ch05-1鎖存器和觸發(fā)器

1、5 鎖存器和觸發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.2 鎖存器鎖存器5.3 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理5.4 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能2、鎖存器與觸發(fā)器、鎖存器與觸發(fā)器共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：具有具有0 和和1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持。一個(gè)鎖存器或觸發(fā)器能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制碼。保持。一個(gè)鎖存器或觸發(fā)器能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制碼。 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：鎖存器鎖存器-對(duì)脈沖電平敏感的對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)存儲(chǔ)電路，在特定輸入脈沖電平作用下電路，在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。改變狀態(tài)。觸發(fā)器觸發(fā)器-對(duì)脈沖

2、邊沿敏感對(duì)脈沖邊沿敏感的存儲(chǔ)電的存儲(chǔ)電路，在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿路，在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。的變化瞬間改變狀態(tài)。 E E CP CP 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求1、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理2、熟練掌握、熟練掌握SR觸發(fā)器、觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、D觸發(fā)器及觸發(fā)器及T 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能3、正確理解鎖存器、觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性、正確理解鎖存器、觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性1 1、時(shí)序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器：、時(shí)序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器： 時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路: :概述概述鎖存器和觸發(fā)器鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序

3、邏輯電路的基本邏輯單元是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯單元 。 結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征: :由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路組成由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路組成, ,電路中存在反饋。電路中存在反饋。工作特征：工作特征：時(shí)序邏輯電路的工作特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出狀態(tài)不時(shí)序邏輯電路的工作特點(diǎn)是任意時(shí)刻的輸出狀態(tài)不僅與該當(dāng)前的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。僅與該當(dāng)前的輸入信號(hào)有關(guān)，而且與此前電路的狀態(tài)有關(guān)。 5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.1.1 雙穩(wěn)態(tài)的概念雙穩(wěn)態(tài)的概念5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路2、鎖存器與觸發(fā)器、鎖存器與觸發(fā)器共同點(diǎn)：共同點(diǎn)：具有具有0 和和1兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，

4、一旦狀態(tài)被確定，就能自行兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，一旦狀態(tài)被確定，就能自行保持。一個(gè)鎖存器或觸發(fā)器能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制碼。保持。一個(gè)鎖存器或觸發(fā)器能存儲(chǔ)一位二進(jìn)制碼。 不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：鎖存器鎖存器-對(duì)脈沖電平敏感的對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)存儲(chǔ)電路，在特定輸入脈沖電平作用下電路，在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。改變狀態(tài)。觸發(fā)器觸發(fā)器-對(duì)脈沖邊沿敏感對(duì)脈沖邊沿敏感的存儲(chǔ)電的存儲(chǔ)電路，在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿路，在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。的變化瞬間改變狀態(tài)。 E E CP CP 5.1 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.1.1 雙穩(wěn)態(tài)的概念雙穩(wěn)態(tài)的概念 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)介介穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 1 Q

5、 Q 1 G1 G2 1 Q Q 1 G1 G2 反饋反饋5.1.2 雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路 Q端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。端的狀態(tài)定義為電路輸出狀態(tài)。電路有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端電路有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 2、數(shù)字邏輯分析、數(shù)字邏輯分析電路具有記憶電路具有記憶1 1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能。位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能。 如如 Q = 1如如 Q = 0 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 10011 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 011003. 模擬特性分析模擬特性分析 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI

6、2 I1 = O2 O1 = I2 0 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點(diǎn)點(diǎn)(Q=1) 穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點(diǎn)點(diǎn)( (Q Q= =0 0) ) 介介穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)點(diǎn)點(diǎn) I1(=O2) O1(=I2) a b c d e G1 G2 圖中兩個(gè)非門的傳輸特性圖中兩個(gè)非門的傳輸特性5.2.1 SR 鎖存器鎖存器5.2 鎖存器鎖存器5.2.1 D 鎖存器鎖存器5.2.1 SR 鎖存器鎖存器5.2 鎖存器鎖存器 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S +VDD T4 T2 T6 T5 T1 T3 Q Q S R 或或非非門門 G1 或或非非門門 G2 1. 1. 基本基本SR鎖存器鎖存器初態(tài)：初態(tài)：R、S信號(hào)作用前信號(hào)作用前Q端的端的狀態(tài)，

7、狀態(tài)，初態(tài)初態(tài)用用Q n表示。表示。次態(tài)：次態(tài)：R、S信號(hào)作用后信號(hào)作用后Q端的端的狀態(tài)狀態(tài)次態(tài)次態(tài)用用Q n+1表示。表示。1) 工作原理工作原理R=0、S=0狀態(tài)不變狀態(tài)不變0 00 0若初態(tài)若初態(tài) Q n = 11 10 01 1 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 00 01 10 00 00 0 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 無(wú)論初態(tài)無(wú)論初態(tài)Q n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(lái)。后新的狀態(tài)將被記憶下來(lái)。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 0 01 1若若初態(tài)初態(tài) Q

