數(shù)字電子課件5觸發(fā)器

1、第第5 5章章 觸發(fā)器觸發(fā)器觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯部件。 它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)； 在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)； 當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。所以，觸發(fā)器可以記憶1位二值信號(hào)。根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T觸發(fā)器；按照結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。5.1 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器電電路路組組成成和和邏邏輯輯符符號(hào)號(hào) SR QQ S R Q Q(a) 邏輯圖(b) 邏輯符號(hào)& SR信號(hào)輸入端，低電平有效。信號(hào)輸入端，低電平有效。信號(hào)輸出端，

2、信號(hào)輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱(chēng)的狀態(tài)稱(chēng)0狀態(tài)，狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱(chēng)的狀態(tài)稱(chēng)1狀態(tài)，狀態(tài)， SR QQ&工作原理工作原理R SQ10011 00R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱(chēng)將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱(chēng)為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。 SR QQ&0110R SQ1 00R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱(chēng)將觸發(fā)器置1或置位。S端稱(chēng)為觸發(fā)器的置1端或置位

3、端。0 11 SR QQ&1110R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門(mén)的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來(lái)的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。R SQ1 000 111 1不變10 SR QQ&0011R SQ1 000 111 1不變0 0不定R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門(mén)延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。R SnQ1nQ功 能0 0 00 0 1不 用不 用不 允 許0 1 00 1 10001nQ

4、置 01 0 01 0 11111nQ置 11 1 01 1 101nnQQ1保 持特性表（真值表）特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。 Qn0001111000011011RS次態(tài)次態(tài)Qn+1的卡諾圖的卡諾圖約束條件 1)(1SRQRSQRSQnnn特性方程特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式狀態(tài)圖狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱(chēng)為狀態(tài)圖011/1/10/01/當(dāng)觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時(shí)，若輸入信號(hào) 01或11，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；RS當(dāng)觸

5、發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時(shí)，若輸入信號(hào) 10或11，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；RSRS若 10，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。RS若 01，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。波形圖波形圖反映觸發(fā)器輸入信號(hào)取值和狀態(tài)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖形稱(chēng)為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許基本基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無(wú)外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)和必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)R、S

6、情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱(chēng)為RS觸發(fā)器。集成基本集成基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 (a) 74LS279 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS279 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q 1R 1SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND (b) CC4044 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 CC4044 1 2 3 4 5 6 7 8 VDD 4S 4R 1Q 3R 3S 3Q 2Q 4Q NC 1S 1R EN 2R 2S VSS EN1時(shí)工作EN0時(shí)禁止1S2S5.2 同步

7、觸發(fā)器同步觸發(fā)器1 1、同步、同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器G1 G2G3 G4S CP RS CP R&Q QS CP RS CP RQ QQ Q(a) 邏輯電路(b) 曾用符號(hào)1S C1 1RQ Q(c) 國(guó)標(biāo)符號(hào)&RSCP0時(shí)，R=S=1，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變。CP1時(shí)，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。CP R S QnQn+1功能0 QnnnQQ1 保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1 保持1 0 1 01 0 1 11111nQ 置 11 1 0 01 1 0 10001nQ 置 01 1 1 01 1 1 1不用不用不允許特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRS

8、QnnCP=1期間有效期間有效主主要要特特點(diǎn)點(diǎn)波波形形圖圖（1）時(shí)鐘電平控制。在CP1期間接收輸入信號(hào)，CP0時(shí)狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對(duì)觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?cè)黾恿藭r(shí)間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時(shí)為1的情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。C PRSQQ不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變2 2、同步、同步JK觸發(fā)器觸發(fā)器G3 G4G1 G2J CP KJ CP KJ CP KQ QJ CP KQ QQ Q(a) 邏輯電路(b) 曾用符號(hào)1J C1 1KQ Q(c) 國(guó)標(biāo)符號(hào)&nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ1CP=1期間有效期間有效將S

