數(shù)字電子技術基礎-觸發(fā)器

1、第四章第四章 觸發(fā)器觸發(fā)器4.0 概述概述4.1 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器4.2 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器4.3 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器4.4 觸發(fā)器的電氣特性觸發(fā)器的電氣特性概述概述一、基本要求一、基本要求1. 有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)(0、1)，以表示存儲內(nèi)容；，以表示存儲內(nèi)容；2. 能夠接收、保存和輸出信號。能夠接收、保存和輸出信號。二、現(xiàn)態(tài)和次態(tài)二、現(xiàn)態(tài)和次態(tài)1. 現(xiàn)態(tài)：現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)。觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)。nQ2. 次態(tài)：次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài)。觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài)。1 nQ三、分類三、分類1. 按電路結構和工作特點：按電路結構和工作特點

2、：2. 按邏輯功能分：按邏輯功能分：RS、JK、D 和和 T(T )。3. 其他：其他： TTL 和和 CMOS，分立和集成。，分立和集成。4.1 基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器G24.1.1 由與非門組成由與非門組成一、電路及符號一、電路及符號QG1R&SQQQRSRSQ = 0Q = 10 態(tài)態(tài)Q = 1Q = 01 態(tài)態(tài)10010110G2QG1R&SQQSQ QRQ 二、工作原理二、工作原理1 RSQ = QQQ “保持保持”0, 1 RS1001Q = 0Q = 10 態(tài)態(tài)“置置 0”或或“復位復位” (Reset)1, 0 RS0110Q = 1Q = 01 態(tài)態(tài)“置置 1”或或“置位置位”

3、 (Set)0 RSQ和和Q 均為均為UHR 先撤消：先撤消：1 態(tài)態(tài)S 先撤消：先撤消：0 態(tài)態(tài)信號同時撤消：信號同時撤消：狀態(tài)不定狀態(tài)不定 ( (隨機隨機) )簡化波形圖簡化波形圖狀態(tài)翻轉(zhuǎn)過程需要一定的延遲時間狀態(tài)翻轉(zhuǎn)過程需要一定的延遲時間,如如 1 0，延遲時間為延遲時間為 tPHL； 0 1，延遲時間為延遲時間為 tPLH 。由于實際中翻轉(zhuǎn)延遲時間相對于脈由于實際中翻轉(zhuǎn)延遲時間相對于脈沖的寬度和周期很小，故可視為沖的寬度和周期很小，故可視為0。QG1R&SQ設觸發(fā)器初始狀態(tài)為設觸發(fā)器初始狀態(tài)為0：SRQQSRQQ信號同時撤消信號同時撤消,出出現(xiàn)不確定狀態(tài)現(xiàn)不確定狀態(tài)信號不同時撤信號不同

4、時撤消，狀態(tài)確定消，狀態(tài)確定三、現(xiàn)態(tài)、次態(tài)、特性表和特性方程三、現(xiàn)態(tài)、次態(tài)、特性表和特性方程1. 現(xiàn)態(tài)和次態(tài)現(xiàn)態(tài)和次態(tài)現(xiàn)態(tài)現(xiàn)態(tài)Qn：觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)。觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)。次態(tài)次態(tài)Qn：觸發(fā)器接收輸入信號之后的新狀態(tài)。觸發(fā)器接收輸入信號之后的新狀態(tài)。2. 特性表和特性方程特性表和特性方程R S QnQ n+10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1011100不用不用不用不用特性表特性表簡化特性表簡化特性表R SQ n+10 00 11 01 1Q n保持保持1置置 10置置 0不用不用 不允許不允許RS0100011110nQQ n

5、+1011100特性方程特性方程Q n+1= S + RQ n0 RS 例例 SRQQRSQQ4.1.2 由或非門組成由或非門組成一、電路及符號一、電路及符號QQSRSR二、工作原理二、工作原理0 SRnnnnQQQQ 11 ,1, 0 SR0, 111 nnQQ0, 1 SR1, 011 nnQQ1 SRL11UQQnn均為均為、 “保持保持”“置置 0”“置置 1”“不允許不允許”若高電平同時撤消，則狀態(tài)若高電平同時撤消，則狀態(tài)不定不定。G2QG1RSQ11SRQQ三、特性表和特性方程三、特性表和特性方程R SQ n+10 00 11 01 1Q n保持保持置置 1置置 0不許不許10不用

