觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試

/實(shí)驗(yàn)六觸發(fā)器邏輯功能測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。深刻掌握觸發(fā)器的三個(gè)基本性質(zhì)：兩個(gè)穩(wěn)態(tài)、觸發(fā)翻轉(zhuǎn)和保持。２．掌握觸發(fā)器的分類方法-—基本觸發(fā)器和時(shí)鐘觸發(fā)器.3．掌握基本觸發(fā)器、時(shí)鐘觸發(fā)器的使用方法和邏輯功能的測(cè)試方法。４。掌握時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式。5．熟悉觸發(fā)器之間相互轉(zhuǎn)換方法。二、實(shí)驗(yàn)器材１.數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱：一臺(tái)２．集成電路：74LS00、74LS04、74ＬS７4、74LS1１２各一片３．示波器：??一臺(tái)(選用)三、預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)基本觸發(fā)器和時(shí)鐘觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。2．復(fù)習(xí)RS、D、JK、T、T'觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式。３。熟悉本實(shí)驗(yàn)所用門電路型號(hào)及其管腳排列。4．復(fù)習(xí)不同邏輯功能觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換，畫出Ｄ→T、Ｄ→Ｔ'、JＫ→T、JK→Ｔ＇的邏輯圖。四、實(shí)驗(yàn)原理（一)觸發(fā)器的性質(zhì)：觸發(fā)器是一種具有記憶功能的二進(jìn)制信息存儲(chǔ)器件,是構(gòu)成各種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。觸發(fā)器的輸出端通常標(biāo)志為Ｑ，多數(shù)集成觸發(fā)器還有反相輸出端.觸發(fā)器具有三個(gè)基本性質(zhì)：兩種穩(wěn)定狀態(tài)：觸發(fā)器有兩種穩(wěn)定狀態(tài)：1態(tài)和０態(tài)，Q=１稱為觸發(fā)器的１態(tài);Q=0稱為觸發(fā)器的０態(tài)②觸發(fā)：在一定的外加信號(hào)作用下,可以從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定狀態(tài)（１→０或０→1）,稱為觸發(fā).③保持：當(dāng)外加信號(hào)消失后,能將獲得的新狀態(tài)保持下來。（二)觸發(fā)器的分類:根據(jù)不同的需要,觸發(fā)器的分類主要有以下三種方法：ａ.根據(jù)是否需要時(shí)鐘脈沖，將觸發(fā)器可以分為兩大類：一類是不需時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)器，稱為基本觸發(fā)器，另一類是必須有時(shí)鐘脈沖輸入的觸發(fā)器,稱為時(shí)鐘觸發(fā)器。b。根據(jù)觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)不同可分為：基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器等類型；5.1由與非門組成的基本RS觸發(fā)器特性表5.1由與非門組成的基本RS觸發(fā)器特性表０0０0０11*1＊1*1＊001１０１１10０1１00０100111111０10１1０＊當(dāng)時(shí)，；在這種情況下，若同時(shí)變?yōu)椋?則和的狀態(tài)不定，因此的狀態(tài)應(yīng)禁止。圖5.1由與非門組成的基本RS觸發(fā)器1.基本RS觸發(fā)器圖5.1由與非門組成的基本RS觸發(fā)器電路與工作原理:用與非門組成的基本ＲS觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)如圖5。1(a）所示。圖中和是控制信號(hào)輸入端,簡稱輸入端，和和是輸出端。這種觸發(fā)器具有置0、置1和保持三種功能。邏輯特性見表5．1所示。表中Qn為觸發(fā)前的狀態(tài)（初態(tài))，由于觸發(fā)器狀態(tài)的變化與Qｎ有關(guān)，所以也將Qｎ作為一個(gè)變量稱為“狀態(tài)變量"；Qｎ＋１為觸發(fā)后的狀態(tài)（次態(tài)）。含有狀態(tài)變量的真值表稱為“觸發(fā)器的特性表”。由表5．