數(shù)字邏輯第三章

1、第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器第第 三三 章章集集 成成 門門 電電 路路 與與 觸觸 發(fā)發(fā) 器器第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的集成門電路和觸發(fā)器等邏輯器件是實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)功能的物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，人們把實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能的元器件及其連線都集中制造在同一塊半導(dǎo)體材料小片上，并封裝在一個(gè)殼體中，通過(guò)引線與外界聯(lián)系，即構(gòu)成所謂的集成集成電路塊，電路塊，通常又稱為通常又稱為集成電路芯片集成電路芯片。 采用集成電路進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可靠性高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以大可靠性

2、高、可維性好、功耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 本章知識(shí)要點(diǎn)本章知識(shí)要點(diǎn): 半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性；半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性；邏輯門電路的功能、外部特性及使用方法；邏輯門電路的功能、外部特性及使用方法；常用觸發(fā)器的功能、觸發(fā)方式與外部工作特性。常用觸發(fā)器的功能、觸發(fā)方式與外部工作特性。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.1 數(shù)字集成電路的分?jǐn)?shù)字集成電路的分類類數(shù)字集成電路通常按照所用半導(dǎo)體器件的不同或者根據(jù)集成規(guī)模的大小進(jìn)行分類。一、根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)行分類一、根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件進(jìn)

3、行分類 根據(jù)所采用的半導(dǎo)體器件，數(shù)字集成電路可以分為兩大類。兩大類。1.雙極型集成電路：雙極型集成電路：采用雙極型半導(dǎo)體器件作為元件。主要特點(diǎn)是速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、速度快、負(fù)載能力強(qiáng)，但功耗較大、 集成度較低。集成度較低。2.單極型集成電路單極型集成電路(又稱為又稱為MOS集成電路集成電路): 采用金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metel Oxide Semiconductor Field Effect Transister)作為元件。主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、集成度高、功耗低，但速度較慢。成度高、功耗低，但速度較慢。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電

4、路與觸發(fā)器雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為：雙極型集成電路又可進(jìn)一步可分為：TTL(Transistor Transistor Logic)電路；電路；ECL(Emitter Coupled Logic)電路；電路；I2L(Integrated Injection Logic)電路。電路。TTL電路的電路的“性能價(jià)格比性能價(jià)格比”最佳，應(yīng)用最廣泛。最佳，應(yīng)用最廣泛。MOS集成電路又可進(jìn)一步分為：集成電路又可進(jìn)一步分為：PMOS( P-channel Metel Oxide Semiconductor)；NMOS(N-channel Metel Oxide Semiconductor)；CMOS(

5、Complement Metal OxideSemiconductor)。CMOS電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電路電路應(yīng)用較普遍，因?yàn)樗坏m用于通用邏電路的設(shè)計(jì)，而且綜合性能最好的設(shè)計(jì)，而且綜合性能最好 。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類二、根據(jù)集成電路規(guī)模的大小進(jìn)行分類通常根據(jù)一片集成電路芯片上包含的邏輯門個(gè)數(shù)或元件個(gè)數(shù)，分為 SSI 、MSI 、LSI 、VLSI。 1. SSI (Small Scale Integration ) 小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)小于10 門(或元件數(shù)小于100個(gè))；2. MSI (M

6、edium Scale Integration ) 中規(guī)模集成電路中規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為10 門99 門(或元件數(shù)100個(gè)999個(gè))；3. LSI (Large Scale Integration ) 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路:邏輯門數(shù)為100 門9999 門(或元件數(shù)1000個(gè)99999個(gè))；4. VLSI (Very Large Scale Integration) 超大規(guī)模集超大規(guī)模集成電路成電路:邏輯門數(shù)大于10000 門(或元件數(shù)大于100000個(gè))。 第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3. 2 半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性數(shù)字電路中的晶體二極管、

7、三極管和數(shù)字電路中的晶體二極管、三極管和MOS管等器件一般是管等器件一般是以開(kāi)關(guān)方式運(yùn)用的，其工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的以開(kāi)關(guān)方式運(yùn)用的，其工作狀態(tài)相當(dāng)于相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的“接通接通”與與“斷開(kāi)斷開(kāi)”。數(shù)子系統(tǒng)中的半導(dǎo)體器件運(yùn)用在開(kāi)關(guān)頻率十分高的電路中(通常開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的速度可高達(dá)每秒百萬(wàn)次數(shù)量級(jí)甚至千萬(wàn)次數(shù)量級(jí))，研究這些器件的開(kāi)關(guān)特性時(shí)，不僅要研究它們的靜止靜止特性特性，而且還要分析它們的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性。靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。靜態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通和截止兩種穩(wěn)定狀態(tài)下的特性。3.2.1 晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性晶體二極管的開(kāi)關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 第三章第三

8、章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器典型二極管的靜態(tài)特性曲線典型二極管的靜態(tài)特性曲線(又稱伏安特性曲線又稱伏安特性曲線) ：1. 正向特性正向特性門檻電壓門檻電壓 ( VTH )：使二極管開(kāi)始導(dǎo)通的正向電壓，又稱為閾值電壓 (一般鍺管約0.1V，硅管約0.5V)。 正向電壓正向電壓 VD VTH ：管子截止，電阻很大、正向電流 IF 接近于 0， 二極管類似于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài) ； 正向電壓正向電壓 VD = VTH ：管子開(kāi)始導(dǎo)通，正向電流 IF 開(kāi)始上升； 正向電壓正向電壓 VD VTH (一般鍺管為一般鍺管為0.3V，硅管為，硅管為0.7V) ：管子充分導(dǎo)通， 電阻很小，正向電流IF 急

