第5章 锁存器与触发器各详解

1、5.25.2基本基本RSRS锁存器锁存器 5.45.4主从触发器主从触发器 5.55.5维持阻塞触发器维持阻塞触发器 5.65.6触发器逻辑功能及其描述触发器逻辑功能及其描述 5.15.1概述概述 5.75.7应用举例应用举例 5.35.3门控门控RSRS锁存器锁存器 第五章第五章 锁存器和触发器锁存器和触发器 2 相关知识回顾： 组合电路：组合电路： 不含记忆元件不含记忆元件、无反馈、无反馈 、输出与原来状态无关。、输出与原来状态无关。 本章任务： 锁存器和触发器：锁存器和触发器： 本章重点： 通过学习锁存器、触发器，通过学习锁存器、触发器，建立时序的概念建立时序的概念; 是记忆元件是记忆元

2、件 、有反馈、有反馈 、输出与原来状态有关。、输出与原来状态有关。 锁存器和触发器分类。锁存器和触发器分类。 锁存器和触发器外部逻辑功能、触发方式。锁存器和触发器外部逻辑功能、触发方式。 3 2、特点：、特点： 锁存器和触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，锁存器和触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，能够能够 存储一位二进制信息。存储一位二进制信息。 n有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1。 n在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态； 在输入信号取消后，能将获得

3、的新状态保存下来。在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。 1、锁存器和触发器、锁存器和触发器 5.1 概述概述 锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。 4 5.2 基本基本RS锁存器锁存器 2、电路结构：由两个、电路结构：由两个“或非或非”门构成的门构成的R-S锁存器电路锁存器电路 图图 1、逻辑符号、逻辑符号 由门电路组成的，它由门电路组成的，它 与组合逻辑电路的根本区与组合逻辑电路的根本区 别在于，电路中有反馈线，别在于，电路中有反馈线， 即门电路的输入、输出端即门电路的输入、输出端 交叉耦合。交叉耦合。 1 R、S为触发脉冲输入端，

4、为触发脉冲输入端， R为复位（为复位（Reset）端，）端，S为置位（为置位（Set）端）端 Q、Q 为两个互补的输出端为两个互补的输出端 5 10 11 3、工作原理、工作原理 （1）S=0，R=1时时 输出状态为输出状态为0，R高电平有效，高电平有效， 使锁存器置使锁存器置0（复位）。（复位）。 R 为复位端，为复位端， Reset 。 1, 0QQ 10 当当Q=1Q=1时时, ,称为锁存器的称为锁存器的1 1状态，状态， 当当Q=0Q=0时时, ,称为锁存器的称为锁存器的0 0状态。状态。 01 11 （2）S=1，R=0时，时， 输出状态为输出状态为1，S高电平有效高电平有效, 使锁

5、存器置使锁存器置1（置位）（置位） 。 S 为置位端为置位端Set 。 0, 1QQ 01 11 1 1 00 01 00 10 Q S=0，R=0，Q=0： =1 两个稳定状态：两个稳定状态： Q S=0，R=0，Q=1： =0 3）S=R=0时时 Q 和和 Q 互锁，保持不变。互锁，保持不变。 这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。 锁存器的存储锁存器的存储 记忆功能记忆功能 7 11 11 00 R、S同时变同时变 为为0时，输出不稳定。时，输出不稳定。 （4）R=S=1 不允许，不允许，因为：因为： Q = Q = 0 不符

6、合逻辑。不符合逻辑。 当当 R和和 S同时由同时由 1 变变 0 时，时， 次态不定。次态不定。 RS RS =0 (=0 (约束条件约束条件) ) 8 SRQ 00不变 010 101 11不定 功能表功能表 RS RS =0=0 ( (约束条件约束条件) ) Q Qn n为锁存器的原状态（现态）为锁存器的原状态（现态） Q Qn+1 n+1为锁存器的新状态（次态） 为锁存器的新状态（次态） 9 4、波形图、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 波形图波形图 S R Q Q 置置1置置0置置1 保保 持持 不不 允允 许

