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数字电子技术5章

发布时间:2019-07-23 22:24 来源:未知 编辑:admin

  数字电子技术5章_工学_高等教育_教育专区。信息学院 本章主要内容: 1 触发器的电路结构与工作原理 2 集成触发器 3 触发器功能的转换 4 触发器“记忆”功能的举例 5 触发器的脉冲工作特性及主要参数 数字电子技术基础 第1页 信

  信息学院 本章主要内容: 1 触发器的电路结构与工作原理 2 集成触发器 3 触发器功能的转换 4 触发器“记忆”功能的举例 5 触发器的脉冲工作特性及主要参数 数字电子技术基础 第1页 信息学院 基本要求: 1、熟练掌握不同结构触发器的工作原理 及其触发方式。 2、熟练掌握不同功能的触发器的逻辑功 能。 3、正确理解触发器的脉冲工作特性。 数字电子技术基础 第2页 教学重点与难点: 信息学院 1. 从电路结构形式的角度,要求熟练掌握各触发器的动 作特点,如果给出输入波形,要求能够正确地画出输 出波形。 2. 从逻辑功能的角度,要求熟练掌握各触发器的逻 辑符号(含义)、特性表、特性方程及状态转换 图。同样,如果给出输入波形,要求能够正确地 画出输出波形。 3. 建立起两个概念: ① 现态和次态的概念; ② 触发器的逻辑功能和电路结构并没有固定的对 应关系。 数字电子技术基础 第3页 概 Qn表示 。 述 信息学院 0.现态:触发器接收输入信号之前的状态,叫做现态,用 次态:触发器接收输入信号之后的状态,叫做次态, 用Qn+1 表示。 触发器次态输出Qn+1与现态Qn和输入信号之间的 逻辑关系,是贯穿本章始终的基本问题。如何获得、 描述和理解这种逻辑关系,是本章学习的中心任务。 数字电子技术基础 第4页 信息学院 1、时序逻辑电路:数字电路中除组合逻辑电 路外,还包括另一类具有记忆功能的电路----时序逻辑电路。 时序逻辑电路任意时刻的输出状态不仅 与该当前的输入信号有关,而且与此前电路的 状态有关。 2、触发器:触发器是构成时序逻辑电路的 基本逻辑单元 。 能够存储一位二值信息的基本单元电路 数字电子技术基础 第5页 基本概念 触发器特点: 信息学院 1.具有两个能够自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态 0 和 1 2.根据不同的输入信号,可将输出置成 0 或 1 。 3.输入信号消失后,能将获得的状态保存下来。 我们在学习过程中,只需了解各种触发器的基本工作原理, 但要重点掌握它们的逻辑功能,以便能正确使用它们。 重点: 数字电子技术基础 触发器外部逻辑功能、触发方式。 第6页 信息学院 3、触发器的分类 按电路结构分: 基本RS触发器 按逻辑特性分: RS触发器:置0、置1、保持、不定 JK触发器:置0、置1、计数、保持 D触发器:置0、置1 T触发器:计数、保持 同步RS触发器 主从触发器 边沿触发器 时钟触发器 数字电子技术基础 第7页 信息学院 5.1 触发器的电路结构与工作原理 5.1.1 基本 RS 触发器 5.1.2 同步RS触发器 5.1.3 主从触发器 5.1.4 边沿触发器 数字电子技术基础 第8页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 1. 电路结构与逻辑符号 G1 S & Q 各种触发器 组成的基本 单元电路 输入端 G2 & R Q 反馈 输出端 S Q R Q 由两个与非门组成 逻辑符号 触发器由逻辑门加反馈电路构成,电路有两个互补的 输出端Q和 Q ,其中Q的状态称为触发器的状态。 数字电子技术基础 第9页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 2、工作原理 1) 无有效电平输入(S=R=1)时,触发器保持稳定状态不变 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 体现了触发 器具有记忆 能力。 数字电子技术基础 1 S G1 & 1 Q 1 S G1 & 0 Q G2 & R Q R G2 & Q 1 0 1 1 若初态Qn = 1 若初态 Qn = 0 第10页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 2) 在有效电平作用下(S=0、R=1) ,无论初态Q n为0或1, 触发器都会转变为1态。 这种情 况称将触发 器置1或置 S 0 G1 & 1 Q 0 S G1 & 1 0 Q 位。S端称 为触发器的 置1端或置 R G2 & Q R G2 & Q 1 0 1 0 1 位端。 数字电子技术基础 若初态Qn = 1 若初态Qn = 0 第11页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 3) 在有效电平作用下( S=1、R=0 ),无论初态Q n为0或1, 触发器都会转变为0态。 1 S G1 & 0 x Q 这种情况 称将触发器置 0或复位。R端 G2 & R Q 称为触发器的 1 0 置0端或复位 初态Qn = x 数字电子技术基础 端。 第12页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 4) 当( S=0、R=0 )时,无论初态Q n为0或1,触发器状态不定。 