第四章 触发器.

第四章触发器4.1基本触发器4.2同步触发器4.3边沿触发器4.4触发器的电气特性小结概述概述一、基本要求1.有两个稳定的状态(0、1)，以表示存储内容；2.能够接收、保存和输出信号。二、现态和次态1.现态：触发器接收输入信号之前的状态。nQ2.次态：触发器接收输入信号之后的状态。1nQ三、分类1.按电路结构和工作特点：基本、同步、边沿。2.按逻辑功能分：RS、JK、D和T(T)。3.其他：TTL和CMOS，分立和集成。G24.1基本触发器4.1.1由与非门组成一、电路及符号QG1R&&SQQQRSRSQ=0Q=10态Q=1Q=01态10010110G2QG1R&&SQQSQQRQ二、工作原理1RSQ=QQQ“保持”0,1RS1001Q=0Q=10态“置0”或“复位”(Reset)1,0RS0110Q=1Q=01态“置1”或“置位”(Set)0RSQ和Q均为UHR先撤消：1态S先撤消：0态信号同时撤消：状态不定(随机)简化波形图状态翻转过程需要一定的延迟时间,如10，延迟时间为tPHL；01，延迟时间为tPLH。由于实际中翻转延迟时间相对于脉冲的宽度和周期很小，故可视为0。QG1R&&SQ设触发器初始状态为0：SRQQSRQQ信号同时撤消,出现不确定状态信号不同时撤消，状态确定三、现态、次态、特性表和特性方程1.现态和次态现态Qn：触发器接收输入信号之前的状态。次态Qn+1：触发器接收输入信号之后的新状态。2.特性表和特性方程RSQnQn+1000001010011100101110111011100不用不用特性表简化特性表RSQn+100011011Qn保持1置10置0不用不允许RS0100011110nQQn+10111000RS约束条件特性方程Qn+1=S+RQn[例]SRQQRSQQ4.1.2由或非门组成一、电路及符号QQSRSR二、工作原理0SRnnnnQQQQ11,1,0SR0,111nnQQ0,1SR1,011nnQQ1SRL11UQQnn均为、“保持”“置0”“置1”“不允许”若高电平同时撤消，则状态不定。G2QG1RSQ11SRQQ三、特性表和特性方程RSQn+100011011Qn保持置1置0不许10不用Qn+1=S+RQn0RS约束条件四、基本RS触发器主要特点1.优点：结构简单，具有置0、置1、保持功能。2.问题：输入电平直接控制输出状态，使用不便，抗干扰能力差；R、S之间有约束。G2QG1RSQ11波形图4.1.3集成基本触发器一、CMOS集成基本触发器1.由与非门组成：CC4044&&1TGRSENENQ11ENENEN三态RS锁存触发器特性表RSENQn+1注0Z高阻态001011101111Qn保持置1置0不允许10不用内含4个基本RS触发器2.由或非门组成：CC4043(略)+VDDS1R1S2R2S3R3S4R4EN1Q2Q3Q4Q3476111215145816CC4044VSSQ1Q2Q3Q4139101S1R1S2R2S3R3S4R4EN––––––––二、TTL集成基本触发器74279、74LS279QR&&SQR&&S1S2+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q48167427974LS279R1S11S12R2S2R3S31S32R4S4––––––––––同步触发器：触发器的工作状态不仅受输入端(R、S)控制，而且还受时钟脉冲(CP)的控制。CP(ClockPulse):等周期、等幅的脉冲串。基本RS触发器：S—直接置位端；R—直接复位端。(不受CP控制)同步触发器：同步RS触发器同步D触发器4.2同步触发器4.2.1同步RS触发器一、电路组成及工作原理1.电路及逻辑符号QG1R&&SQG3R&&SG2G4CP曾用符号QQRSRSCPCP国标符号QQRSRSCPCI2.工作原理当CP=01RSnnQQ1保持当CP=1SSCPS1与基本RS触发器功能相同RRCPR1特性表：CPRSQnQn+1注0Qn保持10001001101010111100110111101111011100不用不用保持置1置0不许特性方程:nnQRSQ1约束条件0RSCP=1期间有效二、主要特点1.时钟电平控制CP=1期间接受输入信号；CP=0期间输出保持不变。（抗干扰能力有所增强）2.RS之间有约束4.2.2同步D触发器一、电路组成及工作原理QG1R&&SQG3R&&SG2G4CP1DDRDS,nnQRSQ1nDQDD（CP=1期间有效）简化电路：省掉反相器。二、主要特点1.时钟电平控制，无约束问题；2.CP=1时跟随。)(1DQn下降沿到来时锁存)(1nnQQ三、集成同步D触发器1.TTL74LS375CPDQG1QG3R&&SG2G4111G5RSnnQRSQ1nDQDD+VCC74LS3751D01LE1D12D02LE2D11Q01Q01Q11Q12Q02Q02Q12Q114791215236510111413Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4––––D1CP1、2D2D3CP3、4D48162.CMOS：CC4042CDG1QG3G2G41TGCQTGC111CG5G6CP11CC=1POL0CPCPCPCP1CPCPCP=1保持CP=0DCP=1DCP=0保持当POL=1CP下降沿锁存信号当POL=0CP上升沿锁存信号+VCCD0D1D2D3CPPOLQ0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q347131456329101211151Q0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q3––––D0D1D2D3CPPOL816VSSCC4042DCPPOLQnQn+1注01001101111100010010010101010101保持接收接收保持特性表真值表DCPPOLQ注D00D0D11D1D锁存D锁存接收CP上升沿锁存接收CP下降沿锁存4.3边沿触发器4.3.1边沿D触发器一、电路组成及工作原理QMQMCPRSQQSCIRRSCI111DG7CPQ&&QG3&&DG2G4&&&&G6G81G1G511QMQM从主曾用符号国标符号QQCPCI1DDQQCPCP1DDQQ1.