第五章觸發(fā)器

第五章觸發(fā)器基本要求F幾種常用觸發(fā)器——基本RS觸發(fā)器，同步RS觸發(fā)器，主從RS觸發(fā)器，主從JK觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器……原理、電路組成、特點觸發(fā)器邏輯功能及其描述觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換1觸發(fā)器能存放一位二進制數(shù)或碼的最簡單的時序電路,是時序邏輯電路的基本單位。 必須具有以下功能1.有兩個能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，分別用來表示邏輯0和邏輯1；2.在適當(dāng)輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)；3.在輸入信號取消后，能將獲得的新狀態(tài)保存下來。時序邏輯電路在某一時刻電路的輸出信號不僅與當(dāng)時的輸入信號有關(guān)而且和電路原來的狀態(tài)有關(guān)。時序邏輯電路中必須含有存儲電路，以記錄以前的狀態(tài)。2二、觸發(fā)器的分類1、按電路結(jié)構(gòu)分2、按功能分RSJKDTT'FFFFFF三、邏輯功能描述方法1、真值表(功能表)2、特性方程3、波形圖(時序圖)與組合邏電路不同點：變量中含電路的現(xiàn)態(tài)QnF基本RS同步RS主從邊沿FFF描述電路的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn及輸入之間的關(guān)系式例如：基本RS觸發(fā)器在輸入改變時就觸發(fā)翻轉(zhuǎn)；同步觸發(fā)器只在時鐘CP信號處于有效電平狀態(tài)才觸發(fā)；主從觸發(fā)器分兩步觸發(fā)；邊沿觸發(fā)器只在時鐘信號的跳變瞬間發(fā)生觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。例：JK觸發(fā)器根據(jù)J、K輸入置0或置1；T觸發(fā)器每個時鐘到來時翻轉(zhuǎn)一次.3§1、觸發(fā)器的基本電路當(dāng)I1有低電平輸入時，Y有相應(yīng)的輸出：I2=1,I1=0Y=1當(dāng)I1輸入變成1時，輸出Y也相應(yīng)變化，不能存儲。I1YI2加入一個反饋如圖，I2不加外部輸入而由反饋得到：初始：I1=1,I2=1,Y=0I1Y一旦Y=1I2=0狀態(tài)就被鎖定，I1無論輸入0或1,Y保持不變11001101011I1=0 Y=1 I2=0;I1=01;I2=0 Y=1保持不變I1輸入的高電平消失之后，輸出保持不變，存儲了這個狀態(tài)。4、Q：輸出端R：復(fù)位端或置0輸入端S：置位端或置1輸入端、Q＝0：觸發(fā)器0狀態(tài)、Q＝1：觸發(fā)器1狀態(tài)一、基本RS觸發(fā)器由兩個“與非”門交叉耦合構(gòu)成的R-S觸發(fā)器1、電路組成實際需要能保持又可以改變的電路把反饋回路加以控制即可：需要反饋時加反饋保持輸出狀態(tài)；要改變輸出時禁止反饋，可以改變輸出。I1Y10110SQG1G2R一旦Y=1I2=0狀態(tài)就被鎖定，I1無論輸入0或1,Y保持不變52、基本RS觸發(fā)器邏輯功能分析0110R=0，S=1：此時，若R的負(fù)脈沖撤消，即R從0→1，但因Q=0封鎖G1所以保持，即Q=0保持→有記憶功能1001R=1，S=0：此時，若S的負(fù)脈沖撤消，即S從0→1，但因封鎖G2所以Q=1保持→有記憶功能62、基本RS觸發(fā)器邏輯功能分析(續(xù))11R=1，S=10011R=0，S=0：01→初態(tài)0保持不變F設(shè)初態(tài)→初態(tài)1保持不變F互補關(guān)系破壞若R、S加的負(fù)脈沖同時撤消，由于兩個G的tpd不可能完全相同→狀態(tài)不定。F10101073、基本RS觸發(fā)器真值表真值表

R

S Qn+1

0 1 0置0 1 0 1置1 1 1 Qn

現(xiàn)態(tài) 0 0 不定 4、基本RS觸發(fā)器的波形圖特征方程Qn：原狀態(tài)或現(xiàn)態(tài)Qn+1：新狀態(tài)或次態(tài)SQRQtttt85、基本RS觸發(fā)器特點i)電路具有記憶功能，即有兩個穩(wěn)態(tài)Fii)電路狀態(tài)的轉(zhuǎn)換依賴于外加觸發(fā)脈沖iii)動作特點：在RS的全部作用時間內(nèi)有效→稱為直接置0置1iv)有約束條件：R+S=1(不能同時為0)QRS邏輯符號低電平置零，低電平置１邏輯符號上用小圓圈表示96、由或門組成的基本RS觸發(fā)器真值表