0 G1 S & 1 Q G2 & R 0 1 Q R=0、S=0时:Q=Q=1,不符合触发器的 逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可 能完全相等,在两输入端的0同时撤除后, 将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。 所以触发器不允许出现这种情况,这就是 基本RS触发器的约束条件。此状态为不定 状态。为避免不定状态,对输入信号应加 S+R=1的约束条件。 初态Qn = x 数字电子技术基础 第13页 信息学院 The End 数字电子技术基础 第14页 5.1.1 基本RS触发器 信息学院 3、触发方式 置1端 S 1 0 G1 & 0 1 Q 置0端 R G2 & Q 0 1 基本触发器的触发方式属电平触发。 数字电子技术基础 第15页 5.1.1 基本RS触发器 4、逻辑功能 S 1 信息学院 逻辑功能表 R 1 Q 0 n Q n?1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 保持 置1 置零 不定 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 不定 不定 R+S=1 数字电子技术基础 触发器的新状态Qn+1(也称次态)不仅与输入状态有关, 也与触发器原来的状态Qn(也称现态或初态)有关。 第16页 5.1.1 基本RS触发器 4、逻辑功能 特点: 信息学院 ① 有两个互补的输出端,有两个稳态。 ② 有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原状态三种功能。 ③ R为复位输入端,S为置位输入端,该电路为低电平有效。 ④ 由于反馈线的存在,无论是复位还是置位,有效信号只须 作用很短的一段时间。即“一触即发”。 数字电子技术基础 第17页 5.1.1 基本RS触发器 4、逻辑功能 信息学院 画工作波形的方法: 1. 根据触发器动作特征确定状态变化的时刻; 2. 根据触发器的逻辑功能确定Qn+1。 工作波形能直观地表示其输入信号与输出的时序关系。 S 1 R 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 Q Q 不 1 定 不变 置1 不变 置1 不变 置0 不变 不定 第18页 数字电子技术基础 5.1.1 基本RS触发器 5.用或非门实现的基本RS触发器 (a)逻辑图 信息学院 (b)逻辑符号 G1 S ≥1 输 入 高 电 平 有 效 Q S Q ≥1 R G2 Q R Q 由逻辑图可得逻辑表达式为: Q ? R ? Q 综上所述,基本RS触发器具有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保 持原状态三种功能,R为复位输入端,S为置位输入端,可以是低 Q ? S? Q 电平有效,也可以是高电平有效,取决于触发器的结构。 第19页 数字电子技术基础 5.1.1 基本RS触发器 6、应用举例 R FF3 D3 & 信息学院 数码 输出 Q3 例1 用基本RS触发器 和与非门构成四位二进制 数码寄存器。 S FF2 R D2 & S FF1 R Q2 数码 输入 D1 & S FF0 R Q1 D0 & LD Cr S Q0 置数控制 (LD) 数字电子技术基础 清零输入 (Cr) 第20页 高电平有效 低电平有效 5.1.1 基本RS触发器 工作原理: R D3 & FF3 信息学院 D3 1 第一步:清零过程 S=1 S=1 R=0 R=1 S FF2 Q3 0 置0 不变 R D2 1 & D2 S FF1 R Q2 0 D1 & 第二步:置数过程 S=Di 当S=Di=0 当S=Di=1 R=1 D0 & LD D1 1 S FF0 R Q1 0 保 持 为 0 置 数 前 先 清 零 D0 1 Cr S Q0 0 置1 不变 Qi=1 Qi=0 1 0 1 0 数字电子技术基础 Qi=Di S=1 R=1 不变 第21页 5.1.1 基本RS触发器 例2 消除机械开关振动引起的 抖动现象 S接B S接A振动 +5V R 1k? 信息学院 S 接A 悬空时间 +5V 1k? S悬空时间 接 B振动 S vo vo (a) (b) S & Q A S由B到A S ?A S由A到B R B & Q ?B R +5V Q 数字电子技术基础 第22页 信息学院 The End 数字电子技术基础 第23页 信息学院 基本RS触发器存在的问题: ? 由与非门组成的基本RS触发器可以实现记忆元件 的功能,但是当RS端从“00”变化到“11”时,触 发器的下一个状态不能确定,在使用中要加以约 束,给使用带来不便。 ? 由或非门组成的基本RS触发器同样存在这一问题。 因此,要对触发器的输入加以控制。 ? 实际应用的触发器是电平型或脉冲型触发器,电 路的抗干扰能力差。 数字电子技术基础 第24页 5.1.2 同步RS触发器 信息学院 在实际应用中,触发器的工作状态不仅要 由R、S端的信号来决定,而且还希望触发器按 一定的节拍翻转。为此,给触发器加一个时钟 控制端CP,只有在CP端上出现时钟脉冲时, 触发器的状态才能变化。