《數(shù)字電子技術(shù)》課件第4章 觸發(fā)器

第

4章觸發(fā)器內(nèi)容提要：本章主要介紹了基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器的電路構(gòu)成、功能特性、工作方式和應(yīng)用等，然后簡單介紹了觸發(fā)器的功能轉(zhuǎn)換和電氣特性，總結(jié)本章所學(xué)幾種觸發(fā)器的功能。4.1概述

觸發(fā)器：Flip-Flop，簡寫為FF，又稱雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器?；咎匦?1)有兩個穩(wěn)定狀態(tài)(簡稱穩(wěn)態(tài))，正好用來表示邏輯

0

和

1。(2)在輸入信號作用下，觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換

(稱為狀態(tài)的翻轉(zhuǎn))。輸入信號消失后，新狀態(tài)可長期保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進制信息。一個觸發(fā)器可存儲1位二進制數(shù)碼觸發(fā)器的作用觸發(fā)器有記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，還與電路原來狀態(tài)有關(guān)。而門電路無記憶功能，由它構(gòu)成的電路在某時刻的輸出完全取決于該時刻的輸入，與電路原來狀態(tài)無關(guān)；觸發(fā)器和門電路是構(gòu)成數(shù)字電路的基本單元。觸發(fā)器的分類根據(jù)邏輯功能不同分為

RS

觸發(fā)器

D

觸發(fā)器

JK

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器

T

觸發(fā)器根據(jù)觸發(fā)方式不同分為

電平觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器主從觸發(fā)器根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同分為基本

RS

觸發(fā)器同步觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器觸發(fā)器邏輯功能的描述方法

主要有特性表、特性方程、驅(qū)動表(又稱激勵表)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖(又稱時序圖)等。4.2基本

RS觸發(fā)器

4.2.1由與非門組成的基本

RS觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號QQG1G2QQSRSDRDQQQ=1，Q=0時，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)，記為Q=1；Q=0，Q=1時，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)，記為Q=0。RSD置0端，也稱復(fù)位端。

R即Reset置1端，也稱置位端。

S即SetBasicFlip-Flop信號輸入端互補輸出端，正常工作時，它們的輸出

狀態(tài)相反。低電平有效工作原理QQSDRDG1G211011000SDRD

功能說明輸入QQ輸出2.工作原理及邏輯功能011110觸發(fā)器被置0

觸發(fā)器置0102.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能說明輸入QQ輸出100111觸發(fā)器被置1

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置1012.工作原理及邏輯功能QQG1G211011000

功能說明輸入QQ輸出11

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置101

觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不變&&G2門輸出SDRD2.工作原理及邏輯功能QQSRG1G2

輸出狀態(tài)不定(禁用)不定11011000SR功能說明輸入QQ輸出

觸發(fā)器置010

觸發(fā)器置101

觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變不變0011輸出既非0狀態(tài)，也非1狀態(tài)。當(dāng)R

和

S同時由0變1時，輸出狀態(tài)可能為0，也可能為1，即輸出狀態(tài)不定。因此，這種情況禁用。特性表3.邏輯功能的特性表描述次態(tài)現(xiàn)態(tài)指觸發(fā)器在輸入信號變化前的狀態(tài)，用Qn

表示。指觸發(fā)器在輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示。觸發(fā)器次態(tài)與輸入信號和電路原有狀態(tài)之間關(guān)系的真值表。00001×觸發(fā)器狀態(tài)不定0×1010100觸發(fā)器置000101101觸發(fā)器置1111110011觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變說明Qn+1QnSR與非門組成的基本RS觸發(fā)器特性表

置0端R

和置1端S

低電平有效。禁用R

=S

=0。稱約束條件注意波形分析舉例解：[例]設(shè)下圖中觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0，試對應(yīng)輸入波形畫出

Q和

Q的波形。QQSRSRSR初態(tài)為0，故保持為0。保持QQ4.2.2或非門組成的基本RS觸發(fā)器4.3同步觸發(fā)器

SynchronousFlip-Flop實際工作中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由觸發(fā)輸入信號決定，而且要求按照一定的節(jié)拍工作。為此，需要增加一個時鐘控制端CP。

CP即ClockPulse，它是一串周期和脈寬一定的矩形脈沖。

具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器，又稱鐘控觸發(fā)器。同步觸發(fā)器是其中最簡單的一種，而基本RS觸發(fā)器稱異步觸發(fā)器。4.3.1同步RS觸發(fā)器1.電路組成及邏輯符號4.3同步觸發(fā)器圖4-3同步RS觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號(一)同步

