【教学课件】第1章数字电路基础知识.ppt

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1、第第4章章 触发器触发器v概述概述v基本触发器基本触发器v同步触发器同步触发器v边沿触发器边沿触发器v触发器的电器特性触发器的电器特性概概 述述v对触发器的基本要求对触发器的基本要求（1）具有两个稳定的状态）具有两个稳定的状态 0状态状态和和1状态状态 （0状态和状态和1状态表征触发器的存储内容）状态表征触发器的存储内容）（2）能够）能够接收接收、保存保存和和输出输出信号信号v触发器的现态和次态触发器的现态和次态现态现态Qn触发器接收输入信号之前的状态触发器接收输入信号之前的状态 次态次态Qn+1触发器接收输入信号之后的状态触发器接收输入信号之后的状态 （现态（现态 Qn 和次态和次态 Qn+

2、1 的逻辑关系是研究触发器的逻辑关系是研究触发器工作原理的基本问题工作原理的基本问题）v触发器的分类触发器的分类触发器触发器基本触发器基本触发器同步触发器同步触发器边沿触发器边沿触发器输入信号直接加到输入端，是触发器的输入信号直接加到输入端，是触发器的基本电路结构基本电路结构输入信号经过控制门输入，受时钟信号输入信号经过控制门输入，受时钟信号CP控制控制只在时钟信号只在时钟信号CP的上升沿或下降沿时刻的上升沿或下降沿时刻才有输入信号才有输入信号4.1 基本触发器基本触发器v用与非门组成的基本触发器用与非门组成的基本触发器信信号号输输入入端端低低电平有效电平有效1状态：状态：Q1、Q 0 0状态

3、：状态：Q0、Q 1工作原理工作原理R SQ10011 00R=0、S=1时：由于时：由于R=0，不论原来，不论原来Q为为0还是还是1，都有，都有Q=1；再由再由S=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于什么状态都将变成将变成0状态状态，这种情况称将触发器，这种情况称将触发器置置0或或复位复位。R端称为触发端称为触发器的置器的置0端或复位端。端或复位端。0110R SQ1 00R=1、S=0时：由于时：由于S=0，不论原来，不论原来Q为为0还是还是1，都有，都有Q=1；再由再由R=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于

4、什么状态都将变成将变成1状态状态，这种情况称将触发器，这种情况称将触发器置置1或或置位置位。S端称为触发端称为触发器的置器的置1端或置位端。端或置位端。0 111110R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记忆能力。触发器具有记忆能力。R SQ1 000 111 1不变100011R SQ1 000 111 1不变0 0不定？R=0、S=0时：时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由，不符合触发器的逻辑关系。并且

5、由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除同时撤除后，将不能确定触发器是处于后，将不能确定触发器是处于1状态还是状态还是0状态。所以触发器不状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是允许出现这种情况，这就是基本基本RS触发器的约束条件触发器的约束条件。特性表（真值表）特性表（真值表）次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图特性方程特性方程触发器的特性方程就是触发器次态触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态与输入及现态Qn之间的逻辑关系式之间的逻辑关系式状态图状态图描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图描述触发器的状态转换

6、关系及转换条件的图形称为状态图011/1/10/01/当触发器处在当触发器处在0状态，即状态，即Qn=0时，若输入信号时，若输入信号 01或或11，触发器仍为，触发器仍为0状态；状态；RS当触发器处在当触发器处在1状态，即状态，即Qn=1时，若输入信号时，若输入信号 10或或11，触发器仍为，触发器仍为1状态；状态；RS若若R S 10，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为1状态。状态。若若R S 01，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为0状态。状态。波形图波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图形称为波形图RSQQ置置1

