數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第四章觸發(fā)器

第四章觸發(fā)器第一節(jié)觸發(fā)器的電路構(gòu)造及任務(wù)特點(diǎn)作業(yè)4-24-34-11第一節(jié)觸發(fā)器的電路構(gòu)造及任務(wù)特點(diǎn)一、根本RS鎖存器1．用與非門組成的根本RS鎖存器〔一〕電路構(gòu)造和邏輯符號(hào) 鎖存器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，通常把Q端的形狀作為鎖存器的形狀輸入端低電平有效Q=1、=01形狀Q=0、=10形狀(二)邏輯功能分析不穩(wěn)定形狀的約束R=S=0同時(shí)吊銷時(shí)電路的形狀能夠有三種情況組合電路與時(shí)序電路的區(qū)別：組合電路在某時(shí)辰的輸出只決議于這時(shí)辰的輸入時(shí)序電路在某時(shí)辰的輸出決議于兩個(gè)要素：①這時(shí)辰的輸入；②這時(shí)辰以前的輸入。或者這樣說(shuō)：②這時(shí)辰電路的形狀這時(shí)辰電路的形狀反映的是這時(shí)辰以前的電路的輸入的歷史幾個(gè)概念1形狀0形狀現(xiàn)態(tài)：Qn正在調(diào)查的瞬間電路所處的形狀次態(tài)：Qn+1以正在調(diào)查的瞬間為基準(zhǔn)，下一個(gè)調(diào)查瞬間觸發(fā)器將要進(jìn)入的形狀形狀：時(shí)序電路的最重要的概念〔三〕或非門構(gòu)成的根本RS鎖存器輸入端高電平有效例在用與非門組成的根本RS鎖存器中，設(shè)初始形狀為0，已

知輸入R、S的波形圖，畫(huà)出兩輸出端的波形圖。解：由知，當(dāng)R、S都為高電平常，鎖存器堅(jiān)持原形狀不變；當(dāng)S變低電平常，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為1形狀；當(dāng)R變低電平常，鎖存器翻轉(zhuǎn)為0形狀；不允許R、S同時(shí)為低電平。二、邏輯門控RS鎖存器〔一〕電路構(gòu)造和邏輯符號(hào)〔二〕邏輯功能分析當(dāng)CP=0時(shí)，G3和G4門被封鎖，輸入信號(hào)R、S不起作用，輸出全為1，根本RS鎖存器形狀不變。 當(dāng)CP=1時(shí)，G3和G4門翻開(kāi)，輸入信號(hào)R、S經(jīng)G3、G4門作用于根本RS鎖存器，使Q的形狀跟隨輸入形狀的變化而改動(dòng)，其特性表如表4-3所示。當(dāng)R=S=1時(shí)當(dāng)CP由1變0時(shí)鎖存器的形狀不定。或者當(dāng)CP=1時(shí)，R、S同時(shí)由1變0時(shí)鎖存器的形狀不定。(三)鎖存器功能的幾種描畫(huà)方法1．特性方程2．形狀轉(zhuǎn)換圖3．驅(qū)動(dòng)表4．波形圖1．特性方程2．形狀轉(zhuǎn)換圖3．驅(qū)動(dòng)表4．波形圖由于在CP=1期間，G3、G4門都是開(kāi)著的，都能接納R、S信號(hào)，所以，假設(shè)在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，那么鎖存器的形狀也能夠發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，鎖存器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的景象叫做空翻。同步觸發(fā)器存在的問(wèn)題——空翻