RS觸發(fā)器QQG1G2SRG3G4CPQ3Q44.3.1同步

RS觸發(fā)器工作原理★CP=0時，G3、G4被封鎖，輸入信號R、S不起作用?；綬S觸發(fā)器的輸入均為1，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變?！顲P=1時，G3、G4解除封鎖，將輸入信號

R和S取非后送至基本

RS觸發(fā)器的輸入端。0111SR——電路結(jié)構(gòu)與工作原理

基本

RS

觸發(fā)器增加了由時鐘

CP

控制的門

G3、G4QQ1SC11R

QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4不定11001110Qn00Qn+1SRRS功能

R、S信號高電平有效SSDRRDRDSD2.帶異步置位端邏輯功能與邏輯符號異步置0端RD和異步置1端SD不受CP控制。實際應(yīng)用中，常需要利用異步端預(yù)置觸發(fā)器值(置0或置1)，預(yù)置完畢后應(yīng)使RD=SD=1。SCPR3.特性方程(次態(tài)方程)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖圖4-5同步RS觸發(fā)器卡諾圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

CP=1期間有效

RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：[例4-1]試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中

Q端波形。原態(tài)未知QVCCRD4.時序圖RD

5.主要特點（1）時鐘電平控制（2）R、S之間存在約束關(guān)系圖4-8同步RS觸發(fā)器波形圖

4.3.2同步D觸發(fā)器

1．電路組成及邏輯符號

同步RS觸發(fā)器有兩個輸入端，有時需要只有一個輸入端的觸發(fā)器，于是將RS觸發(fā)器接成圖4-9（a）所示的形式，這樣就構(gòu)成了只有單輸入端的同步D觸發(fā)器，邏輯符號如圖4-9（b）所示。圖4-9D觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號G1G2G3G4(二)同步

D觸發(fā)器DQQ1S1RC1CP

CPDQn+1說明10101置0置10Qn不變同步D觸發(fā)器功能表

稱為D功能特點：Qn+1跟隨D信號2.邏輯功能等效3.特性方程和狀態(tài)圖

Q

n+1＝D

CP=1期間有效解：[例4-2]已知CP和波形，試對應(yīng)輸入波形畫出下圖中

Q端波形(設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0)。QQ1DDC1CPDCPQCP

=

0，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變初始狀態(tài)為

0CP

=

1，同步

D

觸發(fā)器次態(tài)跟隨

D

信號

同步觸發(fā)器在CP=1期間能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為空翻4.時序圖5．主要特點（1）時鐘電平控制，無約束條件（2）CP=1時跟隨，下降沿到來時才鎖存6.總結(jié)：

D觸發(fā)器的特性表、特性方程、驅(qū)動表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

由觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)和次態(tài)的取值來確定輸入信號取值的關(guān)系表，又稱激勵表。

用圓圈及其內(nèi)的標(biāo)注表示電路的所有穩(wěn)態(tài)，用箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭旁的標(biāo)注表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。

它們是觸發(fā)器邏輯功能的不同描述方法，也是時序邏輯電路邏輯功能的描述方法。00011011DQn

Qn+1特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD觸發(fā)器特性表

00001111D觸發(fā)器驅(qū)動表

000110110011無約束Qn+1在D=0時就為0，與Qn

無關(guān)。0001101101D=1D=0D

=

0D=1Qn+1在D=1時就為1，與Qn無關(guān)。6.總結(jié)：

D觸發(fā)器的特性表、特性方程、驅(qū)動表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖同步D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.3.3同步JK觸發(fā)器1.電路組成及邏輯符號圖4-13同步JK觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號(三)同步

JK觸發(fā)器2.邏輯功能功能表

電路圖1說明Qn+1KJCP稱為JK功能，即

JK=00時保持；

JK=11時翻轉(zhuǎn)；

J

K時Qn+1值與J相同。不變Qn00置0010翻轉(zhuǎn)11置1101不變Qn××0Qn約束條件自動成立特性表

特性方程無約束條件狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01J=0K=×10011111110100110001110000K010100Qn+1QnJ0

00

1110110111000J=1K=×J=×K=0J=×K=1卡諾圖3.特性方程和狀態(tài)圖CP=1解：例4-3設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為

0，試對應(yīng)輸入波形畫出Q端波形。JCPQQ1JJC1CPK1KKQCP=0時，同步觸發(fā)器狀態(tài)不變。CP=1時，觸發(fā)器根據(jù)J、K信號取值按照J(rèn)K功能工作。4.時序圖5.同步觸發(fā)器的特點同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式為電平觸發(fā)式