7、置置0置置1置置1置置1保持保持不允许不允许v用或非门组成的基本触发器用或非门组成的基本触发器输入信号输入信号R、S为为高电平有效高电平有效高电平有效高电平有效或非门组成的基本或非门组成的基本RS触发器的状态转换表触发器的状态转换表 R R高电平高电平高电平高电平有效置有效置有效置有效置0 0S S高电平有高电平有高电平有高电平有效置效置效置效置1 1基本基本RS触发器的特点：触发器的特点：主要优点主要优点（1）结构简单，仅由两个与非门或者或非门交叉连接构成。）结构简单，仅由两个与非门或者或非门交叉连接构成。（2）具有置）具有置0、置、置1和保持功能，其特性方程为和保持功能，其特性方程为存在问

8、题存在问题（1）电电平平直直接接控控制制，即即由由输输入入信信号号直直接接控控制制触触发发器器的的输输出出，电路抗干扰能力下降电路抗干扰能力下降（2）R、S之间存在约束，即两个输入不能同时为高电平。之间存在约束，即两个输入不能同时为高电平。v集成基本触发器集成基本触发器EN1时工作时工作 EN0时禁止时禁止1S2S同步触发器同步触发器具有时钟脉冲具有时钟脉冲CP控制的触发器，触发器控制的触发器，触发器状态的改变与时钟脉冲同步。状态的改变与时钟脉冲同步。CP控制时序电路工作节奏的固定频率的脉冲信号，控制时序电路工作节奏的固定频率的脉冲信号，一般是矩形波。一般是矩形波。同步触发器的状态更新时刻：受

9、同步触发器的状态更新时刻：受CP输入控制输入控制 触发器更新为何种状态：由触发输入信号决定触发器更新为何种状态：由触发输入信号决定v同步同步RS触发器触发器v同步同步D触发器触发器4.2 同步触发器同步触发器v电路组成及其工作原理电路组成及其工作原理4.2.1 同步同步RS触发器触发器控制门控制门只有只有CP=1时，时，G3、G4导通导通时钟信号时钟信号在在CP=0期间，期间，G3、G4被封锁，触发器状态不变。被封锁，触发器状态不变。在在CP=1期间，由期间，由R和和S端信号决定触发器的输出状态。端信号决定触发器的输出状态。结论：触发器的动作时间是由时钟脉冲结论：触发器的动作时间是由时钟脉冲C

10、P控制的。控制的。R为高电平为高电平有效触发有效触发 S为为 高高 电电 平平有效触发有效触发 R、S不允许同时有效不允许同时有效工作原理工作原理v同步同步RS触发器触发器主要特点主要特点（1）时钟电平控制）时钟电平控制在在CP1期期间间接接收收输输入入信信号号，CP0时时状状态态保保持持不不变变，与与基基本本RS触触发发器器相相比比，对对触触发发器器状状态态的的转转变变增增加加了了时时间间控控制。制。（2）R、S之间有约束之间有约束不不能能允允许许出出现现R和和S同同时时为为1的的情情况况，否否则则会会使使触触发发器处于不确定的状态。器处于不确定的状态。置置置置1 1保持保持保持保持置置置置

11、0 0置置置置1 14.2.2 同步同步D触发器触发器v电路组成及其工作原理电路组成及其工作原理通过反相器将同步通过反相器将同步RS触发器的输入端连接在一起触发器的输入端连接在一起状状态态图图波波形形图图CP=1期间有效期间有效同步同步D触发器的特性方程：触发器的特性方程：v同步同步D触发器主要特点触发器主要特点1、时钟电平控制，无约束问题、时钟电平控制，无约束问题在在CP=1期间，若期间，若D=1，则，则Qn+1=1；若；若D=0，则，则Qn+1=0，即根据输入信号，即根据输入信号D取值不同，触发器既可以置取值不同，触发器既可以置1，也可以置，也可以置0。由于电路是在同步由于电路是在同步RS