9、劇增加，二極管類似于開(kāi)關(guān)的接 通狀態(tài)。使二極管充分導(dǎo)通的電壓為導(dǎo)通電壓，用VF表示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 2 反向特性反向特性 二極管在反向電壓VR 作用下，處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電阻很大，反向電流 IR 很?。▽⑵浞Q為反向飽和電流，用 IS 表示，通?？珊雎圆挥?jì) ），二極管的狀態(tài)類似于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。二極管的狀態(tài)類似于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。而且反向電壓在一定范圍內(nèi)變化基本不引起反向電流的變化。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 正向?qū)〞r(shí)可能因電流過(guò)大而導(dǎo)致二極管燒壞。組成實(shí)際電路時(shí)通常要串接一只電阻 R，以限制二極管的正向電流； 反向電壓超過(guò)某個(gè)極限值時(shí)，將使反向電流IR突然猛增，致使二極管被擊

10、穿（通常將該反向電壓極限值稱為反向擊反向擊穿電壓穿電壓VBR），一般不允許反向電壓超過(guò)此值。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二極管組成的開(kāi)關(guān)電路圖如圖（a）所示。二極管導(dǎo)通狀態(tài)下的等效電路如圖(b)所示，截止?fàn)顟B(tài)下的等效電路如圖(c)所示，圖中忽略了二極管的正向壓降。 二極管開(kāi)關(guān)電路及其等效電路DU0RR斷開(kāi)R關(guān)閉(a)(b)(c)由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它由于二極管的單向?qū)щ娦?，所以在?shù)字電路中經(jīng)常把它當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用。當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、 動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)

11、二極管的動(dòng)態(tài)特性是指二極管在導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一換過(guò)程中的特性，它表現(xiàn)在完成兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間。為此，引入了反向恢復(fù)時(shí)間和開(kāi)通時(shí)間的概念。定的時(shí)間。為此，引入了反向恢復(fù)時(shí)間和開(kāi)通時(shí)間的概念。1. 反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間：反向恢復(fù)時(shí)間：二極管從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂顾枰臅r(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間。反向恢復(fù)時(shí)間反向恢復(fù)時(shí)間tre=存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間ts+渡越時(shí)間渡越時(shí)間tt第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 2. 開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間：二極管從反向截止到正向?qū)ǖ臅r(shí)間稱為開(kāi)通時(shí)間。 二極管的開(kāi)通時(shí)

12、間很短，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響很小，相二極管的開(kāi)通時(shí)間很短，對(duì)開(kāi)關(guān)速度影響很小，相對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。對(duì)反向恢復(fù)時(shí)間而言幾乎可以忽略不計(jì)。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.2.2 晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性晶體三極管的開(kāi)關(guān)特性晶體三極管由集電結(jié)和發(fā)射結(jié)兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。根據(jù)兩個(gè)PN結(jié)的偏置極性，三極管有截止、放大、飽和截止、放大、飽和3種工作狀態(tài)。一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極管的靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性。管的靜態(tài)開(kāi)關(guān)特性。在數(shù)字邏輯電路中，三極

13、管相當(dāng)于一個(gè)由基極信號(hào)控制的在數(shù)字邏輯電路中，三極管相當(dāng)于一個(gè)由基極信號(hào)控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其作用對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，其作用對(duì)應(yīng)于觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的“閉合閉合”與與“斷開(kāi)斷開(kāi)”。電路在三極管截止截止與飽和飽和狀態(tài)下的等效電路如下:第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中具有的特性晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中具有的特性稱為三極管的動(dòng)態(tài)特性。稱為三極管的動(dòng)態(tài)特性。三極管的開(kāi)關(guān)過(guò)程和二極管一樣，管子內(nèi)部也存在著電荷的建立與消失過(guò)程。因此，兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換也需要一定的時(shí)間才能完成。二、動(dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電

14、路與觸發(fā)器 1開(kāi)通時(shí)間開(kāi)通時(shí)間（ ton ） 開(kāi)通時(shí)間：開(kāi)通時(shí)間：三極管從截止?fàn)顟B(tài)到飽和狀態(tài)所需要的時(shí)間。時(shí)間時(shí)間ton =延遲時(shí)間延遲時(shí)間td +上升時(shí)間上升時(shí)間tr 2. 關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間 （ toff ） 關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間 ：三極管從飽和狀態(tài)到截止?fàn)顟B(tài)所需要的時(shí)間。關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間toff =存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間ts +下降時(shí)間下降時(shí)間tf 開(kāi)通時(shí)間ton和關(guān)閉時(shí)間toff是影響電路工作速度的主要因素。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.2.3 MOS管的開(kāi)關(guān)特性管的開(kāi)關(guān)特性一、靜態(tài)特性一、靜態(tài)特性 MOS管作為開(kāi)關(guān)元件，同樣是工作在截止或?qū)▋煞N狀態(tài)。MOS管是電壓控制元