具有时钟脉冲控制的 触发器状态的改变与时钟脉冲同步,所以称为 同步触发器。 数字电子技术基础 第25页 5.1.2 同步RS触发器 1、电路结构及逻辑符号 信息学院 电路结构:由基本RS触发器和时钟脉冲控制门电路组成。 G4 S & Q4 G2 & Q CP 1S CP & & Q Q C1 1R Q R G3 Q3 G1 输入控制电路 数字电子技术基础 基本RS触发器 逻辑符号 电路结构 第26页 5.1.2 同步RS触发器 2、工作原理 G4 S && 信息学院 CP=0:状态不变 G2 & Q Q4 CP=1: 状态发生变化。 ? S=0,R=0:Qn+1=Qn ? S=1,R=0:Qn+1=1 CP 1 0 & && Q R G3 Q3 ? S=0,R=1:Qn+1=0 ? S=1,R=1:Qn+1= Ф G1 同步RS触发器的状态转换分别由 R、 S 和 CP控制,其中, R、S控制状态转换的方向;CP控制状态转换的时刻。 3、触发方式: 为时钟高电平触发方式。 数字电子技术基础 第27页 5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法 3、 触发器功能的几种表示方法 1) 逻辑功能表 (CP=1) S 0 0 0 0 1 1 1 1 数字电子技术基础 R 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn+1 0? n ?Q 1? 信息学院 说 明 状态不变 状态同S 状态同S 状态不定 0? ?0 0? 1? ?1 1? - - 第28页 5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法 2) 特性方程 触发器次态Qn+1与输 入状态R、S及现态Qn之间 关系的逻辑表达式称为触 发器的特性方程。 RQn S 0 1 00 01 11 信息学院 10 0 1 1 1 0 × 0 × RS 触发器次态卡诺图 ?Q n ?1 ? S ? RQ n ? ? SR ? 0 (约束条件) 数字电子技术基础 第29页 5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法 逻辑功能表 信息学院 3) 状态转换图 S=0 R=1 S=x R=0 1 0 S 0 0 0 0 1 1 1 1 R 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn+1 说 明 0? n ? Q 状态不变 1? S=0 R=x 0? ?0 0? 1? ?1 1? - - 状态同S 状态同S S=1 R=0 状态不定 状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保 任何电路结构的 RS触发器都有与此相同的功 能表、特性方程及状态转换图。 持原状不变时,对输入信号的要求。 数字电子技术基础 第30页 5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法 信息学院 4)波形图:触发器的功能也可以用输入输出波形 图直观地表示出来 在CP为高电平期间,R、S信号影响触发器的状态。 在CP为低电平期间,触发器的状态不变。 CP S R Q 数字电子技术基础 同步RS触发器线.1.2 同步RS触发器 4、时序电路分析举例 信息学院 例1 同步RS触发器及逻辑门组成的时序电路及输入CP、D 端波形如图所示,设触发器初态为0,试画出触发器Q 端的 输出电压波形。〔同步D锁存器(或称双稳态锁存器), 适用于单端输入信号的场合。〕 解:同步RS触发器S=D,R= D, 电路只有置0、置1两种 逻辑功能。 D CP 1 Q 1S C1 1R CP D S(R) Q Q 数字电子技术基础 第33页 信息学院 The End 数字电子技术基础 第34页 5.1.2 同步RS触发器 同步RS触发器存在的问题: CP S R Q 信息学院 造成空翻现象的原因是同步触发器结构的不 ?在一个时钟周期的整个高电平期间或整个低电平期间 完善,下面将讨论的几种无空翻的触发器,都 都能接收输入信号并改变状态的触发方式称为电平触 是从结构上采取措施,从而克服了空翻现象。 发。由此引起的在一个时钟脉冲周期中,触发器发生 多次翻转的现象叫做空翻。空翻是一种有害的现象, 它使得时序电路不能按时钟节拍工作,造成系统的误 动作。 第35页 数字电子技术基础 5.1.3 主从触发器 1、由两个同步RS触发器组成的主从触发器 (1)电路结构和逻辑符号 G G 8 4 信息学院 G S & & G Q’ 6 & 2 “┐”表示“延迟输 出” Q 1S & Q CP C1 & R G 7 & G 1 G 5 Q’ & & Q 1R G G 3 1 Q 主触发器 从触发器 9 逻辑符号 直接接收 输入信号 数字电子技术基础 接收主触发器 的输出信号 第37页 5.1.3 当CP=1时: G7被打开 主从触发器 信息学院 (2)工作原理(内部原理分析) Q’和Q’的状态由S和R决定 1 1 1 1 CP=1 G8被打开 数字电子技术基础 1 0 Q和Q的状 态保持不变 第38页 5.1.3 (2)工作原理 主从触发器 ? 