數(shù)字邏輯第五章課件.ppt

1、1,第五章 觸發(fā)器,5.1 觸發(fā)器概述,5.2 基本RS觸發(fā)器,5.3 鐘控觸發(fā)器,5.4 集成觸發(fā)器,5.5 各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換,2,5.1 觸發(fā)器概述,能夠存儲一位二進制信息的基本單元電路稱觸發(fā)器(Flip-Flop)。,1、具有兩個能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來表示邏輯狀態(tài)的“0”或“1”，或表示二進制數(shù)的0或1。,一、觸發(fā)器的定義,二、觸發(fā)器應(yīng)具備的特點,3,3、有一組控制(激勵、驅(qū)動)輸入。,4、或許有定時(時鐘)端CP(Clock Pulse)。,5、在輸入信號消失后，電路能將獲得的新狀態(tài)保存下來。,6、觸發(fā)器接收輸入信號之前的狀態(tài)叫做現(xiàn)態(tài)，用Qn表示。觸發(fā)器接收輸入信號之后的狀態(tài)叫

2、做次態(tài)，用Qn+1表示?，F(xiàn)態(tài)和次態(tài)是兩個相鄰離散時間里觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。,7、Qn+1與Qn和輸入信號之間的邏輯關(guān)系，是貫穿本章始終的基本問題，如何獲得、描述和理解這種邏輯關(guān)系，是本章學(xué)習(xí)的中心任務(wù)。,4,5.2 基本R-S觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),5.2.1 與非門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器,返回,5,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,例,0 0 0 1* 1* 禁用,0 0 1 1 0 置位,0 1 0 0 1 復(fù)位,0 1 1 0 1 保持,1 0 0 1* 1* 禁用,1 0 1 1 0 置位,1 1 0 0 1 復(fù)位,1 1 1 1 0 保持,6,3、特征方程(次態(tài)方程),7,4、時序圖,8,5.2.2 或非門

3、構(gòu)成的R-S觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),比較,9,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,0 0 0 0 1 保持,0 0 1 0 1 復(fù)位,0 1 0 1 0 置位,0 1 1 0* 0* 禁用,1 0 0 1 0 保持,1 0 1 0 1 復(fù)位,1 1 0 1 0 置位,1 1 1 0* 0* 禁用,10,3、特征方程,11,4、時序圖,12,從以上分析可知，與非門和或非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器的特征方程可統(tǒng)一為：,RS觸發(fā)器存在的問題：,(1)存在約束條件的限制；,(2)沒有時鐘信號，無法與其他部件同步工作。,13,5.3 鐘控觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),5.3.1 鐘控RS觸發(fā)器,14,3、特征方程,4、狀態(tài)圖,2、工作狀態(tài),

4、CP=0時，保持狀態(tài)不變；CP=1時，接收輸入信號。,15,(2)在CP=1期間，只要R、S稍有變化，那么Q端也隨之變化，存在“空翻”問題。,5、優(yōu)點,(1)仍然存在約束條件。,在一個時鐘周期內(nèi)觸發(fā)器狀態(tài)多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象被稱為“空翻”。,“空翻”會造成節(jié)拍混亂，使系統(tǒng)工作不可靠，因此在實際的數(shù)字電路中是不允許出現(xiàn)的。,6、存在的問題,加入了時鐘信號，使同步工作成為可能。,16,17,5.3.2 主從RS觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),返回,18,2、邏輯符號,19,3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,圖,0 0 0 0 保持,0 0 1 0 置0,0 1 0 1 置1,0 1 1 1* 禁用,1 0 0 1 保持,1 0 1

5、 0 置0,1 1 0 1 置1,1 1 1 1* 禁用,20,3、特征方程,4、時序圖,21,5、優(yōu)點,6、存在的問題,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)解決了“空翻”問題。,仍然存在約束條件。,22,5.3.3 D觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),若CP=0，,則G3=G4=1，,于是Qn+1=Qn。,若CP=1，,于是Qn+1=0；,那么D=0時，,G3=1，G4=0，,D=1時，,于是Qn+1=1。,G3=0，G4=1，,23,Qn+1= D,2、特征方程,3、優(yōu)點,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)沒有約束條件。,4、存在的問題,(1)存在“空翻”問題；,(2)只有一個輸入端，邏輯功

6、能簡單。,24,5.3.4 維持阻塞D觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),25,CP=0；D=0,G3=1 G4=1 G6=1,CP=0；D=1,G3=1 G4=1,CP=1；D=0,Qn+1= 0,CP=1；D=1,G3=0,Qn+1= Qn,G5=0,G6=1,G4=0 G5=0,G3=1,G5=1,G6=0,Qn+1= Qn,G6=0,G4=1 G5=1,Qn+1= 1,26,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,3、狀態(tài)圖,27,4、特征方程,Qn+1=D,5、邏輯符號,28,6、優(yōu)點,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)沒有約束條件；,7、存在的問題,只有一個輸入端，邏輯功能簡單。,(3)解決了“空翻”問題。,29

