數(shù)電課件 鎖存器觸發(fā)器

數(shù)電課件鎖存器觸發(fā)器第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三教學(xué)基本要求1、掌握鎖存器、觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理2、熟練掌握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3、正確理解鎖存器、觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三1、時(shí)序邏輯電路與鎖存器、觸發(fā)器：

時(shí)序邏輯電路:概述鎖存器和觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯單元。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。工作特征：時(shí)序邏輯電路的工作特點(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)。第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.1

雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.1.1

雙穩(wěn)態(tài)的概念5.1.2

雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2、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

第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.1雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路5.1.1

雙穩(wěn)態(tài)的概念第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三反饋5.1.2雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元電路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1.

電路結(jié)構(gòu)第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2、數(shù)字邏輯分析——電路具有記憶1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能。

如Q=1如Q=01001101100第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三3.模擬特性分析

I1

=

O2

O1=

I2圖中兩個(gè)非門的傳輸特性第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.2.1SR鎖存器5.2鎖存器5.2.1D鎖存器第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.2.1SR鎖存器5.2鎖存器1.基本SR鎖存器初態(tài)：R、S信號(hào)作用前Q端的狀態(tài)，初態(tài)用Qn表示。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。第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三1)工作原理R=0、S=0狀態(tài)不變00若初態(tài)Qn=1101若初態(tài)

Qn=001000第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三無論初態(tài)Qn為0或1，鎖存器的次態(tài)為為1態(tài)。信號(hào)消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。01若初態(tài)Qn=1101若初態(tài)Qn=0010010R=0、S=1置1第十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三無論初態(tài)Qn為0或1，鎖存器的次態(tài)為0態(tài)。信號(hào)消失后新的狀態(tài)將被記憶下來。10若初態(tài)Qn=1110若初態(tài)Qn=0100101R=1、S=0置0第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三1100S=1、R=1無論初態(tài)Qn為0或1，觸發(fā)器的次態(tài)、都為0。狀態(tài)不確定約束條件:SR=0當(dāng)S、R同時(shí)回到0時(shí)，由于兩個(gè)與非門的延遲時(shí)間無法確定，使得觸發(fā)器最終穩(wěn)定狀態(tài)也不能確定。觸發(fā)器的輸出既不是0態(tài)，也不是1態(tài)第十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三3）工作波形第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三4）用與非門構(gòu)成的基本SR鎖存器、c.國標(biāo)邏輯符號(hào)a.電路圖b.功能表

不定10010100101不變11不變Q約束條件:

S+R=0第十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三例運(yùn)用基本SR鎖存器消除機(jī)械開關(guān)觸點(diǎn)抖動(dòng)引起的脈沖輸出。第十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2.邏輯門控SR鎖存器電路結(jié)構(gòu)

國標(biāo)邏輯符號(hào)簡單SR鎖存器使能信號(hào)控制門電路第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2、工作原理

S=0，R=0：Qn+1=Qn

S=1，R=0：Qn+1=1

S=0，R=1：Qn+1=0

S=1，R=1：Qn+1=ФE=1：E=0：狀態(tài)發(fā)生變化。狀態(tài)不變Q3=SQ4=R第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三的波形。邏輯門控SR鎖存器的E、S、R的波形如下圖虛線上邊所示，鎖存器的原始狀態(tài)為Q=0，試畫出Q3、Q4、Q和Q第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.2.2D鎖存器1.邏輯門控D鎖存器國標(biāo)邏輯符號(hào)邏輯電路圖第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三=SS=0R=1D=0Q=0D=1Q=1E=0不變E=1=

DS=1R=0D鎖存器的功能表置10111置01001保持不變不變×0功能QDEQ邏輯功能第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2.傳輸門控D鎖存器

(c)E=0時(shí)(b)E=1時(shí)(a)電路結(jié)構(gòu)TG2導(dǎo)通，TG1斷開

TG1導(dǎo)通，TG2斷開Q=DQ不變第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三(c)

工作波形第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三3.D鎖存器的動(dòng)態(tài)特性定時(shí)圖:表示電路動(dòng)作過程中，對各輸入信號(hào)的時(shí)間要求以及輸出對輸入信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間。

第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三74HC/HCT373八D鎖存器

4.

典型集成電路第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三74HC/HCT373的功能表工作模式輸入內(nèi)部鎖存器狀態(tài)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。第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3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5.3.2維持阻塞觸發(fā)器*5.3.3利用傳輸延時(shí)的觸發(fā)器5.3.4觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理1.鎖存器與觸發(fā)器鎖存器在E的高(低)電平期間對信號(hào)敏感觸發(fā)器在CP的上升沿(下降沿)對信號(hào)敏感第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理主鎖存器與從鎖存器結(jié)構(gòu)相同1.電路結(jié)構(gòu)5.3.1主從觸發(fā)器TG1和TG4的工作狀態(tài)相同TG2和TG3的工作狀態(tài)相同第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2.由傳輸門組成的CMOS邊沿D觸發(fā)器