12、触发器基础上经过改进得到的，触发器基础上经过改进得到的，所以约束问题不存在。所以约束问题不存在。2、CP=1时跟随，下降沿到来时才锁存时跟随，下降沿到来时才锁存CP=1期间，输出端随输入端的变化而变化期间，输出端随输入端的变化而变化；只有当只有当CP脉冲下降沿到来时才锁存，锁存的内容是脉冲下降沿到来时才锁存，锁存的内容是CP下降沿下降沿瞬间瞬间D的值的值。v集成同步集成同步D触发器触发器CP1、2CP3、4POL1时，时，CP1有效，锁存有效，锁存的内容是的内容是CP下降沿时刻下降沿时刻D的值；的值；POL0时，时，CP0有效，锁存有效，锁存的内容是的内容是CP上升沿时刻上升沿时刻D的值。的值

13、。v边沿边沿D触发器触发器v边沿边沿JK触发器触发器v边沿触发器的功能分类、功能表示方法及转换边沿触发器的功能分类、功能表示方法及转换4.3 边沿触发器边沿触发器边沿触发器边沿触发器CP脉冲上升沿或下降沿进行触发脉冲上升沿或下降沿进行触发正边沿触发器正边沿触发器CP脉冲上升沿触发脉冲上升沿触发负边沿触发器负边沿触发器CP脉冲下降沿触发脉冲下降沿触发边沿触发方式，可提高触发器工作的可靠性，增强抗边沿触发方式，可提高触发器工作的可靠性，增强抗干扰能力。干扰能力。4.3.1 边沿边沿D触发器触发器v电路组成及工作原理电路组成及工作原理两个同步两个同步D触发器级联而成触发器级联而成 具有主从结构具有主

14、从结构工作原理工作原理（1）CP0时时，门门G7、G8被被封封锁锁，门门G3、G4打打开开，从从触触发发器器的状态取决于主触发器的状态取决于主触发器Q=Qm、Q=Qm，输入信号，输入信号D不起作用。不起作用。（2）CP1时时，门门G7、G8打打开开，门门G3、G4被被封封锁锁，从从触触发发器器状状态态不不变变，主主触触发发器器的的状状态态跟跟随随输输入入信信号号D的的变变化化而而变变化化，即即在在CP1期间始终都有期间始终都有Qm=D。（3）CP下降沿到来时，封锁门下降沿到来时，封锁门G7、G8，打开门，打开门G3、G4，主触，主触发器锁存发器锁存CP下降时刻下降时刻D的值，即的值，即Qm=D

15、，随后将该值送入从触，随后将该值送入从触发器，使发器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿过后，主触发器锁存的下降沿过后，主触发器锁存的CP下降沿时刻下降沿时刻D的值被的值被保存下来，而从触发器的状态也将保持不变。保存下来，而从触发器的状态也将保持不变。当当CP从从0变为变为1时，时，Q将由将由CP上升沿到来之前一瞬间上升沿到来之前一瞬间D的的状态决定。状态决定。CP下降沿时刻有效下降沿时刻有效边沿边沿D触发器特性方程：触发器特性方程：v集成边沿集成边沿D触发器触发器注意注意注意注意：CC4013的异步输入端的异步输入端RD和和SD为高电平有效。为高电平有效。CP上升沿触发上升沿触发v边沿边沿D

16、触发器的主要特点触发器的主要特点1、CP边沿（上升沿或下降沿）触发边沿（上升沿或下降沿）触发在在CP脉冲上升沿（或下降沿）时刻，触发器按照特脉冲上升沿（或下降沿）时刻，触发器按照特性方程性方程Qn+1=D的规定转换状态，实际上是加在的规定转换状态，实际上是加在D端的信端的信号被锁存起来，送到输出端。号被锁存起来，送到输出端。2、抗干扰能力强、抗干扰能力强因为只在触发沿其短的时间内触发，其他时间输入因为只在触发沿其短的时间内触发，其他时间输入信号对触发器不起作用，保证信号的可靠接收信号对触发器不起作用，保证信号的可靠接收3、只具有置、只具有置1、置、置0功能功能4.3.2 边沿边沿JK触发器触发