6、不用Q n+1= S + RQ n0 RS約束條件約束條件四、基本四、基本 RS 觸發(fā)器主觸發(fā)器主要特點要特點1. 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，結構簡單，具有置具有置 0、置、置 1、保持功能。、保持功能。2. 問題問題：輸入電平直接控制輸輸入電平直接控制輸出狀態(tài)，使用不便，抗干擾能出狀態(tài)，使用不便，抗干擾能力差；力差；R、S 之間有約束。之間有約束。G2QG1RSQ11波波形形圖圖4.1.3 集成基本觸發(fā)器集成基本觸發(fā)器一、一、CMOS 集成基本觸發(fā)器集成基本觸發(fā)器1. 由與非門組成：由與非門組成：CC4044&1TGRSENENQ11ENENEN三態(tài)三態(tài) RS 鎖存觸發(fā)器特性表鎖存觸發(fā)器特性表R

7、 S ENQ n+1 注注 0 Z 高阻態(tài)高阻態(tài)0 0 10 1 11 0 11 1 1Q n保保 持持 置置 1 置置 0不允許不允許10不用不用內(nèi)含內(nèi)含 4 個個基本基本 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器2. 由或非門組成：由或非門組成：CC4043( (略略) )+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q4816R1S11S12R2S2R3S31S32R4S4二、二、TTL 集成基本觸發(fā)器集成基本觸發(fā)器74279、74LS279QR&SQR&S1S2+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4

8、Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q4816R1S11S12R2S2R3S31S32R4S44.2 同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器同步觸發(fā)器：同步觸發(fā)器： 觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅受輸入端觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅受輸入端 (R、S)控制，而且還受時鐘脈沖控制，而且還受時鐘脈沖(CP) 的控制。的控制。CP (Clock Pulse): 等周期、等幅的脈沖串。等周期、等幅的脈沖串。 基本基本 RS 觸發(fā)器：觸發(fā)器：S 直接置位端；直接置位端；R 直接復位端。直接復位端。(不受不受 CP 控制控制)同步觸發(fā)器：同步觸發(fā)器：同步同步 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器同步同步 D 觸發(fā)器觸發(fā)器4.2.1 同步同步

9、 RS 觸發(fā)器觸發(fā)器 一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理1. 電路及邏輯符號電路及邏輯符號QG1R&SQG3R&SG2G4曾用符號曾用符號QQRSRS CPCP國標符號國標符號QQRSRS CPC12. 工作原理工作原理當當 CP = 01 RSnnQQ 1保持保持當當 CP = 1SSCPS 1與基本與基本 RS 觸發(fā)器功能相同觸發(fā)器功能相同RRCPR 1特性表：特性表：CP R S Q nQ n+1注注 0 Q n保持保持 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1011100不用不用不用不用保持

10、保持置置1置置0不許不許特性方程特性方程:nnQRSQ 1約束條件約束條件0 RSCP = 1期間有效期間有效二、主要特點二、主要特點1. 時鐘電平控制時鐘電平控制CP = 1 期間接受輸入信號；期間接受輸入信號；CP = 0 期間輸出保持不變。期間輸出保持不變。（抗干擾能力有所增強）（抗干擾能力有所增強）2. RS 之間有約束之間有約束4.2.2 同步同步 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理QG1R&SQG3R&SG2G41DRDS ,nnQRSQ 1nDQD D （CP = 1期間有效）期間有效）簡化電路：省掉反相器。簡化電路：省掉反相器。二、主要特點二、主要特

11、點1. 時鐘電平控制，無約束問題；時鐘電平控制，無約束問題；2. CP = 1 時跟隨。時跟隨。)(1DQn 下降沿到來時鎖存下降沿到來時鎖存)(1nnQQ 三、集成同步三、集成同步 D 觸發(fā)器觸發(fā)器1. TTL 74LS375QG1QG3R&SG2G4111G5RSnnQRSQ 1nDQD D +VCC1D01LE1D12D02LE2D11Q01Q01Q11Q12Q02Q02Q12Q114791215236510111413Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4D1CP1、2D2D3CP3、4D48162. CMOS：CC4042CG1QG3G2G41TGCQTGC111CG5G611CC=10

