數(shù)字邏輯第5章

5.鎖存器和觸發(fā)器5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.2鎖存器5.3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

1.掌握SR、D鎖存器的邏輯功能；2.掌握SR觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器及T觸發(fā)器的邏輯功能，掌握觸發(fā)器邏輯功能表示方法——功能表、特性方程、狀態(tài)圖、波形圖，掌握觸發(fā)器功能轉(zhuǎn)換的方法；3.理解鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和動(dòng)態(tài)特性。教學(xué)要求概述時(shí)序邏輯電路工作特征：時(shí)序邏輯電路工作特點(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)。即具有記憶功能。結(jié)構(gòu)特征：由組合邏輯電路和存儲(chǔ)電路組成，電路中存在反饋。鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯單元。5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路雙穩(wěn)態(tài)的概念：只有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)(0，1)，在外作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。5.1.1雙穩(wěn)態(tài)的概念1.電路結(jié)構(gòu)最基本的雙穩(wěn)態(tài)電路如圖所示5.1.2雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路

反饋Q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Q和Q5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路2.邏輯狀態(tài)分析11000狀態(tài)11001狀態(tài)在兩種穩(wěn)定狀態(tài)中，輸出Q和總是互補(bǔ)的；電路只存在兩種可以長期保持的穩(wěn)定狀態(tài)，故稱雙穩(wěn)態(tài)電路；電路具有記憶1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能。Q5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.1.2雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路

5.2.1SR鎖存器1.基本SR鎖存器基本SR鎖存器如圖所示邏輯符號(hào)電路說明：兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端Q和兩個(gè)輸入端R、SR-Reset為置0端（復(fù)位端）

S-Set為置1端（置位端）現(xiàn)態(tài)：R、S信號(hào)作用前Q端的狀態(tài)，現(xiàn)態(tài)用Qn表示，可簡寫為Q。次態(tài)：R、S信號(hào)作用后Q端的狀態(tài)，次態(tài)用Qn+1

表示。邏輯表達(dá)式：Q5.2

鎖存器工作原理①.R=0、S=0RSQ≥1≥10工作原理QRS功能

Qn+11RSQ≥1≥101000000000011保持可以看出：R、S信號(hào)=1有效，當(dāng)R、S信號(hào)都無效，狀態(tài)保持不變。5.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器工作原理②.R=1、S=0RSQ≥1≥101RSQ≥1≥10100工作原理QRS功能

Qn+100000011保持11100010101100置0R信號(hào)有效，置0。信號(hào)消失后，記憶05.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器工作原理②.R=0、S=1RSQ≥1≥101RSQ≥1≥1010011010110011101置1S信號(hào)有效，置1。信號(hào)消失后，記憶1工作原理QRS功能

Qn+100000011保持10001010置05.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器工作原理②.R=1、S=1RSQ≥1≥101RSQ≥1≥1011110？101110？不允許11工作原理QRS功能

Qn+100000011保持10001010置001010111置100不允許R、S信號(hào)同時(shí)有效。R、S信號(hào)都有效后同時(shí)撤銷，狀態(tài)不確定。5.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器基本SR鎖存器工作原理小結(jié)①.輸入信號(hào)高電平為有效電平②.R=0S=0都無效保持不變③.R=1有效置0Q=0④.S=1有效置1Q=1⑤.不允許S、R同時(shí)有效輸入信號(hào)約束條件：SR=0波形圖如圖S=1，置1，R=1，置0，RSQn+1

功能說明00Q保持100置0011置111d不定RS鎖存器功能表S撤銷后仍為1R撤銷后仍為05.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器用與非門構(gòu)成的基本SR鎖存器邏輯符號(hào)邏輯圖RSQn+1

功能說明11Q保持010置0101置100d不定RS鎖存器功能表5.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器2.邏輯門控SR鎖存器基本RS鎖存器，鎖存器狀態(tài)直接受輸入信號(hào)RS控制，一旦輸入信號(hào)變化，鎖存器狀態(tài)隨之發(fā)生變化。實(shí)際應(yīng)用中，要求鎖存器按一定的時(shí)間節(jié)拍動(dòng)作，輸入信號(hào)的作用受到使能信號(hào)E的控制。為此設(shè)計(jì)如圖邏輯門控SR鎖存器。邏輯符號(hào)電路結(jié)構(gòu)5.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器2.邏輯門控SR鎖存器簡單SR鎖存器使能信號(hào)控制門電路封鎖概念從另一個(gè)角度看：L=1有效，B：控制信號(hào)，A：輸入信號(hào)。B=0，L=0(無效)，門被封鎖，輸入信號(hào)不能通過；B=1，L=A

