東北大學(xué)電子技術(shù)基礎(chǔ)-觸發(fā)器

1、第4章 觸發(fā)器觸發(fā)器(FF:Flip-Flop, 或Trigger)：具有記憶功能，能夠存儲一位二進(jìn)制信號(0或1)的基本邏輯單元。觸發(fā)器在邏輯功能上具有以下基本特點(diǎn)：有兩個自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)， “0”和 “1”狀態(tài)。根據(jù)輸入信號的不同可以置成“0” 或“1”狀態(tài)。輸入信號消失后，能將獲得的狀態(tài)保持。第4章 觸發(fā)器分類：靜態(tài)觸發(fā)器、動態(tài)觸發(fā)器靜態(tài)觸發(fā)器：依靠電路的自鎖存儲數(shù)據(jù)；動態(tài)觸發(fā)器：通過在MOS管柵極輸入電容上存儲電荷來存儲數(shù)據(jù)，如有電荷時是0，無電荷時為1。第4章 觸發(fā)器靜態(tài)觸發(fā)器：根據(jù)電路結(jié)構(gòu)分為基本RS觸發(fā)器同步觸發(fā)器主從觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器根據(jù)邏輯功能分為RS觸發(fā)器T觸

2、發(fā)器D觸發(fā)器JK觸發(fā)器第4章 觸發(fā)器4.1 基本觸發(fā)器4.2 邊沿觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲時間的邊沿觸發(fā)器4.3 觸發(fā)器邏輯功能間轉(zhuǎn)換4.1 基本觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器 與非門構(gòu)成 電路結(jié)構(gòu)&RSQQ組合電路，無記憶功能圖4-1 基本RS觸發(fā)器R=S=1 基本RS觸發(fā)器 工作原理(邏輯功能分析)圖4-1 基本RS觸發(fā)器無意義禁止出現(xiàn)之約束項(xiàng)置1端(置位端)置0端(復(fù)位端)特性表(狀態(tài)真值表)特性方程表4-1 基本RS 觸發(fā)器特性表RSQn11001 1 01說明Qn+10 00 00 10 1 01 01 11 1置0保持01010101置1禁止 基本RS

3、觸發(fā)器表4-1 簡化特性表RSQn101Qn說明Qn+10 00 11 01 1置0保持置1禁止QQSR 邏輯符號 特點(diǎn)無CP，輸入的R、S隨時確定Q的狀態(tài)。 應(yīng)用各種觸發(fā)器基本單元直接置0、置1 基本RS觸發(fā)器動畫 或非門構(gòu)成 電路結(jié)構(gòu) 基本RS觸發(fā)器 基本RS觸發(fā)器 工作原理(邏輯功能分析)無意義禁止出現(xiàn)之約束項(xiàng)特性表(狀態(tài)真值表)特性方程表4-1 基本RS 觸發(fā)器特性表RSQn00011 1 00說明Qn+11 11 10 00 00 10 11 01 0保持置001010101置1禁止 基本RS觸發(fā)器QQSR 邏輯符號 畫波形圖 基本RS觸發(fā)器SRQQ表4-1 基本RS 觸發(fā)器特性表R

4、SQn00011 1 00說明Qn+11 11 10 00 00 10 11 01 0保持置001010101置1禁止基本RS觸發(fā)器應(yīng)用電路 無震顫開關(guān)電路機(jī)械開關(guān)在靜止到新的位置之前其機(jī)械觸頭將要震顫幾次。圖4-3電路可以解決震顫問題。設(shè)初始時K接R端，基本原理如下：Q 聲報警控制電路0故障信號10101010不發(fā)聲1101發(fā)聲如按下消音按鈕010101010不發(fā)聲同步RS觸發(fā)器 或非門構(gòu)成 電路結(jié)構(gòu)基本RS觸發(fā)器控制門CP=0，將R、S信號封鎖。A=B=0；基本RS觸發(fā)器輸入為0時，保持原狀態(tài)不變。時鐘脈沖工作原理同步RS觸發(fā)器 或非門構(gòu)成 工作原理CP=1，門3、4打開，Q、Q受R、S信

