数电第五章

第五章触发器§5.1概述§5.2RS锁存器§5.3电平触发的触发器§5.6触发器的逻辑功能及其描述§5.4脉冲触发的触发器§5.5边沿触发的触发器教学基本要求：掌握集成双稳触发器的功能、特性方程、状态转换图、状态转换真值表；理解电平触发器、主从触发器、边沿触发器的特点；了解触发器的结构及工作原理触发器外部逻辑功能、触发方式。重点：掌握集成双稳态触发器的功能、特性方程、状态转换图、状态转换真值表§5.1概述触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。一、触发器的基本特性和作用Flip-Flop，简写为FF，又称双稳态触发器。基本特性(1)有两个稳定状态(简称稳态)，用来表示逻辑0和1。(2)在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；(3)当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。一个触发器可存储1位二进制数码它具有“一触即发”的功能。因此具有记忆功能，可存储二进制信息。而在“时序逻辑电路”中，时序逻辑电路...当时的输入...当时的输出...过去的输出这，就要求时序逻辑电路必须具有记忆功能!不仅与有关而且与有关我们将要学习的“触发器”，它就具有记忆功能。二、触发器的类型根据逻辑功能不同分为RS触发器D触发器JK触发器T触发器T触发器根据触发方式不同分为电平触发器边沿触发器主从触发器根据电路结构不同分为三、触发器逻辑功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驱动表(又称激励表)、状态转换图和波形图(又称时序图)等。基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器。根据存储数据的原理不同分为:静态触发器和动态触发器。BasicFlip-Flop§5.2RS锁存器(一)由与非门组成的基本RS触发器1.电路结构及逻辑符号QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQQQ=1，Q=0时，称为触发器的1状态，记为Q=1；Q=0，Q=1时，称为触发器的0状态，记为Q=0。RDSD置0端，也称复位端。R即Reset置1端，也称置位端。S即Set信号输入端，低电平有效互补输出端，正常工作时，它们的输出状态相反。低电平有效反馈(1).设Q的初始状态为1(2).设Q的初始状态为001100101QQabDRDSQQab0110DRDS112.工作原理及逻辑功能结论：当＝0、＝1时，不管Q端的初始状态是什么，最终必为0！DRDS1)输入=0，=1时：DRDS01000110Qn：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态简称现态；Qn+1：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态，简称次态。QnQn+1DRDSQQab01DRDS(1).设Q的初始状态为0(2).设Q的初始状态为11001111010QQabDRDSQQab1001DRDS结论：当＝1、＝0时，不管Q端的初始状态是什么，最终必为1！DRDS2)输入=1，=0时：DRDSQnQn+101000110Qn表示触发器的现态；Qn+1表示触发器的次态。10011011对下图电路来说，若RD、SD不一样，则Qn+1=RD。DRDSQQab10DRDS(1).设Q的初始状态为0(2).设Q的初始状态为10011QQab11DRDS010101QQab11DRDS013)输入=1，=1时：DRDS结论：当＝1、＝1时，不管Q的初始状态是什么，最终保持原状态!DRDSQnQn+101000110Qn表示触发器的现态；Qn+1表示触发器的次态。1001101111001111称为“保持”!QQRDSDab11对下图电路来说，若RD、SD不一样，则Qn+1=RD。DRDS114)输入=0，=0时：X&a&bQQ00XDRDSDRDS不管Q的初始状态是什么，当＝＝0同时存在时，Q、全是1。QDRDS假设b门翻转快11101&a&bQQDRDS0011110当==0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个门则不翻转。DRDS0&a&bQQDRDS00111111假设a门翻转快110当==0同时变为1，翻转快的门输出变为0，另一个门则不翻转。DRDS&a&bQQDRDS00XX11当==0且同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个门则不翻转。一般并不了解门的翻转速度，故而该电路的输出端可能处于失控状态。通常“禁止”和出现这种变化。DRDRDSDS100110011&a&bQQDRDS0011&a&bQQDRDS00111如前所述，当==0时，只要它们不同时变为1，输出Qn+1总会有唯一值!DSDR00001×触发器状态不定0×1010100触发器置000101101触发器置1111110011触发器保持原状态不变说明Qn+1QnSDRD基本RS触发器特性表的简化表示Qn11101010不定00Qn+1SDRD与非门组成的基本RS触发器特性表注意置0端RD和置1端SD低电平有效。禁用RD=SD=0。称约束条件约束条件，不能同时为零约束条件1)(1SRQRSQRSQnnn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01×1/1×/10/01/①当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号＝01或11，触发器仍为0状态；RS②当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号＝10或11，触发器仍为1状态；RSRS若＝10，触发器就会翻转成为1状态。RS若＝01，触发器就会翻转成为0状态。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形称为波形图RSQQ置1置0置1置1置1保持不允许动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。用或非门组成的基本RS触发器（a）、（b）电路结构（c）图形符号约束条件，不能同时为零0SRQRSQDDnDD1n特征方程(二)基本RS触发器的两种形式特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR逻辑符号置0、置1信号低电平有效置0、置1信号高电平有效注意弄清输入信号是低电平有效还是高电平有效。集成基本RS触发器(a)74LS279的引脚图16151413121110974LS27912345678VCC4S4R4Q3SA3SB3R3Q1R1SA1SB1Q2R2S2QGND(b)CC4044的引脚图161514131211109CC404412345678VDD4S4R1Q2R2S3Q2Q4QNC1S1REN1R1SVSSEN＝1时工作EN＝0时禁止1S3S(三)基本RS触发器的优缺点优点缺点电路简单，是构成各种触发器的基础。1.输出受输入信号直接控制，不能定时控制。2.有约束条件。在稳定状态下两个输出端的状态必须是互补关系输入信号在全部作用时间里，即或为1的全部时间里，都能直接改变输出端的状态，这就是基本RS触发器的动作特点。（四）、动作特点DRDSDSDR叫做直接置位端。叫做直接复位端。实际工作中，触发器的工作状态不仅要由触发输入信号决定，而且要求按照一定的节拍工作。为此，需要增加一个时钟控制端CP。CP即ClockPulse，它是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器，又称钟控触发器。同步触发器是其中最简单的一种，而基本RS触发器称异步触发器。§5.3电平触发的触发器G1G2G3G4SCPRSCPR&QQSCPRSCPRQQQQ(a)逻辑电路(b)曾用符号1SC11RQQ(c)国标符号&&&RSCP＝0时，R=S=1，触发器保持原来状态不变。CP＝1时，工作情况与基本RS触发器相同。一、同步RS触发器基本RS触发器增加了由时钟CP控制的门G3、G4才起作用。和到达，只有触发信号触发器基本输入控制门RSCLKRSCPRSQnQn+1功能0×××QnnnQQ1保持1000100101nnQQ1保持101010111111nQ置1110011010001nQ置011101111不用不用不允许特性表特性方程01RSQRSQnnCP=1期间有效RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形。原态未知QVCCRDRD（1）时钟电平控制。在CP＝1期间接收输入信号，CP＝0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。3.同步RS触发器的特性表与特性方程0000101010101011010110001111×0×1Qn+1QnSR特性表同步RS触发器Qn+1的卡诺图RSQn0100011110××111特性方程nnQRSQ1RS=0(约束条件)RS触发器功能也可用特性表与特性方程来描述。特性方程指触发器次态与输入信号和电路原有状态之间的逻辑关系式。RS触发器的状态转换图cdCPQQabRS由它的功能表可见：在R、S不相等时，Q服从于S!这是一个值得重视的规律，有必要进一步归纳和进行形象化的表达。同步RS触发器的功能表CPRSQn+1100保持10111100111禁止0XX保持R、S不相等时，信息传送路径的形象化表达：cdCPQQabRS1QQRSCCP该电路的信息传送规律在今后的学习过程中，将会多次使用。例：画出可控R－S触发器的输出波形RSC不定不定可控R－S状态表C高电平时触发器状态由R、S确定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn同步R-S触发器的小结1.当CP=0时,无论R、S为何种取值组合，输出端均“保持原态”；2.只有当CP=1时,将c门和d门打开，控制端R、S的取值组合才会在输出端有所反映，即有所谓“功能表”。QQRDSDabcdRSCPQQRDSDRSC逻辑符号这根红颜色的线还表示一重含义：“高电平有效”，即“只有在时钟CP＝1时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝0，输出端Q则保持原状态”。逻辑符号这根绿颜色的线也表示一重含义：“低电平有效”，即“只有在时钟CP＝0时，它才表现出应有的逻辑功能；如果CP＝1，输出端Q则保持原状态”。QQRDSDRSC存在问题：时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。C状态不定克服办法：采用JK触发器或D触发器00SR01010111不定Qn+1QnQ=SQ=R空翻克服办法：采用主从结构或维持阻塞D触发器变化多次翻转、可能随和期间，在RSQQCLK1触发器的特性表、特性方程、驱动表和状态转换图由触发器现态和次态的取值来确定输入信号取值的关系表，又称激励表。用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态，用箭头表示状态转换的方向，箭头旁的标注表示状态转换的条件。它们是触发器逻辑功能的不同描述方法，也是时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。触发器功能描述方法：二、同步D触发器1.电路结构、逻辑符号和逻辑功能QQ1DDC1CPCPDQn+1说明10101置0置10Qn不变同步D触发器功能表称为D功能特点：Qn+1跟随D信号cdCPQQRDSDabD00011011DQnQn+1特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD触发器特性表00001111D触发器驱动表000110110011无约束Qn+1在D=0时就为0，与Qn无关。0001101101D=1D=0D=0D=1Qn+1在D=1时就为1，与Qn无关。2.D触发器的特性表、特性方程、驱动表和状态转换图同步D触发器状态转换图01D=1/0/0/1/解：[例]试对应输入波形画出下图中Q端波形(设触发器初始状态为0)。QQ1DDC1CPDCPQCP=0，同步触发器状态不变CP=1，同步D触发器次态跟随D信号同步触发器在CP=1期间能发生多次翻转，这种现象称为空翻三、同步JK触发器功能表QQ1JJC1CP1KK逻辑符号1说明Qn+1KJCP称为JK功能，即JK=00时保持；JK=11时翻转；JK时Qn+1值与J相同。不变Qn00置0010翻转11置1101不变Qn××0QnJKDSDR00011011JKQnQn+1特性表特性方程驱动表0×无约