.数字电子技术第五章触发器

1、第五章 触 发 器 数字电子技术第五章触发器数字电子技术第五章触发器第五章 触 发 器 5.1 时序电路概述时序电路概述 时序电路的特点是，在任何时刻电路产生的稳定输出信号不仅与该时刻电路的输入信号有关，而且还与电路过去的状态有关。由于它与过去的状态有关，所以电路中必须具有“记忆功能的器件，记住电路过去的状态，并与输入信号共同决定电路的现时输出。其电路框图如图5-1所示。 第五章 触 发 器 第五章 触 发 器 第五章 触 发 器 第五章 触 发 器 第五章 触 发 器 时序电路按输出变量的依从关系来分，又可分为米里(Mealy)型和莫尔(Moore)型两类。米里型电路的输出是输入变量及现态的

2、函数，即 )(),()(tQtxftFn组合电路记忆电路Qn(t)W(t)Fx(a)(b)组合电路记忆电路Qn(t)W(t)x组合F图 5 2 米里型和莫尔型时序电路框图 )()(tQftFn第五章 触 发 器 表 5 1 状态表(米里型) 第五章 触 发 器 表 5 2 状态表(莫尔型) 第五章 触 发 器 例例 1 表 5 - 3 为米里型状态表。从表上可看出：现态Qn为Q1，当输入信号x=0 时，次态Qn+1为Q1，输出F=0；当输入信号x=1时，次态Qn+1为Q2, 输出F=1。同理，当现态Qn为Q2, 输入信号x=0，次态为Q2，输出F=1；当输入信号x=1时， 次态Q n+1为Q1

3、, 输出F=0。 表 5 3 状态表(米里型)第五章 触 发 器 例例 2 表表5-4为莫尔型状态表，各行各列的含义与表为莫尔型状态表，各行各列的含义与表5-3相似，不同之处是输出相似，不同之处是输出F与输入与输入x无关。不管输入信号无关。不管输入信号x是是0 还是还是 1，只要现态，只要现态Qn=Q1或或Q3, 那么输出那么输出F=0。同理，。同理，只要只要Qn=Q2, 那么输出那么输出F=1。 (a)(b)Q1Q21/11/00/0Q1/0Q2/1110图 5 3 时序逻辑的状态图(a) 米里型； (b) 莫尔型第五章 触 发 器 表5-4 状态表莫尔型第五章 触 发 器 例例 3 画出例

4、 1、例 2 的状态图。 解解 如图 5 - 4(a), (b) 所示。(a)(b)1/1Q1Q21/00/00/1Q1/0Q2/1Q3/0001101图 5 4 例 1、例 2 的状态图(a) 米里型； (b) 莫尔型 第五章 触 发 器 例例 4 求表 5 - 5 所示时序电路的逻辑表达式及状态表和状态图。 表 5 5 真 值 表 Qn x1 x2Q n+1F0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10011101010011001第五章 触 发 器 解解 001110011x1x2Qn000111100(a)101010101x1x2Qn000111

5、100(b)图 5 5 求例 4 的逻辑表达式(a) 求Qn+1; (b) 求F 第五章 触 发 器 由图得如下关系： 212_1_2_11xxxxFQxQxQnnn0101/000/111/111/110/001/000/110/0图 5 6 例 4 状态图 第五章 触 发 器 表 5 6 状态表 第五章 触 发 器 触发器的基本性质是： (1) 具有两个稳定的状态，分别用二进制数码的“1”和“0”表示； (2) 由一个稳态到另一稳态，必须有外界信号的触发。否则它将长期稳定在某个状态，即长期保持所记忆的信息； (3) 具有两个输出端：原码输出Q和反码输出Q。一般用Q的状态表明触发器的状态。如

6、外界信号使Q=Q， 则破坏了触发器的状态，这种情况在实际运用中是不允许出现的。 第五章 触 发 器 5.2 基基 本本 触触 发发 器器 (a)RdQ(b)&ASd&BQQQSdRd图 5 7 由与非门构成的根本RS触发器 第五章 触 发 器 1. 功能描述功能描述 (1) 当Rd=1, Sd=0时，不管触发器原来处于什么状态， 其次态一定为“1”，即Qn+1=1，故触发器处于置位状态。 (2) 当Rd=0, Sd=1时，Qn+1=0，触发器处于复位状态。 (3) 当Rd=Sd=1 时，触发器状态不变，处于维持状态， 即Qn+1=Qn。 (4) 当Rd=Sd=0 时，Qn+1=Q n+1=1，

