數(shù)電課件_第5章(集成觸發(fā)器)

1、第五章第五章 集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器5.1 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器5.2 時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器5.3 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能5.4 觸發(fā)器的動態(tài)特性觸發(fā)器的動態(tài)特性(自學(xué)）自學(xué)）概述：概述： 數(shù)字電路中除組合邏輯電路之外，還有一數(shù)字電路中除組合邏輯電路之外，還有一類具有記憶功能的電路類具有記憶功能的電路-時序邏輯電路時序邏輯電路。 構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元是 觸發(fā)器。觸發(fā)器。 本章主要介紹本章主要介紹 觸發(fā)器觸發(fā)器的工作原理、邏輯功的工作原理、邏輯功能及應(yīng)用。能及應(yīng)用。5.1 SR鎖存器（鎖存器（Set-Reset Latch基本基本RS觸發(fā)器）觸發(fā)器）特點(diǎn)

2、：特點(diǎn)：能夠存儲能夠存儲1 1位二進(jìn)制數(shù)。位二進(jìn)制數(shù)。 有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)。有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)。 在外加輸入信號的作用下，觸發(fā)器可從一在外加輸入信號的作用下，觸發(fā)器可從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，而且在種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)，而且在輸入信號消失后，新的穩(wěn)定狀態(tài)可以保持下輸入信號消失后，新的穩(wěn)定狀態(tài)可以保持下來，因此，具有記憶功能。來，因此，具有記憶功能。 觸發(fā)器的分類觸發(fā)器的分類按電路結(jié)構(gòu)按電路結(jié)構(gòu)SR鎖存器鎖存器電平觸發(fā)的電平觸發(fā)的觸發(fā)器觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器觸發(fā)器按邏輯特性按邏輯特性RS觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器D觸

3、發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器 一、由與非門組成的一、由與非門組成的SR鎖存器（基本鎖存器（基本RS觸發(fā)器）觸發(fā)器） 1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu) S & Q Q & R G1 G2 S Q Q R S, R, 反饋線反饋線置置1端端置置0端端由兩個與非門組成由兩個與非門組成邏輯符號邏輯符號 2、工作原理、工作原理 S & Q Q & R G1 G2 1) 1) 可置可置“1”1”：當(dāng)：當(dāng) S=0、R=1時，觸發(fā)器輸出時，觸發(fā)器輸出Q=1Q=1。 0 01 11 10 01 1 S & Q Q & R G1 G2 2) 2) 可置可置“0

4、”0”：當(dāng)：當(dāng) S=1、R=0時時，觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出輸出Q=0Q=0。 1 10 0 x x1 10 0 S & Q Q & R G1 G2 3) 能記憶：當(dāng)能記憶：當(dāng)S=R=1時，觸發(fā)器時，觸發(fā)器狀態(tài)狀態(tài)不變，即原有不變，即原有狀態(tài)狀態(tài) 被存儲起來被存儲起來1 11 1 S & Q Q & R G1 G2 若原態(tài)若原態(tài)Qn=1若原態(tài)若原態(tài)Qn=01 10 01 10 01 10 01 11 1 2、工作原理、工作原理 4) 有不定態(tài)：有不定態(tài)：當(dāng)當(dāng) S=R=0 時，觸發(fā)器時，觸發(fā)器狀態(tài)為不定狀態(tài)狀態(tài)為不定狀態(tài)。 S & Q Q & R G1

5、G2 0 00 0當(dāng)當(dāng)R=S=0撤消后，由于門延遲不可能完全相等，故不能撤消后，由于門延遲不可能完全相等，故不能確定觸發(fā)器是處于何態(tài)。確定觸發(fā)器是處于何態(tài)。初態(tài)初態(tài)Qn=x1 11 1 2、工作原理、工作原理RS1nQ1nQ11不 變不 變0101101000不 定不 定輸入端應(yīng)滿足約束條件：輸入端應(yīng)滿足約束條件： 0RS 3、真值表、真值表二、由或非門組成的二、由或非門組成的SR鎖存器（基本鎖存器（基本RS觸發(fā)器）觸發(fā)器）00不不 變變不不 變變0110100111不不 定定不不 定定RS1nQ1nQ輸入端應(yīng)滿足約束條件：輸入端應(yīng)滿足約束條件： 0RS三、應(yīng)用舉例：消除機(jī)械開關(guān)振動引起的抖動