R

S Qn+1

0 1 1置1 1 0 0置0 0 0 Qn

現(xiàn)態(tài) 1 1 不定 QRS邏輯符號1RSQG1G21電路組成正脈沖觸發(fā)10二、同步RS觸發(fā)器1.電路組成及邏輯符號&&SRQG2G1&&G4G3CPQ4Q3增加一個控制端，在其控制下，觸發(fā)器的狀態(tài)隨輸入變化。輸入控制門基本RS觸發(fā)器CP1S1RC1Q邏輯符號112.同步RS觸發(fā)器邏輯功能分析FCP=0：G3、G4封鎖→Q3=

Q4=1∴基本RS狀態(tài)保持不變→禁止態(tài)R=0，S=0：Qn+1=QnR=0，S=1：Qn+1=1R=1，S=0：Qn+1=0R=1，S=1：不定&&SRQG2G1&&G4G3CPQ4Q3輸入控制門基本RS觸發(fā)器CP=1：G3、G4導(dǎo)通，R，S信號作用于基本RS觸發(fā)器123.同步RS觸發(fā)器真值表R=0，S=0：Qn+1=QnR=0，S=1：Qn+1=1R=1，S=0：Qn+1=0R=1，S=1：不定CP=1：CPRSQnQn+10xxxQn1000010011101011011111000110101110不定1111R SQn+1

