数电经典课件第5章.ppt

1、第五章 触发器,5.2 钟控触发器,5.4 边沿触发器,5.1 基本触发器,5.3 主从触发器,5.1 基本触发器,5.1.1、基本触发器电路组成和工作原理 1用与非门组成的基本RS触发器 （1）电路结构:由两个门电路交叉连接而成。,置1端,置0端,信号输入端,信号输出端,（2）逻辑功能,触发器有两个互补的输出端，,当Q=1， =0时，称为触发器的1状态。,当 =1，Q=0时，称为触发器的0状态。,0 1,1,0,0,0,1,1,置0,0,0,1,/RD称为置0输入端 低电平有效,0,1,现态：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。,次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳

2、定状态。,（2）逻辑功能,触发器有两个互补的输出端，,当Q=1， =0时，称为触发器的1状态。,当 =1，Q=0时，称为触发器的0状态。,0 1,0,1,1,1,0,0,置0,0,0,1,/SD称为置0输入端 低电平有效,0,1,1 0,置1,1,0,1,1,（2）逻辑功能,触发器有两个互补的输出端，,当Q=1， =0时，称为触发器的1状态。,当 =1，Q=0时，称为触发器的0状态。,0 1,1,1,0,0,1,1,置0,0,0,0,0,1,1 0,置1,1,0,1,1,1 1,保持,0,0,1,1,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。,（2）逻辑

3、功能,触发器有两个互补的输出端，,当Q=1， =0时，称为触发器的1状态。,当 =1，Q=0时，称为触发器的0状态。,0 1,置0,0,0,0,1,1 0,置1,1,0,1,1,1 1,保持,0,0,1,1,0 0,0,0,1,1,1,1,0,0,？,（3）波形分析,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,例5.1.1 在用与非门组成的基本RS触发器中，设初始状态为1，已知输入R、S的波形图，画出两输出端的波形图。,置1,置0,置1,置1,置1,保持,不允许,逻辑功能：,1,0,0,0,1,1,0,2用或非门组成的基本RS触发器,SD仍然称为置1输入端，但为高电平有效。 RD

4、仍然称为置0输入端，也为高电平有效。,基本触发器的特点总结：,（1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。 （2）有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能。 （3）/RD为复位输入端，/SD为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。 （4）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即“一触即发”。,5.1.2、基本触发器功能的描述,触发器的功能主要有三种方法： （1）状态转移真值表（功能表）,（2）特性方程 由功能表画出卡诺图得特性方程：,次态Qn+1的卡诺图,特性方程,触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Q

5、n之间的逻辑关系式,（3）状态转换图和激励表 A 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持原状不变时，对输入信号的要求。,0,1,/RD= / SD=1,/RD=1 /SD=,/RD=1 /SD=0,/RD=0 /SD=1,B、激励表是用表格的方式表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。,0 0 0 1 1 0 1 1, 1 1 0 0 1 1 ,0,1,/RD= / SD=1,/RD=1 /SD=,/RD=1 /SD=0,/RD=0 /SD=1,低电平有效,5.2 钟控触发器,基本触发器具有保持功能，输出与输入不象组合电路那样一一对应，输入同为1

6、，输出可为状态0，也可为状态1。 但基本触发器又与组合电路类似，输入任意时刻发生变化，输出马上跟着改变。,在时序电路中，常常希望输入信号只作为输出变化的条件，何时开始翻转要由节拍器（时钟）来决定。显然基本触发器不具有这样的功能。 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，触发器的状态才能改变。这种触发器称为钟控触发器。 钟控触发器具有按时钟拍节工作的特点，下面我们 看看几种钟控触发器的工作原理。,1钟控RS触发器的电路结构,5.2.1 钟控RS触发器,国标符号,信号输入端,信号输出端,2逻辑功能,当CP0时，控制门G3、G4关闭， ,触发器的状态保持不变。 当CP1时，G3、