15、件，主要由柵源電壓管是電壓控制元件，主要由柵源電壓vGS決定其工決定其工作狀態(tài)。作狀態(tài)。工作特性如下：工作特性如下：當(dāng)當(dāng)VGS開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓VTN時(shí)：時(shí)：MOS管工作在截止區(qū)，輸出電壓vDS VDD，MOS管處于“斷開(kāi)”狀態(tài);當(dāng)當(dāng)VDSVGSVTN時(shí)：時(shí)：MOS管工作在導(dǎo)通區(qū)，輸出電壓vDS 0V，MOS管處于“接通”狀態(tài)。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、動(dòng)態(tài)特性二、動(dòng)態(tài)特性MOS管本身導(dǎo)通和截止時(shí)電荷積累和消散的時(shí)間很小。 動(dòng)態(tài)特性主要取決于電路中雜散電容充、放電所需動(dòng)態(tài)特性主要取決于電路中雜散電容充、放電所需的時(shí)間。的時(shí)間。 第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電

16、路與觸發(fā)器為了提高為了提高M(jìn)OS器件的工作速度，引入了器件的工作速度，引入了CMOS電路。電路。在在CMOS電路中，由于充電電路和放電電路都是低阻電電路中，由于充電電路和放電電路都是低阻電路，因此，其充、放電過(guò)程都比較快，從而使路，因此，其充、放電過(guò)程都比較快，從而使CMOS電路有電路有較高的開(kāi)關(guān)速度。較高的開(kāi)關(guān)速度。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.3 3.3邏邏 輯輯 門門 電電 路路實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的邏輯器件統(tǒng)稱實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和常用復(fù)合邏輯運(yùn)算的邏輯器件統(tǒng)稱為邏輯門電路，它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元電路。為邏輯門電路，它們是組成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元

17、電路。 學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)掌握集成邏輯門電路的功能和外部特性，以及器件的使用方法。對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理只要求作一以及器件的使用方法。對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理只要求作一般了解。般了解。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.1 TTL 集成邏輯門電路集成邏輯門電路TTL(Transistor Transistor Logic)電路是晶體電路是晶體管管-晶體管邏輯電路的簡(jiǎn)稱。晶體管邏輯電路的簡(jiǎn)稱。TTL電路的功耗大、線路較復(fù)雜，使其集成度受到電路的功耗大、線路較復(fù)雜，使其集成度受到一定的限制，故廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模邏輯電路中。一定的限制，故

18、廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模邏輯電路中。下面，對(duì)幾種常見(jiàn)TTL門電路進(jìn)行介紹，重點(diǎn)討論TTL與非門。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、典型一、典型TTL與非門與非門 該電路可按 圖中虛線劃分為三部分：三部分：輸入級(jí)輸入級(jí) 由多發(fā)射極晶體管T1和電阻R1組成；中間級(jí)中間級(jí) 由晶體管T2和電阻R2、R3組成；輸出級(jí)輸出級(jí) 由晶體管T3、T4、D4和電阻R4、R5組成。1. 電路結(jié)構(gòu)及工作原理電路結(jié)構(gòu)及工作原理 (1) 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)典型TTL與非門電路圖及相應(yīng)邏輯符號(hào)如右圖所示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(2) 工作原理工作原理邏輯功能分析如下：邏輯功能分析如下

19、： 輸入端全部接高電平輸入端全部接高電平(3.6V)：電源電源V Vcccc通過(guò)通過(guò)R R1 1和和T T1 1的集電結(jié)的集電結(jié)向向T T2 2提供足夠的基極電流，使提供足夠的基極電流，使T T2 2飽和導(dǎo)通。飽和導(dǎo)通。T T2 2的發(fā)射極電流在的發(fā)射極電流在R R3 3上產(chǎn)生的上產(chǎn)生的壓降又使壓降又使 T T4 4 飽和導(dǎo)通，輸出為低電平飽和導(dǎo)通，輸出為低電平(0.3V)(0.3V)。 實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了“輸入全高輸入全高 ，輸出為低，輸出為低”的邏輯關(guān)系。的邏輯關(guān)系。當(dāng)有輸入端接低電平當(dāng)有輸入端接低電平(0.3V)時(shí)：時(shí)：輸入端接低電平的發(fā)射結(jié)導(dǎo)輸入端接低電平的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，使通，使T1的基極電位

20、的基極電位Vb1=0.3V+0.7V=1V。該電壓作用于。該電壓作用于T1的集電結(jié)和的集電結(jié)和T2、T4的發(fā)射結(jié)上，不可能使的發(fā)射結(jié)上，不可能使T2和和T4導(dǎo)通。導(dǎo)通。由于由于T2截止，電源截止，電源VCC通過(guò)通過(guò)R2驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)T3和和D4管，使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，電路輸出為高電平管，使之工作在導(dǎo)通狀態(tài)，電路輸出為高電平(3.6V)。 實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了“輸入有低，輸出為高輸入有低，輸出為高”的邏輯功能。的邏輯功能。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 歸納：歸納：當(dāng)輸入當(dāng)輸入A A、B B、C C均為高電平時(shí)，輸出為低電平均為高電平時(shí)，輸出為低電平(0V)(0V)；當(dāng)；當(dāng)A A、B B、

