電子技術(shù)基礎(chǔ)課件第4章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

第4章雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

本章要點(diǎn)

本章介紹雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理和動(dòng)作特點(diǎn)，是了解、分析和設(shè)計(jì)時(shí)序邏輯電路工作機(jī)理的基礎(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是具有輸出狀態(tài)受輸入端數(shù)據(jù)控制、并能保持“0”或者“1”兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的電路，它是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本部件。分類：按照結(jié)構(gòu)不同，觸發(fā)器可分為：

(1)同步觸發(fā)器，為時(shí)鐘(電平)觸發(fā)方式。

(2)主從觸發(fā)器，為脈沖觸發(fā)方式。

(3)邊沿觸發(fā)器，為邊沿觸發(fā)方式。根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可分為：

(1)RS觸發(fā)器(2)JK觸發(fā)器

(3)D觸發(fā)器(4)T觸發(fā)器（T’觸發(fā)器）

4.1基本RS觸發(fā)器4.1.1與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器1．電路組成及工作原理電路邏輯符號(hào)表示低電平觸發(fā)表示輸出Q的取反工作原理0111001初態(tài)（或稱為舊態(tài)，原態(tài)）次態(tài)（或稱為新態(tài)）置位端觸發(fā)器置1態(tài)或置位101100復(fù)位端置0態(tài)或復(fù)位110011111100保持原態(tài)或存儲(chǔ)狀態(tài)0011禁態(tài)1111？？不定態(tài)邏輯功能表簡(jiǎn)化功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖禁態(tài)禁態(tài)禁態(tài)不定態(tài)邏輯功能表DS0tDR0tQ0tQ0t001111由與非門構(gòu)成的集成四基本RS觸發(fā)器芯片74HC279簡(jiǎn)介管腳圖功能表例：在用與非門組成的基本SR觸發(fā)器中，設(shè)初始狀態(tài)為0，已輸入R、S的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。在任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。例:已知由與非門構(gòu)成的SR鎖存器輸入端的波形，試畫出輸出端Q和Q的波形4.1.2或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器電路邏輯符號(hào)高電平有效邏輯功能表簡(jiǎn)化功能表注：CD4043（CMOS）是四或非門構(gòu)成RS觸發(fā)器的集成芯片。波形分析：4.1.3基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用

基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)是輸入端狀態(tài)直接影響輸出端狀態(tài)，所以基本RS觸發(fā)器是其它觸發(fā)器的組成部分之一，做為設(shè)置觸發(fā)器的初態(tài)的控制端口應(yīng)用之一：防抖電路防抖電路工作波形RS觸發(fā)器的特點(diǎn)總結(jié)：（1）有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。（2）有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能。（3）R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。（4）由于反饋線的存在，無(wú)論是復(fù)位還是置位，有效信號(hào)只需要作用很短的一段時(shí)間，即“一觸即發(fā)”。在任何時(shí)刻，輸入都能直接改變輸出的狀態(tài)。4.2時(shí)鐘RS觸發(fā)器4.2.1同步RS觸發(fā)器1．時(shí)鐘觸發(fā)器定義

在數(shù)字電子系統(tǒng)中，常常要求電路能按照一定節(jié)拍的控制來(lái)工作，如在兩位數(shù)字時(shí)鐘顯示電路中，數(shù)字就是按照每秒鐘的時(shí)間進(jìn)行變化。這就需要一個(gè)節(jié)拍控制信號(hào)，我們把這個(gè)控制信號(hào)稱為信號(hào)，也叫時(shí)鐘脈沖（ClockPulse），用CLK表示時(shí)鐘CLK波形將帶有時(shí)鐘控制觸發(fā)的觸發(fā)器統(tǒng)稱為時(shí)鐘觸發(fā)器2．同步RS觸發(fā)器的電路及工作原理電路基本RS觸發(fā)器邏輯符號(hào)只有在CLK＝1時(shí)，RS才能起作用輸入控制門工作原理0①CLK=011保持原態(tài)②CLK=11001110110111100110111001功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖時(shí)序圖特性方程

時(shí)鐘觸發(fā)器除了用功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖和時(shí)序圖描述邏輯功能外，還可以利用特性方程。觸發(fā)器的特性方程就是其輸出次態(tài)與觸發(fā)器的輸入端數(shù)據(jù)和輸出初態(tài)的邏輯關(guān)系式。