7、许 置置1 不不 允允 许许 不不 确确 定定 10 & &G G 12 RS Q Q RS Q Q 5、与非门组成的基本、与非门组成的基本RS锁存器锁存器 RS 11 这种触发器的触发信号是这种触发器的触发信号是低电平有效，低电平有效，因此在逻因此在逻 辑符号的输入端处有小圆圈。辑符号的输入端处有小圆圈。 12 基本锁存器的特点总结基本锁存器的特点总结 由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只由于反馈线的存在，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，即需要作用很短的一段时间，即“一触即发一触即发” 有两个互补的输出端，有两个稳定的状态有两个互补的输出端，有两个稳定的状

8、态 有复位（有复位（Q=0Q=0）、置位（）、置位（Q=1Q=1）、保持原状态三种功能）、保持原状态三种功能 R R为复位输入端，为复位输入端，S S为置位输入端，可以是低电平有效，为置位输入端，可以是低电平有效， 也可以是高电平有效，取决于锁存器的结构也可以是高电平有效，取决于锁存器的结构 13 5.3 门控锁存器门控锁存器 1、门控、门控 RS锁存器锁存器 门控门控RS锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门G3 和和G4，由锁存使能信号，由锁存使能信号E控制。控制。 E = 0 时，时， G3和和G4 被封被封 锁，锁，Q3和和Q4都为都为 0 ，

9、S、 R端的电平不影响输出，端的电平不影响输出， 基本锁存器保持基本锁存器保持； E = 1 时，时， G3和和G4开放，开放， 输出由输出由S、R决定，决定，完成基完成基 本锁存器的功能本锁存器的功能。 n电路结构和工作原理电路结构和工作原理 11 E E G4G3 （不定）（不定）1 1 1（置（置1）1 0 0（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0 Q n+1S R RS RS =0=0 ( (约束条件约束条件) ) E = 1 时时 QQ 1S1R C1 CP E 15 不 变 不 变 不 变 不 变 不 变 不 变 置 1 置 0 置 1 置 0 不 变 n功能波形图功能波形

10、图 CP R S Q Q E 16 2、门控、门控D锁存器锁存器 CP D Q Q 逻辑门控逻辑门控 保证保证SR不不 同时为同时为1 17 D触发器状态表触发器状态表 D Qn+1 0 1 0 1 传输门控传输门控D锁存器，常用型号八锁存器，常用型号八D锁存器锁存器74373。 18 3、门控锁存器存在的问题、门控锁存器存在的问题空翻空翻 由于在由于在E=1E=1期间，都能接收期间，都能接收R R、S S信号，此时如信号，此时如R R、S S发生发生 多次变化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象多次变化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象 叫做叫做空翻空翻。 Q 有效翻转空翻 C

11、P S R E 19 5.4 5.4 主从触发器主从触发器 1、主从、主从RS触发器触发器 主锁存器主锁存器 从锁存器从锁存器 1 1 1 1 QQ 1S1R C1 CP 20 主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两 个互补的时钟控制。个互补的时钟控制。 QQ 1S1R C1 CP 21 CP=1CP=1时，时，主锁存器工作，主锁存器工作，S S、R R影响主锁存影响主锁存 器的输出器的输出QQ（信息写入主锁存器），但信息写入主锁存器），但从从 锁存器禁止，状态不变锁存器禁止，状态不变； CPCP时，时，从锁存器工作，从锁存器工作，在此刻之前主锁存在此

12、刻之前主锁存 器的输出器的输出QQ如发生了变化，从锁存器如发生了变化，从锁存器CPCP有效有效 时，其输出将产生相应的变化时，其输出将产生相应的变化； 工作原理工作原理 （主锁存器工作，从锁存器保持）（主锁存器工作，从锁存器保持） （从锁存器向主锁存器看齐）（从锁存器向主锁存器看齐） 22 CP=0CP=0时，主锁存器禁止，时，主锁存器禁止，S S、R R不影响不影响Q,Q,从从 锁存器输入信号不变，其输出稳定后不再变化锁存器输入信号不变，其输出稳定后不再变化 。 触发器的总输出触发器的总输出Q Q只在只在CPCP由由 1 1 变变 0 0 时刻可能时刻可能 发生翻转，称之为下降沿触发。发生翻