21、C C中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，輸出為高電平平(3.6V)(3.6V)。輸出與輸入之間為。輸出與輸入之間為“與非與非”邏輯，即邏輯，即ABCF 第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2. 主要外部特性參數(shù)主要外部特性參數(shù)TTL與非門的主要外部特性參數(shù)有輸出邏輯電平、開(kāi)門電平、關(guān)門電平、扇入系數(shù)、扇出系數(shù)、平均傳輸時(shí)延和空載功耗等。 (2) 輸出低電平輸出低電平VOL：輸出低電平輸出低電平VoLVoL是指輸入全為高電平時(shí)的輸是指輸入全為高電平時(shí)的輸 出電平。出電平。VOLVOL的典型值是的典型值是0.3V0.3V。輸出高電平輸出高電平VOH ：指至少有

22、一個(gè)輸入端接低電平時(shí)的輸出電指至少有一個(gè)輸入端接低電平時(shí)的輸出電 平。平。V VOHOH的典型值是的典型值是3.6V3.6V。 (3) 開(kāi)門電平開(kāi)門電平VO N ：指在額定負(fù)載下，使輸出電平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)低電平指在額定負(fù)載下，使輸出電平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)低電平 V VSLSL的輸入電平，它表示使與非門開(kāi)通的最小輸?shù)妮斎腚娖?，它表示使與非門開(kāi)通的最小輸 入電平。入電平。V VONON的產(chǎn)品規(guī)范值為的產(chǎn)品規(guī)范值為V VONON1.8V1.8V。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(4) 關(guān)門電平關(guān)門電平VOFF ：指輸出空載時(shí)，使輸出電平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高電平指輸出空載時(shí)，使輸出電平達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)高電平V VSH

23、SH的的 輸入電平，它表示使與非門關(guān)斷所允許的最大輸輸入電平，它表示使與非門關(guān)斷所允許的最大輸 入電平。入電平。V VOFFOFF 的產(chǎn)品規(guī)范值的產(chǎn)品規(guī)范值V VOFFOFF0.8V0.8V。(5) 扇入系數(shù)扇入系數(shù)Ni ：指與非門允許的輸入端數(shù)目。指與非門允許的輸入端數(shù)目。(6) 扇出系數(shù)扇出系數(shù)No：指與非門輸出端連接同類門的最多個(gè)數(shù)。指與非門輸出端連接同類門的最多個(gè)數(shù)。(7) 輸入短路電流輸入短路電流IiS ：指當(dāng)與非門的某一個(gè)輸入端接地而其余輸入指當(dāng)與非門的某一個(gè)輸入端接地而其余輸入 端端 懸空時(shí)，流過(guò)接地輸入端的電流。懸空時(shí)，流過(guò)接地輸入端的電流。 (8) 高電平輸入電流高電平輸入電

24、流IiH：指某一輸入端接高電平，而其他輸入端接地指某一輸入端接高電平，而其他輸入端接地 時(shí)，流入高電平輸入端的電流，又稱為輸入時(shí)，流入高電平輸入端的電流，又稱為輸入 漏電流。漏電流。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 (9) 平均傳輸延遲時(shí)間平均傳輸延遲時(shí)間tpd: 指一個(gè)矩形波信號(hào)從與非門輸入端傳到與指一個(gè)矩形波信號(hào)從與非門輸入端傳到與 非門輸出端非門輸出端(反相輸出反相輸出)所延遲的時(shí)間。通常所延遲的時(shí)間。通常 將從輸入波上沿中點(diǎn)到輸出波下沿中點(diǎn)的將從輸入波上沿中點(diǎn)到輸出波下沿中點(diǎn)的 時(shí)間延遲稱為導(dǎo)通延遲時(shí)間時(shí)間延遲稱為導(dǎo)通延遲時(shí)間tpdL；從輸入；從輸入 波下沿中點(diǎn)到輸出

25、波上沿中點(diǎn)的時(shí)間延遲波下沿中點(diǎn)到輸出波上沿中點(diǎn)的時(shí)間延遲 稱為截止延遲時(shí)間稱為截止延遲時(shí)間tpdH。平均延遲時(shí)間為平均延遲時(shí)間為 ：tpd = ( tpdL+ tpdH )/2(10) 空載功耗空載功耗P：指與非門空載時(shí)電源總電流指與非門空載時(shí)電源總電流I ICCCC和電源電壓和電源電壓V VCCCC的乘積。的乘積。 輸出為低電平時(shí)的功耗稱為空載導(dǎo)通功耗輸出為低電平時(shí)的功耗稱為空載導(dǎo)通功耗P PONON，輸出為，輸出為 高電平時(shí)的功耗稱為空載截止功耗高電平時(shí)的功耗稱為空載截止功耗P POFFOFF 。平均功耗為：平均功耗為： P =(PON + POFF)/2 第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器

26、集成門電路與觸發(fā)器 3. TTL與非門集成電路芯片與非門集成電路芯片TTL與非門集成電路芯片種類很多，常用的TTL與非門集成電路芯片有7400和7420等。7400的引腳分配圖如圖(a)所示；7420的引腳分配圖如圖(b)所示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、其他功能的二、其他功能的TTL門電路門電路 集成集成TTLTTL門電路還有門電路還有與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或門門等不同功能的產(chǎn)品。此外，還有兩種特殊門電路等不同功能的產(chǎn)品。此外，還有兩種特殊門電路集電極開(kāi)路門集電極開(kāi)路門(OC(OC門門) )和三和三 態(tài)門態(tài)門(