１可知：①當(dāng)=0且＝1時(shí)，輸出端Q=1=0，這時(shí)為置1狀態(tài)。因此,稱為置1端,又稱置位端,低電平有效。②當(dāng)＝0且=1時(shí),輸出端Q=0=1，這時(shí)為置0狀態(tài)。因此，稱為置0端,又稱復(fù)位端,低電平有效?？偨Y(jié)①②可知,當(dāng)與不同(即相反）時(shí)，Ｑ的狀態(tài)與S相同。③當(dāng)=＝1時(shí)，觸發(fā)器保持原先的1或０狀態(tài)不變，這時(shí)為保持狀態(tài).圖5.3由基本RS觸發(fā)器組成的無抖動(dòng)開關(guān)圖5.2機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)造成毛刺④當(dāng)、同時(shí)輸入低電平時(shí)（即）,這時(shí)=＝1，不符合RS觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)定義（既不是0態(tài)也不是１態(tài)）;而且,若、同時(shí)由低電平恢復(fù)為高電平時(shí),Q的狀態(tài)可能為1,也可能為0(輸出狀態(tài)不定，取決于兩個(gè)與非門的傳輸延遲時(shí)間).這種情況對(duì)觸發(fā)器來說是不允許的,稱為禁止?fàn)顟B(tài)。圖5.3由基本RS觸發(fā)器組成的無抖動(dòng)開關(guān)圖5.2機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)造成毛刺基本RＳ觸發(fā)器也可以用兩個(gè)“或非門”組成,此時(shí)Ｒ、Ｓ高電平有效.〔基本RS觸發(fā)器應(yīng)用實(shí)例〕：用基本ＲＳ觸發(fā)器可組成一個(gè)輸出信號(hào)無抖動(dòng)的階躍信號(hào)發(fā)生器,它可產(chǎn)生無抖動(dòng)的上升沿和下降沿。工作原理:在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)需要上升沿信號(hào)（由低電平跳變至高電平的階躍信號(hào),標(biāo)志為“”)，有時(shí)需要下降沿信號(hào)（由高電平跳變至低電平的階躍信號(hào)，標(biāo)志為“"）。從原理上說,用單刀雙位開關(guān)可產(chǎn)生上升沿或下降沿信號(hào),如圖5-２(a）所示.將動(dòng)觸點(diǎn)①由③扳向②時(shí)，產(chǎn)生上升沿信號(hào)；由②扳向③時(shí),產(chǎn)生下降沿信號(hào)。但是實(shí)際應(yīng)用中，由于機(jī)械開關(guān)本身的特點(diǎn)，在觸點(diǎn)接通和斷開的瞬間存在多次接觸(抖動(dòng))現(xiàn)象，因此由開關(guān)直接產(chǎn)生的信號(hào)邊沿存在許多毛刺，如圖5。2（b）所示,不能用于實(shí)驗(yàn)。將單刀雙位開關(guān)與基本RS觸發(fā)器組成的階躍信號(hào)發(fā)生器，可以消除觸點(diǎn)抖動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)毛刺。采用TTL與非門組成的無抖動(dòng)開關(guān)電路如圖5。3所示。邊沿信號(hào)由Q端輸出(如果采用CMＯＳ與非門構(gòu)成電路，則在圖中、端必須加上拉電阻。)①產(chǎn)生上升沿信號(hào):開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)①平時(shí)扳在③端,使＝0、＝1，這時(shí)Q=0。當(dāng)需要上升沿信號(hào)時(shí),將開關(guān)扳向②端，使=0、=1，則Ｑ由0→1，產(chǎn)生上升沿信號(hào).觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)使這個(gè)上升沿產(chǎn)生毛刺。這是因?yàn)楫?dāng)動(dòng)觸點(diǎn)脫離③點(diǎn)時(shí)，由0變１,這時(shí)因?yàn)閯?dòng)觸點(diǎn)尚未與②接觸,（動(dòng)觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)有一段行程），所以盡管有抖動(dòng),即多次0→１→0→1→……變化，但因≡1,所以觸發(fā)器或者為置零態(tài)（＝０，),或者保持態(tài)（=1)，因而Ｑ=０不變。當(dāng)動(dòng)觸點(diǎn)徹底脫離③點(diǎn)后,才能與②點(diǎn)接觸，這時(shí)，≡1。盡管在動(dòng)觸點(diǎn)與②點(diǎn)接觸時(shí)，又有抖動(dòng)，即多次1→０→１→0→……變化，但在第一次為零時(shí)，Q端已經(jīng)置為1，在以后的多次抖動(dòng)時(shí),觸發(fā)器或置1(＝0）,或保持（＝1），總之Ｑ=1不變。