電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）課件 第11章 集成觸發(fā)器

課題十一集成觸發(fā)器11.1基本RS觸發(fā)器11.2時鐘控制的觸發(fā)器11.3邊沿觸發(fā)器11.4各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換課題小結(jié)

11.1基本RS觸發(fā)器

圖11.1基本RS觸發(fā)器

11.1.2邏輯功能描述

通常用狀態(tài)真值表、特征方程(次態(tài)方程)和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來描述觸發(fā)器的邏輯功能。

1.狀態(tài)真值表

基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可以用表11.1所示的狀態(tài)真值表來描述。

2.特征方程(次態(tài)方程)、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及波形圖

描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達式稱為觸發(fā)器的特征方程或次態(tài)方程。由表11.1可得基本RS觸發(fā)器的卡諾圖，如圖11.2(a)所示。圖11.2基本RS觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

由卡諾圖化簡得基本RS觸發(fā)器的特征方程為

式中，Sd+Rd=1稱為約束項。由于Sd和Rd同時為0又同時恢復(fù)為1時，狀態(tài)Qn+1不確定，為了獲得確定的Qn+1，輸入信號Sd和Rd應(yīng)滿足約束條件Sd+Rd=1。

基本RS觸發(fā)器共有兩個狀態(tài)：0態(tài)和1態(tài)。當(dāng)Qn=0，輸入SdRd=10或11時，使觸發(fā)器狀態(tài)保持為0態(tài)；只有SdRd=01時，才能使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到1態(tài)。當(dāng)Qn=1，輸入SdRd=01或11時，狀態(tài)將保持為1態(tài)；只有SdRd=10時，才使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移到0態(tài)?；綬S觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11.2(b)所示。

如果已知Sd和Rd的波形和觸發(fā)器的起始狀態(tài)，則可畫出觸發(fā)器Q端的工作波形如圖11.3所示。圖11.3基本RS觸發(fā)器波形圖

11.1.3集成基本RS觸發(fā)器

以TTL集成觸發(fā)器74LS279為例，其邏輯符號如圖11.4(a)所示。每片74LS279中包含四個獨立的用與非門組成的基本RS觸發(fā)器。其中第一個和第三個觸發(fā)器各有兩個Sd輸入端(S1和S3)，在任一輸入端加低電平均能將觸發(fā)器置1；每個觸發(fā)器只有一個Rd輸入端(R)。圖11.4(b)為第一個觸發(fā)器的邏輯電路。

可用表11.2所示的功能表來描述74LS279集成電路的邏輯功能。圖11.474LS279集成電路

11.2時鐘控制的觸發(fā)器

上述基本RS觸發(fā)器具有直接置0、置1的功能，當(dāng)Sd和Rd的輸入信號發(fā)生變化時，觸發(fā)器的狀態(tài)就立即改變。在實際使用中，通常要求觸發(fā)器按一定的時間節(jié)拍動作。這就要求觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受時鐘脈沖的控制，而翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)由輸入信號決定，從而出現(xiàn)了各種時鐘控制的觸發(fā)器(簡稱鐘控觸發(fā)器)。按其功能，鐘控觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。

11.2.1RS觸發(fā)器

在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，加上兩個與非門即可構(gòu)成RS觸發(fā)器，其邏輯圖如圖11.5(a)所示，邏輯符號如圖11.5(b)所示。Sd為直接置位端，Rd

為直接復(fù)位端。當(dāng)用作RS觸發(fā)器時，Sd=Rd=1。S為置位輸入端，R為復(fù)位輸入端，CP為時鐘脈沖輸入端。圖11.5RS觸發(fā)器

1.RS觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當(dāng)CP=0時，G3、G4被封鎖，輸出均為1，G1、G2門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。此時，無論R、S輸入端的狀態(tài)如何變化，均不會改變G1、G2門的輸出，故對觸發(fā)器狀態(tài)無影響。

當(dāng)CP=1時，觸發(fā)器處于工作狀態(tài)，其邏輯功能見表11.3。

2.特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及波形圖

與基本RS觸發(fā)器一樣，可由表11.3得RS觸發(fā)器的卡諾圖，如圖11.6(a)所示。

對卡諾圖化簡得RS觸發(fā)器的特征方程為

式中，SR=0為約束項。

由真值表得到的RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11.6(b)所示。圖11.6RS觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