27、TS(TS門門) )。 (1) 非門非門 1. 幾種常用的幾種常用的TTL門電路門電路第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(2) 或非門或非門 常用的TTL或非門集成電路芯片有2輸入4或非門7402等。7402的引腳分配圖如下圖所示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器(3) 與或非門與或非門 常用的常用的TTL與或非門集成電路芯片與或非門集成電路芯片7451的引腳排列圖的引腳排列圖如下圖所示。如下圖所示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2. 兩種特殊的門電路兩種特殊的門電路 (1) 集電極開(kāi)路門集電極開(kāi)路門(OC門門) 集電極開(kāi)路門(Open C

28、ollector Gate）是一種輸出端可以直接相互連接的特殊邏輯門，簡(jiǎn)稱OC門。 圖給出了一個(gè)集電極開(kāi)路與非門的電路結(jié)構(gòu)圖和邏輯符號(hào)。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 注意！集電極開(kāi)路與非門只有在外接負(fù)載電阻注意！集電極開(kāi)路與非門只有在外接負(fù)載電阻RL和和電源電源UCC后才能正常工作。后才能正常工作。集電極開(kāi)路與非門在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用很廣泛，可以用它實(shí)現(xiàn)線與邏輯、電平轉(zhuǎn)換以及直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、干簧繼電器等。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 (2) 三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門(TS門門)三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：三態(tài)輸出門有三種輸出狀態(tài)：輸出高電平、輸出低電輸出高電

29、平、輸出低電平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁平和高阻狀態(tài)，前兩種狀態(tài)為工作狀態(tài)，后一種狀態(tài)為禁止?fàn)顟B(tài)止?fàn)顟B(tài)。簡(jiǎn)稱三態(tài)門(Three state Gate)、TS門等。注意注意 ! 三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。三態(tài)門不是指具有三種邏輯值。如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？如何使電路處在工作狀態(tài)和禁止?fàn)顟B(tài)？通過(guò)外加控制信號(hào)！通過(guò)外加控制信號(hào)！第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器例如：例如：BAF該電路邏輯功能如下：該電路邏輯功能如下：EN=0：二極管D反偏，此時(shí)電路功能與一般與非門無(wú)區(qū)別，輸出 ；EN=1：一方面因?yàn)門1有一個(gè)輸入端為低，使T2、T5截止。另一方面由

30、于二極管導(dǎo)通，迫使T3的基極電位變低，致使T3、T4也截止。輸出F便被懸空，即處于高阻狀態(tài)。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器三態(tài)門常用于總線傳輸控制。如下圖所示，用兩種不同控制輸入三態(tài)門常用于總線傳輸控制。如下圖所示，用兩種不同控制輸入的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。的三態(tài)門可構(gòu)成的雙向總線。圖中：EN=1時(shí)時(shí): G1工作，G2處于高阻狀態(tài)，數(shù)據(jù)D1被取反后送至總線；EN=0時(shí)時(shí): G2工作，G1處于高阻狀態(tài)，總線上的數(shù)據(jù)被取反后送到數(shù)據(jù)端D2。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分時(shí)雙向傳送。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.3.2 CMOS3.3.2 CMOS集成邏輯門電路集成邏輯

31、門電路MOS型集成門電路的主要優(yōu)點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、集成度優(yōu)點(diǎn)：制造工藝簡(jiǎn)單、集成度高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)等；主要缺點(diǎn)：速度相對(duì)高、功耗小、抗干擾能力強(qiáng)等；主要缺點(diǎn)：速度相對(duì)TTL電電路較低路較低。 MOS門電路有三種類型：門電路有三種類型：使用P溝道管的PMOS電路；使用N溝道管的NMOS電路；同時(shí)使用PMOS管和NMOS管的CMOS電路。相比之下，CMOS電路性能更優(yōu)電路性能更優(yōu)，是當(dāng)前應(yīng)用較普遍的邏輯電路之一。下面，僅討論CMOS集成邏輯門。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、一、 CMOSCMOS反相器反相器 由一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管TN和一個(gè)P溝道增強(qiáng)型MOS管T

32、P組成的CMOS反相器如下圖所示。 電路正常工作條件：電路正常工作條件：VDD大于大于TN管開(kāi)啟電壓管開(kāi)啟電壓VTN和和TP管開(kāi)啟電壓管開(kāi)啟電壓VTP的絕的絕對(duì)值之和，即對(duì)值之和，即 VDDVTN +|VTP|。工作原理：工作原理：vi=0V，TN截止，截止，TP導(dǎo)通，導(dǎo)通，vOVDD為高電平；為高電平；vi = VDD，TN導(dǎo)導(dǎo)通，通，TP截止，截止，vO0V。實(shí)現(xiàn)了。實(shí)現(xiàn)了非非 的邏輯功能。的邏輯功能。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、CMOSCMOS與非門與非門由兩個(gè)串聯(lián)的NMOS管和兩個(gè)并聯(lián)的PMOS管構(gòu)成的兩輸入端的CMOS與非門電路如下圖所示。工作原理：工作