7、破坏了触发器的正常工作，使触发器失效。而且当输入条件同时消失时，触发器是“0”态还是“1”态是不定的，即Qn+1=。这种情况在触发器工作时是不允许出现的。因此使用这种触发器时， 禁止Rd=Sd=0出现。 第五章 触 发 器 表表 5 7 真真 值值 表表 Rd Sd Q2Q n+1说 明0 0 00 0 111不允许 0 1 00 1 100置0 Q n+1=01 0 01 0 111置1 Q n+1=11 1 01 1 101保持Q n+1=Qn第五章 触 发 器 2. 状态表、状态图及特征方程状态表、状态图及特征方程 (1) 状态表。 表表 5 8 RS触发器状态表触发器状态表 第五章 触

8、 发 器 (2) 状态图。 图 5-8 RS触发器状态图 10010111011110RdSd第五章 触 发 器 (3) 特征方程。 nddnQRSQ1特征方程又常常称为状态方程或次态方程。由于Rd和Sd不允许同时为零，因此输入必须满足 0ddSR 我们称该方程为约束方程，该方程规定了Rd和Sd不能同时为“0。 第五章 触 发 器 SdRdQQ状态不定图 5 9 RS触发器波形图 第五章 触 发 器 RdSdQQCPRS&BACD图 5 10 钟控RS触发器 第五章 触 发 器 1. 功能描述功能描述 当CP=0时，触发器不工作，此时C、D门输出均为 1， 根本RS触发器处于保持态。此时无论R

9、、S如何变化，均不会改变C、D门的输出，故对状态无影响。 当CP=1 时，触发器工作，其逻辑功能如下： R=0, S=, Qn+1=1，触发器置“1； R=1, S=0, Q n+1=0，触发器置“0； R=S=0, Qn+1=Qn，触发器状态不变； R=S=1, 触发器失效，工作时不允许。 第五章 触 发 器 表表 5 9 钟控钟控RS触发器真值表触发器真值表 R S QnQ n+1说 明0 0 00 0 101保持Q n+1=Qn0 1 00 1 111置1 Q n+1=11 0 01 0 100置0 Q n+1=01 1 01 1 1禁止 第五章 触 发 器 2. 状态表、状态图及特征方

10、程状态表、状态图及特征方程 0_1RSQRSQnn约束条件 (a)0001111000011010Qn1RSQn(b)01011000100001RS图5-11 钟控RS触发器状态表和状态图(a) 状态表； (b) 状态图 第五章 触 发 器 CPSRQQ状态不定图 5 12 钟控RS触发器波形图 第五章 触 发 器 BRdSdQQCPD&(R)(S)A&D&C&图 5-13 D触发器 第五章 触 发 器 1. 功能描述功能描述 当当CP=0 时，触发器不工作，触发器处于维持状态。时，触发器不工作，触发器处于维持状态。 当当CP=1 时，触发器功能如下：时，触发器功能如下： D=0, 与非门与

11、非门D输出为输出为 1，与非门，与非门C输出为输出为 0，那么，那么Qn+1=0; D=1，与非门，与非门D门输出为门输出为 0，C输出为输出为 1，那么，那么Q n+1=1。 第五章 触 发 器 表表 5 10 D触发器真值表触发器真值表 D QnQn+10 000 101 011 11第五章 触 发 器 当CP=0时，触发器不工作，触发器处于维持状态。当CP=1 时，触发器功能如下： D=0, 与非门D输出为 1，与非门C输出为 0，那么Qn+1=0; D=1，与非门D门输出为 0，C输出为 1，那么Qn+1=1。 第五章 触 发 器 2. 状态表、状态图及特征方程状态表、状态图及特征方程

12、 Qn+1=D即触发器向何状态翻转，由当前输入控制函数D确定： D=0，那么Qn+1=0; D=1，那么Q n+1=1。 如CP、D端波形，那么D触发器状态波形如图 5 - 14(c)所示。 第五章 触 发 器 CPDQ(c)01010101Qn1QnD(a)(b)101010图 5-14 D触发器状态表、状态图、波形图(a) 状态表； (b) 状态图； (c) 波形图第五章 触 发 器 (a)(b)ASdQQ&CPT(D)RdB&C&D&ASdQQ&CPTab(R)(S)RdB&C&D&图 5 15 T触发器 (a) 对称型； (b) 非对称型 第五章 触 发 器 1. 功能描述功能描述 当