当CP=1时 Q 信息学院 有效电平 主触发器 Q? S CP R 1S ┐ Q’和Q’的状态由S和R决定 从触发器 1S ┐ 主触发器根据S 和R的状态翻转, 而从触发器保 1 C1 1R 1 ┐ Q? C1 1R ┐ Q 持原来的状态 不变。 0 无效电平 Q和Q的状态 保持不变 两个同步RS触发器都是在 CP=1时有效。 数字电子技术基础 第39页 信息学院 5.1.3 主从触发器 (2)工作原理 无效电平 主触发器 Q? Q’和Q’的状态不变 从触发器 ? 当CP由1变0时 无论S、R的状态 如何改变,主触 S 1→0 CP R 1S C1 ┐ 1S ┐ Q Q? ┐ 1 C1 发器的状态不再 ┐ 1R 1R Q 改变。而此时从 0→1 有效电平 数字电子技术基础 Q和Q的状态 按Q’和Q’的 状态翻转 触发器按照与主 触发器相同的状 态翻转。 第40页 信息学院 5.1.3 (2)工作原理 主从触发器 ? 当CP=0时 主触发器被封 Q’和Q’的状态不变 无效电平 主触发器 Q? S CP R 1S ┐ 从触发器 1S ┐ Q 锁,其状态保持 0 C1 1R 1 ┐ Q? C1 1R ┐ 不变;从触发器 Q 状态因受主触发 器状态影响,此 时主触发器状态 不变,故从触发 器状态也不会再 变。 第41页 1 有效电平 数字电子技术基础 Q和Q的状态 也不变 5.1.3 主从触发器 (3)RS 触发器功能分析 信息学院 1) 特性方程 2) 逻辑功能表 S 0 0 0 0 1 1 1 1 R 0 0 1 1 0 0 1 1 Qn 0 1 0 1 0 1 0 1 Qn+1 说 明 0? n ? Q 状态不变 1? ?Q n ? 1 ? S ? R Q n (约束条件) ? ? SR ? 0 3) 状态转换图 S=0 R=1 S=x R=0 0? ?0 0? 状态同S S=x R=0 1 0 S=0 R=x S=0 R=x 1? ?1 1? - - 状态同S S=1 R=0 状态不定 数字电子技术基础 第42页 5.1.3 主从触发器 (4)电路特点 信息学院 ①主从RS触发器采用主从控制结构,从根本上解决了输 入信号直接控制的问题。 具有CP=1期间接收输入信号,CP下降沿到来时触发翻转的 特点。在CP的一个变化周期中触发器输出端的状态只可能改变 一次。 ②主从触发器的翻转是在CP由1变0时刻(CP下降沿)发 生的,CP一旦变为0后,主触发器被封锁,其状态不 再受R、S影响,故主从触发器对输入信号的敏感时间 大大缩短,只在CP由1变0的时刻触发翻转,因此不会 有空翻现象。 ③仍然存在着约束问题。即在CP=1期间,输入信号R和S不能 同时为1。 数字电子技术基础 第43页 信息学院 The END 数字电子技术基础 第44页 5.1.3 主从触发器 2、主从 JK 触发器 信息学院 RS触发器的特性方程中有一约束条件SR=0,即 在工作时,不允许输入信号R、S同时为1。这一约束 条件使得RS触发器在使用时,有时感觉不方便。如 何解决这一问题呢?我们注意到,触发器的两个输 出端Q、Q 在正常工作时是互补的,即一个为1, 另一个一定为0。因此,如果把这两个信号通过两根 反馈线门,就一定有一个 门被封锁,这时,就不怕输入信号同时为1了。这就 是主从JK触发器的构成思路。 数字电子技术基础 第45页 5.1.3 主从触发器 G 8 信息学院 G 4 J G 2 S & & G 6 & & Q CP & & & G 5 & Q K R G 7 G 1 G 3 1 G 9 电路结构 数字电子技术基础 第46页 5.1.3 主从触发器 (2) 主从JK触发器的功能分析 1)逻辑功能:特性方程 主从RS触发器 & J G10 CP G11 K & & 信息学院 ?Q n ?1 ? S ? RQ n ? ? SR ? 0 将 G2 & Q S G8 & G6 & Q? G4 & S ? JQ R = KQ 代入上式,得到JK 触发器的特性方程: & G5 1 G9 Q? & G3 & G1 Q R G7 Q n ?1 ? JQ ? KQ Qn ? JQ ? KQ n n n n 电路结构 数字电子技术基础 第47页 5.1.3 主从触发器 (2)功能分析 Q n ? 1 ? J Q n ? KQ n ?2)JK 触发器的功能表 J 0 0 0 0 1 1 信息学院 K 0 0 1 1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 Qn+1 说 明 0? n ?Q 1? 状态不变 J 0 0 1 1 K 0 1 0 1 Qn+1 Qn 0 1 Qn 0? ?0 0? 1? ?1 1? 置 0 置 1 ?3)JK 触发器的状态转换图 J=X K=1 S=x R=0 1 1 1 1 0 1 1? n ?Q 翻 转 0? J=X K=0 1 0 J=0 K=X S=0 R=x 任何结构的JK触发器都具有与以上相同的功能表、特性方程及 状态转换图。 数字电子技术基础 第48页 J=1 K=X 5.1.3 主从触发器 (3)工作波形 信息学院 已知CP、J、K 信号的波形,触发器的初 态为0 ,画出输出端Q的工作波形。 JK触发器线 Qn 在CP脉冲的低电平到 在CP脉冲的高电平期间将输入 在画主从触发器的波形图时,应注意以下两点: 来时发生状态变化。 信号存储于主触发器。 CP (1)触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿(这里 低电平触发 是下降沿)。 