0 0 Qn0 1 11 0 01 1不定簡化真值表Qn不變置1置0CP=1時有效RS不同時為1Qn+1=S134.同步RS觸發(fā)器特性方程CPRSQnQn+10xxxQn1000010011101011011111000110101110不定11110001111000111100xxRSQnQn+1RS不能同時為1145.同步RS觸發(fā)器波形圖i)狀態(tài)的改變發(fā)生在CP上升沿來到時(前提是CP=1期間R和S不變)ii)在CP=1期間，由R、S和Qn來決定Qn+1和Qn+1的狀態(tài)iii)Qn+1和Qn+1的波形相反15練習(xí)0CP0R0S0Q0Q低電平165.同步RS觸發(fā)器波形圖tOCPtOStORtOQabcdefgha段:CP=0,輸出保持；b段:CP=1,觸發(fā)器接受輸入：S=1,R=0Q=1d段:S=0,R=1Q=0e段:CP=0,Q保持c段:S=0,R=0Q不變Q=1f段:CP=1,S=0,R=0Q保持g段:CP=1,S=1,R=0Q=1; S=0,R=0Q=1保持h段:CP=0,Q保持動作特點：在CP＝1的全部時間里，S或R的變化都能引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的改變CP=1時，若輸入信號多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器狀態(tài)多次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，因此其抗干擾能力差如S信號有一個小干擾（正脈沖），則Q翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)，不能保持0狀態(tài)在CP為1期間出現(xiàn)的多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象稱為空翻，抗干擾性差,是時序電路的一種險象17§2、主從觸發(fā)器設(shè)計一種可以只在時鐘(CP)變化時刻翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器。例如：只在時鐘負(fù)跳沿(CP:10)翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器，在CP=1時不翻轉(zhuǎn)，只在CP10時按照此時的RS狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，避免了干擾脈沖影響觸發(fā)器狀態(tài)。tOCPtOStORtOQtOQ’同步RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器181.主從RS觸發(fā)器SRCPQQQ’Q’G8G7G6G5G3G4G2G1G9主觸發(fā)器從觸發(fā)器時鐘信號CP使主觸發(fā)器、從觸發(fā)器只能有一個處于活動狀態(tài)。CP=1時：主觸發(fā)器可以根據(jù)S/R輸入發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從觸發(fā)器保持不變1、電路結(jié)構(gòu)2、工作原理111100保持不變可以翻轉(zhuǎn)19SRCPQQQ’Q’G8G7G6G5G3G4G2G1G9主觸發(fā)器從觸發(fā)器CP=0時：主觸發(fā)器狀態(tài)保持，從觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器的輸出發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，由于主觸發(fā)器保持不變，所以輸出也保持。最終的輸出在CP10時翻轉(zhuǎn)一次，在CP=0期間不再變化稱為下降沿觸發(fā)001111保持不變可以翻轉(zhuǎn)一次如何使該電路變成上升沿觸發(fā)？20主從RS觸發(fā)器的特點：1）有兩個同步RS觸發(fā)器構(gòu)成，受互補時鐘信號控制2）只在時鐘信號的跳邊沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)3）輸入數(shù)據(jù)要在時鐘正跳變沿之前加入，并保證主觸發(fā)器能到達穩(wěn)定狀態(tài)，CP=1期間數(shù)據(jù)要保持不變；時鐘發(fā)生負(fù)跳變后也要保持一段時間，保證從觸發(fā)器達到穩(wěn)定狀態(tài)。1S1RCPQQQn Qn1 00 1不定 0 0 1 0 0 1 1 1Qn+1 Qn+1CP 1S 1R3、特性方程21主從RS觸發(fā)器時序圖（波形圖）tOCPtOStORtOQ’tOQ22CP=1期間，如果SR輸入發(fā)生多次變化，則主觸發(fā)器輸出Q’也可能多次翻轉(zhuǎn)，但由于從觸發(fā)器關(guān)閉，所以整個觸發(fā)器的輸出Q保持不變；CP=0期間，輸入信號SR發(fā)生變化，由于主觸發(fā)器關(guān)閉，所以變化不能被傳輸?shù)綇挠|發(fā)器，整個觸發(fā)器的輸出Q也保持穩(wěn)定。tOCPtOStORtOQ’tOQ主觸發(fā)器開從觸發(fā)器關(guān)主觸發(fā)器關(guān)從觸發(fā)器開防止觸發(fā)器在一個時鐘脈沖之間多次翻轉(zhuǎn)。235.1.3.2主從JK觸發(fā)器同步RS觸發(fā)器、主從RS觸發(fā)器都要求SR=0，即S、R不可同時為1，否則狀態(tài)變成不可知。最好沒有該約束條件。SRQQQ’Q’G8G7G6G5G3G4G2G1G9JKCPG10G111、電路結(jié)構(gòu)——主從RS觸發(fā)器加兩條反饋線將互補輸出引回輸入端，產(chǎn)生互補的輸入信號，避免兩個輸入同時為1。24Qn Qn1 00 1Qn Qn 0 0 1 0 0 1 1 1Qn+1 Qn+1CP J K仍然是互補的輸入。Qn+1=Qn每個時鐘脈沖下降沿，Q翻轉(zhuǎn)一次J,K不同時為1時，輸出與主從RS觸發(fā)器相同2.特性方程CPQQQ的頻率是CP的1/2稱為2分頻；25主從JK觸發(fā)器的波形圖（時序圖）tOCPtOJtOKtOQ’tOQ265.1.3.3主從觸發(fā)器的動作特點觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)分為兩步：第一步：CP=1期間,主觸發(fā)器接受輸入并翻轉(zhuǎn)；第二步：CP由10,從觸發(fā)器根據(jù)主觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)注意：從觸發(fā)器只在CP10時刻發(fā)生翻轉(zhuǎn)； 而主觸發(fā)器在CP=1期間可以多次翻轉(zhuǎn)。所以，觸發(fā)器的狀態(tài)和CP=1期間的所有輸入有關(guān)，而不是僅僅與下降沿時刻的輸入有關(guān)。主從RS觸發(fā)器:在CP的上升沿和下降沿，R=S=0，Q應(yīng)該保持不變。但是由于CP=1期間的輸入發(fā)生變化，Q在CP下降沿發(fā)生翻轉(zhuǎn)。CPSRQ’Q27主從JK觸發(fā)器的“一次變化”問題：(P195例5.2.2)由于JK觸發(fā)器輸入還受Q,Q的控制，所以在CP=1期間，JK雖然可以多次變化，但主觸發(fā)器輸出Q’只能有一次變化的機會，一旦翻轉(zhuǎn)就不能返回。CPJKRQSQ’ABCA:J=1,K=0;Q’=1B:J=0,K=1;Q’=1(Q’=0無法實現(xiàn)，不能再次翻轉(zhuǎn)）C:J=1,K=1;Q’=1(不翻轉(zhuǎn)）CP=1期間的所有輸入都會影響結(jié)果，抗干擾能力仍然不理想285.1.4邊沿觸發(fā)器主從觸發(fā)器雖然能做到在一個時鐘周期內(nèi)只翻轉(zhuǎn)一次，解決了空翻問題；但CP=1期間的輸入仍能對輸出產(chǎn)生影響，抗干擾能力仍不理想。邊沿觸發(fā)器——輸出只和時鐘的上升沿(或下降沿)時刻的輸入有關(guān)，和時鐘保持期間的輸入變化無關(guān)。295.1.4.1CMOS傳輸門構(gòu)成的邊沿觸發(fā)器2、工作原理：1、電路結(jié)構(gòu)高阻高阻QTG3TG4CPCPQTG1TG2CPCPDQ’CP=1期間：TG1,TG4開通，TG2,TG3關(guān)閉Q’=D， 從觸發(fā)器構(gòu)成反饋鎖定輸出不變30TG3TG4CPCPQTG1TG2CPCPDQ’Q’高阻高阻CP10:TG1,TG4關(guān)閉，TG2,TG3開通,主觸發(fā)器構(gòu)成反饋Q’輸出鎖定，Q’輸出為CP10時刻的D,從觸發(fā)器輸出開通，功能：Q的取值只取決于CP10時刻的D，Q=D310001Qn+1CPD3、特性方程和真值表tOCPtODtOQ’tOQ只在CP下降沿有效，CP=1,CP=0,CP上升沿D保持不變325.1.4.2維持阻塞邊沿觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu):2、工作原理：1110011001111100110RD=1,SD=0時：Q=1, Q=?CP=1時Q=0CP=0時Q=0RD=1,SD=0時：Q=1, Q=0,不考慮CP、DRD=0,SD=1時：Q=0, Q=1,不考慮CP、DRD/SD稱為異步復(fù)位/置位端SDRDDQQCPDQQCPG6G5G3G4G1G2G1,G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，Q3~Q6構(gòu)成互鎖。3300不考慮RD/SD的功能，研究CP,D與QCP=0時，G3,G4封鎖