由時(shí)序圖看出，同步RS觸發(fā)器在CLK=1期間，輸出狀態(tài)隨輸入狀態(tài)改變而改變。同步RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)圖5.3.2無(wú)小圓圈表示高電平控制在某些應(yīng)用場(chǎng)合，有時(shí)需要在時(shí)鐘CLK到來(lái)之前，先將觸發(fā)器預(yù)置成制定狀態(tài)，故實(shí)際的同步SR觸發(fā)器設(shè)置了異步置位端SD和異步復(fù)位端RD，其電路及圖形符號(hào)如圖5.3.2所示小圓圈表示低電平有效當(dāng)CLK＝0情況下，SD

＝0，RD＝1，Q＝1；

SD＝1，RD＝0，Q＝0。不用設(shè)置初態(tài)時(shí)，SD＝RD＝1對(duì)于同步SR觸發(fā)器，電路、時(shí)鐘及輸入端波形如圖，若初始化Q

＝0，試畫出Q和Q的波形。

由于在CP=1期間，G3、G4門都是開著的，都能接收R、S信號(hào)，所以，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻。

有效翻轉(zhuǎn)

空翻時(shí)鐘觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)：①在CLK＝0期間，SR觸發(fā)器的狀態(tài)不變化。只有CLK=1期間，S和R的信號(hào)都能通過(guò)引導(dǎo)門G3和G4門，從而使得觸發(fā)器置成相應(yīng)的狀態(tài)；②在CLK＝1的全部時(shí)間里S和R的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化。在CLK回到0以后，觸發(fā)器保存的是CLK回到0以前瞬間的狀態(tài)。這種在CLK由“0”到“1”整個(gè)正脈沖期間觸發(fā)器動(dòng)作的控制方式稱為時(shí)鐘觸發(fā)方式。例：對(duì)于同步SR觸發(fā)器，電路、時(shí)鐘及輸入端波形如圖所示，若Q

＝0，試畫出Q和Q的波形。解：輸出波形如圖所示解：其輸出波形如圖所示例：電路如圖所示，已知S、R、RD和CLK的波形,且SD

=1,試畫出Q和Q的波形。4.2.2主從RS觸發(fā)器

電路邏輯符號(hào)表示在CLK下降沿到來(lái)后觸發(fā)為了避免空翻現(xiàn)象，提高觸發(fā)器工作的可靠性，希望在每個(gè)CLK期間輸出端的狀態(tài)只改變一次，則在時(shí)鐘觸發(fā)的觸發(fā)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出脈沖觸發(fā)的觸發(fā)器。注意：主從觸發(fā)器的狀態(tài)相同01011010工作原理①CLK=00111主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，從觸發(fā)器也保持原態(tài)不變②CLK=11011主觸發(fā)器狀態(tài)隨輸入S、R改變，但從觸發(fā)器保持原態(tài)不變③CLK=1→CLK=01→

00→

111主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器狀態(tài)與主觸發(fā)器新態(tài)相同主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：（1）當(dāng)CLK＝1時(shí)，CLK’＝0，從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變：主觸發(fā)器工作，接收R和S端的輸入信號(hào)。（2）當(dāng)CLK由1躍變到0時(shí)，即CLK=0、CLK’＝1。主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號(hào)R、S不再影響主觸發(fā)器的狀態(tài)；從觸發(fā)器工作，接收主觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。

特點(diǎn)：（1）主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CLK由1變0時(shí)刻（CP下降沿）發(fā)生的。（2）CLK一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會(huì)有空翻現(xiàn)象。

主從RS觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的改變是在時(shí)鐘脈沖下降沿發(fā)生的。其功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、特性方程與同步RS觸發(fā)器相同主從觸發(fā)器的特點(diǎn)【例1】輸入端S、R和時(shí)鐘脈沖CLK的波形如圖所示，加到主從RS的輸入端，設(shè)初態(tài)為1，畫出主觸發(fā)器和從觸發(fā)器輸出端的波形。解：禁態(tài)不定態(tài)4.2.3時(shí)鐘RS觸發(fā)器的應(yīng)用時(shí)鐘RS觸發(fā)器可以作為存儲(chǔ)器，即可以存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)碼存儲(chǔ)器電路注：主從RS觸發(fā)器克服了同步RS觸發(fā)器在CP＝1期間多次翻轉(zhuǎn)的問(wèn)題，但在CLK＝1期間，主觸發(fā)器的輸出仍會(huì)隨輸入的變化而變化，且仍存在不定態(tài)，輸入信號(hào)仍遵守SR＝0.4.3JK觸發(fā)器4.3.1主從JK觸發(fā)器