12、1CP = 1保持保持CP = 0CP = 1CP = 0保持保持當當 POL=1 CP 下降沿下降沿鎖存信號鎖存信號當當 POL=0 CP 上升沿上升沿鎖存信號鎖存信號+VCCD0D1D2D3CPPOLQ0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q347131456329101211151Q0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q3D0D1D2D3CPPOL816VSSD CP POL QnQn+1注注 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 01010101保持保持接收接收接收接收保持保持特性表特性表真值表真值表 D CP POL Q注注 D 0 0 D 0 D

13、 1 1 D 1 D鎖存鎖存D鎖存鎖存接接 收收CP 上升沿鎖存上升沿鎖存接接 收收CP 下降沿鎖存下降沿鎖存4.3 邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器4.3.1 邊沿邊沿 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 一、電路組成及工作原理一、電路組成及工作原理QMQMCPRSQQS C1 R R S C1111G7Q&QG3&DG2G4&G6G81G1G511QMQM曾用曾用符號符號國標國標符號符號QQCPC11D QQCPC11D QQ1. 電路組成及邏輯符號電路組成及邏輯符號2. 工作原理工作原理(1)接收信號：接收信號：CP = 1主觸發(fā)器接收輸入信號主觸發(fā)器接收輸入信號DQn 1M主觸發(fā)器跟隨主觸發(fā)器跟隨D變化變化(2)

14、輸出信號：輸出信號：CP = 0主觸發(fā)器保持不變；主觸發(fā)器保持不變；從觸發(fā)器由從觸發(fā)器由CP到來之前的到來之前的 QnM 確定。確定。QMQMCPRSQQS C1 R R S C1111即：即：DQn 1下降沿時刻有效下降沿時刻有效3. 異步輸入端的作用異步輸入端的作用G7Q&QG3&DG2G4&G6G81G1G511D 同步輸入端同步輸入端受時鐘受時鐘 CP 同步控制同步控制SDRDDD SR 、 異步輸入端異步輸入端不受時鐘不受時鐘 CP 控制控制10直直接接置置位位端端直直接接復復位位端端異異步步置置位位端端異異步步復復位位端端國標符號國標符號曾用符號曾用符號SD D CP RD QQ1

15、11010100100110111 SD RDD CP QQ4. 波形波形QQCPC11D 觸發(fā)器的初始觸發(fā)器的初始 0 狀態(tài)可利用異步復位端接低電平實現(xiàn)狀態(tài)可利用異步復位端接低電平實現(xiàn)二、二、 集成邊沿集成邊沿D 觸發(fā)器觸發(fā)器1. CMOS 邊沿邊沿 D 觸發(fā)器觸發(fā)器CC4013 (雙雙 D 觸發(fā)器觸發(fā)器)符號符號引出端引出端功能功能Q1 Q1VDD SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2VSS6 5 3 4 8 9 11 101 2 13 12147特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 101Qn 1

16、0不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持( ( 無效無效) )異步置異步置1異步置異步置0不允許不允許CP 上升沿觸發(fā)上升沿觸發(fā)QQCPC11D S RSD RD2. TTL 邊沿邊沿 D 觸發(fā)器觸發(fā)器7474 (雙雙 D 觸發(fā)器觸發(fā)器)符號符號引出端引出端功能功能特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 101Qn 01不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持( ( 無效無效) )異步置異步置0異步置異步置1不允許不允許Q1 Q1VCC SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2地4 2 3 1 10

17、 12 11 135 6 9 8147 3. 主要特點主要特點 CP 的的上升沿上升沿(正正邊沿邊沿)或或下降沿下降沿(負負邊沿邊沿)觸發(fā)；觸發(fā)； 抗干擾能力極強；抗干擾能力極強； 只有置只有置 1、置、置 0 功能。功能。QQCPC11D S RSD RD4.3.2 邊沿邊沿 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器一、電路組成及符號一、電路組成及符號二、工作原理二、工作原理QMQMCPRSQQS C1 R R S C111111&DQn 1nnKQQJ )(nnQKQJ nnQKQJKJ nnnQKQJQ 1冗余項冗余項國國標標符符號號QQCPC11J IKQQCPCP J K曾曾用用符符號號CP 下降沿下降沿