因此，可以獲得一個(gè)沒有毛刺的上升沿信號(hào)。②產(chǎn)生下降沿信號(hào):開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)①平時(shí)扳在②端,=0、=1，這時(shí)Ｑ＝１。當(dāng)需要下降沿信號(hào)時(shí),將開關(guān)扳向③端,使=1、=0，則Ｑ由１→0，產(chǎn)生下降沿信號(hào)。原理同上.２。時(shí)鐘觸發(fā)器時(shí)鐘觸發(fā)器按邏輯功能分,有以下五種：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T'觸發(fā)器.圖5.4圖5.4同步RS觸發(fā)器（1)時(shí)鐘觸發(fā)器的邏輯功能①同步ＲS觸發(fā)器圖5.5D觸發(fā)（鎖存）器電路表５．2同步RＳ觸發(fā)器特性表CＰSRQnQｎ+10×××Ｑn１000０1001１101001０11０１100圖5.5D觸發(fā)（鎖存）器電路表５．2同步RＳ觸發(fā)器特性表CＰSRQnQｎ+10×××Ｑn１000０1001１101001０11０１10011101111101*１１１1１＊*CP回到高電平后狀態(tài)不定其特性方程為:②同步D觸發(fā)器

同步D觸發(fā)器又稱D鎖存器，是一種由同步RS觸發(fā)器演變而成、只有一個(gè)輸入控制端（D端）的觸發(fā)器.圖5．5(a)是同步Ｄ觸發(fā)器的邏輯電路圖.圖中G1、G2組成基本RＳ觸發(fā)器，Ｇ3、G4為同步控制門。在ＣＰ=１的期間,改變D端的信號(hào)，可使觸發(fā)器置“０”或置“1".不難推測(cè)其特性：ＣP高電平有效，只有ＣP=1時(shí)G３、G4開門,才可使觸發(fā)器改變狀態(tài)（觸發(fā))。CＰ=1,D＝1時(shí),基本RS觸發(fā)器置“１”,Q=１。CP=1,D=0時(shí),基本RＳ觸發(fā)器置“0”，Q=0。表5.3D觸發(fā)器的特性表ＣPDQnＱｎ+10表5.3D觸發(fā)器的特性表ＣPDQnＱｎ+10××Qn10０010101１0111１1由于Q的狀態(tài)在觸發(fā)后等于D，而且能夠保持D的狀態(tài)，所以D觸發(fā)器被稱為Ｄ鎖存器。表5．3是Ｄ觸發(fā)器的特性表。D觸發(fā)器的特性方程為:③主從RS觸發(fā)器上述的同步型觸發(fā)器由CＰ脈沖控制觸發(fā)，可以使電路中的元件同步工作，因此比基本型觸發(fā)器使用起來更為方便。但是，在CＰ有效期間，控制端信號(hào)(R、S）的變化會(huì)直接影響觸發(fā)器的狀態(tài)（Q)，即R、S端的多次變化會(huì)影響Q端也多次變化，這種直接控制作用會(huì)使電路的工作可靠性降低,因此人們開發(fā)了“主從式觸發(fā)器”，以防止CP有效期間輸入對(duì)輸出的直接控制作用。主從式RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)見圖5.6（a)所示。整個(gè)電路由兩個(gè)同步RS觸發(fā)器構(gòu)成。圖中G1、G2、G3、G4為從觸發(fā)器部分，G５、G6、G７、Ｇ8為主觸發(fā)器部分。在CP高電平時(shí)期,G7、Ｇ8開門,主觸發(fā)器改變狀態(tài),Ｒ、S信號(hào)控制改變,由于G９的反相作用，使G3、G４的ＣP＇端為低電平,Ｇ3、G4關(guān)門，保持不變;在CP由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降乃查g，Ｇ7、G８關(guān)門，主觸發(fā)器保持，不再改變,而ＣP＇變?yōu)楦唠娖?G3、Ｇ4開門，從觸發(fā)器改變狀態(tài)，由決定的狀態(tài)。主從RS觸發(fā)器的特性表見表5.２主從RＳ觸發(fā)器特性表CＰSRQ表5.２主從RＳ觸發(fā)器特性表CＰSRQｎQn+1０×××Qn1×××Qｎ０000０011０10001１0１001１０1１1101＊１111**ＣP回到高電平后狀態(tài)不定圖5.6主從RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號(hào)④主從JK觸發(fā)器:表5．5主從ＪK觸發(fā)器特性表ＣPＪKＱnQn＋1０×××Ｑｎ1×××Qn0００00０１表5．5主從ＪK觸發(fā)器特性表ＣPＪKＱnQn＋1０×××Ｑｎ1×××Qn0００00０１10１0０01１010011０1１110１1１1０圖5.7主從JK觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)與符號(hào)由表中可以看出:CP下降沿有效（標(biāo)志為“”）,只有CＰ由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降乃查g,才可使觸發(fā)器改變狀態(tài)(觸發(fā))。