13、转，称之为下降沿触发。 CPCP一旦变为一旦变为0 0后，主锁存器被封锁，其状态后，主锁存器被封锁，其状态 不再受不再受R R、S S影响，因此不会有空翻现象。影响，因此不会有空翻现象。 特点特点 23 （不定）（不定）1 1 1（置（置1）1 0 0（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0 Q n+1S R CP 在在RS锁存器中，必须限制输入锁存器中，必须限制输入R和和S同时为的同时为的 出现，这给使用带来不便。为了从根本上消除出现，这给使用带来不便。为了从根本上消除 这种情况，可将这种情况，可将RS锁存器接成锁存器接成JK锁存器。锁存器。 . . 从锁存器从锁存器 主锁存器主锁存器

14、 RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK 反反 馈馈 线线 互补时互补时 钟控制钟控制 主、从主、从 触发器触发器 不能同不能同 时翻转时翻转 1 . CP CP 2、主从触发器、主从触发器 25 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:25-Mar-2002Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By: 1JC1 1K QQ JCPK (c) 国标符号 主锁存器主锁存器

15、从锁存器从锁存器 KQR QJS . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK 0 1 0 1 F主 主打开 打开 F主 主状态由 状态由J、K 决定，接收信决定，接收信 号并暂存。号并暂存。 F从 从封锁 封锁 F从 从状态保持 状态保持 不变。不变。 0 1 CP 1 . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK 0 1 0 状态保持不变。状态保持不变。 从触发器的状态取从触发器的状态取 决于主触发器，并决于主触发器，并 保持主、从状态一保持主、从状态一 致，因此称之为主致，因此

16、称之为主 从触发器。从触发器。 F从 从打开 打开 F主 主封锁 封锁 1 CP 0 1 . . 1 . CP CP RS CP F从 从 QQ QQ R S CP F主 主 Q Q JK 0 CP高电平时触发器接收高电平时触发器接收 信号并暂存（即信号并暂存（即F主 主状态 状态 由由J、K决定，决定，F从 从状态保 状态保 持不变）。持不变）。 要求要求CP高电平期间高电平期间J、K 的状态保持不变。的状态保持不变。 CP下降沿下降沿( )触发器触触发器触 发翻转发翻转（ F从 从状态与 状态与F主 主 状态一致）。状态一致）。 CP低电平时低电平时,F主 主封锁 封锁J、 K不起作用不起

17、作用 & . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK 逻辑功能分析逻辑功能分析 (1)J=1,K=1 设触发器原态为设触发器原态为“0”态态 01 0 111 10 0 1 0 10 状态不变状态不变 1 0 翻转为翻转为“1”态态 状态不变状态不变 主从状主从状 态一致态一致 0 0 1 1 . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK (1)J=1,K=1 设触发器原态为设触发器原态为“1” 态态 为为“？”状态状态 思考思考 翻转为翻转为“0”状态状态 CP CP 10 1

18、011 01 0 1 0 01 状态不变状态不变 0 1 状态不变状态不变 主从状主从状 态一致态一致 0 0 1 1 . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK (2)J=0,K=1 设触发器原态为设触发器原态为“1”态态 0 1 10 1 001 01 01 0 01 翻转为翻转为“0”态态 设触发器原态为设触发器原态为“0”态态 为为“？”态态保持保持“0”态态 . . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK (3) J=1,K=0 为为“？”状态状态置为置为“1”状态状态 .

19、 . 1 . CP CP RS CP F从 从 Q Q QQ R S CP F主 主 Q Q JK (4) J=0,K=0 0 1 0 00 00 保持原态保持原态 保持原态保持原态 保持原态保持原态 34 真真 值值 表表 CP 35 例：已知主从例：已知主从JKJK触发器触发器J J、K K 的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q Q 的波形图（设初始状态为的波形图（设初始状态为0 0） J-K触发器的工作波形触发器的工作波形 下降沿触发翻转下降沿触发翻转 CP J K Q 36 在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点： （1 1）触

