數(shù)字邏輯設(shè)計課件-第5章鎖存器與觸發(fā)器

第5章鎖存器與觸發(fā)器

數(shù)字邏輯設(shè)計第5章鎖存器與觸發(fā)器數(shù)字邏輯設(shè)計1§5.1概述

觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元。它是一種具有記憶功能，能儲存1位二進(jìn)制信息的邏輯電路。觸發(fā)器的特點①具有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)，用來表示電路的兩個邏輯狀態(tài)；②在輸入信號作用下，可以被置成“0”狀態(tài)或“1”狀態(tài)；③當(dāng)輸入信號撤消后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。狀態(tài)說明輸入信號作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)，用Qn和Qn表示。輸入信號作用后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為次態(tài)，用Qn+1和Qn+1表示。§5.1概述觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路2§5.2鎖存器（Latch）

一、基本RS鎖存器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理說明功能表邏輯符號010101置“0”置“1”1010保持原值11不變不允許0010100111輸出狀態(tài)自行保持1111約束條件：稱為“0”態(tài)。稱為“1”態(tài)。00當(dāng)有效信號撤消時，即，的狀態(tài)不能自行保持，稱為無效態(tài)?！?.2鎖存器（Latch）一、基本RS鎖存器1.電3（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表2.

基本RS鎖存器的功能描述基本RS鎖存器的狀態(tài)表

將鎖存器的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn，以及輸入信號之間的邏輯關(guān)系用表格的形式表示出來，稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表，簡稱狀態(tài)表。（1）狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表2.基本RS鎖存器的功能描述基本RS4（2）特性方程

描述鎖存器邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式稱為特性方程，又稱狀態(tài)方程或次態(tài)方程。次態(tài)Qn+1的卡諾圖基本RS鎖存器的特性方程（2）特性方程描述鎖存器邏輯功能的函數(shù)表達(dá)5（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

描述鎖存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，簡稱狀態(tài)圖。01R=×S=1R=1S=×R=0,

S=1R=1,

S=0圓圈表示狀態(tài)箭頭表示轉(zhuǎn)移方向標(biāo)注為轉(zhuǎn)移條件（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述鎖存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的6（4）波形圖

工作波形圖又稱為時序圖，是描述鎖存器輸出狀態(tài)隨時間和輸入信號變化規(guī)律的圖形。RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許（4）波形圖工作波形圖又稱為時序圖，是描述鎖存器輸出71.電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、同步（鐘控）RS鎖存器

所謂同步鎖存器就是要求只有在同步信號到達(dá)時，鎖存器的狀態(tài)才能發(fā)生變化。而這個同步信號叫做時鐘信號（時鐘脈沖），用CP表示。①CP＝0時，R=

S

=1，鎖存器保持原來狀態(tài)不變。②CP＝1時，工作情況與基本RS鎖存器相同。邏輯符號CP＝1期間，輸入信號R、S起作用，因此稱為電平觸發(fā)。1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理二、同步（鐘控）RS鎖存器8三、同步D鎖存器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理①CP＝0時，，鎖存器保持原來狀態(tài)不變。②CP＝1時，，代入到基本R-S鎖存器的特性方程中，可得：

D鎖存器的特性方程邏輯符號三、同步D鎖存器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理①CP＝0時，9注意：2.帶有異步控制端的D鎖存器異步控制端的功能邏輯符號注意：2.帶有異步控制端的D鎖存器異步控制端的功能邏108D鎖存器74LS373作用：高電平接收，低電平鎖存。作用：控制三態(tài)門輸出，低電平有效。8D鎖存器74LS373作用：高電平接收，低電平鎖存。作用11D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7LEOE74LS3738位數(shù)據(jù)輸入8位數(shù)據(jù)輸出LE:鎖存允許。

上升沿開啟。高電平接收。下降沿鎖存。OE:輸出允許。

上升沿開啟。下降沿封鎖，輸出高阻。D0Q0LEOE74LS3738位數(shù)據(jù)輸入8位數(shù)據(jù)輸出L12§5.3觸發(fā)器（flip-flop）

一、主從RS觸發(fā)器主從1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理①CLK=1時主觸發(fā)器接收輸入信號；從觸發(fā)器被封鎖，輸出狀態(tài)保持不變。②CLK=0時主觸發(fā)器被封鎖，保持不變；從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)送往輸出端。邏輯符號§5.3觸發(fā)器（flip-flop）一、主從RS觸發(fā)器132.

主從RS觸發(fā)器的動作特點主從R-S觸發(fā)器的特性方程：“0”“0”“0”“0”“0”輸出端Q的狀態(tài)更新取決于整個脈沖期間輸入信號的變化，稱為脈沖觸發(fā)方式。

CLK=1期間，需保持R、S不變。仍然存在RS=0的約束條件。

CLK=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)Qm隨輸入信號R、S的變化而變化；而輸出端Q的狀態(tài)更新發(fā)生在下降沿到來的時刻，但輸出的狀態(tài)不一定按此刻輸入信號的狀態(tài)來確定。主從RS觸發(fā)器的缺點：2.主從RS觸發(fā)器的動作特點主從R-S觸發(fā)器的特性方程：“14二、主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理在主從RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上演變而來J、K

無約束條件主從JK觸發(fā)器的特性方程：邏輯符號二、主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理在主從RS觸發(fā)器152.集成主從觸發(fā)器簡介（1）74LS71（2）74LS72K

=K1K2K3J

=J1J2J3功能特點下降沿觸發(fā)多輸入端，單RS觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端低電平有效功能特點下降沿觸發(fā)多輸入端，單JK觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端低電平有效R

=R1R2R3S

=S1S2S32.集成主從觸發(fā)器簡介（1）74LS71（2）74LS16

觸發(fā)器的狀態(tài)更新僅發(fā)生在CP的邊沿，且輸出狀態(tài)僅取決于該時刻輸入信號的狀態(tài)。三、邊沿觸發(fā)器D-LatchD-Latch1.

