數(shù)字電路課件第五章_清華

1、5.1 概述概述一、概念：用于記憶一、概念：用于記憶1位二進制信號的基本單元位二進制信號的基本單元1. 有兩個能自行保持的狀態(tài)有兩個能自行保持的狀態(tài)2. 根據(jù)觸發(fā)信號可以置成根據(jù)觸發(fā)信號可以置成0或或1 3.在觸發(fā)信號消失后，能將獲得的在觸發(fā)信號消失后，能將獲得的新態(tài)新態(tài)保存下來。保存下來。二、分類二、分類 1. 按觸發(fā)方式（電平，脈沖，邊沿）按觸發(fā)方式（電平，脈沖，邊沿） 2. 按邏輯功能（按邏輯功能（RS, JK, D, T） 3.按照存儲數(shù)據(jù)的原理不同分為：按照存儲數(shù)據(jù)的原理不同分為：靜態(tài)觸發(fā)器靜態(tài)觸發(fā)器和動和動態(tài)觸發(fā)器。態(tài)觸發(fā)器。 教學基本要求教學基本要求5.2 SR鎖存器一、電路結構

2、與工作原理一、電路結構與工作原理無論初態(tài)無論初態(tài)Q 為為0或或1，鎖存器的次態(tài)為為，鎖存器的次態(tài)為為1態(tài)。態(tài)。 信號消失信號消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。后新的狀態(tài)將被記憶下來。RD=0、SD=1置置1次態(tài)次態(tài) Q*=10 01 10 01 1無論初態(tài)無論初態(tài)Q 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。1 10 01 10 0RD=1 、 SD=0置置0次態(tài)次態(tài) Q*=00 00 01 10 00 0RD=0、SD=0狀態(tài)不變狀態(tài)不變若初態(tài)若初態(tài) Q = 0次態(tài)次態(tài) Q*=1次態(tài)次態(tài) Q*=0若初態(tài)若初態(tài) Q = 1

3、0 00 00 01 11 11 11 10 00 0SD=1 、 RD=1無論初態(tài)無論初態(tài)Q 為為0或或1，觸發(fā)器的次態(tài)，觸發(fā)器的次態(tài) Q、Q 都為都為0 。狀態(tài)不確定狀態(tài)不確定約束條件約束條件: SR = 0當當SD、RD 同時回到同時回到0時，由于兩個時，由于兩個與非門的延遲時間無法確定，使得與非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。觸發(fā)器最終穩(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)功能表功能表邏輯圖邏輯圖次態(tài)次態(tài)初態(tài)初態(tài)2）由或非門構成的基本）由或非門構成的基本RS鎖存器功能表鎖存器功能表SetReset3） 鎖存器和觸發(fā)器

4、的區(qū)別鎖存器和觸發(fā)器的區(qū)別 鎖存器雖然也能夠存儲一位二值信號，但其置鎖存器雖然也能夠存儲一位二值信號，但其置1或復或復位（置位（置0）是由輸入）是由輸入S或或R直接完成的，不需要觸發(fā)信號的直接完成的，不需要觸發(fā)信號的觸發(fā)。觸發(fā)。SetReset4）工作波形工作波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 在任何時刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。在任何時刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。二、與非門構成二、與非門構成SR鎖存器鎖存器與非門組成的基本與非門組成的基本RS觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表11001110105.3 電平觸發(fā)觸發(fā)器電平觸發(fā)觸發(fā)器一、同步一、同步SR觸發(fā)器電路結構觸發(fā)器電路結構輸入控

5、制門輸入控制門+基本的基本的SR鎖存器鎖存器二、同步二、同步SR觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器工作原理同步同步SR觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表帶異步置位、復位端的電平觸發(fā)帶異步置位、復位端的電平觸發(fā)SR觸發(fā)器觸發(fā)器異步復位端（低異步復位端（低電平有效）電平有效）三、電平觸發(fā)方式的動作特點三、電平觸發(fā)方式的動作特點: 在在 CLK1期間，輸入信號的變化都直接改變輸期間，輸入信號的變化都直接改變輸出端出端Q和和Q的狀態(tài)的狀態(tài);CLK=0期間輸出狀態(tài)保持不變。期間輸出狀態(tài)保持不變。不變多次反轉降低抗干擾能力多次反轉降低抗干擾能力四、四、D觸發(fā)器觸發(fā)器(鎖存器鎖存器)特性方程：特性方程： Q*=DDSDR例：例

6、：5.3.2特性方程：特性方程： Q*=D在一個在一個CLK脈沖內可以脈沖內可以輸出信號多次發(fā)生反轉輸出信號多次發(fā)生反轉5.4 脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器一、主從主從SR觸發(fā)器觸發(fā)器1、電路結構電路結構提高可靠性，要求每個提高可靠性，要求每個CLK周期輸出狀態(tài)只能改周期輸出狀態(tài)只能改變變1次次2、主從、主從SR觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器工作原理（1）接收輸入信號過程）接收輸入信號過程CLK=1期間：主觸發(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S、R；從觸發(fā)器控制門；從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。封鎖，其狀態(tài)保持不變。（2）輸出信號過程）輸出信