1 0 1 0 J 1J Q J (2)在CP=1期间,如果输入信号的状态没有改变,判断 K CP C1 触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态。 0 1 1 0 K 1K Q Q 第49页 在高电平处接收输入信号 数字电子技术基础 5.1.3、主从JK 触发器 信息学院 例1 主从JK 触发器的输入信号CP、D 的波形分别如图所示,设触发 器的初态为1,试画出输出端 L 的波形。 在CP脉冲的高电平到 在CP脉冲的低电平期间将输入 解:J=D,K= D, 只有置0和置1两种功能。 信号存储于主触发器。 Q 1J C1 来时发生状态变化。 D CP 1 CP Q & L 1K J(K) D Q Q 高电平触发 JK 触发器线 数字电子技术基础 Qn+1 Qn 0 1 L Qn L ? CP ? Q ? CP ? Q 第50页 信息学院 The End 数字电子技术基础 第56页 信息学院 5.1.3 主从JK 触发器存在的问题 问题:一次变化 主从JK触发器如图(a)所示,设初始状态为0,已 知输入J、K的波形图如图(b),画出输出Q的波形图。 G8 & JJ G10 CP & G4 & G6 1J C1 & Q? Q G2 & Q CP J CP G11 & & G7 K K 1K & Q? G5 & G3 Q & G1 K=0 Q Q 图(b) 主从JK触发器的一次变化波形 G (a) 1 9 数字电子技术基础 第57页 信息学院 5.1.3 主从JK 触发器存在的问题 CP J K=0 Q 图(b)主从JK触发器的一次变化波形 由此看出,主从JK触发器在CP=1期间,主触发器只变化(翻 转)一次,这种现象称为一次变化现象。一次变化现象也是一 种有害的现象,如果在CP=1期间,输入端出现干扰信号,就可 能造成触发器的误动作。为了避免发生一次变化现象,在使用 主从JK触发器时,要保证在CP=1期间,J、K保持状态不变。 要解决一次变化问题,仍应从电路结构上入手,让触发器只 接收CP触发沿到来前一瞬间的输入信号。这种触发器称为边沿 数字电子技术基础 触发器。 第58页 5.1.4 边沿触发器 信息学院 边沿触发器不仅将触发器的触发翻转控制 在CP触发沿到来的一瞬间,而且将接收输入信 号的时间也控制在CP触发沿到来的前一瞬间。 因此,边沿触发器既没有空翻现象,也没有一 次变化问题,从而大大提高了触发器工作的可 靠性和抗干扰能力。 数字电子技术基础 第59页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持-阻塞D触发器 1、电路结构和逻辑符号 同步RS触发器的基础上,再加两个门G5、G6,将输入信 号D变成互补的两个信号分别送给R、S端,即R= D ,S=D,就 构成了同步D触发器。很容易验证,该电路满足D触发器的逻 辑功能,但有同步触发器的空翻现象。 CP G1 & D G5 R & G3 & Q & G6 S & G4 & G2 Q 数字电子技术基础 第60页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持-阻塞D触发器 1、电路结构和逻辑符号 为了克服空翻,并具有边沿触发器的特性,在下图电路 的基础上引入三根反馈线 & Q L2 & G6 S L1 & G4 & G2 Q 数字电子技术基础 第61页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持-阻塞D触发器 1、电路结构和逻辑符号 CP RD 基本RS触发器 1 D G1 & G5 & G3 & Q SD & G6 S 1D >C1 Q & G4 & G2 Q 0 SD RD R Q 逻辑图 SD、RD分别为直接置1和置0 信号,低电平有效。 数字电子技术基础 逻辑符号 第62页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持-阻塞D触发器 1、电路结构和逻辑符号 清 零 端 CP RD 基本RS触发器 1 0 D & G5 & G3 1 1 1 1 1 1 G1 & 0 1 Q SD & G6 S 1D >C1 Q & G4 & G2 Q 预 置 端 0 1 SD 1 0 RD R Q 逻辑图 逻辑符号 S 和S分别为直接置1和置0 信号,低电平有效。 RD、RDD的作用主要是用来给触发器设置初始状态,或对触发 器的状态进行特殊的控制。在使用时要注意,任何时刻,只能一 个信号有效,不能同时有效。 