圖5.8T觸發(fā)器，主從JK觸發(fā)器置位，Q＝1。圖5.8T觸發(fā)器，主從JK觸發(fā)器復(fù)位，Q=0。，主從JK觸發(fā)器保持，。，主從JK觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，。JK觸發(fā)器的特性方程為：表５.6T觸發(fā)器特性表CPT0××1××000０1110表５.6T觸發(fā)器特性表CPT0××1××000０1110111０T觸發(fā)器的特性方程為：T觸發(fā)器的邏輯功能可以概括為：時(shí),,保持;時(shí)，，翻轉(zhuǎn)。如果T輸入端恒為高電平,T觸發(fā)器就成了T＇觸發(fā)器(可以看成是T觸發(fā)器在T=１或JＫ觸發(fā)器在條件下的特例),它沒有控制輸入端,因而也沒有驅(qū)動(dòng)表。T＇觸發(fā)器的特性方程為：?(２）時(shí)鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式不同結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘觸發(fā)器對(duì)ＣP脈沖的響應(yīng)方式不同,可以按照觸發(fā)方式將時(shí)鐘觸發(fā)器分為三類，即:電平觸發(fā)、邊沿觸發(fā)和主從觸發(fā)。在使用時(shí)鐘觸發(fā)器的時(shí)候，必須注意觸發(fā)方式,搞清需要何種觸發(fā)信號(hào)（即時(shí)鐘信號(hào)ＣP），觸發(fā)器何時(shí)翻轉(zhuǎn)等問題,才能保證整個(gè)電路穩(wěn)定、正確的工作。①電平觸發(fā)電平觸發(fā)是指觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是在時(shí)鐘信號(hào)為高電平或低電平期間發(fā)生。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同，又分高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)兩種方式,圖5．4中的同步RＳ觸發(fā)器和圖5.５中的同步D鎖存器,就是高電平觸發(fā)的觸發(fā)器。由于這種觸發(fā)方式在有效電平的整個(gè)期間都會(huì)發(fā)生狀態(tài)的改變，所以電路的可靠性較差.②邊沿觸發(fā)

邊沿觸發(fā)是指觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿發(fā)生。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同，分上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種方式.有些觸發(fā)器僅在時(shí)鐘脈沖CP的上升沿(0→1變化邊沿，用“↗"或“”表示)才能接受控制輸入信號(hào)(控制信號(hào)是指R、S、J、K、D、Ｔ等端的信號(hào)),并同時(shí)改變狀態(tài)(和），所以這種觸發(fā)方式稱為上升沿觸發(fā),圖５。9所示為上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器邏輯符號(hào)。有些觸發(fā)器，僅在時(shí)鐘脈沖CP的下降沿(1→0變化邊沿，用“↘”或“”表示）才能接受控制輸入信號(hào),改變狀態(tài).這種觸發(fā)方式稱為下降沿觸發(fā)。圖5—11所示為下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào).③主從觸發(fā)方式由圖5．6和圖5．7所示的主從觸發(fā)器內(nèi)部電路可知，在CＰ脈沖輸入高電平期間，主觸發(fā)器接受控制輸入信號(hào)，ＣＰ下降沿時(shí)刻從觸發(fā)器可以改變狀態(tài)——向主觸發(fā)器看齊。圖5。6(b），圖５．7（b）是主從觸發(fā)器的邏輯符號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟?１.基本觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)按以下實(shí)驗(yàn)步驟，用2輸入四與非門７4LＳ０0組成基本ＲS觸發(fā)器，測(cè)試其邏輯功能.①將74ＬS0０插入實(shí)驗(yàn)箱中。按圖5。1(ａ）接線，其中和分別接兩只發(fā)光二極管,、分別接邏輯開關(guān)K1和K2，別忘記接上電源線和地線撥動(dòng)邏輯開關(guān)K１和K2，按表5．1設(shè)定輸入信號(hào)和的狀態(tài)，觀察輸出和的狀態(tài)，記錄邏輯關(guān)系。２。