雖然主從RS觸發(fā)器克服了同步RS觸發(fā)器在CLK=1期間的輸出狀態(tài)不斷隨輸入變化而變化，但仍然存在約束條件。為了使觸發(fā)器輸入數(shù)據(jù)不受約束，則將主從RS觸發(fā)器的輸出端反饋到輸入端，構(gòu)成了主從JK觸發(fā)器。電路邏輯符號(hào)110主觸發(fā)器的狀態(tài)隨JK變化0011．主從JK觸發(fā)器的工作原理①J=K=00011保持原態(tài)：工作原理：①J＝K＝0主觸發(fā)器保持原態(tài)，則觸發(fā)器（從觸發(fā)器）也保持原態(tài)。即Q*＝Q②J＝0，K＝101若Q＝0，Q＝1S主=J

Q

＝0R主＝KQ=0主觸發(fā)器保持原態(tài)Q*主=Q主

=0在CLK的，從觸發(fā)器保持不變，即Q*=Q=0若Q＝1，Q＝0S主＝0R主＝1在CLK＝1時(shí)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為“0”，即Q*主=0在CLK的，從觸發(fā)器由“1”翻轉(zhuǎn)為“0”，即Q*=0,Q*=1Q*=0③J＝1，K＝010若Q＝0，Q＝1S主＝J

Q

＝

1R主＝KQ=0在CLK＝1時(shí)，Q*主=1，Q主*

=0在CLK的，從觸發(fā)器由“0”翻轉(zhuǎn)為“1”，即Q*=1若Q＝1，Q＝0S主＝0R主＝0Q*主＝1在CLK的，即Q*=1,Q*=0Q*=1④J＝1，K＝111若Q＝0，Q＝1S主＝J

Q

＝

1，R主＝KQ=0在CLK＝1時(shí)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為“1”即Q*主=1在CLK的，從觸發(fā)器由“0”為“1”，即Q*=1若Q＝1，Q＝0S主＝0R主＝1在CLK＝1時(shí)，主觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為“0”，即Q*主=0在CLK的，即Q*=0,Q*=1Q*=Q2．主從JK觸發(fā)器的功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時(shí)序圖功能表簡(jiǎn)化功能表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖一次變化【例2】對(duì)于主從JK觸發(fā)器，若時(shí)鐘脈沖CLK、J、K輸入端的波形如圖所示，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為“1”，試畫出主、從觸發(fā)器輸出端Q主和Q的時(shí)序波形解：10干擾脈沖干擾脈沖一次變化：在初態(tài)Q=0且CLK=1期間，J出現(xiàn)干擾脈沖會(huì)使觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化；在初態(tài)Q=1且CLK=1期間，K出現(xiàn)干擾脈沖也會(huì)使觸發(fā)器發(fā)生狀態(tài)變化。一次變化脈沖觸發(fā)方式的動(dòng)作特點(diǎn)：1.分兩步動(dòng)作：第一步在CLK＝1時(shí)，主觸發(fā)器受輸入信號(hào)控制，從觸發(fā)器保持原態(tài)；第二步在CLK到達(dá)后，從觸發(fā)器按主觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，故觸發(fā)器輸出狀態(tài)只改變一次