18、有效有效二、二、 集成邊沿集成邊沿 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器1. CMOS 邊沿邊沿 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器CC4027國國標標符符號號曾曾用用符符號號QQCPC1 1J IKS RSD RDQQCPCP J KSD RD SD RD引出端功能引出端功能Q1 Q1VDD J1 K1 SD2 CP2 RD2SD1 CP1 RD1 J2 K2 Q2 Q2VSS7 6 3 5 4 9 10 13 11121 2 15 14168 J K Qn RD SD CPQn+1注注 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0

19、 1 1 1 0 0 01001110保保 持持同步置同步置0同步置同步置1翻翻 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 0 0 0 1 0 0 01不不 變變 0 1 1 0 1 1 10不用不用異步置異步置1異步置異步置0不允許不允許特特 性性 表表2. TTL 邊沿邊沿 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器 CP 下降沿觸發(fā)下降沿觸發(fā) 異步復位端異步復位端 RD、異步置位端、異步置位端 SD 均為低電平有效均為低電平有效74LS112 (雙雙 JK 觸發(fā)器觸發(fā)器)3. 主要特點主要特點 CP 的上升沿或下降沿觸發(fā)；的上升沿或下降沿觸發(fā)； 抗干擾能力極強，工作速度很高，在觸發(fā)沿瞬間，抗干擾能力極強，工作速度很高，在觸發(fā)沿瞬間，按按 的規(guī)定更

20、新狀態(tài)；的規(guī)定更新狀態(tài)；nnnQKQJQ 1功能齊全功能齊全(保持、置保持、置 1、置、置 0、翻轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn))，使用方便。，使用方便。4. 波形圖波形圖設輸出端設輸出端初態(tài)為初態(tài)為 0QJ = K = 0保持保持J = K = 1翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)4.3.3 邊沿觸發(fā)器功能分類、功能表示方法及轉(zhuǎn)換邊沿觸發(fā)器功能分類、功能表示方法及轉(zhuǎn)換一、邊沿觸發(fā)器功能分類一、邊沿觸發(fā)器功能分類定義定義在在CP作用下，作用下，J、K取值不同時，取值不同時， 具有具有保持保持、置置0、置置1、翻轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)功能的電路，都叫做功能的電路，都叫做JK型時鐘型時鐘觸發(fā)器觸發(fā)器。1. JK 型觸發(fā)器型觸發(fā)器符號符號特性表特性表J KQ

21、n+1功能功能 0 0 0 0 1 0 1 1Q n01保持保持置置0置置1翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)特性方程特性方程nnnQKQJQ 1CP下降沿下降沿 時刻有效時刻有效QQCPC11J IKQ n2. D 型觸發(fā)器型觸發(fā)器符號符號特性表特性表特性方程特性方程CP 上升沿上升沿 時刻有效時刻有效QQCPC11DDQ n+1功能功能 0 0 1 1置置 0置置 1DQn 1定義定義在在CP作用下，作用下，D 取值不同時，取值不同時， 具有具有置置0、置置1功能的電路，都叫做功能的電路，都叫做 D 型時鐘型時鐘觸發(fā)器觸發(fā)器。3. T 型觸發(fā)器型觸發(fā)器QQCPC11TTQ n+1功能功能 0 Q n 1 Q n保持

22、保持翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)nnnnQTQTQTQ 1CP 下降沿下降沿時刻有效時刻有效4. T 型觸發(fā)器型觸發(fā)器QQCPC1Q n Q n+1功能功能 0 1 1 0翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)nnQQ 1 CP 下降沿下降沿時刻有效時刻有效 在在CP作用下，當作用下，當T = 0時時保持保持狀態(tài)不變，狀態(tài)不變，T =1 時狀態(tài)時狀態(tài)翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)的電路，叫的電路，叫T 型時鐘型時鐘觸發(fā)器觸發(fā)器。每來一個每來一個CP就就翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)一次的電路叫一次的電路叫T 型時鐘觸發(fā)器型時鐘觸發(fā)器.二、邊沿觸發(fā)器邏輯功能表示方法二、邊沿觸發(fā)器邏輯功能表示方法1.1. 特性表、卡諾圖、特性方程特性表、卡諾圖、特性方程特性表、特性表、卡諾圖卡諾圖、特性方

