數(shù)字電子技術基礎：第五章 觸發(fā)器

1、學習要點：學習要點：掌握：掌握：觸發(fā)器邏輯功能；觸發(fā)器邏輯功能； 動作特點及其與電路結構的關系；動作特點及其與電路結構的關系； 基本基本SR觸發(fā)器的電路結構觸發(fā)器的電路結構了解：了解：其它觸發(fā)器的電路結構其它觸發(fā)器的電路結構第五章第五章 復習要點復習要點l觸發(fā)器的定義觸發(fā)器的定義l特點特點l分類（功能和電路結構）分類（功能和電路結構）l動作特點動作特點l特性方程特性方程l符號符號觸發(fā)器觸發(fā)器(Flip-Flop): 存儲存儲1位二值信號的基本單元電路位二值信號的基本單元電路.特點：特點：1. 具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的0和和

2、1，或二進制數(shù)的或二進制數(shù)的0和和1；2. 在觸發(fā)信號的操作下，根據(jù)不同的輸入信號可以置成在觸發(fā)信號的操作下，根據(jù)不同的輸入信號可以置成1或或0狀態(tài)。狀態(tài)。描述方法：描述方法： 邏輯符號、特性表、特性方程、波形圖邏輯符號、特性表、特性方程、波形圖狀態(tài)轉換圖、驅動表等狀態(tài)轉換圖、驅動表等1. 按邏輯功能分類：按邏輯功能分類：SR觸發(fā)器，觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，觸發(fā)器，T觸發(fā)器，觸發(fā)器，D觸發(fā)器等觸發(fā)器等2. 觸發(fā)方式分類：觸發(fā)方式分類：鎖存，電平觸發(fā)，脈沖觸發(fā)，邊沿觸發(fā)鎖存，電平觸發(fā)，脈沖觸發(fā)，邊沿觸發(fā)觸發(fā)器分類：觸發(fā)器分類：3. 根據(jù)存儲數(shù)據(jù)的原理分類：根據(jù)存儲數(shù)據(jù)的原理分類：靜態(tài)觸發(fā)器（靠電路狀

3、態(tài)的自鎖存儲數(shù)據(jù)）（本章介紹）靜態(tài)觸發(fā)器（靠電路狀態(tài)的自鎖存儲數(shù)據(jù)）（本章介紹）動態(tài)觸發(fā)器（通過在動態(tài)觸發(fā)器（通過在MOS管柵極輸入電容上存儲電荷來管柵極輸入電容上存儲電荷來存儲數(shù)據(jù)）存儲數(shù)據(jù)） 含有狀態(tài)變量含有狀態(tài)變量Q 的真值表叫做特性表（或功能的真值表叫做特性表（或功能表）。觸發(fā)器的表）。觸發(fā)器的次態(tài)次態(tài)Q*不僅與輸入狀態(tài)有關，而且與不僅與輸入狀態(tài)有關，而且與觸發(fā)器觸發(fā)器初態(tài)初態(tài)Q有關。有關。注：注：Q, Q 為輸出端，稱為：狀態(tài)變量為輸出端，稱為：狀態(tài)變量 定義定義 ：Q=1，Q=0, 為觸發(fā)器的為觸發(fā)器的1狀態(tài)，狀態(tài)， Q=0，Q=1, 為觸發(fā)器的為觸發(fā)器的0狀態(tài)。狀態(tài)。Q 為觸發(fā)器

4、原來的狀態(tài)，也叫初態(tài)。為觸發(fā)器原來的狀態(tài)，也叫初態(tài)。Q* 為觸發(fā)器后來的狀態(tài)，也叫次態(tài)。為觸發(fā)器后來的狀態(tài)，也叫次態(tài)。 描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達稱為特性方程或狀態(tài)方程。 工作波形圖又稱時序圖,它反映了觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時間和輸入信號變化的規(guī)律. 狀態(tài)轉換圖是用圖形方式來描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉移規(guī)律。鎖存器：鎖存器： SR 鎖存器電平觸發(fā)：電平觸發(fā)： SR 觸發(fā)器 D 鎖存器脈沖觸發(fā)：脈沖觸發(fā)： SR 觸發(fā)器 JK 觸發(fā)器邊沿觸發(fā)：邊沿觸發(fā)： SR 觸發(fā)器 JK 觸發(fā)器 D 觸發(fā)器 T 觸發(fā)器 用或非門組成的鎖存器用或非門組成的鎖存器高電平高電平有效有效*QQRSDD鎖存器的鎖存器的特性表特性表