33、原理：當(dāng)輸入A、B均為高電平時(shí)，TN1和TN2導(dǎo)通，TP1和TP2截止，輸出端F為低電平；當(dāng)輸入A、B中至少有一個(gè)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的TN1 和TN2中至少有一個(gè)截止，TP1和TP2中至少有一個(gè)導(dǎo)通，輸出F為高電平。 該電路實(shí)現(xiàn)了該電路實(shí)現(xiàn)了“與非與非”邏輯功能邏輯功能。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器三、三、 CMOSCMOS或非門或非門由兩個(gè)并聯(lián)的NMOS管和兩個(gè)串聯(lián)的PMOS管構(gòu)成一個(gè)兩個(gè)輸入端的CMOS或非門電路如下圖所示。每個(gè)輸入端連接到一個(gè)NMOS管和一個(gè)PMOS管的柵極。工作原理：工作原理： 當(dāng)輸入A、B均為低電平時(shí)，TN1和TN2截止，TP1和TP2導(dǎo)通，輸出F

34、為高電平；當(dāng)輸入端A、B 中至少有一個(gè)為高電平時(shí)，則對(duì)應(yīng)的TN1、TN2中便至少有一個(gè)導(dǎo)通，TP1、TP2中便至少有一個(gè)截止，使輸出F為低電平。該電路實(shí)現(xiàn)了該電路實(shí)現(xiàn)了“或非或非”邏輯功能。邏輯功能。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器四、四、 CMOS三態(tài)門三態(tài)門EN=1 ：TN和和TP同時(shí)截止，輸出同時(shí)截止，輸出F呈高阻狀態(tài)；呈高阻狀態(tài)；EN =0 ：TN和和TP同時(shí)導(dǎo)通，非門同時(shí)導(dǎo)通，非門正常工作，實(shí)現(xiàn)的功能。正常工作，實(shí)現(xiàn)的功能。AF 第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 3.3.3 正邏輯和負(fù)邏輯正邏輯和負(fù)邏輯前面討論各種邏輯門電路的邏輯功能時(shí)，約定用高電

35、平表示邏輯1、低電平表示邏輯0。事實(shí)上，既可以規(guī)定用高電平表示邏輯1、低電平表示邏輯0，也可以規(guī)定用高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯1。這就引出了正邏輯和負(fù)邏輯的概念。正邏輯：正邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯1，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯0。負(fù)邏輯：負(fù)邏輯：用高電平表示邏輯用高電平表示邏輯0，低電平表示邏輯，低電平表示邏輯1。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器前面討論各種邏輯門電路時(shí)，都是按照正邏輯規(guī)定來(lái)定義其邏輯功能的。在本課程中，若無(wú)特殊說(shuō)明，約定按正邏輯討論問(wèn)在本課程中，若無(wú)特殊說(shuō)明，約定按正邏輯討論問(wèn)題，所有門電路的符號(hào)均按正邏輯表示。題，所有門電路的符號(hào)均

36、按正邏輯表示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.4觸發(fā)器觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中，為了構(gòu)造實(shí)現(xiàn)各種功能的邏輯電路，除了需要實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算的邏輯門之外，還需要有能夠保存信息的邏輯器件。觸發(fā)器是一種具有觸發(fā)器是一種具有記憶功能的電子器件。記憶功能的電子器件。觸發(fā)器能用來(lái)存儲(chǔ)一位二進(jìn)制信息。集成觸發(fā)器的種類很多，分類方法也各不相同，但就其結(jié)構(gòu)而言，都是由邏都是由邏輯門加上適當(dāng)?shù)姆答伨€耦合而成。輯門加上適當(dāng)?shù)姆答伨€耦合而成。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器觸發(fā)器的特點(diǎn)：觸發(fā)器的特點(diǎn)： 有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端 Q 和 。Q 在一定輸入信號(hào)作用下，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另

37、一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。通常將 Q = 1和 = 0 稱為“1”狀狀態(tài)態(tài)，而把Q = 0和 = 1稱為“0” 狀態(tài)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)不發(fā)生變化時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定不變。QQ第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器nQQ1nQ現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài):輸入信號(hào)作用前的狀態(tài)，記作 Qn 和 , 一般簡(jiǎn)記 為 Q和；次態(tài)次態(tài):輸入信號(hào)作用后的狀態(tài)，記作 Qn+1和。顯然，次態(tài)是現(xiàn)態(tài)和輸入的函數(shù)。 現(xiàn)態(tài)與次態(tài)的概念：現(xiàn)態(tài)與次態(tài)的概念：第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.4.1 3.4.1 基本基本R-SR-S觸發(fā)器觸發(fā)器基本基本R-S觸發(fā)器是直接復(fù)位置位觸發(fā)器的簡(jiǎn)稱，由于觸發(fā)器是直接復(fù)

38、位置位觸發(fā)器的簡(jiǎn)稱，由于它是構(gòu)成各種功能觸發(fā)器的基本部件，故稱為基本它是構(gòu)成各種功能觸發(fā)器的基本部件，故稱為基本R-S觸觸發(fā)器。發(fā)器。一、一、 用與非門構(gòu)成的基本用與非門構(gòu)成的基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器1.組成：組成：由兩個(gè)與非門交叉耦合構(gòu)成，其邏輯圖和邏輯符號(hào)分別由兩個(gè)與非門交叉耦合構(gòu)成，其邏輯圖和邏輯符號(hào)分別如下圖如下圖 (a)(a)和和(b)(b)所示。所示。圖中， R稱為稱為置置0端或者復(fù)位端，端或者復(fù)位端，S稱為置稱為置1端或置位端或置位端；端；邏輯符號(hào)輸入端加的小圓圈表示低電平或負(fù)脈沖有效。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 2. 工作原理工作原理 (1) 若若R=1,