同步觸發(fā)器的共同缺點是存在空翻

觸發(fā)脈沖作用期間，輸入信號發(fā)生多次變化時，觸發(fā)器輸出狀態(tài)也相應(yīng)發(fā)生多次變化的現(xiàn)象稱為空翻。

空翻可導(dǎo)致電路工作失控。指時鐘脈沖信號控制

觸發(fā)器工作的方式

CP=1期間翻轉(zhuǎn)的稱正電平觸發(fā)式；

CP=0期間翻轉(zhuǎn)的稱負(fù)電平觸發(fā)式。

4.4無空翻觸發(fā)器

4.4.1主從RS觸發(fā)器

主從觸發(fā)器具有主從結(jié)構(gòu)，能夠克服空翻現(xiàn)象的觸發(fā)器。圖4-16主從RS觸發(fā)器（a）邏輯電路（b）邏輯符號

綜上所述，主從觸發(fā)器狀態(tài)只能在

CP時刻發(fā)生翻轉(zhuǎn)，其它時刻則保持不變.至于狀態(tài)如何翻轉(zhuǎn)，則由CP

之前最后的輸入信號

值決定。

Q從Q從FF2SRFF1CPQ主Q主CP1S1RC11S1RC1主從RS觸發(fā)器工作原理★CP=1期間，主觸發(fā)器接受輸入信號，從觸發(fā)器被封鎖，使主從RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變?！顲P到達時，CP

=

0，CP

=

1。主觸發(fā)器被封鎖，并保持

CP到達之前的狀態(tài)不變。這時從觸發(fā)器工作，S從=

Q主，R從=

Q主，因此Q主=

0時，Q從置

0；Q主=

1時，Q從置

1，即Q從=

Q主，從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)到與主觸發(fā)器相同的狀態(tài)。1工作封鎖0工作封鎖10★CP=0期間，主觸發(fā)器被封鎖，保持CP到達之前的狀態(tài)不變，Q從=

Q主，因此，主從RS觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。Q=Q從圖4-17主從RS觸發(fā)器時序圖主從RS觸發(fā)器時序圖4.4.2主從JK觸發(fā)器（a）邏輯電路

（b）邏輯符號圖4-18主從JK觸發(fā)器邏輯電路及符號

主從J-K觸發(fā)器的工作波形

主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號J、K之間沒有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進一步提高。QQC1CP1DDCP觸發(fā)的邊沿D觸發(fā)器QQC1CPD具有異步端的邊沿

D

觸發(fā)器

1DSSDRRD執(zhí)行

Qn+1

=

D11↑11在CP

時刻00↑11Qn×111保持不變Qn×011禁用不定態(tài)××00異步置11××01異步置00××10說明Qn+1DCPSDRD異步端低電平有效的

上升沿觸發(fā)式D

觸發(fā)器功能表4.4.3邊沿觸發(fā)器1.上升沿觸發(fā)QQ1JJCP1KKC1CP觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器QQ1JJCP1KKC1CP觸發(fā)的邊沿JK觸發(fā)器具有異步端的邊沿

JK

觸發(fā)器QQ1JJCP1KKRSC1RDSDQQ1JJCP1KKRSC1RDSD異步端低電平有效異步端高電平有效RRDSSDQn11↓11101↓11010↓11在CP↓時刻執(zhí)行JK

功能Qn00↓11Qn××111保持不變Qn××011禁用不定×××00置11×××01置00×××10說明Qn+1KJCPSDRD異步端低電平有效的下降沿觸發(fā)式JK

觸發(fā)器功能表2.下降沿觸發(fā)Master-SlaveFlip-FlopEdge-TriggeredFlip-Flop4.4.4主從觸發(fā)器與邊沿觸發(fā)器比較工作特點：CP=1期間，主觸發(fā)器接收輸入信號；CP=0期間，主觸發(fā)器保持CP下降沿之前狀態(tài)不變，而從觸發(fā)器接受主觸發(fā)器狀態(tài)。因此，主從觸發(fā)器的狀態(tài)只能在CP下降沿時刻翻轉(zhuǎn)。

這種觸發(fā)方式稱為主從觸發(fā)式。工作特點：只能在CP上升沿(或下降沿)時刻接收輸入信號，因此，電路狀態(tài)只能在CP上升沿(或下降沿)時刻翻轉(zhuǎn)。這種觸發(fā)方式稱為邊沿觸發(fā)式。1.工作特點主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器有何異同？

只能在

CP邊沿時刻翻轉(zhuǎn)，因此都克服了空翻，可靠性和抗干擾能力強，應(yīng)用范圍廣。2.相同處電路結(jié)構(gòu)和工作原理不同，因此電路功能不同。為保證電路正常工作，要求主從