如已知CP、S和R的波形，可畫出觸發(fā)器的工作波形如圖11.7所示。圖11.7RS觸發(fā)器波形圖

11.2.2JK觸發(fā)器

在鐘控RS觸發(fā)器中，必須避免輸入R和S同時為1的情況出現(xiàn)，這給使用帶來不便。為了從根本上消除這種情況，可將鐘控RS觸發(fā)器接成如圖11.8(a)所示的形式，同時將輸入端S改成J，R改成K，這樣就構(gòu)成了JK觸發(fā)器。它的邏輯符號如圖11.8(b)所示。圖11.8JK觸發(fā)器

1.JK觸發(fā)器真值表

當(dāng)CP=0時，G3、G4門被封鎖，J、K輸入端的變化對G1、G2門的輸入無影響，觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。

當(dāng)CP=1時，如果J、K輸入端狀態(tài)依次為00、01或10，輸出端Qn+1狀態(tài)與RS觸發(fā)器輸出狀態(tài)相同；如果J、K=11，觸發(fā)器必將翻轉(zhuǎn)。JK觸發(fā)器狀態(tài)真值表如表11.4所示。

2.特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及波形圖

由真值表得JK觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.9(a)所示，化簡得JK觸發(fā)器的特征方程為

由真值表得JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11.9(b)所示圖11.9JK觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

如果已知CP、J、K的波形，可畫出JK觸發(fā)器的工作波形如圖11.10所示。圖11.10JK觸發(fā)器波形圖

11.2.3D觸發(fā)器

RS觸發(fā)器和JK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11.11(a)所示的形式，這樣就構(gòu)成了單輸入端的D觸發(fā)器。它的邏輯符號如圖11.11(b)所示。圖11.11D觸發(fā)器

1.D觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當(dāng)CP=0時，D觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。

當(dāng)CP=1時，如果D=0，無論D觸發(fā)器原來狀態(tài)為0或1，D觸發(fā)器輸出均為0；如果D=1，無論D觸發(fā)器原來狀態(tài)為0或1，D觸發(fā)器輸出均為1。D觸發(fā)器的狀態(tài)真值表見表11.5。

2.特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及波形圖

由真值表得D觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.12(a)所示，化簡得D觸發(fā)器的特征方程為

由真值表得D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11.12(b)所示。

圖11.12D觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

如果已知CP和D的波形，可畫出D觸發(fā)器的工作波形如圖11.13所示。圖11.13D觸發(fā)器波形圖

11.2.4T觸發(fā)器

如果把JK觸發(fā)器的兩個輸入端J和K連在一起，并把這個連在一起的輸入端用T表示，就構(gòu)成了T觸發(fā)器，如圖11.14(a)所示。其邏輯符號如圖11.14(b)所示。圖11.14T觸發(fā)器邏輯圖及邏輯符號

1.T觸發(fā)器狀態(tài)真值表

當(dāng)CP=0時，T觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。

當(dāng)CP=1時，如果T=0，則T觸發(fā)器保持原來狀態(tài)；如果T=1，則T觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于一位計數(shù)器。T觸發(fā)器的狀態(tài)真值表見表11.6。

2.特征方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

由真值表得T觸發(fā)器的卡諾圖如圖11.15(a)所示，化簡得T觸發(fā)器的特征方程為

由真值表得T觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖11.15(b)所示。圖11.15T觸發(fā)器的卡諾圖及狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

11.2.5空翻與振蕩現(xiàn)象

(1)空翻現(xiàn)象：在CP=1期間，當(dāng)輸入信號發(fā)生變化時，使觸發(fā)器的輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)兩次或兩次以上。

(2)振蕩現(xiàn)象：在CP=1期間輸入信號不發(fā)生變化，由于CP脈沖過寬，因互補性而使得輸出反饋到輸入端產(chǎn)生多次翻轉(zhuǎn)(振蕩)現(xiàn)象。圖11.16空翻與振蕩現(xiàn)象

