第五章-觸發(fā)器

1、 用或非門構(gòu)成用或非門構(gòu)成RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 圖圖5-1-1 5-1-1 或非門構(gòu)成的或非門構(gòu)成的RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器1.1.工作原理工作原理定義：定義： Q=1為為“1”狀態(tài)狀態(tài) Q=0為為“0”狀態(tài)狀態(tài) Sd為置為置“1”端；端； Rd為置為置“0”端；端；2.根據(jù)反饋結(jié)果可得到根據(jù)反饋結(jié)果可得到特征表，如表特征表，如表5-1-1 Sd Rd Qn Qn+1表表5-1-1 或非門構(gòu)成或非門構(gòu)成的的RS觸發(fā)器特征表觸發(fā)器特征表 Sd Rd=0 約束條件：約束條件： 用與非門構(gòu)成用與非門構(gòu)成RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 圖5-1-2 與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器圖5-1-2 與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器SdRd

2、QQSd +Rd=1 S d Rd Q n Qn+1 表表5-1-2 與非門構(gòu)成與非門構(gòu)成 的的RS觸發(fā)器特征表觸發(fā)器特征表約束條件：約束條件：0,1DDSRQ Q和同 時 為同 為S首先回到高電平所以次態(tài)確定首先回到高電平所以次態(tài)確定CLK=1表示同步脈沖有效；表示同步脈沖有效；CLK=0表示同步脈沖無效；表示同步脈沖無效；CLK S R Q n Qn+1才起作用。和到達(dá)，只有觸發(fā)信號觸發(fā)器基本輸入控制門RSCLKRS電平觸發(fā)帶有異步置位端和異步復(fù)位端的電平觸發(fā)帶有異步置位端和異步復(fù)位端的同步型同步型RS觸發(fā)器觸發(fā)器只要在 或 加入低電平，即可立即將觸發(fā)器置1或置0，而不受時鐘信號和輸入信號

3、的控制。故稱前者為異步置位端異步置位端，稱后者為異步復(fù)位端異步復(fù)位端。觸發(fā)器在CP控制下正常工作時應(yīng)使這兩者處于高電平。置位時應(yīng)在CP=0時進(jìn)行。 DSDRCP D Qn Qn+1* * RS觸發(fā)器期間在觸發(fā)器期間在CP作用期間，須保證作用期間，須保證RS端輸入穩(wěn)端輸入穩(wěn)定不變。用同步定不變。用同步RS觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的D鎖存器的波形圖如鎖存器的波形圖如下：下：CPDQ圖5-4-1脈沖觸發(fā)的主從式RS觸發(fā)器 主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器clk=1時，主觸發(fā)器按時，主觸發(fā)器按S,R輸入翻轉(zhuǎn)，輸入翻轉(zhuǎn)， 從觸發(fā)從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。器保持原狀態(tài)不變。clk下降沿到達(dá)時，主下降沿到達(dá)時，主觸發(fā)器

4、保持狀態(tài)不變，觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，從觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器從觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。所以，每的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。所以，每個個clk周期，周期，Qn的狀態(tài)的狀態(tài)只會改變一次。只會改變一次。CLK S R Q n Qn+1表5-4-1 主從式RS觸發(fā)器234561CPSRQQQQ圖5-4-2 脈沖觸發(fā)的主從式RS觸發(fā)器動態(tài)特性主觸發(fā)器應(yīng)注意整個主觸發(fā)器應(yīng)注意整個CP=1期間期間R，S的輸入。的輸入。從觸發(fā)器只注意從觸發(fā)器只注意CP下降沿時主觸發(fā)器狀態(tài)下降沿時主觸發(fā)器狀態(tài) 引引起起 的變化。的變化。僅由僅由RS構(gòu)成主從觸發(fā)器對構(gòu)成主從觸發(fā)器對RS輸入仍須輸入仍須RS=0的約的約束。為此，提出了主從束。為此

5、，提出了主從JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。 Q Q Q QSR 為了解除約束，即使出為了解除約束，即使出現(xiàn)現(xiàn)S=R=1的情況下的情況下Qn+1也是確定的，構(gòu)造如下也是確定的，構(gòu)造如下主從式主從式JK觸發(fā)器觸發(fā)器圖5-4-4 脈沖觸發(fā)的主從式JK觸發(fā)器原理圖5-4-3 脈沖觸發(fā)的主從式JK觸發(fā)器符號圖SR圖5-4-5 脈沖觸發(fā)的主從式JK觸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)從觸發(fā)器從觸發(fā)器（同步（同步RSRS型）型）主觸發(fā)器主觸發(fā)器（同步（同步RSRS型）型）A線線B線線(1)1,011,1101nnJKclkQclkQ若則時 ，“ 主 ” 保 持后 ， “ 從 ”， “ 主 ”(2)0,1110000nnJKclkQclkQ

6、若則時，“主”后，“從”，“主”保持(3)0110nnJKclkQclkQ若則時 ，“ 主 ” 保 持后 ， “ 從 ” 保 持(4)111,0()0,1nnnJKclkQclkQQ若則時，若則“主”置后，“從”若則“主”置1nnCLKJKQQnQ表5-4-3主從式主從式JK觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表1nnC LKSRQQnQ表5-4-2主從式主從式RS觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表1.分兩步動作：clk=1時，“主”觸發(fā)器接受觸發(fā)信號，而“從”觸發(fā)器保 持狀態(tài)不變。 當(dāng)clk出現(xiàn)下跳沿時，“從”觸發(fā)器按“主”觸發(fā)器狀態(tài) 翻轉(zhuǎn)。因此，輸出狀態(tài)只能改變一次。2. 輸入控制S,R及反饋A線，B線在clk=

