第十一章 觸發(fā)器及時(shí)序邏輯電路

1、11.1 11.2 11.3 11.1.1 11.1.2 11.1.3 JK11.1.4 D觸發(fā)器觸發(fā)器11.1.5 觸發(fā)器的應(yīng)用舉例觸發(fā)器的應(yīng)用舉例DRSRQ圖形符號(hào)圖形符號(hào)DSQ基本基本RS RS 觸發(fā)器由觸發(fā)器由兩個(gè)與非門交叉耦合兩個(gè)與非門交叉耦合而成，如下圖而成，如下圖：這種這種觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：(2) , 稱為稱為復(fù)位復(fù)位狀態(tài)狀態(tài)( (0 0態(tài)態(tài)););1, 0 QQ0,1 QQ(1) , 稱為稱為置位置位狀態(tài)狀態(tài)( (1 1態(tài)態(tài)););Q它有兩個(gè)輸出端它有兩個(gè)輸出端Q Q 和和 ，二者的邏輯狀態(tài)應(yīng)相反。，二者的邏輯狀態(tài)應(yīng)相反。Q&GADSDRQ邏輯

2、圖邏輯圖GB1, 0)1(DD SR0, 1DD QSQQRQ 當(dāng)當(dāng) 端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是初始狀態(tài)是1 1態(tài)，還是態(tài)，還是0 0態(tài)，均有態(tài)，均有DR 即將觸發(fā)器置即將觸發(fā)器置0 0或保持或保持0 0態(tài)，態(tài)， 稱為稱為直接置直接置0 0端端。DRQ&GADSDRQ邏輯圖邏輯圖GB輸出與輸入的邏輯關(guān)系：輸出與輸入的邏輯關(guān)系：1D S所謂所謂 ，即將，即將 端保持高電位；端保持高電位；DS，即，即 在端加一負(fù)脈沖在端加一負(fù)脈沖0D RDR0, 1)2(DD SR 當(dāng)當(dāng) 端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1 1態(tài)態(tài)

3、，還是，還是0 0態(tài)，均有態(tài)，均有 ，即將觸發(fā)器置，即將觸發(fā)器置1 1或保持或保持1 1態(tài)態(tài)。 稱為稱為直接置直接置1 1 端端。DS01, QQDS1, 1)3(DD SR即將觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。即將觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。0, 0)4(DD SR 這種輸入狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)脈沖除去后，將由各種偶然這種輸入狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)脈沖除去后，將由各種偶然因素決定觸發(fā)器的最終狀態(tài)，因而因素決定觸發(fā)器的最終狀態(tài)，因而禁止出現(xiàn)禁止出現(xiàn)。Q&GADSDRQ邏輯圖邏輯圖GB,1DQQQSQ 這種情況，這種情況，QQQRQ 1D0, 0DD SR注：注：QQ時(shí)，時(shí)， 和和 均為高電平均為高電平。0 0 態(tài)態(tài)信號(hào)同

4、時(shí)撤消：信號(hào)同時(shí)撤消： 狀態(tài)不定狀態(tài)不定( (隨機(jī)隨機(jī)) )1 1 態(tài)態(tài)先撤消：先撤消：DS先撤消：先撤消：DR 由以上分析可知：基本由以上分析可知：基本RS RS 觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài)，他可觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài)，他可以直接置位或復(fù)位，并具有存儲(chǔ)和記憶功?；疽灾苯又梦换驈?fù)位，并具有存儲(chǔ)和記憶功?；綬SRS 觸發(fā)觸發(fā)器的器的邏輯狀態(tài)表邏輯狀態(tài)表如下：如下： QDSDR1 0 0 10 1 1 01 1 不變不變 不變不變0 0 不定不定 不定不定QQQ信號(hào)同時(shí)撤消信號(hào)同時(shí)撤消, ,出出現(xiàn)不確定狀態(tài)現(xiàn)不確定狀態(tài)信號(hào)不同時(shí)撤信號(hào)不同時(shí)撤消，狀態(tài)確定消，狀態(tài)確定DSDRQQDSDR練練習(xí)習(xí)&GC&