数字电子技术基础 第63页 信息学院 The End 数字电子技术基础 第64页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 2、工作原理 CP = 0 CP RD & & CP = 0 期间D信号存于Q6 0 G1 SD=RD =1 Q3 Q5 D & & 1 Q5 ? D & D G5 G6 G3 G4 Q6 1 Q Q6 ? D Qn+1=Qn & & D & & 1 Q4 & Q 1 G 2 SD 数字电子技术基础 第65页 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 2、工作原理 信息学院 CP由0变1 CP RD Q n ?1 ?D G1 Q n?1 ? D SD=RD =1 Q & D G5 G6 Q5 D & & Q3 & D G3 G4 Q6 D & D & & D Q4 & G2 D Q SD 在CP脉冲的上升沿到来时,触法器的状态改变,且与D信号相同 数字电子技术基础 第66页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 2、工作原理 CP=1 RD 置0维持线 & & D G5 G6 Q5 & G3 G4 & 1 D 0 0 1 D 1 Q4 G2 Q 1 & Q6 & & 0 Q SD 数字电子技术基础 第67页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 2、工作原理 CP=1 CP 1 若Q3=1, Q4=0 SD=RD =1 1 & & G3 G4 Q3 G1 RD Q5 & D G5 G6 & D 1 Q 0 1 & Q & & Q6 & D 0 Q4 1 数字电子技术基础 G2 可见,维持—阻塞触发器是利用了维持线和阻塞线,将触发器 SD 的触发翻转控制在CP上跳沿到来的一瞬间,并接收CP上跳沿到 置0阻塞线维持线 来前一瞬间的D信号。维持—阻塞触发器因此而得名。 第68页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 3、触发方式 CP RD G1 SD & & G3 S 1D >C1 Q & D G5 Q RD & G2 R Q & G6 & G4 Q 逻辑符号 SD 维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化,属上升沿 触发方式。其次态取决于CP脉冲上升沿到达前瞬间D端的信号。 数字电子技术基础 第69页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 4、 逻辑功能 逻辑功能表 特性方程 Qn+1=D D Qn 0 1 0 Q n?1 0 0 1 状态转换图 D=1 D=0 0 D=0 1 D=1 0 0 1 1 1 1 数字电子技术基础 第70页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 一、 维持阻塞D触发器 工作波形 D 触发器的逻辑功能表 D Qn 0 1 0 1 Q n?1 0 0 1 Q CP D 0 0 1 1 1 “1” D CP S 1D > C1 R Q 维持阻塞D触发器状态变化产生在时钟 脉冲的上升沿,其次态决定于该时刻前 瞬间输入信号D。 数字电子技术基础 Q 第71页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 二、 由传输门组成的CMOS主从D触发器 1.电路结构 CP G1 D TG1 1 CP CP TG2 主触发器 CP 从触发器 CP TG4 G2 1 TG3 CP Q G3 1 CP Q G4 1 1D C1 Q Q 逻辑符号 CP 用CMOS逻辑门和CMOS传输门组成的主从D触发器。图中, G1、G2和TG1、TG2组成主触发器,G3、G4和TG3、TG4组成从 触发器。CP和为互补的时钟脉冲。由于引入了传输门,该电 路虽为主从结构,却没有一次变化问题,具有边沿触发器的 数字电子技术基础 特性。 第72页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 二、 由传输门组成的CMOS主从D触发器 CP G1 D TG1 1 CP CP TG2 主触发器 CP 从触发器 CP TG4 G2 1 TG3 CP Q G3 1 CP Q G4 1 1D C1 Q Q 逻辑符号 CP 2.工作原理: (1) CP正跳变后: TG1导通,TG2截止——输入信号D 送入主触发器Q,。 TG3截止,TG4导通——从触发器维持在原来的状态不变。 数字电子技术基础 第73页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 二、 由传输门组成的CMOS主从触发器 2.工作原理: CP G1 D TG1 1 CP CP TG2 主触发器 CP 从触发器 CP TG4 G2 1 TG3 CP Q G3 1 CP Q G4 1 1D C1 Q Q 逻辑符号 CP (2) CP负跳变后: TG1截止,TG2导通——主触发器维持原态不变。 可见,该触发器是在利用4个传输门交替地开通和关闭将触发 器的触发翻转控制在CP下跳沿到来的一瞬间,并接收CP下跳沿到 TG3导通,TG4截止——主触发器的状态送入从触发器使Q 来前一瞬间的D信号。 状态变化。 数字电子技术基础 第74页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 3. 由传输门组成的CMOS主从触发器 触发方式:在CP高电平期间存储信号,CP的负跳 沿触发翻转. (2) D触发器的逻辑功能 逻辑功能表 D 特性方程 状态转换图 Qn+1=D Qn 0 1 0 1 Q n?1 0 0 1 1 0 0 1 1 D=0 D=0 0 D=1 1 D=1 数字电子技术基础 第75页 信息学院 5.1.3 主从触发器 3. 