6、現(xiàn)象三、應(yīng)用舉例：消除機(jī)械開關(guān)振動引起的抖動現(xiàn)象 (a) (b) +5V R 1k vo vo S +5V 1k A B & & Q Q +5V S 由由 B 到到 A S 由由 A 到到 B A B Q SR開關(guān)接開關(guān)接 B開關(guān)接開關(guān)接 A懸空時間懸空時間接接A振動振動 懸空時間懸空時間接接 B振動振動SR5.2 時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器 在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部件的工作，在數(shù)字系統(tǒng)中，為了協(xié)調(diào)各部件的工作，通常需要統(tǒng)一控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，為通常需要統(tǒng)一控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，為此，引入時鐘脈沖此，引入時鐘脈沖CP( Clock Pulse)作為控作為控制源，這樣的觸發(fā)器稱為，

7、制源，這樣的觸發(fā)器稱為，時鐘觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器。 控制觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的方式稱為觸發(fā)方式。常用控制觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的方式稱為觸發(fā)方式。常用的觸發(fā)方式：的觸發(fā)方式：電平觸發(fā)、主從觸發(fā)（脈沖電平觸發(fā)、主從觸發(fā)（脈沖觸發(fā)）、邊沿觸發(fā)觸發(fā)）、邊沿觸發(fā)。5.2.1 電平觸發(fā)方式的觸發(fā)器電平觸發(fā)方式的觸發(fā)器一、概念一、概念 觸發(fā)器接收輸入數(shù)據(jù)的條件是觸發(fā)器接收輸入數(shù)據(jù)的條件是CP為約定的為約定的電平，電平， 即即CP（時鐘脈沖）不出現(xiàn)時，觸發(fā)器依（時鐘脈沖）不出現(xiàn)時，觸發(fā)器依舊保持原來的狀態(tài)，一個舊保持原來的狀態(tài)，一個CP翻轉(zhuǎn)一次，稱這種觸翻轉(zhuǎn)一次，稱這種觸發(fā)器為電平觸發(fā)方式的觸發(fā)器，簡稱電平觸發(fā)器。發(fā)器為電平觸發(fā)方式

8、的觸發(fā)器，簡稱電平觸發(fā)器。 有有高高電平、電平、低低電平觸發(fā)。電平觸發(fā)。二、 同步同步RS觸發(fā)器觸發(fā)器 S CP R & & & & G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 1S C1 1R Q Q CP &輸入端輸入端時鐘時鐘 邏輯符號邏輯符號 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)1. 電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號2. 工作原理工作原理 S CP R & & & & G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0CP=1：狀態(tài)發(fā)生變化。狀態(tài)發(fā)生變化。 CP=0：狀態(tài)不變：狀

9、態(tài)不變0 0 1 1&觸發(fā)器觸發(fā)器 置置“0”端為端為“1”，Qn+1 =0， 置置“1”端為端為“1”，Qn+1 =1?？梢姡嚎梢姡?高電平有效高電平有效3、 真值表真值表 nQ10000SRQnQn+1 說說 明明000001狀態(tài)不變狀態(tài)不變001101狀態(tài)同狀態(tài)同S110001狀態(tài)同狀態(tài)同S111101狀態(tài)不定狀態(tài)不定111CP作用前FF的狀態(tài)-現(xiàn)態(tài)CP作用后,FF的狀態(tài)-次態(tài)狀態(tài)不變狀態(tài)不變同同S同同S狀態(tài)不定狀態(tài)不定 4、 特性方程特性方程 01SRQRSQnn（約束條件）（約束條件）nnQSQ1即：即： S CP R & & & & G3 G

10、1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q (CP=1)nnQRSQRS三、三、 同步同步D觸發(fā)器觸發(fā)器 因?yàn)檩斎腚娐返膬蓚€輸入端不可能同時為1，觸發(fā)器的兩個輸入端就不可能同時為“0”。解決RS觸發(fā)器存在約束的問題，也叫D觸發(fā)器。設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為0，畫出觸發(fā)器Q端的輸出電壓波形。 D 1S Q Q 1R CP D CP Q C1 1 S(R)一、主從觸發(fā)方式一、主從觸發(fā)方式 兩拍工作方式，又稱為脈沖觸發(fā)方式。兩拍工作方式，又稱為脈沖觸發(fā)方式。5.2.2 脈沖（主從）觸發(fā)方式的觸發(fā)器脈沖（主從）觸發(fā)方式的觸發(fā)器二、主從二、主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器SCPRG 8G7G 9G 5G 6&1QQG 3G1G