20、发器的触发）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这（这 里是下降沿）里是下降沿） （2 2）判断触发器）判断触发器次态的依据次态的依据是时钟脉冲是时钟脉冲下降沿前一瞬下降沿前一瞬 间输入端的状态间输入端的状态 37 主从触发器的一次翻转现象主从触发器的一次翻转现象 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 01 0 1 0 0 1 0 1 1 0 主从触发器：主从触发器： CP=1, 若若J、K多多 次变化，触发器次变化，触发器 的状态与真值表的状态与真值表 不对应。不对应。对激励对激励 信号要求严格。信号要求严格。 触发器的状态与触发器的状态与 真值表不对应真值表

21、不对应 38 5.5 5.5 边沿触发器边沿触发器 1、维持维持- -阻塞阻塞D D触发器触发器 边沿触发器：边沿触发器：上升沿触发或下降沿触发上升沿触发或下降沿触发，激励端的激励端的 信号在触发时间的前后几个延迟时间内保持不变，信号在触发时间的前后几个延迟时间内保持不变， 便可以稳定地根据激励输入翻转。便可以稳定地根据激励输入翻转。 RD D CP S D QQ 逻辑符号逻辑符号 39 由与非门构成的由与非门构成的 基本基本RS锁存器锁存器 （低有效）（低有效） 0 1 1 1 Q Q 1 1 1 D D D D D D QD QD DDQDDQDQDQ D D1 1 1 D D D D D

22、 D 状态不变状态不变 触发器被封锁触发器被封锁 40 (1) CP=0(1) CP=0时，时，Q Qn+1= Q Qn n ，保持保持； (2) (2) CPCP到到时，时，则则 Q Qn+1= D ，触发翻转；触发翻转； (3) CP=1(3) CP=1时，无论时，无论D D是否变化，是否变化，Q Qn+1 n+1=Q =Qn n ，保持，保持 (4) (4) CP CP 到到时，时，则则 Q Qn+1 n+1= Q = Qn n，保持，保持 工作原理工作原理 CP上升沿前接收信号，上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，上升沿时触发器翻转， 上升沿后输入上升沿后输入 D不再起作用，触发器状

23、态保持。不再起作用，触发器状态保持。 41 例：例：D 触发器工作波形图触发器工作波形图 CP D Q 上升沿触发翻转上升沿触发翻转 42 2、利用传输延迟的触发器利用传输延迟的触发器 两个与或非门构成的两个与或非门构成的SR锁存器作为触发器的输出，与非门锁存器作为触发器的输出，与非门 构成触发器的输入电路，用来接收输入构成触发器的输入电路，用来接收输入J、K的值。在集成电路的值。在集成电路 工艺上保证工艺上保证G3、G4 的传输延迟时间大于的传输延迟时间大于SR锁存器的翻转时间。锁存器的翻转时间。 43 按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触 发

24、器分为发器分为RS触发器、触发器、D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T触发器触发器 等几种类型。等几种类型。 5.6 5.6 触发器逻辑功能及其描述触发器逻辑功能及其描述 逻辑功能描述即描述触发器的逻辑功能描述即描述触发器的次态次态与与原态原态、输入信输入信 号号之间的逻辑关系，描述方法有之间的逻辑关系，描述方法有特性表（真值表）、特特性表（真值表）、特 性方程、状态转移图、波形图性方程、状态转移图、波形图等。等。 n关于电路结构和逻辑功能关于电路结构和逻辑功能 n关于触发方式及其表示方法关于触发方式及其表示方法 44 2、特征方程、特征方程 Q n+1D 3、状态转换图、状态转换图 0

25、D= 0 1 D= 0 D= 1 D= 1 描述触发器的状态转换关描述触发器的状态转换关 系及转换条件的图形称为系及转换条件的图形称为 状态图状态图 一、 D触发器触发器 1. D触发器状态真值表触发器状态真值表 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:20-Mar-2002Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryYangHengXin第五章.ddbDrawn By: SR Q Q CPD (b) 曾用符号 D D 二、二、 JK触发器触

26、发器 1. JK触发器真值表触发器真值表 J K Qn Qn+1说明 000 001 0 1 保持 （Qn+1=Qn） 010 011 0 0 置0 （Qn+1=0） 100 101 1 1 置1 （Qn+1=1） 110 111 1 0 翻转 （Qn+1= ） n Q 46 2.特征方程特征方程 JK触发器的特征方程为触发器的特征方程为 nnn QKQJQ 1 3、状态转换图、状态转换图 01 J= K= 0 J= K= 1 K= J= K=0 1 J= 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:25-Mar-