工作原理：TG1導(dǎo)通，TG2斷開——輸入信號(hào)D送入主鎖存器。TG3斷開，TG4導(dǎo)通——從鎖存器維持在原來的狀態(tài)不變。(1)CP=0時(shí):

=1，C=0，Q跟隨D端的狀態(tài)變化，使Q=D。

第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三工作原理：(2)CP由0跳變到1

:

=0，C=1，觸發(fā)器的狀態(tài)僅僅取決于CP信號(hào)上升沿到達(dá)前瞬間的D信號(hào)TG3導(dǎo)通，TG4斷開——從鎖存器Q的信號(hào)送Q端。TG1斷開，TG2導(dǎo)通——輸入信號(hào)D不能送入主鎖存器。主鎖存器維持原態(tài)不變。

第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三。

2.典型集成電路74HC/HCT74中D觸發(fā)器的邏輯圖第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三

74HC/HCT74的功能表LHH↑HHHLL↑HHQn+1DCPHH××LLHL××LHLH××HLQDCP輸出輸入國標(biāo)邏輯符號(hào)74HC/HCT74的邏輯符號(hào)和功能表具有直接置1、直接置0，正邊沿觸發(fā)的D功能觸發(fā)器第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.2維持阻塞觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理

C置0維持線響應(yīng)輸入D和CP信號(hào)根據(jù)確定觸發(fā)器的狀態(tài)第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三4

CP=0011DD

G11

&

CP

Q1

&

G2

G33

&

&

&

G5

Q2

Q3

S

R

Q4

D

G6Q

Q

&

2、工作原理

Qn+1=QnD信號(hào)進(jìn)入觸發(fā)器,為狀態(tài)刷新作好準(zhǔn)備Q1=DQ4=DD信號(hào)存于Q4G4第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三4

當(dāng)CP

由0跳變?yōu)?01DD

G1

&

CP

Q1

&

G2

G3

&

&

&

G5

Q2

Q3

S

R

GQ4

D

G6

Q

Q

&

100DD在CP脈沖的上升沿，觸法器按此前的D信號(hào)刷新第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三4

當(dāng)CP=1在CP脈沖的上升沿到來瞬間使觸發(fā)器的狀態(tài)變化D信號(hào)不影響、的狀態(tài)，Q的狀態(tài)不變

G1

&

CP

Q1

&

G2

G3

&

&

&

G5

Q2

Q3

S

R

GQ4

D

GQ

Q

&

101置1維持線置0阻塞線1100第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三2.典型集成電路-----74LS74

第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.3利用傳輸延遲的觸發(fā)器&&&&&&≥1≥1CPJKQQG3G4G12G13G23G22G11G21SR第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.3.4

觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性反映其觸發(fā)器對輸入信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)間的時(shí)間要求，以及輸出狀態(tài)對時(shí)鐘信號(hào)響應(yīng)的延遲時(shí)間。建立時(shí)間保持時(shí)間脈沖寬度傳輸延時(shí)時(shí)間傳輸延時(shí)時(shí)間第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三保持時(shí)間tH

：保證D狀態(tài)可靠地傳送到Q建立時(shí)間tSU：保證與D相關(guān)的電路建立起穩(wěn)定的狀態(tài)，使觸發(fā)器狀態(tài)得到正確的轉(zhuǎn)換。最高觸發(fā)頻率fcmax

：觸發(fā)器內(nèi)部都要完成一系列動(dòng)作，需要一定的時(shí)間延遲，所以對于CP最高工作頻率有一個(gè)限制。觸發(fā)脈沖寬度tW

：保證內(nèi)部各門正確翻轉(zhuǎn)。傳輸延遲時(shí)間tPLH和tPHL

：時(shí)鐘脈沖CP上升沿至輸出端新狀態(tài)穩(wěn)定建立起來的時(shí)間第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.4.1D觸發(fā)器5.4

觸發(fā)器的邏輯功能5.4.2JK觸發(fā)器5.4.3SR

觸發(fā)器5.4.4D

觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換5.4.2T觸發(fā)器第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.4

觸發(fā)器的邏輯功能不同邏輯功能的觸發(fā)器國際邏輯符號(hào)D觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器SR觸發(fā)器第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.4.1D

觸發(fā)器1.特性表

Qn

DQn+10000111001112.特性方程Qn+1=D

3.狀態(tài)圖以觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和輸入信號(hào)為變量，以次態(tài)為函數(shù)，描述它們之間邏輯關(guān)系的真值表第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖翻轉(zhuǎn)10011111置111010011置000011100狀態(tài)不變01010000說明Qn+1QnKJ1.特性表2.特性方程5.4.2JK

觸發(fā)器第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三例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。第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.4.3T觸發(fā)器特性方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖特性表011101110000T邏輯符號(hào)第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三4.T′觸發(fā)器國際邏輯符號(hào)特性方程時(shí)鐘脈沖每作用一次，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期三5.4.4SR

觸發(fā)器1.特性表

2.特性方程3.狀態(tài)圖Qn

SRQn+1000000100101011不確定100110101101111不確定

SR=0（約束