7、號過程CLK下降沿到來時，主觸發(fā)器封鎖，從觸發(fā)器按照主觸發(fā)下降沿到來時，主觸發(fā)器封鎖，從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的相同的狀態(tài)反轉。（將主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送出去）器的相同的狀態(tài)反轉。（將主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送出去）XXXXQ0000001110011011010001101101*1111*QQRSCLK3、主從、主從SR觸發(fā)器特性表觸發(fā)器特性表例例5.4.1整個整個clk=1期間輸入信期間輸入信號的變化決定輸出號的變化決定輸出整個整個clk=1期間主觸發(fā)期間主觸發(fā)器多次反轉器多次反轉二、主從二、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 1、電路結構、電路結構SRSRSRSRSRSRSRSRSRKQRQJS SRSRSRSRS

8、RSRSRSRSRKQRQJS SRSRSRSRSRSRSRSRSRKQRQJS 2、主從、主從JK觸發(fā)器工作原理（觸發(fā)器工作原理（1）J=1 K=0時時，CLK1期間主觸發(fā)器期間主觸發(fā)器置置1；CLK下降沿到達時，從觸發(fā)器置下降沿到達時，從觸發(fā)器置1，Q*=1。J=0 K=1時時，CLK1期間主觸發(fā)器期間主觸發(fā)器置置0；CLK下降沿到達時，從觸發(fā)器置下降沿到達時，從觸發(fā)器置0，Q*=0。SRSRSRSRSRSRSRSRSRKQRQJS 2、主從、主從JK觸發(fā)器工作原理（觸發(fā)器工作原理（2）J=0 K=0時，觸發(fā)器保持原來時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變狀態(tài)不變，Q*=Q。J=1 K=1時，時，S=

9、Q R=QQ=0，主觸發(fā)器置，主觸發(fā)器置1，CLK，Q*=1；Q=1，主觸發(fā)器置，主觸發(fā)器置0，CLK，Q*=0。Q*=Q3、JK觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表例例5.4.3 具有多具有多輸入端的主輸入端的主從從JK觸發(fā)器，觸發(fā)器，輸入端輸入端J1和和J2、K1和和K2是與的關系。是與的關系。 在在Q=0Q=0時，主觸發(fā)器只接受置時，主觸發(fā)器只接受置1 1信號信號，在在Q=1Q=1時，時，主觸發(fā)器只接受置主觸發(fā)器只接受置0信號信號，觸發(fā)器的狀態(tài)只能根據(jù)，觸發(fā)器的狀態(tài)只能根據(jù)輸入端的信號改變一次的現(xiàn)象稱為輸入端的信號改變一次的現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象一次變化現(xiàn)象。 一次變化現(xiàn)象降低了主從一次變化現(xiàn)象降

10、低了主從JKJK觸發(fā)器的抗干擾能觸發(fā)器的抗干擾能力。力。一次變化現(xiàn)象：一次變化現(xiàn)象：SRSRSRSRSRSRSRSRSRKQRQJS 例例5.4.301第二個第二個CLK1期間，期間，Q=1,J=0,K=1,主觸主觸發(fā)器被置發(fā)器被置0；雖然；雖然CLK下降沿到達時下降沿到達時又回到又回到K=0,但從觸但從觸發(fā)器輸出發(fā)器輸出Q*=0.011第三個第三個CLK=1期間，期間，Q=0，J=K=1,主觸發(fā)主觸發(fā)器被置器被置1，雖然，雖然CLK下降沿到達時又回到下降沿到達時又回到J=0,從觸發(fā)器保持輸從觸發(fā)器保持輸出出Q*=1。01 主從主從JKJK觸發(fā)器在使用時要求觸發(fā)器在使用時要求J J、K K信號

11、在信號在CLKCLK上升上升沿前加入，沿前加入，CLK=1CLK=1期間保持不變，期間保持不變，CLKCLK下降沿時觸下降沿時觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變。發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變。脈沖觸發(fā)方式的動作特點脈沖觸發(fā)方式的動作特點:（1）觸發(fā)器翻轉分）觸發(fā)器翻轉分兩步動作兩步動作：第一步，在：第一步，在 CLK1期間主觸發(fā)器接收輸入端信號，被置成相應期間主觸發(fā)器接收輸入端信號，被置成相應的狀態(tài)，從觸發(fā)器不變；第二步，的狀態(tài)，從觸發(fā)器不變；第二步，CLK下降沿到下降沿到來時從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉，輸出端來時從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉，輸出端Q和和Q的狀態(tài)改變發(fā)生在的狀態(tài)改變發(fā)生在CLK下降沿。下降沿。（2