11、 2G4主觸發(fā)器主觸發(fā)器 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 1 1&QmQm0 00 01 1&邏輯符號邏輯符號 主觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器根據(jù)R、S的狀態(tài)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)觸發(fā)翻轉(zhuǎn) 從從觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)不受主的狀態(tài)不受主觸發(fā)器觸發(fā)器的影響的影響 主主觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)不受的狀態(tài)不受R、S的影響的影響 特點(diǎn)特點(diǎn)：只在時鐘脈沖的跳變沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。：只在時鐘脈沖的跳變沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。對于負(fù)跳變沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，輸入信號在對于負(fù)跳變沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，輸入信號在CP上跳沿上跳沿前前加加入入 ，為主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備；，為主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)做好準(zhǔn)備；CP的負(fù)跳變沿使的負(fù)跳變沿使FF翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。CP=1時時CP=0時時

12、門門G7、G8被打開，門被打開，門G3、G4被封鎖被封鎖 門門G3、G4被打開，門被打開，門G7、G8被封鎖被封鎖 從從觸發(fā)器觸發(fā)器根據(jù)根據(jù)Qm 、Qm的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)翻轉(zhuǎn) 三、三、 主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器主從主從RS觸發(fā)器觸發(fā)器 S SR R J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q 1J C1 1K Q Q 主觸發(fā)器主觸發(fā)器 從觸發(fā)器從觸發(fā)器 邏輯符號邏輯符號 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)主從主從JK觸發(fā)器工作原理觸發(fā)器

13、工作原理主觸發(fā)器主觸發(fā)器被封鎖，它的狀態(tài)不受被封鎖，它的狀態(tài)不受J、K輸入變化的影響；輸入變化的影響； 從觸發(fā)器從觸發(fā)器的狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定，兩者狀態(tài)一致，觸發(fā)的狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定，兩者狀態(tài)一致，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。器保持原狀態(tài)不變。 主觸發(fā)器主觸發(fā)器接受輸入信號觸發(fā)翻轉(zhuǎn)；接受輸入信號觸發(fā)翻轉(zhuǎn)； 從從觸發(fā)器觸發(fā)器被封鎖，維持原狀態(tài)不變。被封鎖，維持原狀態(tài)不變。 CP=1時時CP=0時時CP由由1跳變到跳變到0時時主觸發(fā)器主觸發(fā)器被封鎖，它把狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器；被封鎖，它把狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器； 從從觸發(fā)器觸發(fā)器被觸發(fā)，輸出新的狀態(tài)。被觸發(fā)，輸出新的狀態(tài)。 5.2.3 邊沿觸發(fā)方式的

14、觸發(fā)器邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器一、概念一、概念 邊沿觸發(fā)邊沿觸發(fā)方式是指觸發(fā)器僅在時鐘脈從方式是指觸發(fā)器僅在時鐘脈從CP的正跳的正跳變（上升沿）或負(fù)跳變（下降沿）出現(xiàn)時，才能接受變（上升沿）或負(fù)跳變（下降沿）出現(xiàn)時，才能接受數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。而在其他時刻，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)。而在其他時刻，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。變。 邊沿觸發(fā)器有多種工作方式邊沿觸發(fā)器有多種工作方式： 用兩個電平觸發(fā)用兩個電平觸發(fā)D D觸發(fā)器組成的邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器組成的邊沿觸發(fā)器 * *利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器 維持維持- -阻塞邊沿觸發(fā)器阻塞邊沿觸發(fā)器二、維持二、維持-阻塞阻塞D觸發(fā)器觸發(fā)器 1 1

15、、電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號、電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP S 1D R Q Q C1 RD SD 邏輯圖邏輯圖邏輯符號邏輯符號基本RS觸發(fā)器直直接接置置1端端直直接接置置0端端1 10 01 10 00 01 11 11 11 11 11 11 11 10 0SD、RD分別為直接置分別為直接置1、置、置0 端，低電平有效。端，低電平有效。 2、工作原理、工作原理 (不考慮不考慮SD、RD時時) D & & & & & & G5

16、 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 &0 01 11 11 11 1Qn+1=Qn&D DD DCP = 0 DQ 5DQ 6SD=RD =1 D & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 CP由由0變變1DQn 1DQn 1&D DD DD DD DD DD D在在CP脈沖的上升沿產(chǎn)生狀態(tài)變化脈沖的上升沿產(chǎn)生狀態(tài)變化 D & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q