7、G4打开， ,输出状态由R、S端的输入信号决定。,钟控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。,1,0,0,1,1,0,1,注意：只有当R和S同时由1变为0时，Q 的状态不定。,3特性方程,当CP1时， 。,基本触发器特性方程,特性方程,（约束条件）,4状态转移真值表,5状态转移图及激励表,根据状态转移真值表作出状态转移图和激励表,0,1,R= S=0,R=0 S=,R=0 S=1,R=1 S=0,当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号RS00或01，触发器仍为1状态；,若RS01，触发器就会翻转成为1状态。,若RS10，触发

8、器就会翻转成为0状态。,5状态转移图及激励表,根据状态转移真值表作出状态转移图和激励表,0,1,R= S=0,R=0 S=,R=0 S=1,R=1 S=0,0 0 0 1 1 0 1 1, 0 0 1 1 0 0 ,主要特点,（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0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。,例：钟控R-S触发器的输入波形如图，画出输出端Q的波形。,1钟控D触发器的电路结构,5.2.2 钟控D触发器,当CP=0时， ，Q保持不变；,当CP=1时，

9、 ，Q将发生转移，状态方程为：,CP=1期间有效,2状态转移真值表,由CP=1时的特征方程Qn+1=D,可以得到CP=1时的状态转移真值表,3状态转移图及激励表,例 已知D触发器的输入波形，画出输出波形图。,在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。,1钟控J-K触发器的电路结构,5.2.3 钟控J-K触发器,当CP=0时， ，Q保持不变；,当CP=1时， ，Q将发生转移，状态方程为：,CP=1期间有效,2状态转移真值表,由CP=1时的特征方程 , 可以得到CP=1时的状态转移真值表,3状态转移图及激励表,保持 置0 置1 翻转,

10、波形图,在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号J、K情况的不同，具有置0、置1、保持和翻转功能的电路，都称为JK触发器。,CP,J,K,Q,Q,1钟控T触发器的电路结构,524 钟控T触发器,当CP=0时， ，Q保持不变；,当CP=1时， ，Q将发生转移，状态方程为：,CP=1期间有效,2状态转移真值表,由CP=1时的特征方程 , 可以得到CP=1时的状态转移真值表,3状态转移图及激励表,电位触发方式当钟控信号CP为低（高）电平时，触发器不接受输入激励信号，触发器状态保持不变；当钟控信号CP为高（低）电平时，触发器接受输入激励信号，状态发生转移。,5.2.5 电位触发方式的工作特性

11、,电位触发方式的特点： 在约定钟控信号电平（CP=1或CP=0）期间，输入激励信号的变化都会引起触发器状态的改变； 在非约定钟控信号电平（CP=0或CP=1）期间，无论输入激励信号如何变化，触发器状态保持不变。,例,由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。 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。,5.3 主从触发器,由两级同步RS触发器串联组成。 G1G4组成从触发器， G5G8组成主触发器。 CP 与CP互补，使两个触发器工作在两个不同的时区内。,5.3.1、 主从RS触发

12、器 1电路结构,2工作原理,主从触发器的触发翻转分为两个节拍：,（1）当CP1时，CP0，”从“保持。 ”主”工作，接收R和S端的输入信号。,G,9,2工作原理,主从触发器的触发翻转分为两个节拍：,（1）当CP1时，CP0，”从“保持。 ”主”工作，接收R和S端的输入信号。,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1,波形图,CP,R,S,Q主,Q,主从触发器的特点：在CP的一个周期中触发器的输出状态只能改变一次。,（1）主从触发器的翻转是在CP由1变0时刻（CP下降沿）发生的。 （2）CP一旦变为0后，主触发器被封锁，其状态不再受R、S影响，因此不会有空翻现象。,主从RS触发器的

13、符号：,5.3.2、 主从JK触发器,主从RS触发器的缺点： 使用时有约束条件 RS=0,1电路结构,为此，将触发器的两个互补的输出端信号通过两根反馈线分别引到输入端的G7、G8门，这样，就构成了JK触发器。,2工作原理,（1）当CP1时，CP0，”从“保持，”主”工作，接收输入信号。,CP,R S,R S,3主从JK触发器的一次翻转现象,如果CP=1期间，J、K变化引起主触发器发生状态发生第一次翻转，即,（1）当CP=0时，,CP,（2）当CP=1时，,将次态作为现态，求出新的次态，此时,注意：在主触发器状态变化之前， 即CP=0时，,则此后无论J、K如何变化，都不会使Q主再次翻转。直到CP