27、2002Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibraryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By: 1JC1 1K QQ JCPK (c) 国标符号 47 三、三、T 触发器触发器 如果把如果把JK触发器的两个输入端触发器的两个输入端J和和K连在一起，连在一起， 并把这个连在一起的输入端用并把这个连在一起的输入端用T表示，这样就表示，这样就 构成了构成了T触发器。触发器。 1. 真值表真值表 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Mar-20

28、02Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryYangHengXin第 五 章 .ddbDrawn By: T 0 1 Q Q Q n n n+1 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:18-Mar-2002Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryYangHengXin第五章.ddbDrawn By: 1T C1 T CP Q Q 48 2.特征方程特征方程 T触发

29、器的特征方程为触发器的特征方程为 3、状态转换图、状态转换图 nnn QTQTQ 1 当当T触发器的输入控制端为触发器的输入控制端为T=1时，称为时，称为T触发器。触发器。 T触发器的特性方程为：触发器的特性方程为： nn QQ 1 01 J= K= 0 J= K= 1 K= J= K= 0 1 J= T=1 T=1 T=0 T=0 49 四、四、 RS触发器触发器 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:25-Mar-2002Sheet of File:E:Design Explorer 99 SELibra

30、ryYangHengXinMyDesign.ddbDrawn By: QQ SCPR 1SC11R (c) 国 标 符 号 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:15-Mar-2002Sheet of File:C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryYangHengXin第 五 章 .ddbDrawn By: SR QQ SCPR (b) 曾 用 符 号 1. 状态真值表状态真值表 50 RS 触发器功能表触发器功能表 S R QnQn+1说明 000 001

31、0 1 保持 Qn+1=Qn 010 011 0 0 置0 Qn+1=0 100 101 1 1 置1 Qn+1=1 110 111 不定 51 2.特征方程特征方程 RS触发器的特征方程为触发器的特征方程为 式中，式中，SR=0为约束项。为约束项。 01 R= S= 0 1 R= S= 1 0 R= S= 0 R= S= 0 3、状态转换图、状态转换图 0 1 SR QRSQ nn 52 n触发器功能的转换触发器功能的转换 1.1.用用JK触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器 （1 1）JKD 分别写出分别写出JK触发器和触发器和D D触发器的特性方程触发器的特性方程 比

32、较得：比较得： 画出逻辑图：画出逻辑图： 1J1K C1 CP D QQ nnn QKQJQ 1 DQ n 1 )( nn QQD nn DQQD 53 （2 2）JKT（T） 写出写出T触发器的特性方程：触发器的特性方程： 1JC11K CP T QQ C1 1K CP 1J 1 QQ 与与JKJK触发器的特性方程比较，触发器的特性方程比较， 得：得：J= =T，K= =T。 令令T=1=1，即可得，即可得T触发器。触发器。 nnn QTQTQ 1 54 2 2用用D触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器 （1 1）DJK 写出写出D触发器和触发器和JK触发器的特性方程：触

33、发器的特性方程： 比较两式，得：比较两式，得： 画出逻辑图。画出逻辑图。 C1 1D 1 & 1 CP QQ JK 55 （2 2）DT 图（图（b） （3 3）DT图（图（c） （b） 1D C1 =1 CP C1 1D CP （c） QQ QQ T 56 n典型集成电路介绍典型集成电路介绍 双上升沿双上升沿D触发器触发器 57 双下降沿双下降沿J-K触发器触发器 58 例例1：时钟：时钟CP及输入信号及输入信号D 的波形如图所示的波形如图所示,试画试画 出各触发器输出端出各触发器输出端Q的波形的波形,设各输出端设各输出端Q的的 初始状态初始状态=0。 DQ C1CPQ1Q DDQ C1CPQ2Q D 5.7 5.7 应用举例应用举例 Q1 CP D DQ C1CPQ1Q D )( 1 1 CPDQ n DQ C1CPQ