电路组成及逻辑符号2.工作原理(1)接收信号：CP=1主触发器接收输入信号DQn1M主触发器跟随D变化(2)输出信号：CP=0主触发器保持不变；从触发器由CP=0到来之前的QMn+1确定。QMQMCPRSQQSCIRRSCI111D从主即：DQn1下降沿时刻有效3.异步输入端的作用G7CPQ&&QG3&&DG2G4&&&&G6G81G1G511D—同步输入端受时钟CP同步控制SDRDDDSR、—异步输入端不受时钟CP控制10直接置位端直接复位端异步置位端异步复位端国标符号曾用符号SDDCPRD––QQ111010100100110111––SDRDDCPQQ4.波形QQCPCI1DD触发器的初始0状态可利用异步复位端接低电平实现二、集成边沿D触发器1.CMOS边沿D触发器CC4013(双D触发器)符号引出端功能Q1Q1VDDSD1CP1SD2CP2D1RD1D2RD2Q2Q2VSS6534891110121312147特性表CPDRDSDQn+1注0001000001101101Qn10不用同步置0同步置1保持(无效)异步置1异步置0不允许CP上升沿触发QQCPCI1DDSRSDRD2.TTL边沿D触发器7474(双D触发器)符号引出端功能特性表CPDRDSDQn+1注0111111101101101Qn01不用同步置0同步置1保持(无效)异步置0异步置1不允许Q1Q1VCCSD1CP1SD2CP2D1RD1D2RD2Q2Q2地4231101211135698147––––––3.主要特点CP的上升沿(正边沿)或下降沿(负边沿)触发；抗干扰能力极强；只有置1、置0功能。QQCPCI1DDSRSDRD4.3.2边沿JK触发器一、电路组成及符号二、工作原理QMQMCPRSQQSCIRRSCI111D11&JKDQn1nnKQQJ))((nnQKQJnnQKQJKJnnnQKQJQ1冗余项国标符号QQCPCIJKJKQQCPCPJKJK曾用符号CP下降沿有效二、集成边沿JK触发器1.CMOS边沿JK触发器CC4027国标符号曾用符号QQCPCI1JIKJKSRSDRDQQCPCPJKJKSDRDSDRD引出端功能Q1Q1VDDJ1K1SD2CP2RD2SD1CP1RD1J2K2Q2Q2VSS76354910131112121514168JKQnRDSDCPQn+1注000000010001000011001000010100110001110001001110保持同步置0同步置1翻转00010001不变01101110不用异步置1异步置0不允许特性表2.TTL边沿JK触发器•CP下降沿触发•异步复位端RD、异步置位端SD均为低电平有效74LS112(双JK触发器)3.主要特点CP的上升沿或下降沿触发；抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，按的规定更新状态；nnnQKQJQ1功能齐全(保持、置1、置0、翻转)，使用方便。4.波形图设输出端初态为0QJ=K=0保持J=K=1翻转4.3.3边沿触发器功能分类、功能表示方法及转换一、边沿触发器功能分类定义在CP作用下，J、K取值不同时，具有保持、置0、置1、翻转功能的电路，都叫做JK型时钟触发器。1.JK型触发器符号特性表JKQn+1功能00001011Qn01保持置0置1翻转特性方程nnnQKQJQ1CP下降沿时刻有效QQCPCI1JIKJKQn2.D型触发器符号特性表特性方程CP上升沿时刻有效QQCPCI1DDDQn+1功能0011置0置1DQn1定义在CP作用下，D取值不同时，具有置0、置1功能的电路，都叫做D型时钟触发器。3.T型触发器QQCPCI1TTTQn+1功能0Qn1Qn保持翻转nnnnQTQTQTQ1CP下降沿时刻有效4.T’型触发器QQCPCIQnQn+1功能0110翻转nnQQ1CP下降沿时刻有效在CP作用下，当T=0时保持状态不变，T=1时状态翻转的电路，叫T型时钟触发器。每来一个CP就翻转一次的电路叫T’型时钟触发器.二、边沿触发器逻辑功能表示方法1.特性表、卡诺图、特性方程特性表、卡诺图、特性方程、状态图和时序图。(1)特性表(真值表)DQn+1功能00置011置1JKQnQn+1功能000001Qn保持0101010置01010011置1111101Qn翻转(2)卡诺图D触发器：单变量的函数，其卡诺图无意义。JK触发器：nnnQKQJQ110011100Qn+1QnJK0100011110(3)特性方程D触发器：DQn1JK触发器：nnnQKQJQ12.状态图和时序图(1)状态图D触发器：01D=0D=1D=1D=0JK触发器:01J=0K=J=1，K=J=K=0J=，K=1(2)时序图D触发器：特点：表述了CP对输入和触发器状态在时间上的对应关系和控制或触发作用。CP上升沿触发JK触发器：CP下降沿触发三、边沿触发器逻辑功能表示方法间的转换1.特性表卡诺图、特性方程、状态图和时序图Qn+1QnJK0100011110JKQn+1功能00Qn保持010置0101置111Qn翻转01001110010/1/0/1/(1)特性表卡诺图、状态图(2)特性表特性方程nnnQKQJQ1向时序图的转换(略)2.状态图特性表、卡诺图、特性方程和时序图010/1/0/1/00/