9、=JQn、R=KQn代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步JK觸發(fā)器的特性方程：CP J K QnQn+1功能0 QnnnQQ1保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1保持1 0 1 01 0 1 10001nQ 置 01 1 0 01 1 0 11111nQ 置 11 1 1 01 1 1 110nnQQ1翻轉(zhuǎn)特性表特性表JK=00時(shí)時(shí),不變不變;JK=01時(shí)時(shí),置置0;JK=10時(shí)時(shí),置置1;JK=11時(shí)時(shí),翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn).01JK=1/1/0/0/狀狀態(tài)態(tài)圖圖CPJKQQ波波形形圖圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)J、K情況的不同，具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，都

10、稱(chēng)為JK觸發(fā)器。3 3、同步、同步D觸發(fā)器（觸發(fā)器（D鎖存器）鎖存器）G3 G4G1 G2 S RDG1 G2CPQ Q(a) D 觸發(fā)器的構(gòu)成1D D CP 1D C1Q Q(c) 邏輯符號(hào)CPG3 G4&Q Q(b) D 觸發(fā)器的簡(jiǎn)化電路SR&DQDDQRSQnnn1CP=1期間有效期間有效將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：01D=1/0/0/1/狀狀態(tài)態(tài)圖圖波波形形圖圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱(chēng)為D觸發(fā)器。CPDQQ(a) 74LS375 的引腳圖 16 15 14

11、13 12 11 10 974LS375 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 4D 4Q 4Q 2G 3Q 3Q 3D1D 1Q 1Q 1G 2Q 2Q 2D GND(b) CC404 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9CC4042 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 4Q 4D 3D 3Q 3Q 2Q 2Q4Q 1Q 1Q 1D CP POL 2D VSS集成同步集成同步D觸發(fā)器觸發(fā)器CP1、2CP3、4POL1時(shí)，CP1有效，鎖存的內(nèi)容是CP下降沿時(shí)刻D的值；POL0時(shí)，CP0有效，鎖存的內(nèi)容是CP上升沿時(shí)刻D的值。5.3 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器1 1、主從、主從RS

12、觸發(fā)器觸發(fā)器G5 G6G1 G2G7 主觸發(fā)器 G8Qm QmG3 從觸發(fā)器 G4&Q Q&1S R CPCPG9(a) 邏輯電路&工作原理工作原理（1）接收輸入信號(hào)過(guò)程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門(mén)G7、G8打開(kāi)，接收輸入信號(hào)R、S，有： 從觸發(fā)器控制門(mén)G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。01RSQRSQnmnmG5 G6G1 G2G7 主觸發(fā)器 G8Qm QmG3 從觸發(fā)器 G4&Q Q&1S R CPCPG9&（2）輸出信號(hào)過(guò)程CP下降沿到來(lái)時(shí)，主觸發(fā)器控制門(mén)G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲(chǔ)起來(lái)。同時(shí)，從觸發(fā)器控制門(mén)G3、G4被打開(kāi)

13、，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。01RSQRSQnnCP下降沿到來(lái)時(shí)有效特性特性方程方程 Q Q S RS CP RQ Q(b) 曾用符號(hào) 1S 1RS CP RQ Q(c) 國(guó)標(biāo)符號(hào)CPC1邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。但其仍然存在著約束問(wèn)題，即在CP1期間，輸入信號(hào)R和S不能同時(shí)為1。G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G

14、3 從 G4Q Q1G9Qm Qm&2 2、主從、主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器nnKQRQJS 下降沿到來(lái)時(shí)有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn 1代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒(méi)有約束。J K QnQn+1功能0 0 00 0 101nnQQ1 保持0 1 00 1 10001nQ 置 01 0 01 0 11111nQ 置 11 1 01 1 110nnQQ1 翻轉(zhuǎn)特特性性表表CPJKQ時(shí)時(shí)序序圖圖 Q Q J KJ CP KQ Q曾用符號(hào) 1J 1KJ CP KQ Q國(guó)標(biāo)符號(hào)CPC1電路特點(diǎn)電路特點(diǎn)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)

15、器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。存在一次變化問(wèn)題。G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&帶清零端和預(yù)置端的帶清零端和預(yù)置端的主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置1G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&10001111 SDJ CP K RD Q QSD RD J KJ CP KQ Q曾用符號(hào)國(guó)標(biāo)符號(hào)CPRDSD S 1J 1K R Q QC1帶清零端