5、初態(tài)初態(tài)次態(tài)次態(tài)狀態(tài)狀態(tài)變量變量1,01 0,10 11 0.DDQQQQSR定定義義：為為“ ”狀狀態(tài)態(tài)為為“ ”狀狀態(tài)態(tài)：置置位位端端或或置置 輸輸入入端端 ：復復位位端端或或置置工工作作原原理理輸輸入入端端1*20. DDDDSRQS R和和的的“ ”信信號號同同時時消消失失后后，不不定定所所以以約約束束條條件件正正常常工工作作下下，應應遵遵循循的的約約束束條條件件。用與非門組成的鎖存器用與非門組成的鎖存器低電平低電平有效有效 *DDSRQ Q鎖存器的鎖存器的特性表特性表 0* ：不允許1 1 1 ：置11 0 0 ：置00 1 Q : 保持0 0 Q *S Rn特性表（與非門）特性表（

6、與非門）n邏輯符號：邏輯符號： 1* ：不允許1 1 1 ：置11 0 0 ：置00 1 Q : 保持0 0 Q *S R 特點：特點：高電平有效高電平有效 特點：特點：低電平有效低電平有效1. Q為狀態(tài)變量。其中：為狀態(tài)變量。其中：Q為觸發(fā)器原來的狀態(tài)（初態(tài)）；為觸發(fā)器原來的狀態(tài)（初態(tài)）； Q*為觸發(fā)器新的狀為觸發(fā)器新的狀態(tài)（次態(tài)）。態(tài)（次態(tài)）。Q=1，Q=0, 觸發(fā)器為觸發(fā)器為 1 ， Q=0，Q=1, 觸發(fā)器為觸發(fā)器為 0。2. S D (set) -置位端（置置位端（置1） ；R D(reset)-復位端（置復位端（置0）。）。 當當S D 有效有效 - Q=1，當，當R D 有效有效

7、 Q =0。不允許。不允許S D 、R D 同時有效。同時有效。說明：說明：約束條件 0*SRQRSQ*QQRSDDn例例5.2.15.2.1：如圖所示電路，已知輸入波形，畫對應的輸出波形。10同為同時為和QQRSDD,首先回到首先回到高電平高電平*QQRSCLK輸入控輸入控制電路制電路SRSR鎖鎖存器存器約束條件有效在 1 0*SRCLKQRSQ)()(CLKRRCLKSSDD SDRD特性表特性表電平觸發(fā)的電平觸發(fā)的D D觸發(fā)器觸發(fā)器有效在1 CLKDQ*用用CMOSCMOS傳輸門組成的電傳輸門組成的電平觸發(fā)平觸發(fā)D D觸發(fā)器觸發(fā)器透明的透明的D D型型鎖存器鎖存器狀態(tài)自狀態(tài)自鎖的閉鎖的閉

8、合回路合回路n例題：例題：如圖所示電路，已知輸入波形，畫對應的輸出波形。設初始狀態(tài)為0。CP=0 保持CP=1 由輸入信號決定輸出干擾干擾脈沖脈沖1CLKQQSRD在期間， 和可能隨 、變化多次翻轉多次多次翻轉翻轉組成：組成： * 2個電平觸發(fā)個電平觸發(fā)SR 觸發(fā)器觸發(fā)器: (主觸發(fā)器主觸發(fā)器 、從、從 觸發(fā)器）觸發(fā)器） * 時鐘信號：時鐘信號： CLK=1 主主SR 觸發(fā)器有效，從觸發(fā)器被封鎖。觸發(fā)器有效，從觸發(fā)器被封鎖。 CLK=0 從從SR 觸發(fā)器有效，主觸發(fā)器被封鎖。觸發(fā)器有效，主觸發(fā)器被封鎖。電平觸發(fā)SR 觸發(fā)器電平觸發(fā)SR 觸發(fā)器主觸發(fā)器從觸發(fā)器邏輯符號1. 從鎖存結構到電平觸發(fā)結