三、主從觸發(fā)器〔一〕主從RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：〔1〕當(dāng)CP＝1時(shí)，CP’＝0，從觸發(fā)器被封鎖，堅(jiān)持原形狀不變：主觸發(fā)器任務(wù)，接納R和S端的輸入信號(hào)?！?〕當(dāng)CP由1躍變到0時(shí)，即CP=0、CP’＝1。主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號(hào)R、S不再影響主觸發(fā)器的形狀；從觸發(fā)器任務(wù)，接納主觸發(fā)器輸出端的形狀。特點(diǎn)：〔1〕主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CP由1變0時(shí)辰〔CP下降沿〕發(fā)生的。〔2〕CP一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其形狀不再受R、S影響，因此不會(huì)有空翻景象?！?〕輸入端直接控制的問(wèn)題曾經(jīng)處理主從RS觸發(fā)器的缺陷R、S不能同時(shí)為1，即有效的輸入電平主從JK觸發(fā)器可處理此問(wèn)題〔二〕主從JK觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器的缺陷：運(yùn)用時(shí)有約束條件RS=0。 為此，將觸發(fā)器的兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)兩根反響線分別引到輸入端的G7、G8門，這樣，就構(gòu)成了JK觸發(fā)器。(1〕功能表：〔2〕特性方程：〔3〕形狀轉(zhuǎn)換圖〔4〕驅(qū)動(dòng)表知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如下圖，畫(huà)出輸出Q的波形圖〔設(shè)初始形狀為0〕。在畫(huà)主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)留意以下兩點(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〕CP=1期間主觸發(fā)器接納，在CP下降沿的瞬間從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。〔3〕一次變化問(wèn)題。知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如下圖，畫(huà)出輸出Q的波形圖〔設(shè)初始形狀為0〕。解：畫(huà)出輸出波形如圖示。主從JK觸發(fā)器的一次變化景象主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器在輸入發(fā)生多次變化的情況下，而其形狀只能變化〔翻轉(zhuǎn)〕一次，這種景象稱為一次變化景象。Q=0時(shí)J不能發(fā)生從0—1—0的變化，Q=1時(shí)K不能發(fā)生從0—1—0的變化，主從T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器假設(shè)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。T觸發(fā)器特性方程：當(dāng)T觸發(fā)器的輸入控制端為T=1時(shí)，稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程為：四、邊沿觸發(fā)器〔一〕CMOS主從構(gòu)造的邊沿觸發(fā)器〔二〕維持阻塞觸發(fā)器〔三〕利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器的形狀轉(zhuǎn)換圖：D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表：2．維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器的構(gòu)造及任務(wù)原理〔1〕同步D觸發(fā)器：該電路滿足D觸發(fā)器的邏輯功能，但有同步觸發(fā)器的空翻景象。〔2〕維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器為了抑制空翻，并具有邊沿觸發(fā)器的特性，在原電路的根底上引入三根反響線L1、L2、L3。例5.3.1知維持—阻塞D觸發(fā)器的輸入波形，畫(huà)出輸出波形圖。解：在波形圖時(shí)，應(yīng)留意以下兩點(diǎn)：〔1〕觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CP的上升沿?！?〕判別觸發(fā)器次態(tài)的根據(jù)是CP上升沿前一瞬間輸入端D的形狀。根據(jù)D觸發(fā)器的功能表，可畫(huà)出輸出端Q的波形圖?！?〕觸發(fā)器的直接置0和置1端RD——直接置0端，低電平有效；SD——直接置1端；低電平有效。RD和SD不受CP和D信號(hào)的影響，具有最高的優(yōu)先級(jí)。二、CMOS主從構(gòu)造的觸發(fā)器1．電路構(gòu)造:由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成主從D觸發(fā)器。由于引入了傳輸門，該電路雖為主從構(gòu)造，卻沒(méi)有一次變化問(wèn)題，具有邊沿觸發(fā)器的特性。2．任務(wù)原理觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：〔1〕當(dāng)CP變?yōu)?時(shí)，TG1開(kāi)通，TG2封鎖。主觸發(fā)器接納D信號(hào)。同時(shí)，TG3封鎖，TG4開(kāi)通，從觸發(fā)器堅(jiān)持原形狀不變?！?〕當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí)，TG1封鎖，TG2開(kāi)通，主觸發(fā)器自堅(jiān)持。同時(shí)，TG3開(kāi)通，TG4封鎖，從觸發(fā)器接納主觸發(fā)器的形狀。3．具有直接置0端RD和直接置1端SD的CMOS邊沿D觸發(fā)器集成觸發(fā)器一、集成觸發(fā)器舉例1．TTL主從JK觸發(fā)器74LS72特點(diǎn)：〔1〕有3個(gè)J端和3個(gè)K端，它們之間是與邏輯關(guān)系?！?〕帶有直接置0端RD和直接置1端SD，都為低電平有效，不用時(shí)應(yīng)接高電平?！?〕為主從型構(gòu)造，CP下跳沿觸發(fā)。74LS72的功能表

