东北大学电子技术基础—第4章触发器

第4章触发器触发器(FF:Flip-Flop,或Trigger)：具有记忆功能，能够存储一位二进制信号(0或1)的基本逻辑单元。触发器在逻辑功能上具有以下基本特点：有两个自行保持的稳定状态，“0”和“1”状态。根据输入信号的不同可以置成“0”或“1”状态。输入信号消失后，能将获得的状态保持。第4章触发器分类：静态触发器、动态触发器静态触发器：依靠电路的自锁存储数据；动态触发器：通过在MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据，如有电荷时是0，无电荷时为1。第4章触发器静态触发器：根据电路结构分为基本RS触发器同步触发器主从触发器维持阻塞触发器边沿触发器根据逻辑功能分为RS触发器T触发器D触发器JK触发器第4章触发器4.1基本触发器4.2边沿触发器维持阻塞触发器利用CMOS传输门的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器4.3触发器逻辑功能间转换4.1基本触发器⒈基本RS触发器⑴与非门构成①电路结构&&RSQQ组合电路，无记忆功能图4-1基本RS触发器&&QQSRRSQSQRRQ1QSQQRQR=S=1QQSQQQRQ⒈基本RS触发器②工作原理(逻辑功能分析)图4-1基本RS触发器&&QQSR1,0RS1n1nQSQ0,1RS1,01n1nQQ01n1nQRQ1n1nn1n,QQQQ1,1RS0,0RS1,11n1nQQ无意义禁止出现之约束项置1端(置位端)置0端(复位端)③特性表(状态真值表)④特性方程表4-1基本RS触发器特性表RSQn11001101说明Qn+10000010110101111置0保持01010101置1禁止n1nQRSQ0SR⒈基本RS触发器表4-1简化特性表RSQn101Qn说明Qn+100011011置0保持××××置1禁止RS0001111001×001×011QnQQSR⑤逻辑符号⑥特点无CP，输入的R、S随时确定Q的状态。⑦应用各种触发器基本单元直接置0、置1⒈基本RS触发器⑵或非门构成①电路结构⒈基本RS触发器≥1≥1QQRS⒈基本RS触发器②工作原理(逻辑功能分析)0RS01nn1nQQRQ0,1RS0,01n1nQQ11n1nQSQn1nn1n,QQQQ1,1RS1,0RS0,11n1nQQ无意义禁止出现之约束项≥1≥1QQRS③特性表(状态真值表)④特性方程表4-1基本RS触发器特性表RSQn00011100说明Qn+11111000001011010保持置001010101置1禁止n1nQRSQ0SR⒈基本RS触发器RS0001111001×001×011QnQQSR⑤逻辑符号⑥画波形图⒈基本RS触发器SRQQ表4-1基本RS触发器特性表RSQn00011100说明Qn+11111000001011010保持置001010101置1禁止⑶基本RS触发器应用电路①无震颤开关电路机械开关在静止到新的位置之前其机械触头将要震颤几次。图4-3电路可以解决震颤问题。设初始时K接R端，基本原理如下：图4-3无震颤开关电路QQSRK5V1k1k&&S0VS0VS0VS0VS0V+5VRRRRRQ②声报警控制电路0故障信号图4-5声报警控制电路111音响电路+5VR清音按扭开关VIABCDEFGQQ&&&&10101010不发声1101发声如按下消音按钮010101010不发声⒉同步RS触发器⑴或非门构成①电路结构基本RS触发器控制门CP=0，将R、S信号封锁。A=B=0；基本RS触发器输入为0时，保持原状态不变。时钟脉冲②工作原理2143QQRSCP≥1≥1&&AB⒉同步RS触发器⑴或非门构成②工作原理2143QQRSCP≥1≥1&&ABCP=1，门3、4打开，Q、Q受R、S信号控制。R=S=0n1nn1n00QQQQCPSBCPRA，，，R=0，S=101101n1nQQCPSBCPRA，，，R=1，S=0101n1nQQ，R=S=1001n1nQQ，R、S同时由1→0时，状态不定无意义⒉同步RS触发器⑴或非门构成③特性表2143QQRSCP≥1≥1&&表4-2同步RS触发器特性表说明Qn+1SRCP保持Qn××0置00011置11101保持Qn001禁止0111n1nQRSQ0SRCP=1期间有效④特性方程⒉同步RS触发器⑵与非门构成①电路结构基本RS触发器控制门时钟脉冲②工作原理CP=0，将R、S信号封锁。A=B=1；基本RS触发器输入为1时，保持原状态不变。2143QQSRCP&&&&AB⒉同步RS触发器⑵与非门构成②工作原理2143QQSRCP&&&&ABCP=1，门3、4打开，Q、Q受R、S信号控制。n1nn1n1QQQQBA，，R=0，S=101101n1nQQCPRBCPSA，，，R=1，S=0R=S=1R、S同时由1→0时，状态不定无意义R=S=0101n1nQQ，111n1nQQ，⒉同步RS触发器不变Qn××0说明Qn+1SRCP同步RS触发器特性表置00011置11101不变Qn001禁止1111⑵与非门构成③特性表2143QQSRCP&&&&ABn1nQRSQ0SRCP=1期间有效④特性方程⒉同步RS触发器⑶与基本RS触发器的比较相同点：特性方程是一样的，即逻辑功能一致；区别：基本RS，无时钟控制，随时根据R、S信号确定触发器状态；同步RS，有时钟控制，CP=1期间有效，R、S确定触发器状态，抗干扰能力比基本RS强。⒉同步RS触发器⑷与或非门构成≥1≥1&&RCPSQQCP=0，将R、S信号封锁。