7、1的全部時間內(nèi)對“主”觸發(fā)器都起控制作用。但在clk=1的全部時間內(nèi)“主”觸發(fā)器輸出狀態(tài)只能改變一次。因此，在clk=1時間內(nèi)輸入RS發(fā)生變化時，只要找出內(nèi)當(dāng)clk出現(xiàn)下跳沿前瞬間的“主”觸發(fā)器狀態(tài)Q，即可確定從觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1。的信號進(jìn)入主觸發(fā)器時，只允許的信號進(jìn)入主觸發(fā)器時，只允許1110KQJQSR圖5-4-6 脈沖觸發(fā)的主從式JK觸發(fā)器動態(tài)特性、CMOSCMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器（上升沿觸發(fā)）傳輸門的邊沿觸發(fā)器（上升沿觸發(fā)） 圖5-5-1上升沿D觸發(fā)器列出真值表)4(*QQDCLKQ121134,(1)0,TGTGQD QDclkTGTGQ通，斷隨著而變化時，斷，通保持 反饋通路接

8、通，自鎖圖圖5-5-2 CMOS門上升沿門上升沿D觸發(fā)器觸發(fā)器反饋不通斷通，“主”保持此前的狀態(tài)通斷，后，,)(QQTGTGDTGTGclk43212后，輸出才能變化。直到下個反饋通路接通保持通斷，接收新的輸入斷通，clkQTGTGDQTGTGclk,)(43213 * * * *維持維持阻塞觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）阻塞觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）*邊沿（下降沿）邊沿（下降沿）JK觸發(fā)器（利用門延時特點）觸發(fā)器（利用門延時特點） QnQn 1 QnQn Qn QnQn 1QnQnQn1JC11KQQ圖JK邊沿觸發(fā)器的符號表 5-2-17JK邊沿觸發(fā)器的特性表*Q01SRQRSRSQRSQRSQRSQRSQnn

9、nnnn狀狀態(tài)態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換圖圖. 3符符號號.4*QQKJ符符號號. 41JC11KQQnnnQKQJQ1*QQT符號.4nnnnQTQTQTQ1*QQD符號. 4DQn1 為了保證觸發(fā)器在工作時能可靠的翻轉(zhuǎn)，為了保證觸發(fā)器在工作時能可靠的翻轉(zhuǎn)，有必要分析一下它們的動態(tài)翻轉(zhuǎn)過程，并找有必要分析一下它們的動態(tài)翻轉(zhuǎn)過程，并找出對輸入信號、時鐘信號以及它們互相配合出對輸入信號、時鐘信號以及它們互相配合關(guān)系的要求。關(guān)系的要求。1.基本基本RS觸發(fā)器的動態(tài)特性觸發(fā)器的動態(tài)特性 假定所有的門電路的平均傳輸延遲假定所有的門電路的平均傳輸延遲時間相等為時間相等為t pd2wp dtt輸入信號寬度輸入信號寬度對對

10、“與非門與非門”構(gòu)成的觸發(fā)器輸入信號寬度構(gòu)成的觸發(fā)器輸入信號寬度對對“或非門或非門”構(gòu)成的觸發(fā)器輸入信號寬度構(gòu)成的觸發(fā)器輸入信號寬度pdpLHpdpHLtttt2,pdpLHttpdpHLtt2對對Q由由0到到1延遲時間延遲時間對對Q由由1到到0延遲時間延遲時間2.同步同步RS觸發(fā)器的動態(tài)特性觸發(fā)器的動態(tài)特性輸入信號寬度輸入信號寬度設(shè)設(shè) 同時為高電平的時間為同時為高電平的時間為 ,DDSRC P()WSC PtpdPLHtt2t w(s cp)2tpd傳輸延遲時間傳輸延遲時間pdPHLtt3基本基本RS觸發(fā)器延遲時間觸發(fā)器延遲時間對對Q由由0到到1延遲時間延遲時間對對Q由由1到到0延遲時間延遲

11、時間3.主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器 建立時間：建立時間：t tsetset2t2tpdpd 即輸入信號（即輸入信號（J,k端）先于端）先于CP信號到達(dá)的時間信號到達(dá)的時間 輸入信號保持時間：輸入信號保持時間： t tH Httf f 為了可靠要求為了可靠要求CP由由1變到變到0后后JK的狀態(tài)保持不的狀態(tài)保持不變的時間變的時間. HtWHt 傳輸延遲時間傳輸延遲時間 34P L HpdP H Lpdtttt定義從觸發(fā)器當(dāng)定義從觸發(fā)器當(dāng)cp下降沿開始到下降沿開始到Q狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定所需時間為所需時間為傳輸延遲時間，則傳輸延遲時間，則 最高時鐘頻率最高時鐘頻率 ： 考慮主從觸發(fā)器是由兩個同步觸發(fā)器組成，主

12、觸發(fā)考慮主從觸發(fā)器是由兩個同步觸發(fā)器組成，主觸發(fā)器傳輸延時器傳輸延時3tpd ,從觸發(fā)器傳輸延時也是從觸發(fā)器傳輸延時也是3tpd，所以，所以，CP的最小周期為的最小周期為 最高時鐘頻率：最高時鐘頻率： 若為若為T觸發(fā)器，考慮從觸發(fā)器，考慮從CP的下降沿開始到輸出端的的下降沿開始到輸出端的新狀態(tài)建立所需要的時間為新狀態(tài)建立所需要的時間為(m a x )1 /6p dCtfm in6p dCTt(m ax)1128CP H Lpdftt4P H Lpdtt最高頻率只能達(dá)到：最高頻率只能達(dá)到：4.維持阻塞觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器 Te xtTe xtTe xtTe xttSettHtW HtPLHtPHL 建立時間：