9、構2. 從電平觸發(fā)結構到脈沖結構增加CLK 和控制門2個電平觸發(fā)SR 觸發(fā)器時鐘控制:主觸發(fā)器（CLK=1有效）從觸發(fā)器（CLK=0有效）電平觸發(fā)結構脈沖結構不變。被封鎖，從觸發(fā)器、，主觸發(fā)器接受信號（QQQRSmm ),電路原理圖：電路原理圖：脈沖觸發(fā)結構觸發(fā)器等效于在CLK 下降沿接受信號。*在在CLK=1期間：期間： *在在CLK=0期間：期間： 波形分析：波形分析：不可改變。、此時，而主觸發(fā)器被封鎖，、）（），（從觸發(fā)器可接受信號（mmSmSmQQQQRQSQ) *結論：結論：工作原理分析工作原理分析 ： Q不變Qm .Qm不變Q接受Qm例例5.4.1：*波形分析波形分析(設初始狀態(tài)為

10、設初始狀態(tài)為0)：CLK =1期間,主觸發(fā)器接受信號（改變Qm ，Qm），從觸發(fā)器被封鎖，Q不變。CLK =0期間,主觸發(fā)器被封鎖（Qm ，Qm不變），從觸發(fā)器接受信號，Q 可變。* *結論：結論：脈沖觸發(fā)結構觸發(fā)器等效于在脈沖觸發(fā)結構觸發(fā)器等效于在CLK 下降沿接受信號。下降沿接受信號。n特性表特性表SR 脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā)n特性方程特性方程n邏輯符號邏輯符號約束條件下降沿有效在 0*SRCLKQRSQ Q 1* 1 1 1 1 0 0 0 1 Q 0 0 Q *CLK S R * 主SR 觸發(fā)器+從SR 觸發(fā)器 * 時鐘信號： CLK=1 主SR 觸發(fā)器有效 CLK=0 從SR 觸發(fā)器有效組

11、成：組成： * 脈沖觸發(fā)SR 觸發(fā)器 + 反饋線 (Q - G8 / Q - G7) * S=JQ R=KQn特性表特性表JK 脈沖觸發(fā)脈沖觸發(fā)n特性方程特性方程n邏輯符號邏輯符號下降沿有效在 CLKQKJQQ * Q Q 1 1 1 1 0 0 0 1 Q 0 0 Q *CLK J K 組成：組成： 脈沖觸發(fā)SR 觸發(fā)器 + 反饋線 QKQJQQRSQ)(* KQRJQS*KQJQQQQKJQQ (2)0,11100000QcJKclklkQQ，“主”后，“從”置 ： ，“主”保持若則時，1,1(1)1,001111JKclkQQclkQ若則“主”保持，“主”后，“從”置 ：時，10(3)0

12、1JKclkQclkQQQ“主”保持后，“從”保持: 若則時，1,0( )0(4),111QclkQQJKcQlk若則“主”置后，“從”翻轉: 若則“主”置若則時，*QQKJCLK*Q*QQRSCLK*Q Q Q 1 1 1 1 0 0 0 1 Q 0 0 Q *CLK J K若在此下降沿用輸入信號直接判斷，為:保持（Q=1）。正確為：Q=0若在此下降沿用輸入信號直接判斷，為:置0（Q=0）。正確為：Q=1121342(1)0FFTGTGQDclkTGTG通，截時，截，通保持12134FF(2)=DTGTGDclkTGTGQ截，通保持后，通，截*QQDCLKQ上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)上升沿有效CL