23、程、特性方程、狀態(tài)圖狀態(tài)圖和時序圖。和時序圖。(1) (1) 特性表特性表( (真值表真值表) )DQ n+1功能功能 0 0置置 0 1 1置置 1J KQ nQ n+1功能功能 0 0 0 001Q n保持保持 0 1 0 101 0置置 0 1 0 1 0011置置 1 1 1 1 101 Q n翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)(2) 卡諾圖卡諾圖D 觸發(fā)器：觸發(fā)器：單變量的函數(shù)，其卡諾圖無意義。單變量的函數(shù)，其卡諾圖無意義。JK 觸發(fā)器：觸發(fā)器：nnnQKQJQ 110011100Qn+1Qn J K0100 01 11 10(3) 特性方程特性方程D 觸發(fā)器：觸發(fā)器：DQn 1JK 觸發(fā)器：觸發(fā)器：nnnQ

24、KQJQ 12. 狀態(tài)圖和時序圖狀態(tài)圖和時序圖(1)(1)狀態(tài)圖狀態(tài)圖D 觸發(fā)器：觸發(fā)器：01D = 0 D = 1 D = 1D = 0JK 觸發(fā)器觸發(fā)器:01J = 0 K = J = 1， K = J = K= 0 J = ， K = 1 (2) 時序圖時序圖D 觸發(fā)器：觸發(fā)器： 特點：特點：表述了表述了CP 對輸入和觸發(fā)器狀態(tài)在時間上的對應對輸入和觸發(fā)器狀態(tài)在時間上的對應 關系和控制或觸發(fā)作用。關系和控制或觸發(fā)作用。CP 上升上升沿觸發(fā)沿觸發(fā)JK 觸發(fā)器：觸發(fā)器：CP 下降下降沿觸發(fā)沿觸發(fā)三、三、邊沿邊沿觸發(fā)器邏輯功能表示方法間的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器邏輯功能表示方法間的轉(zhuǎn)換1.1.特性表特性表

25、卡諾圖、特性方程、狀態(tài)圖和時序圖卡諾圖、特性方程、狀態(tài)圖和時序圖Qn+1Qn J K0100 01 11 10J K Q n+1功能功能 0 0 Q n保持保持 1置置 0置置 1 1 Q n翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)0100111001 0 /1 / 0 / 1 /(1) 特性表特性表 卡諾圖、狀態(tài)圖卡諾圖、狀態(tài)圖(2) 特性表特性表 特性方程特性方程nnnQKQJQ 1向時序圖的轉(zhuǎn)換向時序圖的轉(zhuǎn)換(略略)2. 狀態(tài)圖狀態(tài)圖 特性表、卡諾圖、特性方程和時序圖特性表、卡諾圖、特性方程和時序圖01 0 /1 / 0 / 1 / 00/ 01/10 /11 /00/ 10/ 01 /11 /J KQ nQ n+1Q

26、n+1Qn JK01 00 01 11 100 00 0010101 0 1 0 1 0 1 0000 1 0 1 0011111 1 1 1 1011010 1nQKJQnJKQn KJQn KJQn nnnQKQJQ 1狀態(tài)圖狀態(tài)圖 時序圖時序圖 例例 4.3.1 已知已知 CP、J、K 波形，波形，畫輸出波形。畫輸出波形。 假設初始狀態(tài)為假設初始狀態(tài)為 0。CPJK01 00/ 01/10 /11 /01 /11 /00/ 10/ 1001110000Q010011觸發(fā)器的電氣特性觸發(fā)器的電氣特性4.4.1 靜態(tài)特性靜態(tài)特性一、一、CMOS 觸發(fā)器觸發(fā)器 由于由于 CMOS 觸發(fā)器的輸入、輸出以觸發(fā)器的輸入、輸出以 CMOS反相器反相器作為緩沖級，故特性與作為緩沖級，故特性與 CMOS 反相器相同，不贅述。反相器相同，不贅述。二、二、TTL 觸發(fā)器觸發(fā)器與與 TTL 反相器相同，不贅述。反相器相同，不贅述。4.4.2 動態(tài)特性動態(tài)特性一、一、輸入信號的建立時間和保持時間輸入信號的建立時間和保持時間1. 建立時間建立時間 tset指要求觸發(fā)器輸入信號指要求觸發(fā)器輸入信號 先于先于 CP