14、=0后，再次为1，才可产生新的翻转。,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,1,1,0,1,1,0,例 已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为0）。,0,1,0,1,1,1,0,1,1,0,1,1,0,0,1,1,0,1,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，这种现象称为一次翻转现象。,Q,Q,主,例1 已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形图（设初始状态为0）。,CP=1,若J、K变化，触发器的状态与真值表、特征方程不对应，存在一次变化现象。,例2 已知主从JK触发器J、K的波形如图所示，画出输出Q的波形图（

15、设初始状态为0）。,在画主从触发器的波形图时，应注意以下几点： （1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）,（2）判断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。,（3）一次翻转现象,带清零端和预置端的主从JK触发器,0,0,1,0,0,1,带清零端和预置端的主从JK触发器的逻辑符号,集成主从JK触发器,与输入主从JK触发器的逻辑符号,主从JK触发器功能完善，并且输入信号J、K之间没有约束。但主从JK触发器还存在着一次变化问题，即主从JK触发器中的主触发器，在CP1期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是J、K变化引起，也可以是干扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需进

16、一步提高。,例：给出主-从J-K触发器CP、J、K、RD及SD端的信号波形图，试绘出Q端的波形图。,/RD、 /SD- 直接复位、置位端,1. 当/RD=0 /SD=1时 Q=0,2. 当/RD=1 /SD=0时 Q=1,3. 当/RD=1 /SD=1时 触发器正常工作,此时当CP脉冲有效跳变沿到来时，触发器的次态输出Qn+1取决于J、K及Qn,当J、K不同时，,触发器的次态输出Qn+1与J相同,当J、K同为 0 时，,Qn+1=Qn,当J、K同为 1 时，,保持状态,计数状态,图5-3-5 集成主从J-K触发器,电路结构,直接置0端,直接置1端,逻辑符号及功能说明,Q,后输出信号,1、下降沿

17、触发的JK触发器电路组成,5.4.2 下降沿触发的边沿触发器,特点：门G和H的平均延迟时间比基本触发器的平均延迟时间长。,2、工作原理,（1）、/RD=0、/SD =1时，置0；,（2）、/RD=1、/SD =0时，置1；,（3）、/RD=1、/SD =1， 当CP=1时，触发器保持；,2、工作原理,（3）、/RD=1、/SD =1，当CP由10时，由于门G和H平均延迟时间比基本触发器平均延迟时间长，所以CP=0首先封锁门C和门F，这样由门A、B、D、E构成基本触发器，所以,3、后沿触发JK触发器功能表及逻辑符号, CP=0及CP=1期间触发器状态维持不变，只有CP到来，触发器的状态只取决于C

18、P脉冲到来前一瞬间输入信号JK的状态。,二、后沿触发的边沿触发器,4、特征方程及工作波形,J,K,Q,CP,初态为1,对于维持阻塞触发器：在CP信号的到来前一个极短的时间内，外部激励信号已取样进入触发器，当CP到来，取样信号逐级传输引起触发器状态转移，与此同时，维持阻塞逻辑立即起作用，隔离了外部激励信号。即正跳转移,对于边沿型触发器：状态仅在CP信号的或到来时刻进行转移，而状态的变化则取决于CP边沿到来前一瞬间对外部激励信号的取样值。事实上维持阻塞型触发器是一种正边沿触发器。,目前大多数使用D、JK触发器，在需要使用其它类型触发器时，可以通过逻辑功能转换的方法，把D、JK触发器转换为需要的触发