由传输门组成的CMOS主从触发器 ? (2) D触法器的逻辑功能 工作波形 1D C1 Q CP D Q 逻辑符号 Q 数字电子技术基础 第76页 信息学院 5.1.4 边沿触发器 例 1:高速CMOS边沿D触发器74HC74电路及输入CP、RD、SD和D信号 波形分别如图所示,设触发器的初态为1,试对应画出输出端Q的波形。 SD D CP RD 1 2 3 S 1D > C1 1 27474 Q CP SD RD D 直接(异步)输入端 数字电子技术基础 Q 第77页 5.2 集成触发器 信息学院 1. 集成主从RS 触发器(TTL集成主从RS触发器74LS71 ) SD S1 S2 S3 1CP R1 R2 R3 RD S & 1S Q > C1 & 1R R Q 逻辑符号 数字电子技术基础 74LS71为多输入端的单 RS触发器,它有3个R端和3个 14 V NC 1 2 13 S R S端,3个R端之间是与逻辑关 3 12 S 1CP 系,3个S端之间也是与逻辑 4 11 R S 关系,1R 5 R1· 2·10,1S = = R R3 R S 9 S1· 2· 3。使用中如有多余的 S S Q 6 R 8 GND 7 Q 输入端,应将其接高电平。 该触发器带有直接置0端RD和 引脚分布图 直接置1端SD,都为低电平有 效,不用时应接高电平。 74LS71为主从型触发器,CP 下跳沿触发。 CC D 1 2 3 D 3 2 1 第78页 5.2 集成触发器 信息学院 主从RS 触发器74LS71功能表 输 SD S1 S2 S3 1CP R1 R2 R3 RD S & 1S Q 入 输出 预置 SD 清零 时钟 CP RD 1S 1R Q H Q L L H × × × > C1 & 1R R Q H H H L H H × × × L H L L Q n Qn H L H L 逻辑符号 H H H H L H H H L H 不 定 第79页 数字电子技术基础 5.2 集成触发器 信息学院 2. 集成主从JK触发器---HC76 1)、逻辑符号和引脚图 1CP 1 2 1SD 1J 1RD 3 4 5 16 1K 15 1Q 14 1Q 13 GND 12 2K 11 VCC 2CP 6 2SD 7 预 置 输 入 端 1SD 1J 1CP 1K 1RD 2SD 2J 2CP S 1J 1Q 1Q >C1 1K R 2Q 2Q 2J 10 9 2RD 8 引脚图 高速CMOS双JK触发器 主从TTL的7476、74H76、边沿TTL74LS76等,功能都一样。 数字电子技术基础 清 > 2Q 零 2K 输 2RD 入 逻辑符号 端 属于负跳沿触发的边沿触发器 80 第80页 2Q 5.2 集成触发器 信息学院 2 .集成主从JK触发器---HC76 2)JK触发器HC76的逻辑功能表 输 入 CP × J × K × 输 出 Q H Q SD L RD H L H H H L H H × × L H × L L L Qn H H Qn L H H H H L H H H L Qn H Qn 数字电子技术基础 第81页 5.2 3、 集成边沿D触发器 集成触发器 信息学院 (1)逻辑符号和引脚图 1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q 异 步 置 位 端 异 步 清 零 端 1SD 1D 1CP D 1RD S 1D 1Q 1Q >C1 R 1K 2SD 2D 2CP 2RD 1D 2Q 2Q > C1 R 引脚图 数字电子技术基础 逻辑符号 第82页 5.2 集成触发器 信息学院 2、逻辑功能表 CP ? ? ? × × × 数字电子技术基础 D 0 1 × × × × RD S D 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 Qn+1 0 1 Qn 0 1 不用 第83页 信息学院 5.3 触发器的功能转换 RS 触发器 JK 触发器 T 触发器 D 触发器 RS触发器:置0、置1、不变、不定 JK触发器:置0、置1、翻转、不变 T触发器:翻转、不变 D触发器:置0、置1 数字电子技术基础 第84页 信息学院 5.3 (1)JK→D 触发器的功能转换 1.用JK触发器转换成其他功能的触发器 分别写出JK触发器和D触发器的特性方程 Q n?1 ? J Q n ? KQ n Qn?1 ? D Q ┌ n Q ┌ ? D(Q n ? Q n ) ? DQ ? DQ n 比较得:J ? D K?D 1K C1 1J 1 画出逻辑图: 数字电子技术基础 CP D 第85页 5.3 触发器的功能转换 信息学院 (2)JK→T(T’) 写出JK触发器和T触发器的特性方程: Q n?1 ? J Q n ? KQ n Q n?1 ? T Q n ? TQ n 比较得:J=T,K=T。 Q ┌ Q ┌ 令T=1,即可得T’触发器。 Q ┌ Q ┌ 1K C1 1J 1K C1 1J 1 数字电子技术基础 CP T CP 第86页 信息学院 5.3 (1)D→JK 触发器的功能转换 2.用D触发器转换成其他功能的触发器 Q 写出D触发器和JK触发 Q 器的特性方程: Qn?1 ? D 1D ≥1 & 1 J K C1 ∧ Q n?1 ? J Q n ? KQ n 比较得: & D ? J Q n ? KQ n 画出逻辑图。 