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(jìn)制信號(hào)的基本單元位二進(jìn)制信號(hào)的基本單元1. 有兩個(gè)能自行保持的狀態(tài)有兩個(gè)能自行保持的狀態(tài)2. 根據(jù)觸發(fā)信號(hào)可以置成根據(jù)觸發(fā)信號(hào)可以置成0或或1 3.在觸發(fā)信號(hào)消失后，能將獲得的在觸發(fā)信號(hào)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(chǔ)數(shù)據(jù)的原理不同分為：按照存儲(chǔ)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(dòng)和動(dòng)態(tài)觸發(fā)器。態(tài)觸發(fā)器。 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求5.2 SR鎖存器一、電路結(jié)構(gòu)

2、與工作原理一、電路結(jié)構(gòu)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(hào)消失信號(hào)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(hào)消失后信號(hào)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?nèi)舫鯌B(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(dāng)當(dāng)SD、RD 同時(shí)回到同時(shí)回到0時(shí)，由于兩個(gè)時(shí)，由于兩個(gè)與非門的延遲時(shí)間無法確定，使得與非門的延遲時(shí)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(gòu)成的基本）由或非門構(gòu)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(chǔ)一位二值信號(hào)，但其置鎖存器雖然也能夠存儲(chǔ)一位二值信號(hào)，但其置1或復(fù)或復(fù)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(hào)的直接完成的，不需要觸發(fā)信號(hào)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(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。在任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。二、與非門構(gòu)成二、與非門構(gòu)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(jié)構(gòu)觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)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(fù)位端的電平觸發(fā)帶異步置位、復(fù)位端的電平觸發(fā)SR觸發(fā)器觸發(fā)器異步復(fù)位端（低異步復(fù)位端（低電平有效）電平有效）三、電平觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)三、電平觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn): 在在 CLK1期間，輸入信號(hào)的變化都直接改變輸期間，輸入信號(hào)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(zhuǎn)降低抗干擾能力多次反轉(zhuǎn)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(gè)在一個(gè)CLK脈沖內(nèi)可以脈沖內(nèi)可以輸出信號(hào)多次發(fā)生反轉(zhuǎn)輸出信號(hào)多次發(fā)生反轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)提高可靠性，要求每個(gè)提高可靠性，要求每個(gè)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(hào)過程）接收輸入信號(hào)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(hào)打開，接收輸入信號(hào)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(hào)過程）輸出信

7、號(hào)過程CLK下降沿到來時(shí)，主觸發(fā)器封鎖，從觸發(fā)器按照主觸發(fā)下降沿到來時(shí)，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(zhuǎn)。（將主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送出去）器的相同的狀態(tài)反轉(zhuǎn)。（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(gè)整個(gè)clk=1期間輸入信期間輸入信號(hào)的變化決定輸出號(hào)的變化決定輸出整個(gè)整個(gè)clk=1期間主觸發(fā)期間主觸發(fā)器多次反轉(zhuǎn)器多次反轉(zhuǎn)二、主從二、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)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(shí)時(shí)，CLK1期間主觸發(fā)器期間主觸發(fā)器置置1；CLK下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置1，Q*=1。J=0 K=1時(shí)時(shí)，CLK1期間主觸發(fā)器期間主觸發(fā)器置置0；CLK下降沿到達(dá)時(shí)，從觸發(fā)器置下降沿到達(dá)時(shí)，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(shí)，觸發(fā)器保持原來時(shí)，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(shí)，時(shí)，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(guān)系。是與的關(guān)系。 在在Q=0Q=0時(shí)，主觸發(fā)器只接受置時(shí)，主觸發(fā)器只接受置1 1信號(hào)信號(hào)，在在Q=1Q=1時(shí)，時(shí)，主觸發(fā)器只接受置主觸發(fā)器只接受置0信號(hào)信號(hào)，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(hào)改變一次的現(xiàn)象稱為輸入端的信號(hào)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(gè)第二個(gè)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(dá)時(shí)下降沿到達(dá)時(shí)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(gè)第三個(gè)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(dá)時(shí)又回到下降沿到達(dá)時(shí)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(shí)要求觸發(fā)器在使用時(shí)要求J J、K K信號(hào)

11、在信號(hào)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(shí)觸下降沿時(shí)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(dòng)作特點(diǎn)脈沖觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn):（1）觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)分）觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)分兩步動(dòng)作兩步動(dòng)作：第一步，在：第一步，在 CLK1期間主觸發(fā)器接收輸入端信號(hào)，被置成相應(yīng)期間主觸發(fā)器接收輸入端信號(hào)，被置成相應(yīng)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(shí)從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出端來時(shí)從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，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(shí)間里輸入信號(hào)都將對(duì)主的全部時(shí)間里輸入信號(hào)都將對(duì)主觸發(fā)器起控制作用。觸發(fā)器起控制作用。整個(gè)整個(gè)CLK=1期間輸入信號(hào)的期間輸入信號(hào)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(gè)電平觸發(fā)用兩個(gè)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(hào)邏輯符號(hào)帶異步置位帶異步置位 、復(fù)位端的、復(fù)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(fù)位端（高異步復(fù)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(shí)間的邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲時(shí)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(dòng)作特點(diǎn)邊沿觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn): 觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號(hào)的上觸發(fā)器的次態(tài)僅僅取決于時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（下降沿）到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)，而升沿（下降沿）到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)，而在這以前或以后，輸入信號(hào)的變化對(duì)觸發(fā)器在這以前或以后，輸入信號(hào)的變化對(duì)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(shè)觸發(fā)器波形。設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為初始狀態(tài)為0。課堂練習(xí)課堂練習(xí) 題目題目:時(shí)鐘時(shí)鐘CP及輸入信號(hào)及輸入信號(hào)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(shè)各輸出端設(shè)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(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖01T=1 T=1T=0 T=0當(dāng)當(dāng)T=1時(shí)，稱為時(shí)，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(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖01D=1 D=0D=0 D=1例例1：時(shí)鐘時(shí)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(shè)設(shè)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(shí)鐘時(shí)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(shè)各輸出端設(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換邏輯，得到被轉(zhuǎn)換觸相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯，得到被轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程。關(guān)鍵：關(guān)鍵：找出被轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的激勵(lì)條件。找出被轉(zhuǎn)換觸發(fā)器的激勵(lì)條件。轉(zhuǎn)換步驟轉(zhuǎn)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(gè)）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。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。）根據(jù)轉(zhuǎn)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