第四章触发器.ppt

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1、第四章 触发器,4.1 概 述4.2 触发器的电路结构与动作特点4.3 触发器的逻辑功能及其描述方法4.4 触发器逻辑功能的转换,4.1 概 述,组合逻辑电路在任一时刻的输出信号仅仅与当时的输入信号有关；而时序逻辑电路在任一时刻的输出信号不仅与当时的输入信号有关，而且与电路原来的状态有关。从结构上看，组合逻辑电路仅由若干逻辑门组成，没有存储电路，因而无记忆能力；而时序逻辑电路除包含组合电路外，还含有存储电路，因而有记忆功能。组合逻辑电路的基本单元是门电路；时序逻辑电路的基本单元是触发器。,触发器的基本特点,具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和1，或二进制数的0和1。根据不同的输

2、入信号可以置成1或0状态。在输入信号消失以后，能将获得的新状态保存下来。,触发器的分类,按动作特点分：基本RS触发器同步RS触发器主从触发器边沿触发器,按功能分：RS触发器JK触发器D触发器T触发器,4.2触发器的电路结构和动作特点,4.2.1 基本RS触发器的电路结构与动作特点1、电路结构,逻辑电路,低电平有效,两与非门构成,“有0出1，全1为0”,逻辑表达式,Qn 现态,Qn+1 次态,Q=1， Q=0 ，“1”态,Q=0， Q=1 ，“0”态,翻转： “0”态“1”态或“1”态“0”态,S=0，R=1，Qn+1=1， Qn+1=0， 置“1”,Qn=0,1,0,Qn=1,Qn+1=1,Q

3、n+1=0,S=0，R=1，Qn+1=1， Qn+1=0， 置“1”,Qn=1,1,0,Qn=0,Qn+1=1,Qn+1=0,Qn=0,0,1,Qn=1,Qn+1=0,Qn+1=1,S=1，R=0，Qn+1=0， Qn+1=1， 置“0”,S=1，R=0，Qn+1=0， Qn+1=1， 置“0”,Qn=1,0,1,Qn=0,Qn+1=0,Qn+1=1,S=1，R=1，Qn+1= Qn ， 保持,Qn=0,1,1,Qn=1,Qn+1=0,Qn+1=1,S=1，R=1，Qn+1= Qn， 保 存,Qn=1,1,1,Qn=0,Qn+1=1,Qn+1=0,S=0，R=0，Qn+1= Qn+1=1， 不

4、 定,Qn=0,0,0,Qn=1,Qn+1=1,Qn+1=1,S=0，R=0，Qn+1= Qn+1=1， 不 定,Qn=1,0,0,Qn=0,Qn+1=1,Qn+1=1,基本RS触发器的逻辑功能,S=0，R=1，Qn+1=1， Qn+1=0， 置“1”,S=1，R=0，Qn+1=0， Qn+1=1， 置“0”,S=1，R=1， Qn+1= Qn ， 保持,S=0，R=0，Qn+1= Qn+1=1， 不定,S 置“1”端,R 置“0”端,功 能 表,卡 诺 图,基本RS触发器的特性方程,Qn+1=S+RQn R+S=1 (约束方程),简 化 功 能 表,逻辑符号,动 作 特 点,基本RS触发器的

5、输出端Q和 状态由输入信号R和S来决定，当输入信号R和S发生变化时，输出端Q和 的状态作相应的变化。,波形图,4.2.2 同步RS触发器的电路结构与动作特点,触发器的翻转不是由输入信号控制，而是由外加的时钟脉冲控制。 1、电路结构,逻辑电路,R,S,R,S,S=1,Q,G1,G2,R=1,Q,CP=0时， S=1， R= 1，Q的状态保持不变。,0,0,CP=1时， S=S， R= R，Q的状态由R、S决定。,高电平有效。,CP=1时， S=S ， R= R，Q的状态由R、S的状态决定。,CP=0时， S=1， R= 1，Q的状态保持不变。,基本RS触发器的翻转由输入信号控制；同步RS触发器的

6、翻转由时钟脉冲控制，属于电平触发，即在CP=1期间都可以触发翻转；CP=1期间，若R、S有多次变化，Q也会多次翻转，即会“空翻”。,逻辑功能,卡 诺 图,特性方程,Qn+1=S+RQn RS=0 (约束方程),逻辑符号,动 作 特 点,输入信号在CP=0期间保持不变，在CP=1的全部时间内RS的变化都将引起触发器状态的相应改变，即在CP=1期间输入信号发生多次变化，触发器的状态也可能发生多次翻转，这降低了电路抵御干扰信号的能力。,波 形 图,波形图,S,R,CP,4.2.3 主从触发器的电路结构和动作特点,一、电路结构与工作原理,主从RS触发器的工作原理,CP=1时，主触发器打开，和的状态由R

7、、S决定，从触发器关闭，Q、的状态不变；CP由1变0时，主触发器关闭，从触发器打开，Q、的状态分别等于此时的和的状态；CP=0时，主触发器关闭，和的状态保持不变，Q、的状态也不变；,主从JK触发器电路结构,主从JK触发器的逻辑符号,JK触发器的特性方程,RS触发器的特性方程： Qn+1=S+RQn RS=0 (约束方程)由图可得： S=JQn R=KQn 主从JK触发器的特性方程： Qn+1=JQn+KQn,JK触发器的逻辑功能,J=1、K=0时，Qn+1=1， 置“1”；J=0、K=1时，Qn+1=0， 置“0”；J=0、K=0时，Qn+1=Qn， 保 持；J=1、K=1时，Qn+1=Qn，