11.3邊沿觸發(fā)器

11.3.1邊沿JK觸發(fā)器1.邏輯功能圖11.17(a)所示是一種下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器邏輯電路，其邏輯符號如圖11.17(b)所示。邊沿JK觸發(fā)器的邏輯功能如表11.7所示。表中↓表示只有在CP時鐘脈沖的下降沿時刻，觸發(fā)器的輸出才受輸入J、K的控制。在CP時鐘脈沖的其他時刻，觸發(fā)器的輸出不受輸入J、K的控制，始終保持原來狀態(tài)。圖11.17邊沿JK觸發(fā)器

根據(jù)邊沿JK觸發(fā)器的功能表可以得到邊沿JK觸發(fā)器的特征方程為

圖11.18所示為下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作波形圖。圖11.18下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器工作波形圖

由此可見，邊沿觸發(fā)器僅在CP時鐘脈沖的有效邊沿到來時，觸發(fā)器才發(fā)生輸出狀態(tài)的跳變，跳變后的狀態(tài)也僅與該時刻的輸入信號J、K的狀態(tài)有關(guān)，而與此時刻前后的輸入信號J、K的狀態(tài)無關(guān)。這正是邊沿觸發(fā)型觸發(fā)器抗干擾能力強的體現(xiàn)。

2.集成邊沿JK觸發(fā)器

JK觸發(fā)器已做成各種集成電路，如74LS76，74LS112，74LS114，CD4027、4095、4096

等都是集成邊沿JK觸發(fā)器。

74LS112是TTL雙下降沿JK觸發(fā)器，其管腳排列圖如圖11.19所示。圖11.1974LS112管腳排列圖

11.3.2維持阻塞D觸發(fā)器

1.邏輯功能

維持阻塞觸發(fā)器也是一種邊沿觸發(fā)器，一般是在CP時鐘脈沖的上升沿接收輸入信號并使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，其他時間均處于保持狀態(tài)。使用較多的是上升沿觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器，其邏輯電路如圖11.20(a)，邏輯符號如圖11.20(b)。圖11.20維持阻塞D觸發(fā)器

維持阻塞D觸發(fā)器的邏輯功能如表11.8所示。表中↑表示只有在CP時鐘脈沖的上升沿時刻，觸發(fā)器的輸出才受輸入D的控制。

與時鐘控制D觸發(fā)器一樣，維持阻塞D觸發(fā)器的特

征方程為

2.集成D觸發(fā)器

常用的集成D觸發(fā)器有74LS74、CD4013等。74LS74為TTL雙上升沿D觸發(fā)器，管腳排列如圖11.21所示，CP為時鐘輸入端，D為數(shù)據(jù)輸入端。圖11.2174LS74管腳排列圖

11.4各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換

從邏輯功能來分，觸發(fā)器共有四種類型：RS、JK、D和T觸發(fā)器。在數(shù)字裝置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，沒有其他類型觸發(fā)器，因此，這就要求我們必須掌握不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換邏輯電路的方法，一般是先比較已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特征方程，然后利用邏輯代數(shù)的公式和定理實現(xiàn)兩個特征方程之間的變換，進而畫出轉(zhuǎn)換后的邏輯電路。圖11.22JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T'觸發(fā)器

2.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器

觸發(fā)器的特征方程為

比較公式(11－6)和(11－9)，可見只要取J=K=T，就可以把JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器。圖11.22(b)是轉(zhuǎn)換后的T觸發(fā)器電路圖。

3.T'觸發(fā)器

如果T觸發(fā)器的輸入端T=1，則稱它為T'觸發(fā)器，如圖11.22(c)所示。T'觸發(fā)器也稱為一位計數(shù)器，在計數(shù)器中應(yīng)用廣泛。

11.4.2D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK、T和T'觸發(fā)器

由于D觸發(fā)器只有一個信號輸入端，且Qn+1=D，因此，只要將其他類型觸發(fā)器的輸入信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后變?yōu)镈信號，即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

1.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK觸發(fā)器

2.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器

3.D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T'觸發(fā)器圖11.23JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T'觸發(fā)器

課題小結(jié)

(3)由于RS