2．高速CMOS邊沿D觸發(fā)器74HC74

特點(diǎn)：〔1〕單輸入端的雙D觸發(fā)器?！?〕它們都帶有直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效?！?〕為CMOS邊沿觸發(fā)器，CP上升沿觸發(fā)。3.集成觸發(fā)器的主要參數(shù)1.直流參數(shù)〔1〕電源電流ICC〔2〕低電平輸入電流IIL〔3〕高電平輸入電流IIH〔4〕輸出高電平VOH輸出低電平VOL2.開(kāi)關(guān)參數(shù)〔1〕最高時(shí)鐘頻率fmax〔2〕對(duì)時(shí)鐘的延遲〔tCPLH和tCPHL〕〔3〕對(duì)直接置0置1端的延遲時(shí)間(tRLHtRHLtSLHtshl)二．集成觸發(fā)器的脈沖任務(wù)特性觸發(fā)器的脈沖任務(wù)特性是指觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘脈沖、輸入信號(hào)以及它們之間相互配合的的時(shí)間關(guān)系的要求。掌握這種任務(wù)特性對(duì)觸發(fā)器的運(yùn)用非常重要?！?〕維持—阻塞D觸發(fā)器的脈沖任務(wù)特性。tset=2tpd。tset=2tpd?？梢钥闯?，該電路的建立時(shí)間為兩級(jí)與非門的延遲時(shí)間，即tset=2tpd。取tH=1tpd由圖可以看出，該電路的tCPLH=2tpd，tCPHL=3tpd，所以觸發(fā)器的tCPH≥tCPHL=3tpd。〔2〕主從JK觸發(fā)器的脈沖任務(wù)特性。

在主從JK觸發(fā)器電路中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP上跳沿到達(dá)時(shí)，輸入信號(hào)J、K進(jìn)入主觸發(fā)器，由于J、K和CP同時(shí)接到G7、G8門，所以J、K信號(hào)只需不遲于CP上跳沿即可，所以，tset=0。tCPH≥3tpd。tH=0。該電路的tCPLH=2tpd，tCPHL=3tpd，所以觸發(fā)器的tCPL≥tCPHL=3tpd。綜上所述，主從JK觸發(fā)器要求CP的最小任務(wù)周期Tmin=tCPH+tCPL三、觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換1.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器〔1〕JK→D分別寫(xiě)出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程比較得：畫(huà)出邏輯圖：〔2〕JK→T〔T’〕寫(xiě)出T觸發(fā)器的特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：J=T，K=T。令T=1，即可得T’觸發(fā)器。2．用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器〔1〕D→JK寫(xiě)出D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的特性方程：比較兩式，得：

畫(huà)出邏輯圖。

〔2〕D→T圖〔b〕〔3〕D→T’圖〔c〕

三、觸發(fā)器運(yùn)用舉例設(shè)計(jì)一個(gè)3人搶答電路。3人A、B、C各控制一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)KA、KB、KC和一個(gè)發(fā)光二極管DA、DB、DC。誰(shuí)先按下開(kāi)關(guān)，誰(shuí)的發(fā)光二極管亮，同時(shí)使其他人的搶答信號(hào)無(wú)效。利用觸發(fā)器的“記憶〞作用，使搶答電路任務(wù)更可靠、穩(wěn)定。本章小結(jié)1．觸發(fā)器有兩個(gè)根本性質(zhì)：〔1〕在一定條件下，觸發(fā)器可維持在兩種穩(wěn)定形狀〔0或1形狀〕之一而堅(jiān)持不變；〔2〕在一定的外加信號(hào)作用下，觸發(fā)器可從一個(gè)穩(wěn)定形狀轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定形狀。2．描寫(xiě)觸發(fā)器邏輯功能的方法主要有特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表、形狀轉(zhuǎn)換圖和波形圖(又稱時(shí)序圖)等。3．按照構(gòu)造不同，觸發(fā)器可分為：(1)根本RS觸發(fā)器，為電平觸發(fā)方式。(2)同步觸發(fā)器，為脈沖觸發(fā)方式。