17、Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 CP=1期間期間&D DD D1 1門門3,43,4開開, ,Q3,Q4輸出互補(bǔ)，必定有一個為輸出互補(bǔ)，必定有一個為0。若若Q3=0， Q4=1 0 01 11 10 0置置0維持線，置維持線，置1阻塞線阻塞線1 10 01 1 D & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 CP=1期間期間&D DD D1 1若若Q3=1， Q4=0 1 10 00 0置置1維持線維持線1 1&1 11 1置置0阻塞線阻塞線3 3、觸發(fā)方式、觸發(fā)方式

18、維持維持-阻塞阻塞D觸發(fā)器在觸發(fā)器在CP脈沖的上升沿脈沖的上升沿前前接受輸接受輸入信息，上升沿到達(dá)入信息，上升沿到達(dá)時時觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿以觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，上升沿以后后輸入被輸入被封鎖，因此，維持封鎖，因此，維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器具有邊觸發(fā)器具有邊 沿觸發(fā)的功能。沿觸發(fā)的功能。 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器5.3 觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器具有不同的功能，通常用觸發(fā)器具有不同的功能，通常用功功能表、特性方程能表、特性方程和和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示表示 5

19、.3.1 RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1) 特性方程特性方程 01SRQRSQnn（約束條件）（約束條件）2) 邏輯功能表邏輯功能表 nQ10000狀態(tài)不定狀態(tài)不定011111狀態(tài)同狀態(tài)同S010011狀態(tài)同狀態(tài)同S011100狀態(tài)不變狀態(tài)不變010000 說說 明明Qn+1QnRS111 3) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 1 0 S=0R=1S=1R=0S=xR=0S=0R=x1、功能分析、功能分析 2、 集成集成RS觸發(fā)器觸發(fā)器74LS71 Q Q SD RD C1 S1 S2 S3 R1 R2 R3 R S 1CP 1S 1R & & 邏輯符號邏輯符號 該觸發(fā)器有三該觸發(fā)器有三個個S 端

20、和三個端和三個R 端，它們是與邏輯關(guān)系，端，它們是與邏輯關(guān)系，即即1R = R1R2R3，1S = S1S2S3。1234567891011121314NCRDS1S2S3QGNDQR1R2R31CPSDVCC引腳分布圖引腳分布圖 5.3.2 D觸發(fā)器觸發(fā)器 功能表功能表nQ1n Q000010101111特性方程：特性方程：Qn+1=D狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖： D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 D一、功能分析：一、功能分析：同同D端端邏輯符號：邏輯符號： D Q CP C1 二、集成二、集成D觸發(fā)器觸發(fā)器-74HC74（雙（雙D型正沿觸發(fā)器）型正沿觸發(fā)器） 1RD 1D 1CP 1SD

21、 1Q 1Q GND VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q 1SD 1D 1CP 1RD 2SD 2D 2CP 2RD S 1D C1 R 1Q 1Q 2Q 2Q 邏輯符號邏輯符號引腳圖引腳圖直直接接置置“1”端端直直 接接置置“0”端端1RD5.3.3 JK觸發(fā)器觸發(fā)器主從主從RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 S SR R電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q 1）特性方程：）特性方程： 01

22、SRQRSQnnQJS R = KQ 將將代入上式，得到代入上式，得到JK觸發(fā)器的特性方程：觸發(fā)器的特性方程：nnnnQKQQJQ 1nnQKQJ 3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖nQ10000JKQnQn+1 說說 明明000001狀態(tài)不變狀態(tài)不變001101 同同J端端110001 同同J端端111101 翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)、 計數(shù)計數(shù)111Qn01 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X JKQn+1 00不變不變 01 同同J 端端 10 同同J 端端 11翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)2）JK觸發(fā)器的功能表觸發(fā)器的功能表無不定態(tài)無不定態(tài)2 、 集成邊沿集成邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器-HC76邏輯符號邏輯符號引

23、腳圖引腳圖直直接接置置“1”端端直直接接置置“0”端端高速高速CMOSCMOS雙雙JKJK觸發(fā)器觸發(fā)器 屬于負(fù)跳沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器屬于負(fù)跳沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器 1Q 1Q 1SD 2RD 2Q 1RD 2SD S 1J C1 1K R 1J 1CP 1K 2J 2CP 2K 2Q 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1CP 1SD 1RD 1J VCC 2SD 2RD 2Q 2K GND 1Q 1K 2CP 2J 2Q 1Q 主從主從TTLTTL的的74767476、74H7674H76、邊沿、邊沿TTL74LS76TTL74LS76等，功能都一樣。等，功能都一樣。 5.3.4 T觸發(fā)器觸發(fā)器1 1 、 邏輯符號邏輯符號 1J C1 1K T000011101110T1n QnQ 3、 功能表功能表