19、器。,一、D触发器转换为JK、RS、T、T触发器。,转换方法：,用特征方程法,1、DJK,把单端输入触发器，通过转换电路变换为双端输入触发器。,转换,D触发器转换电路JK逻辑功能。,D触发器特征方程：,JK触发器特征方程：,两个特征方程相比较，令其相等。,触发器类型转换,转 换,D,K,J,CP,2、DRS,D触发器特征方程：,RS触发器特征方程：, JK触发器是下降沿翻转，D 触发器是上升沿翻转，若转换后还用下降沿翻转，则在CP端加反相器。,令两个特征方程相等：,形成用与非门实现的转换电路和D触发器一起构成新的RS触发器。,触发器类型转换,3、DT、T,D触发器特征方程：,T触发器特征方程：

20、,同样令两个特征方程相等：,转换电路逻辑表达式为：,T触发器特征方程：,所以只要令D触发器的输入D = / Q n 即可得到用D触发器实现T触发器逻辑功能。,触发器类型转换,二、JK触发器转换为RS，D，T，T触发器。,转换方法：,用激励表法,1、JKRS,先列出RS状态转换真值表：, 由于要用JK触发器实现RS触发器功能，所以应根据JK触发器激励表写出J、K输入信号。,即：已知QnQn+1,求JK=?,0,X,X,0,1,X,X,0,0,X,X,1,X,X,X,X,= S,= R, 画出转换电路图。,用JK触发器转换为RS触发器后，R=S=1，不是不定状态,触发器类型转换,2、JKD,转换方

21、法：,比较法,D触发器特征方程：,比较D触发器特征方程及JK触发器真值表，可以发现一个特点：,J K 时：Q n+1 = J,且K的取值正好与J相反。,触发器类型转换,3、JKT、T,T触发器特征方程：,JK 触发器特征方程：,比较两个触发器特征方程，只要令J = K = T即可。,T触发器特征方程：,只有当 J = K = 1 时，,所以令：J = K = 1,触发器类型转换, RS触发器,特征方程：, D触发器,特征方程：,几种触发器计数状态转换方法, JK触发器,特征方程：,令：J=K=1, T触发器,特征方程：,令：T=1,几种触发器计数状态转换方法,本章小结,1触发器有两个基本性质：

22、（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。 2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。 4根据逻辑功能的不同，触发器可分为： (1) RS触发器 (2) JK触发器 (3) D触发器 (4) 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

23、逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现。 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。,类型 特性方程 逻辑功能 RS触发器 具有置0、置1、保持 J-K触发器 置0、置1、保持、计数 D触发器 置0、置1、锁存 T触发器 保持、计数 T触发器 计数,触发方式：电位触发方式、主从触发方式及边沿触发方式,总结,工作波形,不定,不变,不定,置1,不变,置1,不变,置0,不变,基本RS触发器,钟控 RS 触发器的工作波形,例 钟控RS触发器及逻辑门组成如下时序电路，其输入CP、D端波形如图所示，设触发器初态为0，试画出触发器Q 端的输出波形。,解：时钟RS触发器S=D，R= D, 电

24、路只有置0、置1两种逻辑动作。,钟控RS触发器应用分析,在CP的高电平期间，R、S可多次变化，触发器的状态也随着变化多次。对信号的敏感时间长，抗干扰能力差,钟控RS触发器存在的空翻现象,解决思路：主从结构 边沿型,主从RS触发器工作波形,图 主从JK触发器的一次翻转,CP,J,K,Q,主,Q,Q,t,1,t,2,t,3,主从 J-K 触发器集成单元,主从 J-K 触发器逻辑符号,例 已知维持阻塞D触发器的输入波形，画出输出波形图。,解：在波形图时，应注意以下两点： （1）触发器的触发翻转发生在CP的上升沿。 （2）判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端D的状态。,画出Q1、Q2输出波形,1、分析题意：,本电路为两个维持阻塞D触发器。属于翻转。,两个CP信号各自独立，分别为A和B。,2、由特征方程画工作波形,维持阻塞D触发器,初态Q1、Q2=1, 两个触发器各自有独立的CP,因此画Q1、Q2输出波形时，要认真识别触发器状态的转换时刻。,例：如图给出一个维持-阻塞D触发器及一个边沿J-K触发器构成的电路，图(b)是输入信号，试绘出Q