39、S=1，則觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變；，則觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變；(2) 若若R=1,S=0,則觸發(fā)器置為則觸發(fā)器置為1狀態(tài)；狀態(tài)； (3) 若若R=0,S=1,則觸發(fā)器置為則觸發(fā)器置為0狀態(tài)；狀態(tài)； (4) 不允許出現(xiàn)不允許出現(xiàn)R=0,S=0。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器表中d表示觸發(fā)器次態(tài)不確定。該表又稱為次態(tài)真次態(tài)真值表值表。RSQn+1功能說(shuō)明功能說(shuō)明0 00 11 01 1d01Q不定不定置置 0置置 1不變不變基本基本R-S觸發(fā)器功能表觸發(fā)器功能表3. 邏輯功能及其描述邏輯功能及其描述 由與非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器的邏輯功能如下表所示。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)

40、器集成門電路與觸發(fā)器因?yàn)镽、S不允許同時(shí)為0，所以輸入必須滿足約束條約束條件：件：R + S = 1 (約束方程約束方程)若把觸發(fā)器次態(tài) Qn+1表示成現(xiàn)態(tài) Q和輸入R、S的函數(shù)，則卡諾圖如下：用卡諾圖化簡(jiǎn)后，可得到該觸發(fā)器的次態(tài)方程次態(tài)方程： RQSQn1第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、用或非門構(gòu)成的基本二、用或非門構(gòu)成的基本R-SR-S觸發(fā)器觸發(fā)器 1.1.組成：組成：由兩個(gè)或非門交叉耦合組成，其邏輯圖和邏輯符號(hào)分別如圖(a)和圖(b)所示。 該電路的輸入是正脈沖或高電平有效，故邏輯符號(hào)的輸入端未加小圓圈。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器邏輯功能邏輯

41、功能下表給出了由或非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器的邏輯功能。RSQn+1功能說(shuō)明功能說(shuō)明0 00 11 01 1Q10d不變不變置置 1置置 0不定不定基本R-S觸發(fā)器功能表基本R-S觸發(fā)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。它不僅可作為記憶元件獨(dú)立使用，而且由于它具有直接復(fù)位、置位功能，因而被作為各種性能完善的觸發(fā)器的基本組成部分。但由于但由于R、S之間的之間的約束關(guān)系，以及不能進(jìn)行定時(shí)控制，使它的使用受到一定限制約束關(guān)系，以及不能進(jìn)行定時(shí)控制，使它的使用受到一定限制。次態(tài)方程和約束方程如下： (次態(tài)方程)R S = 0(約束方程)QRSQn1第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器3.4.2

42、 幾種常用的時(shí)鐘控制觸發(fā)器幾種常用的時(shí)鐘控制觸發(fā)器具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為“時(shí)鐘控制觸發(fā)器時(shí)鐘控制觸發(fā)器”或者“定時(shí)觸發(fā)器定時(shí)觸發(fā)器”。時(shí)鐘脈沖控制觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：時(shí)鐘脈沖控制觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：由時(shí)鐘脈沖確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻由時(shí)鐘脈沖確定狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻(即何時(shí)轉(zhuǎn)換？即何時(shí)轉(zhuǎn)換？) ；由輸入信號(hào)確定觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向由輸入信號(hào)確定觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向(即如何轉(zhuǎn)換？即如何轉(zhuǎn)換？)。 下面介紹四種最常用的時(shí)鐘控制觸發(fā)器。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器一、一、 時(shí)鐘控制時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器觸發(fā)器時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號(hào)如圖(a)、（b）所示。1. 組成：組成：由

43、四個(gè)與非門構(gòu)成。其中，與非門G1、G2構(gòu)成基本R-S觸發(fā)器；與非門G3、G4組成控制電路，通常稱為控制門。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器2工作原理工作原理 具體如下：具體如下： R=0, S=0：控制門控制門G3、G4的輸出均為的輸出均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；觸發(fā)器狀態(tài)保持不變； R=0, S=1：控制門控制門G3、G4的輸出分別的輸出分別為為1和和0，觸發(fā)器狀態(tài)置成，觸發(fā)器狀態(tài)置成1狀態(tài)；狀態(tài)；R=1, S=0：控制門控制門G3、G4的輸出分別為的輸出分別為0和和1，觸發(fā)器狀態(tài)置成，觸發(fā)器狀態(tài)置成0狀態(tài)；狀態(tài)；R=1，S=1：控制門控制門G3、G4的輸出均為的輸出均為0

44、，觸發(fā)器狀態(tài)不確定，這是不允許的。觸發(fā)器狀態(tài)不確定，這是不允許的。 當(dāng)時(shí)鐘脈沖沒(méi)有到來(lái)（即當(dāng)時(shí)鐘脈沖沒(méi)有到來(lái)（即C=0）時(shí)，不管）時(shí)，不管R、S端為何值，端為何值，兩個(gè)控制門的輸出均為兩個(gè)控制門的輸出均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)（即當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)（即C=1）時(shí)，輸入端）時(shí)，輸入端R、S的值的值 可以可以通過(guò)控制門作用于上面的基本通過(guò)控制門作用于上面的基本R-S觸發(fā)器。觸發(fā)器。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器注意！注意！時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器雖然解決了對(duì)觸發(fā)器工作進(jìn)行定時(shí)控制的問(wèn)題，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但依然存在如下兩點(diǎn)不足： 輸入信號(hào)依