保持原状态不变。CP=1R=S=0n1nn1nQQQQ，R=0，S=1011n1nQQ，R=1，S=0R=S=1101n1nQQ，001n1nQQ，R、S同时由1→0时，状态不定无意义n1nQRSQ0SRCP=1期间有效⒊同步D触发器⑴电路结构2143QQRSCP≥1≥1&&AB1D同步RS触发器非门将两输入端合为D1DC1QQCP国标符号QQCPD惯用符号⑵逻辑符号⒊同步D触发器⑶工作原理CP=0，控制门3、4封锁，触发器状态不变。CP=1D=0，R=1，S=0DQ1nD=1，R=0，S=1101n1nQQ，011n1nQQ，CP=1期间有效2143QQRSCP≥1≥1&&AB1DR=D，S=D⑷特性方程DDQDQDDQRSQnnn1n⒊同步D触发器⑸特性表2143QQRSCP≥1≥1&&AB1D不变置0置1说明×01DQn01Qn+1011CP表4-4D触发器特性表⒊同步D触发器⑹与非门构成2143QQRSCP&&&&DDDQDQDDQRSQnnn1nDCPSRDSCP=1⒊同步D触发器⑹CMOSTG门与反相器构成31n21nFQFQ，0,1CC31FF传输门C、C控制端由CP控制工作原理CP=123FF12FF保持原状态导通TG111TG211DCCCCF1F2F3QQ1234截止CPCC11DFFFFQDFFFQ12231n1121n，1,0CCDF1CP=012FF23FF导通截止⒊同步D触发器⑹CMOSTG门与反相器构成特性表特性方程TG111TG211DCCCCF1F2F3QQ1234CPCC11DQ1n不变置0置1说明×01DQn01Qn+1100CP表4-4D触发器特性表CP=0期间有效⒊同步D触发器D触发器特点CP控制，无约束在CP=1(或0)期间，Q随D变化，抗干扰能力不理想。4.2边沿触发器增强抗干扰能力，使触发器状态只在时钟边沿时由输入确定状态。⒈TTL边沿触发器⑴D触发器①电路组成②工作原理n1nQQCP=0，门4、5封锁。基本RS触发器引入反馈线门6DQDQ33门3DDQQQSQ123222111RS异步置复位端异步置复位端&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2⒈TTL边沿触发器⑴D触发器②工作原理111RSn1nQQDQ3DQ2D=0133QQ1022QQ，D=1122QQ0133QQ，&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2⒈TTL边沿触发器⑴D触发器②工作原理此时，门50133DRS，0111n3n21n3QCPQQDQ3DQ2CP上升沿到来时，Q2、Q3的输出都稳定，1n3n3QQ10n2n2QQ，D=0或置0&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2⒈TTL边沿触发器⑴D触发器②工作原理01311QRS，1，01n21n2QQ由于Q3=0封锁门6，D再变化，也不会影响Q3。置0101n1nQQ，门311232CPRQS，&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2⒈TTL边沿触发器⑴D触发器②工作原理此时，门51022CPRS，1010n31n21n3QCPQQDQ3DQ2CP上升沿到来前，D=11n2n2QQ01n3n3QQ，置1011n21n2QQ，&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2CP=1⒈TTL边沿触发器⑴D触发器②工作原理01n2Q封锁门3、5，使置10，11n1nQQ由于101n311n21QRQS，D再变化，也不会影响Q。11n2Q11n3Q&&&&&&CP123456DR2S2S3R3RdSdS1R1QQQ3Q2⒈TTL边沿触发器⑴D触发器③特性表④特性方程置0置1说明01D01Qn+1↑↑CP边沿D触发器特性表DQ1nCP上升沿到来后有效边沿触发器：CP上升沿前D的信号决定触发器状态，其他时间D都无效，故称为边沿触发器，抗干扰能力极强。逻辑符号QQDCP⒈TTL边沿触发器⑵JK触发器≥1＆≥1＆＆＆QQG6G5G2G1G3G4ABJKCPCP=0时，门G3、G4、G5、G6封锁，A=B=1，G5=G6=0，电路变成图4-18，J、K不起作用。＆＆G1G2QQAB11⒈TTL边沿触发器⑵JK触发器CP↑到来时，CP=1G5、G6先打开,设10QQ，G5=1，G6=010QQ，触发器状态保持不变。≥1＆≥1＆＆＆QQG6G5G2G1G3G4ABJKCP⒈TTL边沿触发器⑵JK触发器CP=1时，自锁，触发器不变，J、K不起作用。CP↓时，先G5=G6=0，在A、B还未变成全1的时间内，触发器已按J、K状态翻转完毕。依靠与非门G3、G4的延时实现边沿控制，制造工艺要求很严。≥1＆≥1＆＆＆QQG6G5G2G1G3G4ABJKCP⒈TTL边沿触发器⑵JK触发器JKCPQQ1J1KC1CPQQ≥1＆≥1＆＆＆QQG6G5G2G1G3G4ABJKCP⒈TTL边沿触发器CP无效，状态不变JK全为0状态不变J、K不同随J(置0)J、K不同随J(置1)JK全为1状态翻转0101001110××0××1000001010011100101110111无效↓↓↓↓↓↓↓↓Qn+1JKQnCPJK触发器特性表说明JKQn000111100101000111nnnQKQJQ1CP下降沿有效逻辑功能描述方法特性表(状态真值表)特性方