5、amp;GDQ&GA&GBDSQDRRSCP邏輯電路邏輯電路DRSRQ圖形符號(hào)圖形符號(hào)DSS1SR1RC1QCP 與與基本基本RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器區(qū)別區(qū)別為：增加了由非門為：增加了由非門G GC C和和G GD D組組成的成的導(dǎo)引電路導(dǎo)引電路; ;R R 和和S S 是是置置 0 0 和和置置 1 1 信號(hào)輸入端，還信號(hào)輸入端，還有有時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖CPCP 輸入端。輸入端。 時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖CPCP是一種是一種控制命控制命令令，通過(guò)導(dǎo)引電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入，通過(guò)導(dǎo)引電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入端端R R 和和S S 的控制，故稱為的控制，故稱為可控可控RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器 當(dāng)時(shí)鐘脈沖當(dāng)時(shí)鐘脈

6、沖CPCP來(lái)到之前來(lái)到之前，即，即當(dāng)當(dāng)CP= CP= 0 0時(shí)時(shí)，不論，不論R R 和和S S 端的電平如何變化，端的電平如何變化，G GC C門和門和G GD D門的輸出均為門的輸出均為1 1，基本觸發(fā)器，基本觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變保持原狀態(tài)不變。&GC&GDQ&GA&GBDSQDRRSCP邏輯電路邏輯電路即即CP= CP= 1 1時(shí)時(shí)，觸發(fā)器才，觸發(fā)器才按按R R 、S S 端端的輸入狀態(tài)的輸入狀態(tài)來(lái)決定其輸出狀態(tài)。來(lái)決定其輸出狀態(tài)。 和和 是是直接置直接置 0 0 和和直接置直接置 1 1 端端 ，即，即不受時(shí)鐘不受時(shí)鐘脈沖脈沖的控制，可以對(duì)基本觸發(fā)器的控制

7、，可以對(duì)基本觸發(fā)器置置0 0或或置置1 1，一般用于置，一般用于置初態(tài)，在工作過(guò)程中它們處于初態(tài)，在工作過(guò)程中它們處于1 1 態(tài)（高電平）。態(tài)（高電平）。DRDS現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài) ：指觸發(fā)器輸入信號(hào)：指觸發(fā)器輸入信號(hào)變化前變化前的狀態(tài)。的狀態(tài)。Q n次態(tài)次態(tài) ：指觸發(fā)器輸入信號(hào)：指觸發(fā)器輸入信號(hào)變化后變化后的狀態(tài)；的狀態(tài)；Q n+1只有當(dāng)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后，只有當(dāng)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后，010011說(shuō)說(shuō) 明明Q n+1 R S保保 持持置置 1 1置置 0 0不不 定定010101010000111100110011Q n 觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）之間觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號(hào)和電路原狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)）之間的

8、關(guān)系如下表：的關(guān)系如下表：利用可控利用可控 RS 觸發(fā)器可構(gòu)成計(jì)數(shù)器，其連接圖如下：觸發(fā)器可構(gòu)成計(jì)數(shù)器，其連接圖如下：DRSRQDS1S1RC1Q11存在問(wèn)題：產(chǎn)生存在問(wèn)題：產(chǎn)生“空翻空翻”現(xiàn)象現(xiàn)象為避免為避免“空翻空翻”，計(jì)數(shù)器一般采用，計(jì)數(shù)器一般采用主從型主從型觸發(fā)器和觸發(fā)器和維持阻塞型維持阻塞型觸發(fā)器構(gòu)成。觸發(fā)器構(gòu)成。DRSRQDSJ1SK1RC1QSRQ1S1RC1Q111DRSRQDSJ1JK1KC1QCP 它由兩個(gè)可控它由兩個(gè)可控RSRS 觸發(fā)器串聯(lián)組成，兩者分別為主觸發(fā)器串聯(lián)組成，兩者分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。觸發(fā)器和從觸發(fā)器。主從型主從型 JK 觸發(fā)器的邏輯圖和圖形符號(hào)如下：觸