45、然存在約束條件，即輸入信號(hào)依然存在約束條件，即R、S不能同時(shí)為不能同時(shí)為1； 由分析可知：由分析可知：時(shí)鐘控制時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器的工作過(guò)程是由時(shí)鐘觸發(fā)器的工作過(guò)程是由時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)C和輸入信號(hào)和輸入信號(hào)R、S共同作用的；時(shí)鐘共同作用的；時(shí)鐘C控制轉(zhuǎn)換時(shí)間，控制轉(zhuǎn)換時(shí)間，輸入輸入R和和S確定轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)。確定轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)。3 邏輯功能邏輯功能時(shí)鐘控制時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器的功能表、次態(tài)方程和約束條件與觸發(fā)器的功能表、次態(tài)方程和約束條件與由或非門構(gòu)成的由或非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器相同。觸發(fā)器相同。在時(shí)鐘控制觸發(fā)器中，時(shí)鐘信號(hào)C是一種固定的時(shí)間基準(zhǔn)，通常不作為輸入信號(hào)列入表中。對(duì)觸發(fā)器功能進(jìn)行描述時(shí)，均

46、只考慮時(shí)鐘作用(C=1)時(shí)的情況。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器二、二、 D觸發(fā)器觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器的控制電路稍加修改，使之變成如下圖(a)所示的形式，這樣便形成了只有一個(gè)輸入端的D觸發(fā)器。其邏輯符號(hào)如圖 (b)所示。修改后，控制電路在時(shí)修改后，控制電路在時(shí)鐘脈沖作用期間鐘脈沖作用期間(C=1時(shí)時(shí))，將輸入信號(hào)將輸入信號(hào)D轉(zhuǎn)換成一對(duì)互轉(zhuǎn)換成一對(duì)互補(bǔ)信號(hào)送至基本補(bǔ)信號(hào)送至基本R-S觸發(fā)器觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，使基本的兩個(gè)輸入端，使基本R-S觸發(fā)器的兩個(gè)輸入信號(hào)只可觸發(fā)器的兩個(gè)輸入信號(hào)只可能是能是01或者或者10兩種組合，從兩種組合，從而消除了狀態(tài)不確定現(xiàn)象，而消除了狀

47、態(tài)不確定現(xiàn)象，解決了對(duì)輸入的約束問(wèn)題。解決了對(duì)輸入的約束問(wèn)題。 RS第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器工作原理如下：工作原理如下： 當(dāng)無(wú)時(shí)鐘脈沖作用（即當(dāng)無(wú)時(shí)鐘脈沖作用（即C=0C=0）時(shí)，控制電路被）時(shí)，控制電路被封鎖，無(wú)論封鎖，無(wú)論D D為何值，與非門為何值，與非門G G3 3、G G4 4輸出均為輸出均為1 1，觸，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。發(fā)器狀態(tài)保持不變。 當(dāng)時(shí)鐘脈沖作用（即當(dāng)時(shí)鐘脈沖作用（即C=1 C=1 ）時(shí)，若）時(shí)，若D=0D=0，則門，則門G G4 4輸出為輸出為1 1，門，門G G3 3輸出為輸出為0 0，觸發(fā)器狀態(tài)被置，觸發(fā)器狀態(tài)被置0 0；若；若D=1D=1，

48、則門，則門G G4 4輸出為輸出為0 0，門，門G G3 3輸出為輸出為1 1，觸發(fā)器狀態(tài)，觸發(fā)器狀態(tài)被置被置1 1。在時(shí)鐘作用時(shí)，在時(shí)鐘作用時(shí)，D D觸發(fā)器狀態(tài)觸發(fā)器狀態(tài)的變化僅取決于輸入信號(hào)的變化僅取決于輸入信號(hào)D D，而與，而與現(xiàn)態(tài)無(wú)關(guān)?，F(xiàn)態(tài)無(wú)關(guān)。其次態(tài)方程為其次態(tài)方程為 Q Q(n+1)(n+1) = D = D D D觸發(fā)器的邏輯功能如右表所觸發(fā)器的邏輯功能如右表所示。示。 DQn+10101 D 觸發(fā)器功能表第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器三三 、 J-K 觸發(fā)器觸發(fā)器在時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器中增加兩條反饋線，將觸發(fā)器的輸出和交叉反饋到兩個(gè)控制門的輸入端，并把原來(lái)的輸入端S改成J，R改成K，即可改進(jìn)成J-K觸發(fā)器。J-K觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號(hào)如下圖所示。 QQ該觸發(fā)器利用觸該觸發(fā)器利用觸發(fā)器兩個(gè)輸出端信號(hào)發(fā)器兩個(gè)輸出端信號(hào)始終互補(bǔ)的特點(diǎn)，有始終互補(bǔ)的特點(diǎn)，有效地解決了時(shí)鐘控制效地解決了時(shí)鐘控制R-S觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖作用期間兩個(gè)輸入同作用期間兩個(gè)輸入同時(shí)為時(shí)為1將導(dǎo)致觸發(fā)器狀將導(dǎo)致觸發(fā)器狀態(tài)不確定的問(wèn)題。態(tài)不確定的問(wèn)題。第三章第三章 集成門電路與觸發(fā)器集成門電路與觸發(fā)器 J=0,K=0：觸發(fā)器狀態(tài)不變。觸發(fā)器狀態(tài)不變。