7、,5.3.4 JK觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),30,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,0 0 0 0 保持,0 0 1 0 置0,0 1 0 1 置1,0 1 1 1 翻轉(zhuǎn),1 0 0 1 保持,1 0 1 0 置0,1 1 0 1 置1,1 1 1 0 翻轉(zhuǎn),31,3、特征方程,32,4、優(yōu)點,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)沒有約束條件；,5、存在的問題,存在“空翻”問題。,(3)有兩個輸入端。,33,5.3.5 主從JK觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),返回,34,2、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,0 0 0 0 保持,0 0 1 0 置0,0 1 0 1 置1,0 1 1 1 翻轉(zhuǎn),1 0 0 1 保持,1 0 1 0 置0,1

8、1 0 1 置1,1 1 1 0 翻轉(zhuǎn),35,3、特征方程,0 0 Qn,0 1 0,1 0 1,4、狀態(tài)簡化表,36,5、邏輯符號,37,6、狀態(tài)圖,38,7、時序圖,Qn主從,圖,39,8、優(yōu)點,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)沒有約束條件；,9、存在的問題,(4)解決了“空翻”問題。,(3)有兩個輸入端；,存在“一次變化”問題。,在CP為“1”期間，主觸發(fā)器僅能翻轉(zhuǎn)一次的現(xiàn)象稱一次變化。,40,造成“一次變化”的原因,41,在CP從“1”變?yōu)椤?”后，主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送到從觸發(fā)器。,因此，如果在CP=1期間J、K狀態(tài)多次改變，那么只有引起一次變化的J、K值起作用，其他的都不會有影

9、響。,一次變化問題降低了主從JK觸發(fā)器的抗干擾能力。,42,10、使用要求,在CP=1期間J、K的狀態(tài)保持不變。即將主從JK觸發(fā)器的工作過程歸結(jié)為十個字： “上升沿接收，下降沿改變”。,倘若在CP=1期間，疊加在J、K上面的干擾信號引起一次變化，那么將造成觸發(fā)器的錯誤翻轉(zhuǎn)。因此，工程上逐漸由邊沿型JK觸發(fā)器取代了主從型JK觸發(fā)器。,43,5.3.6 邊沿JK觸發(fā)器,1、電路結(jié)構(gòu),CP=0時，,G1、G2、G3、,G6被封鎖，,所以Qn+1= Qn。,CP=1時，,觸發(fā)器處于自鎖狀態(tài)，所以Qn+1= Qn。,CP從0變1，即CP上升沿時，,觸發(fā)器由保持狀態(tài)不變進入,自鎖狀態(tài)，所以Qn+1= Qn

10、。,44,CP從1變0，即CP下降沿時，,雖然G1、G2由于CP從1變0而被封鎖，但其輸出端S、R要經(jīng)過一個與非門延遲才能變?yōu)?，,所以在解除自鎖的一刻，被基本RS觸發(fā)器接收的R、S仍為CP下降沿到來之前的值，即：,于是由電路圖可得：,所以：,45,2、邏輯符號,46,3、特征方程,0 0 Qn,0 1 0,1 0 1,4、狀態(tài)簡化表,47,5、狀態(tài)圖,48,6、時序圖,49,7、優(yōu)點,(1)有時鐘信號，可以同步工作；,(2)沒有約束條件；,(4)解決了“空翻”問題；,(3)有兩個輸入端；,(5)解決了“一次變化”問題。,50,基本RS觸發(fā)器,鐘控RS觸發(fā)器,主從RS觸發(fā)器,D觸發(fā)器,維持阻塞

11、D觸發(fā)器,JK觸發(fā)器,主從JK觸發(fā)器,邊沿JK觸發(fā)器,各觸發(fā)器之間的關(guān)系,51,5.4 集成觸發(fā)器,1、邏輯符號,5.4.1 集成D觸發(fā)器,2、特征方程,(1) 同步工作時,(2) 異步工作時,52,3、時序圖,53,5.4.2 集成JK觸發(fā)器,1、邏輯符號,2、特征方程,(1)同步工作時,(2)異步工作時,54,3、時序圖,55,5.4.3 其它功能的觸發(fā)器,一、T 觸發(fā)器,1、邏輯符號,3、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表,0 0 0,0 1 1,1 0 1,1 1 0,2、特征方程,56,T觸發(fā)器無產(chǎn)品，一般由JK觸發(fā)器來實現(xiàn)其功能。,57,二、T觸發(fā)器(翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器),1、特征方程為:,T觸發(fā)器可以由JK觸發(fā)器或D觸發(fā)器構(gòu)成。,58,(1)JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器,(2)D觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器,2、時序圖,59,5.5 各類觸發(fā)器的相互轉(zhuǎn)換,一、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器、RS觸發(fā)器,1、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為D觸發(fā)器,JK觸發(fā)器：,D觸發(fā)器：,于是可得：,60,2、JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS觸發(fā)器,JK觸發(fā)器：,RS觸發(fā)器：,利用鐘控RS觸發(fā)器的約束條件 可得：,所以J = S；K =