数字电子技术基础 CP 第87页 信息学院 5.3 (2)D→T 触发器的功能转换 写出D触发器和T触发器 的特性方程: Q Q Qn?1 ? D Qn?1 ? T Qn ? TQn 1D C1 ∧ 比较得: D ? T Qn ? TQn ? T ? Qn =1 画出逻辑图。 数字电子技术基础 T CP 第88页 信息学院 5.3 (2)D→T’ 触发器的功能转换 写出 D触发器和T’触发 器的特性方程: Q Q Qn?1 ? D Qn ?1 ? Qn 1D C1 ∧ 比较得: D ? Qn 画出逻辑图。 数字电子技术基础 CP 第89页 信息学院 5.4 触发器“记忆”功能的举例 触发器的应用非常广泛,是时序逻辑电路重 要的组成部分,其典型应用将在下一章中作较详 细的介绍。这里先举一例,使读者体会触发器的 “记忆”作用。 例:设计一个3人抢答电路。3人A、B、C各控制一个 按键开关KA、KB、KC和一个发光二极管DA、DB、DC。 谁先按下开关,谁的发光二极管亮,同时使其他人的 抢答信号无效。 数字电子技术基础 第90页 信息学院 5.4 触发器“记忆”功能的举例 +Vcc +5V KA A GA & VOA DA 330Ω 1. 用门电路组 成的基本电路 R KB B R KC C R GC & VOC DC 330Ω GB & VOB DB 330Ω 开始抢答前,三按键开关KA、KB、KC均不按下, A、B、C三信号都为0,GA、GB、GC门的输出都为1,三 个发光二极管均不亮。 数字电子技术基础 第91页 信息学院 5.4 触发器“记忆”功能的举例 +Vcc +5V KA A R KB B R KC C R GC & VOC DC 330Ω GB & VOB DB 330Ω GA & VOA DA 330Ω 讨论:该电 路有缺陷吗? 开始抢答后,如KA 第一个被按下,则A=1,GA 门的 输出变为VOA=0,点亮发光二极管DA,同时,VOA的0信号 封锁了GB、GC门,KB、KC再按下无效。 数字电子技术基础 第92页 信息学院 5.4 触发器“记忆”功能的举例 + Vcc +5V QA GA KR & VOA DA 330Ω KA FFA Q S R 2.用基本RS触发 器组成的电路 其中KR为复位键, 由裁判控制。 R R QB GB & VOB DB 330Ω KB FFB Q S R R R QC GC & VOC DC 330Ω KC FFC Q S R R R 该电路与门电路功能一样,但由于使用了触发器,按键开关 开始抢答前,先按一下复位键KR,即3个触发器的R信号都为 只要按一下,触发器就能记住这个信号。如KA第一个被按下,则 0,使QA、QB、QC均置0,三个发光二极管均不亮。开始抢答后, FFA的S=0,使QA置1,然后松开KA,此时FFA的S=R=1,触发器保 如KA 第一个被按下,则FFA的S=0,使QA置1,GA 门的输出变为 持原状态,保持着刚才的QA=1,直到裁判重新按下KR键,新一轮 VOA=0,点亮发光二极管DA,同时,VOA的0信号封锁了GB、GC门, 抢答开始。这就是触发器的“记忆”作用。 K数字电子技术基础 第93页 B、KC再按下无效。 信息学院 5.5 触发器的脉冲工作特性及主要参数 触发器的脉冲工作特性是指触发器对时钟脉 冲、输入信号以及它们之间相互配合的的时间关 系的要求。掌握这种工作特性对触发器的应用非 常重要。 (自学) 数字电子技术基础 第94页 信息学院 本章小结 1.触发器有两个基本性质:(1)在一定条件下,触发器可维持在两 种稳定状态(0或1状态)之一而保持不变;(2)在一定的外加信号 作用下,触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。这就使 得触发器能够记忆二进制信息0和1,常被用作二进制存储单元。 2.触发器的逻辑功能是指触发器输出的次态与输出的现态及输入信号 之间的逻辑关系。描写触发器逻辑功能的方法主要有特性表、特性 方程、驱动表、状态转换图和波形图(又称时序图)等。 3.按照结构不同,触发器可分为: (1) 基本RS触发器,为电平触发方式。 (2) 同步触发器,为脉冲触发方式。 (3) 主从触发器,为脉冲触发方式。 (4) 边沿触发器,为边沿触发方式。 数字电子技术基础 第95页 本章小结 4.根据逻辑功能的不同,触发器可分为: (1) RS触发器 Qn?1 ? S ? RQn RS=0 (约束条件) 信息学院 (2) JK触发器 (3) D触发器 (4) T触发器 Qn?1 ? J Qn ? KQn Q n?1 ? D Qn?1 ? T Qn ? TQn Q n?1 ? Q n (5)T’触发器 5.同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能;同一逻辑功能的 触发器可以用不同的电路结构来实现;不同结构的触发器具有不同 的触发条件和动作特点,触发器逻辑符号中CP端有小圆圈的为下降 沿触发;没有小圆圈的为上升沿触发。 6.利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。 数字电子技术基础 第96页

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