邊沿D觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)和工作原理CLK

=0期間

主鎖存器保存CLK下降沿時D的取值，其輸出端Qm保持此值不變。從鎖存器被選通，其輸出端Qs跟隨Qm。

CLK=1期間主鎖存器被選通，其輸出端Qm跟隨輸入端D的變化而變化。從鎖存器被封鎖，Qs保持原值。作為一個整體，可視為下降沿觸發(fā)的D觸發(fā)器。邏輯符號觸發(fā)器的狀態(tài)更新僅發(fā)生在CP的邊沿，且輸出狀態(tài)僅取172.集成邊沿觸發(fā)器簡介（1）74LS74（2）CC4013功能特點上升沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端低電平有效功能特點上升沿觸發(fā)雙D觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端高電平有效2.集成邊沿觸發(fā)器簡介（1）74LS74（2）CC40182.集成邊沿觸發(fā)器簡介（3）74LS112（4）CC4027功能特點下降沿觸發(fā)雙JK觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端低電平有效功能特點上升沿觸發(fā)雙JK觸發(fā)器帶有異步復(fù)位、置位端高電平有效2.集成邊沿觸發(fā)器簡介（3）74LS112（4）CC419§5.4觸發(fā)器的邏輯功能與描述方法

一、RS觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖§5.4觸發(fā)器的邏輯功能與描述方法一、RS觸發(fā)器2.20二、JK觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖二、JK觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖21三、D觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D

Qn+10011三、D觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D22四、T觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。當(dāng)T觸發(fā)器的輸入端為T=1時，稱為T′

觸發(fā)器。特性方程為：T′

觸發(fā)器也稱為“翻轉(zhuǎn)器”。四、T觸發(fā)器2.狀態(tài)表1.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖23§5.5不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換及應(yīng)用一、由D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他類型觸發(fā)器1.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為JK觸發(fā)器D觸發(fā)器的特性方程：JK觸發(fā)器的特性方程：令：§5.5不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換及應(yīng)用一、由D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為242.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T和T′

觸發(fā)器D觸發(fā)器的特性方程：T觸發(fā)器的特性方程：令：T′

觸發(fā)器的特性方程：2.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T和T′觸發(fā)器D觸發(fā)器的特性方程：T觸25二、由JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他類型觸發(fā)器1.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器JK觸發(fā)器的特性方程：D觸發(fā)器的特性方程：令：2.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為T觸發(fā)器JK觸發(fā)器的特性方程：T觸發(fā)器的特性方程：令：二、由JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其他類型觸發(fā)器1.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D26

74LS74-1

74LS74-2三、觸發(fā)器應(yīng)用實例1.分頻器

TQ1

TQ2

TCLK0074LS74-174LS74-2三、觸發(fā)器應(yīng)用實例1.272.四路搶答器以四D觸發(fā)器74LS175為核心設(shè)計一個四路搶答電路。四人參加比賽，每人一個按鈕，其中最先按下按鈕者，相應(yīng)的指示燈亮；其他人再按按鈕不起作用。74LS175引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.四路搶答器以四D觸發(fā)器74LS175為28四路搶答器電路構(gòu)成搶答前電路先清零。11111CLK脈沖被封鎖。10110CLK連續(xù)脈沖輸入。四路搶答器電路構(gòu)成搶答前電路先清零。11111CLK脈沖被29基本RS結(jié)構(gòu)同步RS結(jié)構(gòu)主從結(jié)構(gòu)維持阻塞結(jié)構(gòu)邊沿結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器D觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器T'觸發(fā)器電平觸發(fā)脈沖觸發(fā)邊沿觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)邏輯功能觸發(fā)方式§5.6關(guān)于觸發(fā)器的總結(jié)一、電路結(jié)構(gòu)、邏輯功能、觸發(fā)方式的關(guān)系觸發(fā)器作為一個獨(dú)立的功能模塊，使用者主要關(guān)注觸發(fā)器的邏輯功能和觸發(fā)方式?；綬S結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器電平觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)邏輯功能觸發(fā)方式§5.30二、鎖存器與觸發(fā)器的區(qū)別二者的觸發(fā)方式不同鎖存器采用電平觸發(fā)方式。觸發(fā)器采用脈沖觸發(fā)方式和邊沿觸發(fā)方式。二者的適用場合不同鎖存器適用于多路信號同步鎖存的場合。觸發(fā)器適用于可靠動作、抗干擾的場合。三、觸發(fā)器的動作特點歸納觸發(fā)器狀態(tài)更新發(fā)生在觸發(fā)脈沖邊沿時刻；觸發(fā)器更新后的狀態(tài)由特性方程決定。觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)和次態(tài)是相對于觸發(fā)脈沖邊沿而言的。二、鎖存器與觸發(fā)器的區(qū)別二者的觸發(fā)方式不同鎖存器采用電平311.正確理解常用觸發(fā)器的工作原理。2.熟練掌握觸發(fā)器的邏輯功能及動作特點。3.重點掌握各種觸發(fā)器的波形圖的畫法。本章小結(jié)1.正確理解常用觸發(fā)器的工作原理。本章小結(jié)32練習(xí)：1、由或非門