，門被打開，輸入信號(hào)能通過。E=0，G3、G4門被封鎖，Q3=Q4=0，鎖存器狀態(tài)不變；E=1，G3、G4門被打開，Q3=S，Q4=R，鎖存器狀態(tài)隨輸入信號(hào)R、S變化而變化。與簡單SR鎖存器功能一致。5.2

鎖存器5.2.1SR鎖存器2.邏輯門控SR鎖存器例5.2.3門控SR鎖存器波形如圖，初始Q=0，畫出Q3、Q4

、Q和的波形。Q5.2

鎖存器解：E=0，Q3=Q4=0，狀態(tài)不變；E=1，Q3=S=0

，Q4=R=1，Q=0；E=1，Q3=S=1

，Q4=R=0，Q=1；5.2.1SR鎖存器5.2.2D鎖存器1.邏輯門控D鎖存器邏輯符號(hào)電路結(jié)構(gòu)門控SR鎖存器E=0，Q3=Q4=0，狀態(tài)不變；E=1，D=0，S=0，R=1，Q=0；E=1，D=1，S=1，R=0，Q=1；E=1，Q=D。D鎖存器無約束條件，邏輯功能：置0，置1。輸入信號(hào)D5.2

鎖存器5.2.2D鎖存器4.典型集成電路——74HC373八D鎖存器Q’7核心電路是8個(gè)傳輸門控D鎖存器。LE=1，Q’i

=Di每一個(gè)D鎖存器輸出都帶三態(tài)門。OE=1，輸出高阻；OE=0，Qi

=Q’i

74HC373內(nèi)部邏輯圖74373功能：LE=1時(shí)數(shù)據(jù)輸入，在LE↓鎖存；OE=0時(shí)，輸出。5.2

鎖存器5.2.2D鎖存器4.典型集成電路——74HC373八D鎖存器74HC/HCT373的功能表工作模式輸入內(nèi)部鎖存器輸出狀態(tài)Q’n輸出LEDnQn使能和讀鎖存器

（傳送模式）LHLLLLHHHH鎖存和讀鎖存器LLL*LLLLH*HH鎖存和禁止輸出H×××高阻H×××高阻L*和H*表示門控電平LE由高變低之前瞬間Dn的邏輯電平。5.2

鎖存器鎖存器與觸發(fā)器共同點(diǎn)：具有0和1兩個(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。不同點(diǎn)：鎖存器：對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)電路，在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。觸發(fā)器：對(duì)脈沖邊沿敏感的存儲(chǔ)電路，在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿的變化瞬間改變狀態(tài)。

CP

CP

5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理觸發(fā)器三種結(jié)構(gòu)：主從、維持阻塞和利用傳輸延遲觸發(fā)器。5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.1主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器設(shè)計(jì)思想采用主、從兩個(gè)鎖存器CP=0，主鎖存器使能；Q’=D，但Q不變。CP=1，從鎖存器使能Q=Q’，Q’不變；Q’已經(jīng)不變了，所以Q=↑時(shí)的Q’，而↑時(shí)的Q’是=↑到來前的D。結(jié)論：Q僅僅在CP信號(hào)↑到達(dá)時(shí)變化，=↑到達(dá)前瞬間的D信號(hào)。主鎖存器從鎖存器DCPQ’DCPQ’Q5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.1主從觸發(fā)器2.

典型集成電路

74HC74雙D觸發(fā)器邏輯符號(hào)如圖兩個(gè)相互獨(dú)立的D觸發(fā)器前綴為1，表示第一個(gè)觸發(fā)器；前綴為2，表示第二個(gè)觸發(fā)器；C1、C2表示上升沿有效。5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理5.3.1主從觸發(fā)器2.