9、發(fā)器的邏輯圖和圖形符號(hào)如下： 主觸發(fā)器的輸出端主觸發(fā)器的輸出端Q Q 與從觸發(fā)器的與從觸發(fā)器的S S 端相連，端相連， 端端與從觸發(fā)器的與從觸發(fā)器的R R 端相連。端相連。Q非門的作用是使兩個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)反相。非門的作用是使兩個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖信號(hào)反相。主從觸發(fā)器的特性見(jiàn)真值表：主從觸發(fā)器的特性見(jiàn)真值表： Q n+10 0 Q n0 1 01 0 11 1 Q nJKDRSRQDSJ1SK1RC1QSRQ1S1RC1Q111邏輯功能分析：邏輯功能分析： 設(shè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到之前設(shè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到之前( (CPCP=0) =0) 觸發(fā)器的初始狀態(tài)為觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0 0。這時(shí)主觸發(fā)器的。這時(shí)主觸

10、發(fā)器的 0,1 QRQS 當(dāng)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后當(dāng)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后( (CP= CP= 1), 1), Q Q 端由端由0 01 1，使從，使從觸發(fā)器觸發(fā)器的的S S=1=1，R R=0=0，當(dāng)，當(dāng)CPCP從從1 1下跳為下跳為0 0時(shí)，非門輸出為時(shí)，非門輸出為1 1，從從觸發(fā)器觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)為也翻轉(zhuǎn)為1 1態(tài)態(tài)。 反之，反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1 1，同樣可分析出，同樣可分析出，主、從觸發(fā)器都，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為0 0。 JK JK 觸發(fā)器在觸發(fā)器在J J=1,=1,K K=1=1 的情況下，來(lái)的情況下，來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈一個(gè)時(shí)鐘脈沖沖，它就，它就翻轉(zhuǎn)一次翻轉(zhuǎn)一次，此時(shí)觸發(fā)器具

11、有，此時(shí)觸發(fā)器具有計(jì)數(shù)功能計(jì)數(shù)功能。 設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0 0。當(dāng)。當(dāng)CP=CP=1 1時(shí)，由于主觸發(fā)時(shí)，由于主觸發(fā)器的器的J=0=0, ,K=0=0，Q Q端的狀態(tài)仍為端的狀態(tài)仍為0 0，保持不變，保持不變; ;當(dāng)當(dāng)CP CP 跳變跳變?yōu)闉? 0時(shí)，時(shí)，由于從觸發(fā)器的由于從觸發(fā)器的S S=0,=0,R R=0=0，也，也保持保持0 0態(tài)不變態(tài)不變。如果初始狀態(tài)為如果初始狀態(tài)為1 1，也有同樣的結(jié)果。，也有同樣的結(jié)果。 可分析出不管觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘可分析出不管觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后，脈沖來(lái)到后，輸出一定是輸出一定是1 1 態(tài)態(tài)。 可分析

12、出不管觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘可分析出不管觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘脈沖來(lái)到后，脈沖來(lái)到后，輸出一定是輸出一定是0 0 態(tài)態(tài)。 主從型觸發(fā)器具有在主從型觸發(fā)器具有在CPCP從從1 1下跳為下跳為0 0時(shí)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，時(shí)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，也就是具有在時(shí)鐘脈沖也就是具有在時(shí)鐘脈沖下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器避免避免了了“空翻空翻”。維持維持- -阻塞型阻塞型D D 觸發(fā)器的邏輯符號(hào)如下圖示：觸發(fā)器的邏輯符號(hào)如下圖示：DRSRQDSD1DC1QCP輸出與輸入之間的關(guān)系見(jiàn)真值表：輸出與輸入之間的關(guān)系見(jiàn)真值表： 1 1 0 0Q n+1D 邏輯功能為：觸發(fā)器的輸出狀態(tài)僅