17、器v电路组成及其工作原理电路组成及其工作原理增加三个门增加三个门将输出回馈给输入将输出回馈给输入工作原理工作原理D的逻辑表达式的逻辑表达式特性方程特性方程CP下降沿时刻有效下降沿时刻有效v集成边沿集成边沿JK触发器触发器74LS112为为CP下降沿触发。下降沿触发。CC4027为为CP上上升升沿沿触触发发，且且其其异异步步输输入入端端RD和和SD为高电平有效。为高电平有效。注注注注意意意意74LS112的功能表的功能表 v边沿边沿JK触发器的主要特点触发器的主要特点1、CP边沿（上升沿或下降沿）触发边沿（上升沿或下降沿）触发在在CP脉冲上升沿（或下降沿）时刻，触发器按照特脉冲上升沿（或下降沿）

18、时刻，触发器按照特性方程的规定转换状态，其他时间里，性方程的规定转换状态，其他时间里，J、K不起作用。不起作用。2、抗干扰能力强、抗干扰能力强因为只在触发沿其短的时间内触发，其他时间输入因为只在触发沿其短的时间内触发，其他时间输入信号对触发器不起作用，保证信号的可靠接收信号对触发器不起作用，保证信号的可靠接收3、功能齐全，使用灵活方便、功能齐全，使用灵活方便具有置具有置1、置、置0、保持、翻转四种功能。、保持、翻转四种功能。4.3.3 边沿触发器的功能分类、边沿触发器的功能分类、功能表示方法及转换功能表示方法及转换v边沿触发器逻辑功能分类边沿触发器逻辑功能分类1、JK触发器触发器凡具有保持、置

19、凡具有保持、置1、置、置0、翻转功能的电路都称为、翻转功能的电路都称为JK型时钟触发器。型时钟触发器。特性表特性表特性方程特性方程CP下降沿有效下降沿有效2、D型触发器型触发器凡具有置凡具有置1、置、置0功能的电路都称为功能的电路都称为D型时钟触发器。型时钟触发器。DQn+10011功能功能置0置1特性表特性表CP下降沿时刻有效下降沿时刻有效特性方程特性方程3、T型触发器型触发器凡具有保持、翻转功能的电路，即当凡具有保持、翻转功能的电路，即当T=0是保持是保持状态不变，状态不变，T=1时翻转的电路，都称为时翻转的电路，都称为T型时钟触发型时钟触发器。器。特性表特性表特性方程特性方程翻转翻转CP

20、下降沿有效下降沿有效3、T型触发器型触发器凡是每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都凡是每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称为称为T型时钟触发器。型时钟触发器。特性表特性表特性方程特性方程CP下降沿有效下降沿有效v边沿触发器逻辑功能表示方法边沿触发器逻辑功能表示方法触发器逻辑功能的表示方法有触发器逻辑功能的表示方法有特性表特性表、卡诺图卡诺图、特性特性方程方程、状态图状态图和和时序图时序图5种。种。1、特性表、卡诺图和特性方程、特性表、卡诺图和特性方程（1）特性表（真值表）特性表（真值表）以表格形式描述触发器的逻辑功能。以表格形式描述触发器的逻辑功能。（2）卡诺图）卡诺图表达构成次态的各个最小项在逻辑上的相邻性。表达构成次态的各个最小项在逻辑上的相邻性。（3）特性方程）特性方程用逻辑表达式概括触发器的逻辑功能。用逻辑表达式概括触发器的逻辑功能。2、状态图和时序图、状态图和时序图（1）状态图）状态图表示触发器的状态转换关系及转换条件。表示触发器的状态转换关系及转换条件。D触发器触发器JK触发器触发器（2）时序图）时序图反应时钟脉冲反应时钟脉冲CP、输入信号和触发器状态之间在时间、输入信号和触发器状态之间在时间上的对应关系。上的对应关系。以以CP下降沿触发的下降沿触发的JK触发器为例触发器为例