸發(fā)器的抗干擾能力，希望觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于CLK信號(hào)的沿（上升沿和下降沿）到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)，而在此之前和之后輸入狀態(tài)的變化對(duì)次態(tài)沒有影響。n 維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器n CMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器n 利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2533北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器n維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器回憶

13、 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2534北航 電子信息工程學(xué)院n維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器1 維持阻塞邊沿D觸發(fā)器 置1維持線 置0阻塞線 111010 結(jié)構(gòu)及工作原理 同步D觸發(fā)器 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2535北航 電子信息工程學(xué)院 維持阻塞邊沿D觸發(fā)器 置1維持線 置0阻塞線 置0維持線1101000 n維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器結(jié)構(gòu)及工作原理 同步D觸發(fā)器 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2536北航 電子信息工程學(xué)院n維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器置1阻塞置0維持置0阻塞置1維持結(jié)構(gòu)及工作原理 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2537北航 電子信息工程學(xué)院CPDQ12345n維持-阻塞邊沿D觸發(fā)

14、器波形圖 數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2538北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器帶RD和SD端的維持阻塞D觸發(fā)器 QQC11DRSSDRDCPD國(guó)標(biāo)符號(hào)國(guó)標(biāo)符號(hào)“” 表示邊沿觸發(fā)動(dòng)作數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2539北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器nCMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2540北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器nCMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器工作原理 CP=0時(shí)，TG1接通，TG2關(guān)閉，主觸發(fā)器接收輸入信號(hào)，Q1=D； TG4接通，TG3關(guān)閉，輸出維持不變。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2541北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊

15、沿觸發(fā)器nCMOS主從結(jié)構(gòu)邊沿觸發(fā)器 改變CP信號(hào)極性，可構(gòu)成下降沿觸發(fā)。工作原理 CP由0變1時(shí)，TG1關(guān)閉，TG2接通，主觸發(fā)器維持不變，TG3接通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收輸入信號(hào)。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2542北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器n利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器 電路結(jié)構(gòu)工作原理G1G3、G4G6組成基本RS觸發(fā)器，G7、G8為導(dǎo)引門，其延遲時(shí)間大于基本RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時(shí)間。注意G2和G6門。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2543北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器n利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器nnnnQQNQQ1nQJM nKQN nnnnQQMQQ1工作

16、原理CP=1期間：數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2544北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器n利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器NM工作原理 CP由1變0時(shí)，首先封鎖G2、G6兩個(gè)與門，基本RS觸發(fā)器等效為：數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2545北航 電子信息工程學(xué)院5.3 邊沿觸發(fā)器n利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器nnnnnnnnQKQJQKQQJNQMQRSQ1NM工作原理 由于延遲時(shí)間大，CP下跳時(shí)， G7、G8門的輸出還沒有變化，由基本RS觸發(fā)器特性方程： 此后，G2、G6門也被封鎖，J、K的變化不再起作用。 CP下降沿觸發(fā)。數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2546北航 電子信息工程學(xué)院5.

17、4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換n觸發(fā)器功能轉(zhuǎn)換 n觸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2547北航 電子信息工程學(xué)院5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換n觸發(fā)器功能轉(zhuǎn)換 JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他觸發(fā)器 nnnQKQJQ1DQn1nnnQTQTQ1nnQQ1數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2548北航 電子信息工程學(xué)院5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他觸發(fā)器 nnnQKQJDQ1nnnQTQTDQ1nnQDQ1數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2549北航 電子信息工程學(xué)院5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換基本RS觸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性 n觸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性 輸入信號(hào)寬度: tW 2tpd 傳輸延遲時(shí)間：從輸入信號(hào)變

18、化至新狀態(tài)建立的時(shí)間： tPLH =tpd； tPHL =2tpd數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2550北航 電子信息工程學(xué)院5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換同步RS觸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性 由基本RS觸發(fā)器輸入信號(hào)寬度的要求知道：輸入信號(hào)與CP同時(shí)為高的時(shí)間： tW2tpd 傳輸延遲時(shí)間 從CP觸發(fā)沿至新狀態(tài)建立的時(shí)間 tPLH =2tpd ；tPHL =3tpd數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2551北航 電子信息工程學(xué)院5.4 觸發(fā)器特性及功能轉(zhuǎn)換主從觸發(fā)器動(dòng)態(tài)特性 為了可靠翻轉(zhuǎn)，在CP=1期間，輸入信號(hào)應(yīng)保持不變，保持時(shí)間： tHtWH 傳輸延遲時(shí)間 從CP觸發(fā)沿至新狀態(tài)建立的時(shí)間 tPLH =3tpd ；tPHL =4tpd 最高時(shí)鐘頻率 由同步觸發(fā)器的特點(diǎn)，主從觸發(fā)器的CP的高電平持續(xù)時(shí)間都應(yīng)大于 3tpd 因此 fCP1/6tpd數(shù)字電路與系統(tǒng)2021-12-2552北航 電子信息工程學(xué)院本章小結(jié) 觸發(fā)器特點(diǎn)：置數(shù)、保持； 描述觸發(fā)器邏輯功能的方法