16、和預(yù)置端的主從帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)集成主從集成主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器 14 13 12 11 10 9 87472 1 2 3 4 5 6 7VCC SD RD K3 K2 K1 Q(b) 7472 的引腳圖(a) 74LS76 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS76 1 2 3 4 5 6 7 81K 1Q 1Q GND 2K 2Q 2Q 2J1CP 1SD 1RD 1J VCC2CP 2SD 2RDNC CP J1 J2 J3 Q GND321KKKK 321JJJJ 低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā) 1J 2K S RSD

17、 J1 J2 J3 CP K1 K2 K3 RDQ QCP&與輸入主從與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)觸發(fā)器的邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問(wèn)題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。5.4 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器1 1、邊沿、邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器工作原理工作原理G5 G6G1 G2CPG3 從 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&（1）CP0時(shí)，門(mén)G7、G8被封鎖，門(mén)G3、G4打開(kāi)

18、，從觸發(fā)器的狀態(tài)取決于主觸發(fā)器Q=Qm、Q=Qm，輸入信號(hào)D不起作用。（2）CP1時(shí)，門(mén)G7、G8打開(kāi)，門(mén)G3、G4被封鎖，從觸發(fā)器狀態(tài)不變，主觸發(fā)器的狀態(tài)跟隨輸入信號(hào)D的變化而變化，即在CP1期間始終都有Qm=D。G5 G6G1 G2CPG3 從 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&DQn1下降沿時(shí)刻有效（3）CP下降沿到來(lái)時(shí)，封鎖門(mén)G7、G8，打開(kāi)門(mén)G3、G4，主觸發(fā)器鎖存CP下降時(shí)刻D的值，即Qm=D，隨后將該值送入從觸發(fā)器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿過(guò)后，主觸發(fā)器鎖存的CP下降沿時(shí)刻D的值被保存下來(lái)，而從觸發(fā)器的狀態(tài)也將保持不變。綜上所述，邊沿

19、D觸發(fā)器的特性方程為： D CP Q Q DQ Q曾用符號(hào) D CP 1DQ Q國(guó)標(biāo)符號(hào) CP C1邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引腳排列圖 (b) CC4013引腳排列圖集成邊沿集成邊沿D觸發(fā)器觸發(fā)器：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電

20、平有效。CP上升沿觸發(fā)2 2、邊沿、邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器DCP&Q Q1&1111JK&nnnnnnnnnnQKQJKJQKQJQKQJKQQJKQQJD)()(nnnQKQJDQ1CP下降沿時(shí)刻有效 J CP K Q Q J KQ Q曾用符號(hào) J CP K 1J 1KQ Q國(guó)標(biāo)符號(hào) CP C1邊沿邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器的邏輯符號(hào)的邏輯符號(hào)邊沿邊沿JK觸發(fā)觸發(fā)器的特點(diǎn)器的特點(diǎn)邊沿觸發(fā)，無(wú)一次變化問(wèn)題。功能齊全，使用方便靈活。抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高。集成邊沿集成邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器(a) 74LS112 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 974LS1

21、12 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND(b) CC4027 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9CC4027 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2K 2J 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1K 1J 1SD VSS74LS112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。5.5 不同類(lèi)型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換不同類(lèi)型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換（1）寫(xiě)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

22、程，使之形式與已有觸發(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)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫(huà)出邏輯電路圖。利用令已有觸發(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。1 1、將、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和和T觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比較，得：1J C11KSCPRQQ電路圖電路圖JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器1J C11KDQQ1CP寫(xiě)出D觸發(fā)器的特性方程，并進(jìn)行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：DKDJ電電路路圖圖JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路，即當(dāng)T0時(shí)能保持狀態(tài)不變，T1時(shí)一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱(chēng)為T(mén)觸發(fā)器。T QnQn+1功能0 00 101nnQQ1 保持1 01 110nnQQ1翻轉(zhuǎn)特性表特性表邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) T CP