。CLK到達(dá)時(shí)從觸發(fā)器的狀態(tài)不一定能按此刻輸入信號(hào)的狀態(tài)來(lái)確定，而必須考慮整個(gè)CLK＝1輸入信號(hào)的變化過(guò)程。2.因?yàn)橹鲝腏K觸發(fā)器受到反饋回來(lái)的輸出端的影響，在CLK＝1期間，主觸發(fā)器只可能翻轉(zhuǎn)一次，一旦翻轉(zhuǎn)了就不會(huì)翻回來(lái)。但主從SR觸發(fā)器在CLK＝1期間S、R多次改變時(shí)主觸發(fā)器會(huì)多次翻轉(zhuǎn)。例已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖(設(shè)初態(tài)為0)在畫主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖下降沿前一瞬間Q的狀態(tài)。主從JK觸發(fā)器芯片74HC72簡(jiǎn)介管腳圖功能表邏輯符號(hào)置位端復(fù)位端4.3.2邊沿JK觸發(fā)器由于主從JK觸發(fā)器存在一次變化問(wèn)題，所以抗干擾能力差。為了提高觸發(fā)器工作的可靠性，希望觸發(fā)器的次態(tài)（新態(tài)）僅決定于CLK的下降沿（或上升沿）到達(dá)時(shí)刻的輸入信號(hào)的狀態(tài)，與CLK的其它時(shí)刻的信號(hào)無(wú)關(guān)。這樣出現(xiàn)了各種邊沿觸發(fā)器。邏輯電路邏輯符號(hào)觸發(fā)脈沖下降沿翻轉(zhuǎn)工作原理0100111010111011Q隨JK變化

邊沿JK觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨輸入改變只在脈沖下降沿到來(lái)的那一瞬間動(dòng)作特點(diǎn)：

輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在CLK的上升沿或下降沿到來(lái)時(shí)刻，而且觸發(fā)器保存下來(lái)的狀態(tài)僅僅決定CLK上升沿或下降沿到達(dá)時(shí)的輸入狀態(tài)，而與此前后的狀態(tài)無(wú)關(guān)。

邊沿觸發(fā)器的共同動(dòng)作特點(diǎn)是觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于CP信號(hào)的上升沿或下降沿到達(dá)時(shí)輸入的邏輯狀態(tài)，故有效地提高了觸發(fā)器的抗干擾能力。集成雙邊沿JK觸發(fā)器74HC112簡(jiǎn)介管腳圖功能表【例3】若將例2的各輸入電壓輸入到74HC112的某一個(gè)邊沿觸發(fā)器上，設(shè)初態(tài)為1，試畫出輸出端Q的波形解：1110100000結(jié)論：邊沿JK觸發(fā)器克服了主從JK觸發(fā)器在CP=1期間主觸發(fā)器一次變化問(wèn)題，提高了觸發(fā)器的抗干擾能力4.3.3JK觸發(fā)器的特點(diǎn)及特性方程4.3.4JK觸發(fā)器的應(yīng)用JK觸發(fā)器的應(yīng)用非常廣泛，它可以構(gòu)成分頻電路、計(jì)數(shù)器、寄存器以及脈沖序列發(fā)生器等等分頻電路實(shí)際接線電路波形ff／2f／44.4D觸發(fā)器、T觸發(fā)器及T′觸發(fā)器4.4.1D觸發(fā)器D觸發(fā)器也稱鎖存器，其輸出狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)而變。功能表特性方程：狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)：在觸發(fā)脈沖CLK的作用下，輸出端狀態(tài)總是跟隨輸入端的狀態(tài)，但要滯后輸入端的狀態(tài)。電路構(gòu)成：1．由同步RS觸發(fā)器構(gòu)成的D觸發(fā)器原理電路邏輯符號(hào)2．主從RS觸發(fā)器構(gòu)成的D觸發(fā)器原理電路邏輯符號(hào)3.邊沿D觸發(fā)器原理電路邏輯符號(hào)CLK=1100工作原理CLK=0010CLK由0變?yōu)?（上升沿到來(lái)）0111例已知邊沿D觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。解：在波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CLK的上升沿。（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CLK上升沿前一瞬間輸入端D的狀態(tài)。【例4】電路及輸入信號(hào)X和CLK脈沖波形如圖所示，試畫出輸出端Y1和Y2的波形，設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)均為“0”。解：，

例試畫出圖(a)所示電路的Q1和Q2的波形。設(shè)各觸發(fā)器初態(tài)為01DQQ￠C1CLK1DQC1R￠DAQ1(a)電路Q2Q￠CLK0tA0t(b）波形1DQQ￠C1CLK1DQC1R￠DAQ1(a)電路Q2Q￠CLK0tA0t0tQ10t(b)波形Q2集成雙上升沿邊沿D觸發(fā)器74HC74簡(jiǎn)介

引腳圖功能表