13、CP=1时，功能如下：设原态Qn=0，经反响线a使C门封闭，反响线b使D门开启。当计数脉冲T加进来(T=1)，D门输出为0，C门输出为1，那么Q由“0态翻为“1态，Q 翻为“0态，翻转一次。如原态为1，情况正好相反，反响线使C门开启，D门关闭，C门输出为 0，D门输出为1。那么当T=1 时，触发器Q端由1翻为0，Q端由 0 翻为 1，翻转一次。其真值表如表 5 - 11所示。 第五章 触 发 器 表表5-11 T触发器真值表触发器真值表 T QnQn+10 000 111 011 10第五章 触 发 器 表表 5 12 JK触发器真值表触发器真值表 J K QnQ n+1说明 J K QnQn

14、+1说明 0 0 00 0 101保持 10010111置“1” 0 1 00 1 100置“0” 11011110必翻 第五章 触 发 器 2. 状态表、状态图及特征方程状态表、状态图及特征方程 nnnQKQJQ1(a)000111100011100110Qn1JKQn(b)111001110100010010JK图 5 18 JK触发器状态表和状态图 第五章 触 发 器 以RS触发器为例。设起始态Q=0。 正常情况，CP=1期间，R=0, S=1，则C=1, D=0使触发器产生置位动作，Q=1, Q =0。当S和R均发生变化，即R=1, S=0，如图 5 - 19 所示，对应时刻t使D从0

15、 回到 1，C由 1 回到 0，触发器又回到Q=0, Q=1 状态，这就称为空翻现象。 第五章 触 发 器 ACDQQCPRS&C&B&D&CPSRDCQQt图 5 19 触发器的空翻现象 第五章 触 发 器 2. 振荡现象振荡现象 AQQ&CPTabB&C&D&图 5 20 T触发器 第五章 触 发 器 设Q=0, Q=1，当CP=1时，经过tpd时间使D门输出为 0，再经一个tpd后，Q=0，新状态经反馈线又反馈到C, D门的输入端。如CP脉冲仍存在将产生振荡；如CP脉冲消失，新状态反馈回来对触发器无影响，克服了振荡。因此，要求新状态反馈回来以前，CP脉冲必须消失，即要求CP脉冲宽度应小于

16、3tpd。是不是CP脉冲宽度越小越好呢? 也不是，因为CP脉冲宽度一定要保证触发器可靠地翻转，故要求其脉冲宽度大于2tpd，也就是要求CP脉冲宽度满足下式要求： pdWpdtTt32第五章 触 发 器 5.3 集集 成成 触触 发发 器器1DC1RSRdCPDSdQQ1234567CPRdSdDQ(b)(a)图 5 21 维持阻塞触发器 (a) 逻辑符号； (b) 波形图第五章 触 发 器 1JC1RSRdCPJSd1KKQQ(b)(a)CPJKQQ图 5 22 边沿触发器(a) 逻辑符号； (b) 波形图 第五章 触 发 器 QQQ主Q主非门KJ&CP从触发器主触发器1图 5 23 主从JK

17、触发器 第五章 触 发 器 CPJKQ主QQ图 5-24 主从JK触发器波形图 第五章 触 发 器 1. 直接置位输入端 直接置位输入端又称直接置位端，也可称为直接置“1端，用Sd表示。有的器件将直接置位端称为预置端用Pr表示。 第五章 触 发 器 2. 直接复位输入端 直接复位输入端又称直接复位端，也可称为直接置“0端，用Rd表示。有的器件将直接复位端称为去除端， 用Clear表示。 直接置位端与直接复位端的作用优先于输入控制端， 即Rd或Sd起作用时，触发器的功能失效，状态由Rd和Sd决定。只有当Rd和Sd不起作用时(即均为“1时)，触发器的状态才由CP和输入控制端确定。 第五章 触 发 器 表表 5 13 D触发器功能表触发器功能表 第五章 触 发 器 表表 5 14 JK触发器功能表触发器功能表 第五章 触 发 器 考虑Rd, Sd作用时，其触