12、）在）在CLK=1的全部時間里輸入信號都將對主的全部時間里輸入信號都將對主觸發(fā)器起控制作用。觸發(fā)器起控制作用。整個整個CLK=1期間輸入信號的期間輸入信號的變化決定輸出。變化決定輸出。4、集成主從、集成主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器321KKKK 321JJJJ 低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)三、邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器三、邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器 1.用兩個電平觸發(fā)用兩個電平觸發(fā)D觸發(fā)器組成的邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器組成的邊沿觸發(fā)器邏輯符號邏輯符號帶異步置位帶異步置位 、復位端的、復位端的CMOS邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)D觸發(fā)器觸發(fā)器上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)異步置位端（高異步置位端（高電平有效）電平有效）異步復位端（高異步復位端（高

13、電平有效）電平有效）2.維持阻塞邊沿觸發(fā)器維持阻塞邊沿觸發(fā)器多輸入端多輸入端上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)低電平有效低電平有效3.利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)特性表特性表邊沿觸發(fā)器動作特點邊沿觸發(fā)器動作特點: 觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時鐘信號的上觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時鐘信號的上升沿（下降沿）到達時輸入的邏輯狀態(tài)，而升沿（下降沿）到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)器在這以前或以后，輸入信號的變化對觸發(fā)器輸出的狀態(tài)沒有影響。輸出的狀態(tài)沒有影響。 邊沿觸發(fā)器有效地提高了觸發(fā)器的邊沿觸發(fā)器有效地提高了觸發(fā)器的抗干擾能力抗干擾能力，因而也提

14、高了電路的工作因而也提高了電路的工作可靠性可靠性。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)集成邊沿集成邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器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。例例5.5.1已知已知D和和CP的波的波形，試畫出形，試畫出Q的的波形。設觸發(fā)器波形。設觸發(fā)器初始狀態(tài)為初始狀態(tài)為0。課堂練習課堂練習 題目題目:時鐘時鐘CP及輸入信號及輸入信號D 的波形如圖所示的波形如圖所示,試畫試畫 出各觸發(fā)器輸出端出各觸發(fā)器輸出端Q的波形的波形,設各輸出端設各輸出端Q的的 初始狀態(tài)為初始狀態(tài)為0.D

15、QDCPQ1Q2DQDCPCPDQ1DQDCPQ1Q2DQDCPCPDQ25.6 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按按邏邏輯輯功功能能可可分分為為SR觸發(fā)器觸發(fā)器T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器一、觸發(fā)器按邏輯功能的分類一、觸發(fā)器按邏輯功能的分類 SR觸發(fā)器觸發(fā)器1. 特性表特性表2.特性方程特性方程3.狀態(tài)轉換狀態(tài)轉換圖圖01S=1 R=0S=0 R=1S=0 R=S= R=0(約束條件) 0*SRQRSQRS觸發(fā)器的特性方程為 JK觸發(fā)器觸發(fā)器1. 特性表特性表2.特性方程特性方程3.狀態(tài)轉換狀態(tài)轉換圖圖01J=1 K=J= K=1J=0 K=J=

16、 K=0QKQJQ*JK觸發(fā)器的特性方程為 T觸發(fā)器觸發(fā)器1. 特性表特性表2.特性方程特性方程QTQTQ*3.狀態(tài)轉換狀態(tài)轉換圖圖01T=1 T=1T=0 T=0當當T=1時，稱為時，稱為T觸發(fā)器。觸發(fā)器。QQ* D觸發(fā)器觸發(fā)器1. 特性表特性表2.特性方程特性方程DQ *3.狀態(tài)轉換狀態(tài)轉換圖圖01D=1 D=0D=0 D=1例例1：時鐘時鐘CLK波形如圖所示波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器試畫出各觸發(fā)器輸出端輸出端Q的波形的波形,設設Q的初始狀態(tài)為的初始狀態(tài)為0.1111KQJ2QD)(11111*1CLKQQKQJQ)(2*2CLKQDQ CLKQ1 Q2)(11111*1CLKQQKQJ

17、Q)(2*2CLKQDQ例例2：時鐘時鐘CP波形如圖所示波形如圖所示,試畫出各觸發(fā)器試畫出各觸發(fā)器Q端的端的波形波形,設各輸出端設各輸出端Q的初始狀態(tài)的初始狀態(tài)Q=0 。2QJK=1CP1QD CP CPQ1 Q2)(1211*1CPQQQKQJQ)(1*2CPQQ 二、不同邏輯功能觸發(fā)器之間的相互轉換 利用已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程利用已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉換邏輯，得到被轉換觸相等的原則，求出轉換邏輯，得到被轉換觸發(fā)器的驅動方程。發(fā)器的驅動方程。關鍵：關鍵：找出被轉換觸發(fā)器的激勵條件。找出被轉換觸發(fā)器的激勵條件。轉換步驟轉換步驟：（1）寫出已有觸發(fā)器和待求觸

18、發(fā)器的特性方程。）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）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。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）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換邏輯。方程相等的原則求出轉換邏輯。（4）根據(jù)轉換邏輯畫出邏輯電路圖。）根據(jù)轉換邏輯畫出邏輯電路圖。JK觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器0*RSQRSQQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(*RS觸發(fā)器特性方程觸發(fā)器特性方程變換變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)觸發(fā)器的特性方程一致：器的特性方程一致：RKSJQKQJQ*QRQSQ*比較，得：電路圖電路圖T