8、 计 数。,JK触发器的功能表,主从触发器的动作特点,触发器的翻转分两步动作。第一步，在CP=1的期间主触发器接受输入端的信号，被置成相应的状态，而从触发器不动；第二步，CP下降沿到来时从触发器按照主触发器的状态翻转，使Q、 Q相应地改变状态。因为主触发器本身是一个同步RS触发器，所以在CP=1的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。主从JK触发器有一次变化现象，即在CP=1期间， Q和Q的状态只能变化一次。,主从JK触发器的一次变化现象,在CP=1期间，JK发生了多次变化，Q主只变化一次，所以在CP下降沿到来时，Q状态与此时的Q主相同，并不是由此时的JK状态决定。这就是一次变化现象。,

9、主从JK触发器的波形图,4.2.4 边沿触发器的电路结构和动作特点,利用传输延迟时间的边沿触发器(a)电路结构 (b)逻辑符号,工作原理,CP=0时，Q3=Q4=1，Q1=Q2=0，Q不变；CP由0变1时，触发器不翻转，为接受输入信号作准备。 由于与非门G3、G4的平均延迟时间比与或非门G1、G2构成的基本触发器的平均延迟时间要长，GA、GD门先打开，此时Q3=Q4=1，CP=1，所以Q依然不变。CP由1变0时触发翻转。 Q3、Q4状态由J、K决定，CP由1变0时，GA、GD门关闭，Q1=Q2=0，GB、GC门打开，Q由Q3、Q4决定，触发器翻转。CP=0以后，G3、G4又被封锁。,维持阻塞D

10、边沿触发器,电路结构,RD 直接置0端SD 直接置1端低电平有效,逻辑符号,工作原理,CP=0时，Q3=Q4=1，Q不变，触发器处于稳态，同时， Q6=D ，Q5=D ，接受输入信号D；CP由0变1时，触发器翻转，Q4=Q6=D ，Q3=Q5=D ，使Q=D；CP=1时，输入信号被封锁。 若Q4=0，则经1线封锁G6；若Q3=0时通过3线封锁Q4，通过2线封锁G5，所以，此时Q3、Q4、Q5、Q6的状态与D无关。总之，该触发器在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时翻转，正跳沿后输入被封锁。,D触发器的功能表,边沿触发器的动作特点,边沿触发器的次态仅取决于CP信号的上升沿或下降沿到达时输入端的逻辑

11、状态，而在这以前或以后，输入信号的变化对触发器的状态没有影响。这种特点有效的提高了触发器电路的抗干扰能力，因而也提高了电路的工作可靠性。,边沿D触发器的波形图,边沿JK触发器的波形图,4.3.1 触发器按逻辑功能的分类,触发器功能表示形式： 功能表 特性方程 状态转换图,按逻辑功能分类：RS触发器 JK触发器D触发器T触发器,RS触发器的功能表,RS触发器特性方程和状态转换图,Qn+1=S+RQn RS=0 (约束方程),JK触发器的功能表,JK触发器特性方程和状态转换图,K=1,Qn+1=JQn+KQn,D触发器的功能表,D触发器特性方程和状态转换图,Qn+1=D,T触发器功能表,T触发器特

12、性方程和状态转换图,Qn+1=TQn+TQn,4.3.2 触发器的电路结构与逻辑功能的关系,触发器的逻辑功能和电路结构是两个不同的概念。所谓逻辑功能，是指触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系，这种逻辑关系可以用功能表、特性方程或状态转换图给出。根据逻辑功能的不同特点，我们把触发器分成了RS、JK、T、D等几种类型。而基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、边沿触发器等是指电路结构的不同形式。由于电路结构的不同，其动作特点也不同。,集成维持阻塞D触发器,D触发器的功能表,74LS74管脚排列图,集成负边沿JK触发器,JK触发器的功能表,74LS112管脚排列图,4.4.2 触发

13、器的相互转换,JK触发器转换为D、T触发器,D触发器转换为JK触发器,本 章 小 结,1. 触发器是数字系统中极为重要的基本逻辑单元。它有两个稳定状态，在外加触发信号的作用下，可以从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。当外加信号消失后，触发器仍维持其状态不变，因此，触发器具有记忆功能， 每个触发器只能记忆（存储）一位二进制数码。,2. 按动作特点不同，可以把触发器分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。基本RS触发器的输出端Q和状态由输入信号R和S来决定，当输入信号R和S发生变化时，输出端Q和的状态作相应的变化。同步触发器的输入信号在CP=1的全部时间内的变化都将引起触发器状态的

14、相应改变，即在CP=1期间输入信号发生多次变化，触发器的状态也可能发生多次翻转。主从触发器的翻转分两步动作：第一步，在CP=1期间主触发器接受输入端的信号，被置成相应的状态，而从触发器不动；第二步，CP下降沿到来时从触发器按照主触发器的状态翻转。主从JK触发器存在一次变化现象。边沿触发器的次态仅取决于CP信号的上升沿或下降沿到达时输入端的输入信号，而在这以前或以后，输入信号的变化对触发器的状态没有影响。,3. 触发器按功能可分为RS、JK、D、T、T几种。其逻辑功能可用功能表（真值表）、特性方程、状态图、逻辑符号图和波形图（时序图）来描述。类型不同而功能相同的触发器，其功能表、状态图、特性方程均相同，只是逻辑符号图和时序图不同。4. 常用的TTL型集成触发器有：双JK负边沿触发器74LS112、双D正边沿触发器74LS74。,