13、決定于到達(dá)前輸邏輯功能為：觸發(fā)器的輸出狀態(tài)僅決定于到達(dá)前輸入端的狀態(tài)，而與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)無(wú)關(guān)，即：入端的狀態(tài)，而與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)無(wú)關(guān)，即：DQn 1就構(gòu)成了計(jì)數(shù)器，其連接圖如下：就構(gòu)成了計(jì)數(shù)器，其連接圖如下：當(dāng)把當(dāng)把 D 觸發(fā)器的輸入端與觸發(fā)器的輸入端與 輸出端連接到一起時(shí)，輸出端連接到一起時(shí)，QDRSRQDS1DC1QCP工作波形如下：工作波形如下：CPQQDR例：例： 走廊節(jié)電燈電路如圖所示，該走廊節(jié)電燈可以在燈點(diǎn)亮后經(jīng)一定時(shí)間的延遲自動(dòng)切斷路燈電源，起到節(jié)電的作用。 觸發(fā)器常態(tài)時(shí)為0狀態(tài)，三極管T截止，繼電器失電觸點(diǎn)釋放，燈滅。按下后，觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)有效，將輸入端高電平傳至輸出端，使T飽和導(dǎo)通

14、，繼電器得電觸點(diǎn)吸合，燈亮。同時(shí)，端的高電位經(jīng)向充電，當(dāng)兩端電壓升高為高電平時(shí)，經(jīng)復(fù)位端使觸發(fā)器復(fù)位極管截止，燈滅，電路回到初始狀態(tài)，等待新的起動(dòng)。燈亮的延遲時(shí)間主要由和決定。 例: 4人搶答電路智力競(jìng)賽中的4人搶答電路如圖所示。其中心元件為集成四D觸發(fā)器。其內(nèi)部有4個(gè)獨(dú)立的觸發(fā)器。 比賽前各觸發(fā)器清0，各指示燈均不亮。門的輸出為1使門打開(kāi)，時(shí)鐘脈沖可以送至觸發(fā)器的端。比賽開(kāi)始后，哪一個(gè)按鈕最先按下，其對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器輸出電平變高，對(duì)應(yīng)的指示燈亮，同時(shí)對(duì)應(yīng)的端變成低電平，將門封鎖。而后其他按鈕按下，會(huì)因無(wú)時(shí)鐘脈沖而無(wú)法觸發(fā)，不起作用。 學(xué)習(xí)與探討學(xué)習(xí)與探討晶體管的發(fā)射極晶體管的發(fā)射極和集電極能否互

15、和集電極能否互換使用？為什么換使用？為什么?晶體管在輸出特性曲線的晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放大系數(shù)是否也等于大系數(shù)是否也等于？為什么晶體管基區(qū)摻雜為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度?。慷疫€要做質(zhì)濃度??？而且還要做得很??？得很??？練習(xí)練習(xí)寄存器用來(lái)暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。寄存器用來(lái)暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。 一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)一個(gè)觸發(fā)器可以存儲(chǔ)1 1位二進(jìn)制信號(hào)；寄存位二進(jìn)制信號(hào)；寄存n n位二進(jìn)位二進(jìn)制數(shù)碼，需要制數(shù)碼，需要n n個(gè)觸發(fā)器。個(gè)觸發(fā)器。按按功能功能分分?jǐn)?shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器移位寄存器移位寄存器( (并入并出并入并出) )( (并入