8、n = 11 10 01 1 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若初態(tài)若初態(tài) Q n = 00 01 10 00 01 10 0R=0、S=1置置1無(wú)論初態(tài)無(wú)論初態(tài)Q n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(lái)。新的狀態(tài)將被記憶下來(lái)。 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 10 0若若初態(tài)初態(tài) Q n = 11 11 10 0若初態(tài)若初態(tài) Q n = 0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 10 00 01 10 01 1R=1 、 S=0置置0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 11 10 00 0S=1 、 R=1無(wú)論初

9、態(tài)無(wú)論初態(tài)Q n為為0或或1，觸發(fā)器的次態(tài)，觸發(fā)器的次態(tài) 、 都為都為0 。nQnQ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)S、R 同時(shí)回到同時(shí)回到0時(shí)，由于兩個(gè)與非時(shí)，由于兩個(gè)與非門的延遲時(shí)間無(wú)法確定，使得觸發(fā)器門的延遲時(shí)間無(wú)法確定，使得觸發(fā)器最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。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)3）工作波形工作波形 S R Q Q 置置 1 置置 0 1 1 Q Q R S 4 4）用與非門構(gòu)成的基本）用與非門構(gòu)成的基本SR鎖存器鎖存器、 S Q Q R R S c.國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)a.電路圖電路圖b.b.功

10、能表功能表 RSQ不定不定10010100101不變不變1 11不變不變Q約束條件約束條件: S +R = 0 例例 運(yùn)用基本運(yùn)用基本SR鎖存器消除機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的脈沖輸出。鎖存器消除機(jī)械開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的脈沖輸出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 100k A B Q 1 2 74HCT00 R S 100k S +5V +5V R S Q 2. 邏輯門控邏輯門控SR鎖存器鎖存器 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 1R E1 1S Q Q E S R 國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)簡(jiǎn)單

11、簡(jiǎn)單SR鎖存器鎖存器使能信號(hào)控制門電路使能信號(hào)控制門電路 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 2、工作原理、工作原理 S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= E=1：E=0：狀態(tài)發(fā)生變化。狀態(tài)發(fā)生變化。 狀態(tài)不變狀態(tài)不變Q3 = S Q4 = R E S R Q3 Q4 Q Q 1 2 3 4 的波形。的波形。 邏輯門控邏輯門控SR鎖存器的鎖存器的E、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，的波形如下圖虛線上邊所示，鎖存器的原始狀態(tài)為鎖存器的原始狀態(tài)為Q = 0，

12、試畫出試畫出Q3、Q4、Q和和Q R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 5.2.2 D 鎖存器鎖存器1. 邏輯門控邏輯門控D鎖存器鎖存器 1D E1 Q Q E D 國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào)國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào) R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 邏輯電路圖邏輯電路圖 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =SS =0 R=1D=0Q = 0D=1Q = 1E=0不變不變E=1= DS =1 R=0D鎖存

13、器的功能表鎖存器的功能表置置10111置置01001保持保持不變不變不不變變0功能功能QDEQ邏輯邏輯功能功能2. 傳輸門控傳輸門控D鎖存器鎖存器 1 1 TG2 TG1 1 1 G1 G2 G4 G3 E C Q Q C C C D C C 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D 1 1 G1 TG2 G2 Q Q TG1 D (c) E=0時(shí)時(shí)(b) E=1時(shí)時(shí)(a) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)CTG2導(dǎo)通，導(dǎo)通，TG1斷開(kāi)斷開(kāi) TG1導(dǎo)通，導(dǎo)通，TG2斷開(kāi)斷開(kāi)Q = DQ 不變不變 1 1 TG TG 1 1 G1 TG2 G2 G4 G3 E C Q Q C C C TG1 D C C (c) 工作波形工作波形 D E Q Q 3. D鎖存器的動(dòng)態(tài)特性鎖存器的動(dòng)態(tài)特性定時(shí)圖定時(shí)圖: :表示電路動(dòng)作過(guò)程中，對(duì)各輸入信號(hào)的表示電路動(dòng)作過(guò)程中，對(duì)各輸入信號(hào)的時(shí)間要求以及輸出對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。時(shí)間要求以及輸出對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。 D Q tSU tH tW TpLH E TpHL 74HC/HCT373 八八D鎖存器鎖存器 LE 1 1 OE 1 E 1 E 1 E Q1 Q7 Q0 D1 D7 D0 1D C1 C1 1 1D C1 C1 1D