時(shí)鐘觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)并驗(yàn)證集成觸發(fā)器74ＬS７4和74LＳ１12的邏輯功能。 ⑴雙上升沿D觸發(fā)器７4ＬS７4實(shí)驗(yàn)圖5.10D觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)線路圖圖5.9雙上升沿D觸發(fā)器74LS74引腳排列和邏輯符號(hào)７4ＬS７4內(nèi)含兩個(gè)相同的Ｄ觸發(fā)器,上升沿觸發(fā),有預(yù)置端和清除端(即直接置位端和直接復(fù)位端）。其電路符號(hào)和引腳排列如圖5。９所示，特性表見表5．７。圖中D為控制信號(hào)端；CP為時(shí)鐘信號(hào)端,上升沿有效；是直接置位端、是直接復(fù)位端，都是低電平有效。圖5.10D觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)線路圖圖5.9雙上升沿D觸發(fā)器74LS74引腳排列和邏輯符號(hào)表５．7D觸發(fā)器７4LS７４特性表CPDQｎQn+10１×××１10×××0０0×××1＊1表５．7D觸發(fā)器７4LS７４特性表CPDQｎQn+10１×××１10×××0０0×××1＊110××Qn１11××Qn110001101011101１1１11＊禁止?fàn)顟B(tài)②接通電源，按以下要求驗(yàn)證Ｄ觸發(fā)器功能:a．直接置0:將1(K2）=1，１(K３)=0，則置為0，按動(dòng)單次脈沖按鈕，輸入單次脈沖(產(chǎn)生上升沿↑），狀態(tài)應(yīng)不變，改變1Ｄ（Ｋ1），仍不變。圖5.1274LS112實(shí)驗(yàn)電路ｂ．直接置1:將１（K2)=0，1（Ｋ3）＝１，則置為１，輸入單次脈沖(產(chǎn)生上升沿↑），狀態(tài)應(yīng)不變，改變1Ｄ（K1），仍不變。圖5.1274LS112實(shí)驗(yàn)電路ｃ.置1和置０：將1(K２)=１,1(K３）=1。若1D（K1）=１，輸入單次脈沖（產(chǎn)生上升沿↑），則置為1；若1D（Ｋ1）＝0，輸入單脈沖(產(chǎn)生上升沿↑），則置為0。d。翻轉(zhuǎn):將1D接到K1的導(dǎo)線去掉,而把和1D相連接，輸入（按動(dòng))單次脈沖,觀察在脈沖上升沿時(shí)翻轉(zhuǎn),即。這時(shí)是T'觸發(fā)器功能。e．動(dòng)態(tài)測(cè)試：(選作）使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱中所帶的脈沖信號(hào)發(fā)生器（PuｌseＯuｔ）產(chǎn)生1KＨz的脈沖信號(hào)，將脈沖信號(hào)輸入上項(xiàng)實(shí)驗(yàn)所連接而成的T'觸發(fā)器CP端，用示波器觀察ＣP端和Ｑ端的波形,注意CP信號(hào)的有效觸發(fā)沿，記錄波形.（2）雙下降沿JＫ觸發(fā)器７4LS112實(shí)驗(yàn)表５.8雙ＪＫ觸發(fā)器74ＬS112特性表CPJＫQnQ表５.8雙ＪＫ觸發(fā)器74ＬS112特性表CPJＫQnQn+1０1××××11０××××00０××××１*1１0×××Qn111×××Qn110000１100111101001１011０11１001111０11111１01111１１０＊禁止?fàn)顟B(tài)圖5.1174LS112雙JK觸發(fā)器的外管腳排列圖①將74LS112芯片插入實(shí)驗(yàn)箱IＣ空插座中，按圖5．１2JＫ觸發(fā)器實(shí)驗(yàn)線路圖接線，其中１ＣＰ接實(shí)驗(yàn)箱的單次脈沖信號(hào),1、1、1J、１K分別接邏輯開關(guān)K1Ｋ2K3K４,VＣC接+5Ｖ，ＧＮＤ接地。驗(yàn)證以下邏輯功能。②接通電源,按以下步驟驗(yàn)證下降沿JK觸發(fā)器功能:a．直接置0：將1（Ｋ1）＝0，1（Ｋ2）=1時(shí),則=0。b。直接置1：將1（Ｋ1）=1，1（K２）=０時(shí),則=１。c。置0：當(dāng)1=1，1＝1時(shí)，將1J(K3）=0,1K（K４)=1，輸入單次脈沖，則在ＣP下降沿時(shí)，輸出為０。繼續(xù)輸入單次脈沖，保持０不變。ｄ．置1：將1J(K3)=1，１K(K4）=0,輸入單次脈沖，則在CP下降沿時(shí)，輸出為1.繼續(xù)輸入單次脈沖,保持1不變。e。保持：將1J（K３）＝0，1K(K4）=０,輸入單次脈沖，輸出不變,狀態(tài)保持.f。翻轉(zhuǎn)：將1Ｊ（K3)=1，1Ｋ(Ｋ４)=1，輸入單次脈沖，則在CP下降沿時(shí),輸出翻轉(zhuǎn)。。連續(xù)輸入單次脈沖，則連續(xù)翻轉(zhuǎn)。這時(shí)成為T＇觸發(fā)器。ｇ．動(dòng)態(tài)測(cè)試:（選作）使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱中