第4章-集成触发器学习指导

第四章集成触发器一、内容提要能够存储一位二值信息的基本单元称为双稳态触发器，简称触发器。触发器是组成时序逻辑电路的基本单元。它的显著特点是具有记忆功能，一个触发器能记住1位二值信号（0或1），n个触发器组合在一起就能记忆n位二值信号。（一）、触发器的特点l、它有两个能自行保持的稳定状态触发器有两个输出端，分别记作Q、Q，其状态是互补的：Q＝1，Q＝0是一个稳定状态，称为1态；Q＝0，Q＝1是另一个稳定状态，称为0态；其他情况如Q＝Q＝0或Q＝Q＝1，不满足互补的条件，称之为不定状态，它既不能算作0态，也不能算作1态。2、在适当的输入信号作用下，触发器能从原来所处的一个稳态翻转成另一个稳态。3、在输入信号取消后，能够将得到的新状态保存下来，即记忆住这一状态。（二）、触发器的类型1、按触发方式分，有电平触发方式、主从触发方式和边沿触发方式。2、按逻辑功能分，有RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。（三）、各类触发器的状态方程1、RS触发器：约束条件）(01SRQRSQnn2、nnnQKQJQJK1触发器：3、DQDn1触发器：4、nnQTQT1触发器：5、nnQQT1'触发器：由于目前实际生产的集成时钟触发器只有D型和JK型两种，如果需要使用其它逻辑功能的触发器，可以利用转换逻辑功能的方法，将D或JK触发器转换成所需功能的触发器发器。二、重点难点本章主要内容包括：（1）基本触发器的电路组成和工作原理。（2）RS触发器、JK触发器、D触发器、T和T’触发器的逻辑功能以及触发器的描述方法：逻辑功能表、特性方程、驱动（激励）表、状态转移图（表）和时序（波形）图。重点需要掌握的内容在于各类触发器的逻辑功能和逻辑功能描述方法；各种触发方式的特点、脉冲工作特性。本章的难点主要集中在各触发器的内部结构和工作原理。三、习题精解知识点:基本RS触发器工作状态判断。例4.1电路如图4.1所示。已知A、B波形，判断Q的波形应为(A)、(B)、(C)、(D)中的哪一种。假定触发器的初始状态为0。图4.1解：电路是一个由“或非”门构成的基本RS触发器，当AB都为“1”时，0QQ，而当A=0，B=1时，则0Q，而1Q，所以应该是(B)波形正确。知识点：电平触发的D触发器工作特点。例4．2图4.2所示为电平触发D触发器的CP信号和D输入信号，设初始状态为0，确定输出端Q的波形。图4.2解：在CP=1时，无论D为高电平还是低电平，Q端输出信号总是和D输入信号相同；在CP=0期间，Q端的输出信号将保持不变。综上，Q端的输出波形如图A4.2所示。图A4.2知识点：边沿D触发器的工作特点。例4.3图4.3所示为上升沿触发D触发器的输入信号和时钟脉冲波形，设触发器的初始状态为0，画出输出信号Q的波形。图4.3解：根据边沿D触发器的功能特点可知，每个时钟脉冲CP上升沿到来之后的输出状态等于该上升沿前一瞬间D信号的状态，直到下一个时钟脉冲CP上升沿到来。由此可画出输出Q端的波形如图A4.3所示。图A4.3例4.4图4.4为边沿D触发器构成的电路，设触发器的初始状态1000QQ，确定0Q及1Q在时钟脉冲作用下的波形。图4.4解：由于两个D触发器的输入信号分别为另一个D触发器的输出，因此在确定它们的输出端波形时，应分段交替画出0Q及1Q的波形。图A4.4知识点：主从JK触发器工作特点。例4.5已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形（设初始状态为0）。图4.5解：根据主从触发器的状态转换真值表可知，在第1个CP高电平期间，J=1，K=0，1nQ为1；在第2个CP高电平期间，J=1，K=1，1nQ翻转为0；在第3个CP高电平期间，J=0，K=0，1nQ保持不变，仍为0；在第4个CP高电平期间，J=1，K=0，1nQ为1；在第5个CP高电平期间，J=0，K=1，1nQ为0；在第6个CP高电平期间，J=0，K=0，1nQ保持不变，仍为0。最后得到输出波形如图A4.5所示。图A4.5知识点：主从JK触发器的一次变化问题。例4.6设主从JK触发器的初态为1，试画出它的波形。图4.6解：根据主从JK触发器一次变化现象的描述，了解到只有在下面两种情况下会发生一次变化现象：一是触发器状态为0时，J信号的变化；二是触发器状态为1时，K信号的变化。若在CP=1期间，J、K信号发生了变化，可按照以下方法来处理：①若原态Q=0，则由J信号决定其次态，而与K无关。此时只要CP=1期间出现过J=1，则CP下降沿时Q为1。否则Q仍为0。②若原态强，则由K信号决定其次态，而与J无关。此时只要CP=1期间出现过K=1，则CP下降沿时Q为0。否则Q仍为1。在图4.6中，第5、6个CP脉冲的高电平期间，J、K信号发生了变化，其它CP脉冲的高电平期间，J、K信号没发生变化。针对这两种不同情况分别采用前面介绍的方法画出它的输出波形，如图A4.6所示。图A4.6知识点：边沿JK触发器工作特点.例4.7设边沿JK触发器的初态为0，输入信号波形如图4.7所示，试画出它的输出波形。图4.7解（1）以时钟下降沿为基准，划分时间间隔，CP下降沿到来前为现态，下降沿到来后为次态。（2）每个时钟下降沿到来后，根据触发器的特性方程或状态转换真值表确定其次态。输出波形如图A4.7所示。图A4.7知识点：边沿JK触发器级联。例4.8边沿JK触发器FF0和FF1的连接如图4.8所示，设两个触发器的初始状态都是0状态，试确定输出端1Q、0Q的波形，并写出这些波形所表示的二进制序列。图4.8解：根据边沿JK触发器的特点，可得到1Q、0Q的波形如图A4.8所示。若将1Q、0Q的时序进行排列，即为00，01，10，11，分别对应于0，1，2，3。可见，这个二进制序列每4个时钟脉冲重复一次，然后返回0重新开始此序列，此序列相当于对时钟脉冲进行了计数。图A4.8知识点:各类触发器工作状态判断。例4.9电路如图4.9所示。能实现nnQQ1的电路是哪一种电路。图4.9解：对(a)电路，只有当A=1时才是计数型触发器；而(b)电路是T触发器，只有当T=1时，才是计数触发器；(c)可以实现计数即nnQQ1，(d)电路也不可能是计数式触发器。所以实现nnQQ1功能的电路是(c)。9例4.10电路如图4.10所示，AQQnn1的电路是哪一些电路。图4.10解：对(a)电路，因为是D触发器，所以有nnQADQ1对(b)电路，因为是RS触发器,所以有nnnnnQAQAQQRSQ1对(c)电路，因为是T触发器,nnnnnnnnQAQQAQQAQTQTQ1对(d)电路，因为是JK触发器,nnnnnnnQAQAQQQKQJQ1因此，能实现AQQnn1的电路是（b）和（d）两个电路。知识点：复位端的作用。例4.11由下降沿JK触发器组成的电路及其CP、J端输入波形如图4.11所示，试画出Q端的波形(设初态为0)图4.11解：该题的复位端由CP和Q的与非实现，所以应该十分注意复位端的作用。波形图为：四、自我测试题（共100分）（一）不定项选择题。（本大题共10题，每题1分，共10分）1.N个触发器可以构成能寄存位二进制数码的寄存器。A.N-1B.NC.N+1D.2N2．一个触发器可记录一位二进制代码，它有个稳态。A.0B.1C.2D.33．对于T触发器，若原态Qn=0，欲使新态Qn+1=1，应使输入T=。A.0B.1C.QD.QCPAQ4．对于D触发器，欲使Qn+1=Qn，应使输入D=。A.0B.1C.QD.Q5．对于JK触发器，若J=K，则可完成触发器的逻辑功能。A.RSB.DC.TD.Tˊ6．欲使JK触发器按Qn+1=Qn工作，可使JK触发器的输入端。A.J=K=0B.J=Q,K=QC.J=Q,K=QD.J=Q,K=07．欲使D触发器按Qn+1=Qn工作，应使输入D=。A.0B.1C.QD.Q8．描述触发器的逻辑功能的方法有。A.状态转换真值表B.特性方程C.状态转换图D.状态转换卡诺图9．为实现将JK触发器转换为D触发器，应使。A.J=D,K=DB.K=D,J=DC.J=K=DD.J=K=D10．下列触发器中，没有约束条件的是。A.基本RS触发器B.主从RS触发器C.同步RS触发器D.边沿D触发器（二）、判断题（正确打√，错误的打×。本大题共6题，每题1分，共6分）１．D触发器的特性方程为1nQD，与nQ无关，所以它没有记忆功能。（）２．RS触发器的约束条件RS=0表示不允许出现R=S=1的输入。（）３．同步触发器存在空翻现象，而边沿触发器和主从触发器克服了空翻。（）４．主从JK触发器、边沿JK触发器和同步JK触发器的逻辑功能完全相同。（）５．由两个TTL或非门构成的基本RS触发器，当R=S=0时，触发器的状态为不定。６．对边沿JK触发器，在CP为高电平期间，当J=K=1时，状态会翻转一次。（）（三）、填空题。（本大题共12空，每空2分，共24分）1．触发器有2个稳态，存储8位二进制信息要8个触发器。2．一个基本RS触发器在正常工作时，它的约束条件是R+S=1，则它不允许输入S=0且R=0的信号。3．触发器有两个互补的输出端Q、Q，定义触发器的1状态为，0状态为，可见触发器的状态指的是端的状态。4．一个基本RS触发器在正常工作时，不允许输入R=S=1的信号，因此它的约束条件是。5．在一个CP脉冲作用下，引起触发器两次或多次翻转的现象称为触发器的，触发方式为主从式或边沿式的触发器不会出现这种现象。6．TTL集成JK触发器正常工作时，其dR和dS端应接电平。（四）、分析题。（本大题共6题，每题10分）1．画出图P4.1所示由与非门组成的基本RS触发器输出端Q、Q的电压波形，输入端S、R的电压波形如图中所示。图P4.12．试分析图P4.2所示电路的逻辑功能，列出真值表写出逻辑函数式。图P4.23．若主从结构JK触发器CP、DR、DS、J、K端的电压波形如图P4.3所示，试画出Q、Q端对应的电压波形。图P4.34．设图P4.4中各触发器的初始状态皆为Q=0，试画出在CP信号连续作用下各触发器输出端的电压波形。图P4.45．试写出图P4.5（a）中各电路的次态函数（即11nQ、12nQ、13nQ、14nQ）与现态和输入变量之间的函数式，并画出在图P4.14（b）给定信号的作用下Q1、Q2、、、Q3、、Q4的电压波形。假定各触发器的初始状态均为Q=0。图P4.56．试画出图P4.6电路在图中所示CP、DR信号作用下Q1、Q2、Q3的输出电压波形，并说明Q1、Q2、Q3输出信号的频率与CP信号频率之间的关系。图P4.6五、自我测试题答案（一）、选择题1．B2．C3．BD4．C5．C6．ABD7．D8．ABCD9．A10．D（二）、判断题1.×2.√3.√4.√5.×6.×（三）、填空题1．282．003．Q=1、Q=0Q=0、Q=1Q4．RS=05．空翻主从式边沿式（四）、分析题1．[解]见图A4.1图A4.12．[解]：图P4.2所示电路的真值表SRQnQn+10000001101000110100110111100*1110*由真值表得逻辑函数式01SRQRSQnn3．[解]见图A4.3图A4.34．[解]见图A4.4图A4.45．[解]电路驱动方程为：AQAAQJnn11，BQBBQKnn11；ABS，BAR；BAT；BAD代入特性方程，得状态方程：nnnnnBQQAQKQJQ111111nnnQBAABQRSQ2212)(nnnQBAQTQ3313BADQn14根据状态方程画波形，见图A4.5。图A4.56．[解]）（CPCPQQnn1111）（12212QCPQQnn）（23313QCPQQnn波形见图A4.6。图A4.6若CP的频率为0f，则Q1、Q2、Q3的频率分别为021f、041