5、號控制。R=S=0R=0，S=1R=1，S=0R=S=1R、S同時由10時，狀態(tài)不定無意義同步RS觸發(fā)器 或非門構(gòu)成 特性表表4-2 同步RS觸發(fā)器特性表說明Qn+1SRCP保持Qn0置00011置11101保持Qn001禁止 0111CP=1期間有效特性方程同步RS觸發(fā)器 與非門構(gòu)成 電路結(jié)構(gòu)基本RS觸發(fā)器控制門時鐘脈沖工作原理CP=0，將R、S信號封鎖。A=B=1；基本RS觸發(fā)器輸入為1時，保持原狀態(tài)不變。同步RS觸發(fā)器 與非門構(gòu)成 工作原理CP=1，門3、4打開，Q、Q受R、S信號控制。R=0，S=1R=1，S=0R=S=1R、S同時由10時，狀態(tài)不定無意義R=S=0同步RS觸發(fā)器不變Q

6、n0說明Qn+1SRCP同步RS觸發(fā)器特性表置00011置11101不變Qn001禁止 1111 與非門構(gòu)成 特性表CP=1期間有效特性方程同步RS觸發(fā)器 與基本RS觸發(fā)器的比較相同點(diǎn)：特性方程是一樣的，即邏輯功能一致；區(qū)別：基本RS，無時鐘控制，隨時根據(jù)R、S信號確定觸發(fā)器狀態(tài)；同步RS，有時鐘控制，CP=1 期間有效，R、S確定觸發(fā)器狀態(tài)，抗干擾能力比基本RS強(qiáng)。同步RS觸發(fā)器 與或非門構(gòu)成CP=0，將R、S信號封鎖。保持原狀態(tài)不變。CP=1R=S=0R=0，S=1R=1，S=0R=S=1R、S同時由10時，狀態(tài)不定無意義CP=1期間有效同步D觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)同步RS觸發(fā)器非門將兩輸入端合為

7、D邏輯符號同步D觸發(fā)器工作原理CP=0，控制門3、4封鎖，觸發(fā)器狀態(tài)不變。CP=1D=0，R=1，S=0D=1，R=0，S=1CP=1期間有效R=D，S=D特性方程同步D觸發(fā)器特性表不變置0置1說明01DQn01Qn+1011CP表4-4 D觸發(fā)器特性表同步D觸發(fā)器與非門構(gòu)成CP=1同步D觸發(fā)器CMOS TG門與反相器構(gòu)成傳輸門C、C 控制端由CP控制工作原理CP=1保持原狀態(tài)導(dǎo)通截止CP=0導(dǎo)通截止同步D觸發(fā)器CMOS TG門與反相器構(gòu)成特性表特性方程不變置0置1說明01DQn01Qn+1100CP表4-4 D觸發(fā)器特性表CP=0期間有效同步D觸發(fā)器D觸發(fā)器特點(diǎn)CP控制，無約束在CP=1(或

8、0)期間，Q隨D變化，抗干擾能力不理想。4.2 邊沿觸發(fā)器增強(qiáng)抗干擾能力，使觸發(fā)器狀態(tài)只在時鐘邊沿時由輸入確定狀態(tài)。 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器電路組成工作原理CP=0，門4、5封鎖?；綬S觸發(fā)器引入反饋線門6門3異步置復(fù)位端異步置復(fù)位端 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器工作原理D=0D=1 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器工作原理此時，門5CP上升沿到來時，Q2、Q3的輸出都穩(wěn)定，D=0或置0 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器工作原理由于Q3=0封鎖門6，D再變化，也不會影響Q3。置0門3 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器工作原理此時，門5CP上升沿到來前， D=1置1CP=1 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器工作原理

9、封鎖門3、5，使置1由于D再變化，也不會影響Q。 TTL 邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器特性表特性方程置0置1說明01D01Qn+1CP邊沿D觸發(fā)器特性表CP上升沿到來后有效邊沿觸發(fā)器：CP上升沿前D的信號決定觸發(fā)器狀態(tài)，其他時間D都無效，故稱為邊沿觸發(fā)器，抗干擾能力極強(qiáng)。 TTL 邊沿觸發(fā)器JK觸發(fā)器CP=0時，門G3、G4、G5、G6封鎖，A=B=1，G5=G6=0，電路變成圖4-18，J、K不起作用。 TTL 邊沿觸發(fā)器JK觸發(fā)器CP到來時，CP=1G5、G6先打開,設(shè)G5=1，G6=0 觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。 TTL 邊沿觸發(fā)器JK觸發(fā)器CP=1時，自鎖，觸發(fā)器不變，J、K不起作用。CP時，先G5=