13、KDQ *邊沿觸邊沿觸發(fā)方式發(fā)方式優(yōu)先權優(yōu)先權: (1)異步控制信號; (2)時鐘控制信號: (3) 觸發(fā)信號維持阻塞結構邊沿觸發(fā)維持阻塞結構邊沿觸發(fā)SRSR觸發(fā)器觸發(fā)器組成：組成： SR 鎖存器鎖存器 + 反饋控制線反饋控制線利用門電路傳輸延遲時利用門電路傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器間的邊沿觸發(fā)器SRSR鎖鎖存器存器輸入控輸入控制門制門下降沿有效（邊沿）上升沿有效（邊沿）有效（電平觸發(fā)）CLKCLKCLKDQ1* 加入RD信號RD=0-異步置0RD=0-異步置0SR 觸發(fā)器 JK 觸發(fā)器 D 觸發(fā)器 T 觸發(fā)器 T 觸發(fā)器* QTQT QTQT觸 發(fā) 器 ：* QDD觸 發(fā) 器 ：* QJQKJ

14、QK觸發(fā)器：* 0 RQSR QRSS觸發(fā)器：約束條件* QQT觸 發(fā) 器 ：觸發(fā)器結構總結觸發(fā)器結構總結 鎖存器（基本）鎖存器（基本）高電平有效高電平有效 低電平有效低電平有效 電平觸發(fā)（同步）電平觸發(fā)（同步） CLK=1有效有效 脈沖觸發(fā)（主從）脈沖觸發(fā)（主從） CLK下降沿有效下降沿有效 邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā) CLK上升沿有效上升沿有效 CLK下降沿有效下降沿有效QTTQDQ*nD觸發(fā)器觸發(fā)器 JK觸發(fā)器觸發(fā)器nJK觸發(fā)器觸發(fā)器 D觸發(fā)器觸發(fā)器)()(*QKJQQKJQDQDQQDQDDQQKJQQ)() (*將將JKJK觸發(fā)器用作觸發(fā)器用作SRSR、T T觸發(fā)器觸發(fā)器作業(yè)：作業(yè)：5.15.

15、15.25.25.55.55.105.105.115.115.125.125.165.165.175.175.185.18（去掉（去掉C1C1左邊的小三角）左邊的小三角）5.19 (2,3)5.19 (2,3)5.265.26一、給定觸發(fā)器輸入信號的波形，求對應的輸出波形1. 直接給出了觸發(fā)器輸入信號的波形；直接給出了觸發(fā)器輸入信號的波形；2. 輸入信號經(jīng)另外的組合邏輯電路加到觸發(fā)輸入信號經(jīng)另外的組合邏輯電路加到觸發(fā)器的輸入端；器的輸入端；3.觸發(fā)器的信號輸入端和異步輸入端同時有觸發(fā)器的信號輸入端和異步輸入端同時有輸入信號。輸入信號。例如：題例如：題5.1，5.2，5.5，5.10，5.11，

16、5.18，5.19，例，例5.2.1，例，例5.3.1，例，例5.3.2等等習題類型與解題方法p 題題5.10 5.10 在脈沖觸發(fā)在脈沖觸發(fā)JKJK觸發(fā)器中，已知觸發(fā)器中，已知J J、K K、CLKCLK端的電壓波形如圖端的電壓波形如圖P5.10P5.10所示，試畫出所示，試畫出Q Q和和QQ端對端對應的電壓波形。設觸發(fā)器的初始狀態(tài)為應的電壓波形。設觸發(fā)器的初始狀態(tài)為Q=0Q=0。p 題題5.18 5.18 設圖設圖P5.18P5.18中各觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為中各觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為Q=0Q=0，試畫出在，試畫出在CLKCLK信號連續(xù)作用下各觸發(fā)器輸出端的信號連續(xù)作用下各觸發(fā)器輸出端的電壓波形。電壓波形。p 題題5.19 5.19 設圖中各觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為設圖中各觸發(fā)器的初始狀態(tài)皆為Q=0Q=0，試寫出圖中各電路的次態(tài)函數(shù)，并畫出在給定信號作試寫出圖中各電路的次態(tài)函數(shù)，并畫出在給定信號作