16、并出、并入串出、并入并出、并入串出、 串入并出、串入串出串入并出、串入串出) )分類：分類：按按存放數(shù)碼存放數(shù)碼的方式的方式并行并行串行串行功能功能：寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼。：寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼。采用基本觸發(fā)器構(gòu)成的采用基本觸發(fā)器構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器原理圖如下：位數(shù)碼寄存器原理圖如下：QQ0QQ1QQ3QQ2DR清零指令清零指令取出指令取出指令FF3FF0FF1FF2DSDSDSDSDRDRDR&1111D3D2D0D1G1G2G3G4G5G6G7G8寄存指令寄存指令注意：注意：工作之初要先工作之初要先清零清零用構(gòu)成的用構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器，原理圖如下：位數(shù)碼寄存器，原理圖如下：Q

17、Q3QQ2QQ0QQ1取出取出脈沖脈沖D0&1111.D1D2D31DC11DC11DC11DC1.寄存寄存脈沖脈沖 移位寄存器移位寄存器不僅有存放數(shù)碼的功能，而且有移位功不僅有存放數(shù)碼的功能，而且有移位功能。所謂能。所謂移位移位，就是每當(dāng)來(lái)一個(gè)，就是每當(dāng)來(lái)一個(gè)移位正脈沖移位正脈沖，觸發(fā)器的，觸發(fā)器的狀態(tài)便狀態(tài)便向右或向左向右或向左移一位。移一位。CP清零清零移位脈沖移位脈沖D數(shù)碼輸入數(shù)碼輸入QQ1JDRFF01KC1DSQQ1JDRFF11KC1QQ1JDRFF21KC1QQ1JDRFF31KC1DSDSDS1DR&并行輸出脈沖并行輸出脈沖并行數(shù)碼輸出并行數(shù)碼輸出移移位位數(shù)數(shù)

18、碼碼輸輸出出Q3Q2Q0Q1 FF FF0 0 接成接成D D 觸發(fā)器，數(shù)碼由觸發(fā)器，數(shù)碼由D D 端輸入端輸入。設(shè)寄存的二。設(shè)寄存的二進(jìn)制為進(jìn)制為10111011，按移位脈沖（即時(shí)鐘脈沖）從高位到低，按移位脈沖（即時(shí)鐘脈沖）從高位到低位依次串行送到位依次串行送到D D 端；端；上圖是由上圖是由JK JK 觸發(fā)器組成的四位觸發(fā)器組成的四位移位寄存器移位寄存器。 移位寄存器的狀態(tài)表移位寄存器的狀態(tài)表 清清 零零 右右移一位右移二位移一位右移二位右移三位右移四右移三位右移四位位 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 3 4 Q3 Q2 Q1 Q

19、0 移位過(guò)程移位過(guò)程 寄存器中的數(shù)碼寄存器中的數(shù)碼 移位脈移位脈 沖數(shù)沖數(shù)工作之前要先工作之前要先清零，經(jīng)過(guò)四清零，經(jīng)過(guò)四個(gè)時(shí)鐘脈沖，個(gè)時(shí)鐘脈沖，數(shù)碼依此存入數(shù)碼依此存入各觸發(fā)器。各觸發(fā)器。移位寄存器的移位寄存器的狀態(tài)表如右圖狀態(tài)表如右圖所示：所示：數(shù)碼寄存器和移位寄數(shù)碼寄存器和移位寄存器有什么區(qū)別？存器有什么區(qū)別？分析已學(xué)過(guò)的各種類分析已學(xué)過(guò)的各種類型觸發(fā)器中，哪些能型觸發(fā)器中，哪些能用作移位寄存器？哪用作移位寄存器？哪些不能？為什么？些不能？為什么？ CP清零清零QQ1JFF01KC1DSQQ1JFF11KC1QQ1JFF21KC1QQ1JFF31KC1DSDSDSDRQ3Q2Q0Q1計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分為：同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和異步二進(jìn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分為：同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。制計(jì)數(shù)器。由主從型由主從型JK JK 觸發(fā)器構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成的4 4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下：位二進(jìn)