10、G6=0，在A、B還未變成全1的時間內(nèi)，觸發(fā)器已按J、K狀態(tài)翻轉(zhuǎn)完畢。依靠與非門G3、G4的延時實(shí)現(xiàn)邊沿控制，制造工藝要求很嚴(yán)。 TTL 邊沿觸發(fā)器JK觸發(fā)器 TTL 邊沿觸發(fā)器CP無效，狀態(tài)不變 JK全為0狀態(tài)不變J、K不同隨J(置0)J、K不同隨J(置1)JK全為1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)0101001110 0 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 無效 Qn+1 J K Qn CP JK觸發(fā)器特性表說 明CP下降沿有效邏輯功能描述方法特性表(狀態(tài)真值表)特性方程驅(qū)動表：觸發(fā)器由現(xiàn)態(tài)Qn轉(zhuǎn)換到次態(tài)Qn+1四種情況下，對S、 R端輸入狀態(tài)的要求。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖形象

11、的表示出觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的四種可能對輸入端S、R狀態(tài)的要求。 時序波形圖邏輯功能描述方法驅(qū)動表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖010 010 0 00 11 01 1 RSQnQn+1 同步RS觸發(fā)器驅(qū)動表CMOS 邊沿觸發(fā)器用CMOS電路也可以構(gòu)成邊沿D、JK觸發(fā)器。CPCP有效CMOS 邊沿觸發(fā)器用CMOS電路也可以構(gòu)成邊沿D、JK觸發(fā)器。CPCP有效主從觸發(fā)型JK觸發(fā)器反饋線反饋線互補(bǔ)時鐘控制主、從觸發(fā)器不能同時翻轉(zhuǎn)F主F從基本結(jié)構(gòu)其它結(jié)構(gòu)類型觸發(fā)器動畫基本R-S觸發(fā)器導(dǎo)引電路反饋線1置1維持線2阻塞置0信號線3置0維持線4阻塞置1信號線1234&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CPDSDRDRD

12、其它結(jié)構(gòu)類型觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器動畫其它邏輯功能觸發(fā)器 T觸發(fā)器：將JK觸發(fā)器J，K兩端連在一起作為T輸入端，便得到了T觸發(fā)器。其它邏輯功能觸發(fā)器 T觸發(fā)器 ：當(dāng)T觸發(fā)器T端恒為1時，即是T觸發(fā)器。其特性方程為 14.3 觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換RS觸發(fā)器：在CP脈沖有效時，根據(jù)R、S信號的不同，具有置0、置1和保持功能的電路。D觸發(fā)器：在CP脈沖有效時，根據(jù)D的不同，具有置1、 置0功能的電路。JK觸發(fā)器：在CP脈沖有效時，根據(jù)J、K信號的不同，具有置1、置0、翻轉(zhuǎn)、保持功能的電路。T觸發(fā)器：在CP脈沖有效時，根據(jù)T的不同，凡是具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路。T觸發(fā)器：在CP脈沖有效時，只具有翻轉(zhuǎn)功能

13、的電路。4.3 觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換 D轉(zhuǎn)換為JKQn+1=D 4.3 觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換 JK轉(zhuǎn)換為 DQn+1=D 1CPD作業(yè)：4-7，4-8，4-9，4-14練習(xí)題1圖示電路由邊沿JK觸發(fā)器F1、F0和2線-4線譯碼器74LS139組成，要求：在時鐘CP的作用下，畫出Q1、Q0和F1、F2、F3、F4的波形(設(shè)Q1、Q0的初態(tài)為0)。練習(xí)題1解：電路中兩個邊沿JK觸發(fā)器均接成D觸發(fā)器工作，且有 D1=J1=Q0 CP下降沿時觸發(fā)器的狀態(tài)更新，且其輸出Q1Q0作為2線-4線譯碼器74LS139的地址輸入A1A0， 練習(xí)題1CP脈沖既是兩個觸發(fā)器的時鐘信號，又是譯碼器的使能控制端(低電平有效)，故當(dāng)CP=1時，無論Q1