JK觸發(fā)器的

J和

K信號在

CP=1期間保持不變；而邊沿觸發(fā)器沒有這種限制，其功能較完善，因此應(yīng)用更廣。3.相異處單擊此處將跳過剛才講過的主從RS觸發(fā)器內(nèi)容在數(shù)字電路中，不僅經(jīng)常用到RS、JK、D觸發(fā)器，而且也會用到T和T’觸發(fā)器。凡在CP時鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號T取值的不同，具有保持和翻轉(zhuǎn)的電路，即當(dāng)T=0時能保持狀態(tài)不變，T=1時一定翻轉(zhuǎn)的電路，都稱為T觸發(fā)器。在T觸發(fā)器中，如果使輸入端T恒等于1，則構(gòu)成翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器，為了區(qū)別于T觸發(fā)器，將之稱為T’觸發(fā)器。

圖4-21觸發(fā)器邏輯符號4.5T觸發(fā)器和T＇觸發(fā)器4.5.1T觸發(fā)器和T＇觸發(fā)器1.電路組成和符號2.邏輯功能T=1時，觸發(fā)器可以對CP計數(shù)；T=0時，保持狀態(tài)不變0

11 01 00

1 0 0 0 1 1 0 1 1Qn+1 Qn+1CP T Qn10T=1T=1T=0T=0有效可控計數(shù)觸發(fā)器令JK觸發(fā)器的輸入J=K=TT觸發(fā)器可以由JK觸發(fā)器得到當(dāng)J

=

K

=

1時，每來一個時鐘脈沖觸發(fā)器狀態(tài)改變一次（即為計數(shù)狀態(tài)），而當(dāng)J

=

K

=

0時，每來一個時鐘脈沖觸發(fā)器狀態(tài)保持不變當(dāng)

T

=

1時，

觸發(fā)器計數(shù)；當(dāng)T=0

時，

觸發(fā)器保持（1）T觸發(fā)器邏輯功能實現(xiàn)（2）T’觸發(fā)器的邏輯功能描述：T’觸發(fā)器是T觸發(fā)器當(dāng)T恒為1的特別情況，即T’觸發(fā)器用于直接對CP計數(shù)10計數(shù)觸發(fā)器例4-4畫出當(dāng)T觸發(fā)器的輸入端為T=1時，即T’觸發(fā)器的波形（假定負(fù)沿有效，Q初值為0）CPQT（或T’）觸發(fā)器的邏輯符號決定于構(gòu)成該觸發(fā)器的JK（或D、RS）觸發(fā)器的符號注意：T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器的邏輯符號

每一種觸發(fā)器都有自己固定的邏輯功能。在實際應(yīng)用中往往需要各種類型的觸發(fā)器，而市場上出售的觸發(fā)器多為集成D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器，如果想獲得其他功能的觸發(fā)器時，可以利用轉(zhuǎn)換的方法獲得具有其他功能的觸發(fā)器。例如，可將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T＇觸發(fā)器，如圖4-24所示。圖4-24JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D、T、T＇觸發(fā)器4.5.2觸發(fā)器邏輯功能轉(zhuǎn)換4.6集成觸發(fā)器簡介4.6.1集成邊沿D觸發(fā)器

74LS74觸發(fā)器為TTL雙上升沿D觸發(fā)器，管腳排列如圖4-25所示。圖4-2574LS74管腳排列圖74LS74D觸發(fā)器74LS74D觸發(fā)器為雙上升沿D觸發(fā)器，帶有預(yù)置端和清零端，其邏輯符號如圖所示：?4.6集成觸發(fā)器簡介4.6.2集成邊沿JK觸發(fā)器

74LS112為下降沿雙JK觸發(fā)器，管腳排列如圖4-26所示。

圖4-2674LS112管腳排列圖

VCC1RD2RD2CP2K2J2SD2Q

1CP

1K1J1SD1Q

1Q2Q

GND

16

9

74LS112

1

8

觸發(fā)器和門電路是構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的基本邏輯單元。前者具有記憶功能，用于構(gòu)成時序邏輯電路；后者沒有記憶功能，用于構(gòu)成組合邏輯電路。本章小結(jié)觸發(fā)器有兩個基本特性：①有兩個穩(wěn)定狀態(tài)；②在外信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換，沒有外信號作用時，保持原狀態(tài)不變。因此，觸發(fā)器具有記憶功能，常用來保存二進制信息。一個觸發(fā)器可存儲1位二進制碼