典型集成電路

74HC/HCT74的功能表LHH↑HHHLL↑HHQn+1DCPHH××LLHL××LHLH××HLQDCP輸出輸入直接復(fù)位、置位正常工作5.4觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器邏輯功能：次態(tài)與現(xiàn)態(tài)、輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系。觸發(fā)器的次態(tài)不僅僅與當(dāng)前輸入信號(hào)有關(guān)，而且與當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)。觸發(fā)器邏輯功能描述方式：特性表、特性方程、狀態(tài)圖、波形圖等。說明：邏輯功能與電路結(jié)構(gòu)是不同概念，例如主從D觸發(fā)器與維持阻塞D觸發(fā)器邏輯功能相同，電路結(jié)構(gòu)不同。按照觸發(fā)器邏輯功能，通常分為D、JK、T、SR觸發(fā)器。D觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器SR觸發(fā)器需要說明的是，實(shí)際中同樣存在下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器5.4觸發(fā)器的邏輯功能5.4.1D觸發(fā)器

QDQn+10000111001111.特性表2.特性方程Qn+1=D3.狀態(tài)圖01D=0D=1D=1D=0CPDQ1234.波形圖5.4觸發(fā)器的邏輯功能1.特性表QJKQn+100000010010101111001101011011110說明：J、K高電平有效J：置1端K：置0端功能說明→保持→置0→置1→翻轉(zhuǎn)→保持→置0→置1→翻轉(zhuǎn)5.4.2

JK

觸發(fā)器

2.特性方程——從特性表得到QJK010001111000111010KQJQQn+1+Qn+1=KQ

JQ特性方程：3.狀態(tài)圖01J=0，K=×J=1，K=×J=×，K=0J=×，K=15.4觸發(fā)器的邏輯功能5.4.2

JK

觸發(fā)器

例5.4.1設(shè)下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器時(shí)鐘脈沖和J、K信號(hào)的波形如圖所示試畫出輸出端Q的波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。JKQn+100Q01010111QJK觸發(fā)器功能表Q現(xiàn)態(tài)次態(tài)5.4觸發(fā)器的邏輯功能5.4.3T

觸發(fā)器

QTQn+10000111011101.特性表T=0，保持；T=1，翻轉(zhuǎn)2.特性方程3.狀態(tài)圖01T=0T=1T=0T=14.T’觸發(fā)器T觸發(fā)器的T端固定接高電平，就構(gòu)成T’觸發(fā)器。時(shí)鐘脈沖作用一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。T’觸發(fā)器邏輯符號(hào)JK觸發(fā)器J、K端連接在一起，就構(gòu)成T觸發(fā)器。TQn+1

功能0Q保持1Q翻轉(zhuǎn)T觸發(fā)器功能表5.4觸發(fā)器的邏輯功能5.4.4SR觸發(fā)器

1.特性表QSRQn+1000000100101011d100110101101111d說明：SR高電平有效S：置1端，R：置0端不允許SR同時(shí)有效2.特性方程——從特性表得到QRS0100011110010d110dS

+Qn+1=SRQ特性方程：約束方程：R·S=0RQQn+13.狀態(tài)圖01S=0，R=×S=1，R=0S=×，R=0S=0，R=15.4觸發(fā)器的邏輯功能觸發(fā)器功能表便于理解和記憶，分析JK觸發(fā)器功能表。JKQn+1功能00Q保持010置0101置111Q翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器功能表JK觸發(fā)器特性表QJKQn+100000010010101111001101011011110J、K高電平有效J：置1端，K：置0端功能說明→保持→置0→置1→翻轉(zhuǎn)→保持→置0→置1→翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器中，影響次態(tài)Qn+1的是輸入信號(hào)JK和現(xiàn)態(tài)Q，觸發(fā)器特性表將現(xiàn)態(tài)Q列在輸入一起，而功能表不將現(xiàn)態(tài)Q列在輸入一起，而在次態(tài)Qn+1的值中體現(xiàn)。5.4觸發(fā)器的邏輯功能各種觸發(fā)器功能表JKQn+1功能00Q保持010置0101置111Q翻轉(zhuǎn)JK觸發(fā)器功能表SRQn+1功能00Q保持010置0101置111d不定SR觸發(fā)器功能表DQn+1

功能00置011置1D觸發(fā)器功能表TQn+1

功能0Q保持1Q翻轉(zhuǎn)T觸發(fā)器功能表5.4觸發(fā)器的邏輯功能5.4.5D觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換：觸發(fā)器之間可以進(jìn)行邏輯功能轉(zhuǎn)換，在原