清华大学数电5触发器ppt课件

1、第五章第五章 触发器触发器第一节第一节 概述概述触发器触发器:(Flip-Flop):(Flip-Flop)能存储一位二进制能存储一位二进制信号的根本单元。用信号的根本单元。用FFFF表示。表示。特点：特点： 1 1，有两个稳定形状，用，有两个稳定形状，用0 0和和1 1表示；表示；2，输入信号可改动其形状；，输入信号可改动其形状；分类：分类：按触发方式电路构造分：按触发方式电路构造分： SR锁存器根本锁存器根本RSFF、电平触发同步构造、脉冲触发、电平触发同步构造、脉冲触发主从构造、边沿触发边沿构造。其中，主从构造、边沿触发边沿构造。其中，SR锁存器无时钟锁存器无时钟信号，本书未将其归入触发

2、器，其他均有时钟信号。信号，本书未将其归入触发器，其他均有时钟信号。按逻辑功能分：按逻辑功能分：SRFF、DFF、JKFF、TFF等。等。学习要点：学习要点：分清触发器逻辑功能与触发方式电路构造的区别；分清触发器逻辑功能与触发方式电路构造的区别；会画任务波形。会画任务波形。3，输入信号吊销后，其改动后的形状可保管下来。，输入信号吊销后，其改动后的形状可保管下来。【题【题5.4】【】【5.9】【题【题5.12】【题【题5.18】【题【题5.28】选】选第二节第二节 SR锁存器锁存器(Set-Reset Latch)一一.电路组成：电路组成： 用与非门和或非用与非门和或非门均可构成，这里引门均可构

3、成，这里引见与非门构成的电路。见与非门构成的电路。二二. 形状和输入信号形状和输入信号触发器的形状：触发器的形状：用用Q端的值表示。端的值表示。Q=1,Q=0为为1形状，反之为形状，反之为0形状。形状。原形状：察看的时辰的形状输入信号没改动。记为原形状：察看的时辰的形状输入信号没改动。记为Q( Qn ) 。新形状：输入信号变化后出现的形状。记为新形状：输入信号变化后出现的形状。记为Q* (Qn+1 ) .也称次态。也称次态。 在分析电路原理时，要把原形状作为知条件，即把在分析电路原理时，要把原形状作为知条件，即把Q 作为输入作为输入变量。变量。RDSDQQRDSDQQSD:Set(Direct

4、)，置，置1端。端。RD:Reset(Direct)，置，置0端。端。高电平有效高电平有效非号和输入端非号和输入端的园圈均表示的园圈均表示低电平有效低电平有效SRQQSDRDl输入信号输入信号RDSDQQRDSDQQSRQSDRDQ三三.任务原理任务原理1001不论原形状如何，都有不论原形状如何，都有:置置01假设：假设：Q=0,那么那么Q*=0假设：假设：Q=1,那么那么Q*=1置置1坚持坚持1当两门当两门tPD一样时，将产生振荡；一样时，将产生振荡； 当两门当两门tPD相异时，新形状和延迟时间有关。相异时，新形状和延迟时间有关。不定不定 从输入信号变化起，从输入信号变化起，经经2tPD电路

5、稳定。电路稳定。 电路有正反响。电路有正反响。011留意：假设留意：假设 SD 和和 RD同时由同时由0变为变为1：RDSDQQSD=1, RD=0SD=0, RD=1Q*=1 (略去略去Q端端)SD=1, RD=1SD=0, RD=0Q和和Q的次态都为的次态都为1；不论原形状如何不论原形状如何1, 0*QQ这也是这也是“不定不定的缘由的缘由 显然显然SD, RD分别为置分别为置1和置和置0端，且端，且0有效。有效。SDRDQ四四.动作特点动作特点直接控制：输入信号直接控制：输入信号0有效；且直接控制输出端有效；且直接控制输出端Q和和Q 的形状。的形状。任务波形：任务波形：RDSDQQ 用或非

6、门构用或非门构成的成的SR锁存器锁存器也可用右表描画也可用右表描画表表5.2.1。五五.逻辑功能的描画见逻辑功能的描画见5.6节节1.特性表表特性表表5.2.2)坚坚持持置置1清清0不不定定2.特性方程见特性方程见5.6节节 只需将表中的只需将表中的SD和和RD看作是该看作是该触发器输入信号触发器输入信号SD和和RD的反变量即的反变量即可。同时将表中的可。同时将表中的 1改为改为 0 ，同，同时修正注释。时修正注释。RDSDQQ111100110101000111101010100000Q*QRDSD11 Q也为也为1 ;SD RD0形状形状同时消逝后形状不定。同时消逝后形状不定。111101

7、0110100QSDRDQRSQDD*0DDRS约束条件约束条件3.形状转换图参考形状转换图参考5.6节节简称：形状图简称：形状图10SD=0 RD=1SD=1 RD=0SD=1RD=XSD=XRD=1111100110101000111101010100000Q*QRDSD11第三节第三节 电平触发的触发器电平触发的触发器 在数字系统中，经常要求某些触发器在同一时辰动作在数字系统中，经常要求某些触发器在同一时辰动作改动形状，也称为翻转这就要求有同步信号，该信号改动形状，也称为翻转这就要求有同步信号，该信号称为时钟信号称为时钟信号CLK,也可写为也可写为CP(Clock Pulse)。 G1和

8、和G2门构成门构成SR锁存器。锁存器。 用用G3和和G4两门引入时两门引入时钟信号钟信号CLK。一一.电路构造和任务原理电路构造和任务原理1.电路构造电路构造2.任务原理任务原理CLK=0时：时：G3、G4门均输出门均输出1, SR锁存器锁存器处在坚持形状；输入信号处在坚持形状；输入信号S、R变化对形状无影响。变化对形状无影响。CLK=1时：时：G3、G4门翻开门翻开,此时电路此时电路就是一个就是一个SR锁存器，只需锁存器，只需把输入信号把输入信号S、R分别看作：分别看作：S = (SD), R = (RD) ;留意，输入信号已无下标留意，输入信号已无下标D。按上述规定，该触发器也满足按上述规

9、定，该触发器也满足SR锁存器的特性表、特性方程和锁存器的特性表、特性方程和形状图。显然形状图。显然S和和R都是都是1有效的。有效的。一定要留意，只需一定要留意，只需CLK=1时，才干按特性表、特性方程求新时，才干按特性表、特性方程求新形状。形状。RDSDQQSRCLKG1G2G3G43.特性表、特性方程、波形图特性表、特性方程、波形图二二.动作特点动作特点l逻辑功能特点逻辑功能特点有约束有约束SR=0。 时钟时钟1有效，有效， CLK=0时坚持的是时坚持的是时钟下降沿前的形状；在时钟下降沿前的形状；在CLK=1期间，期间，S,R的变化都将引起的变化都将引起Q端形状的变化。端形状的变化。因此易受

10、干扰。因此易受干扰。Q 也为也为1；CLK回到回到低电平后形状不定；低电平后形状不定； 0*SRQRSQ见见5.6节节请记录请记录CLKSRQQ0000ttttt00X X011X X0 1 1 1 1 0 0 0 011011111101111011001011100110001CLK S R Q Q*三三.异步置位、复位端制成集成电路后添加的附加输入端异步置位、复位端制成集成电路后添加的附加输入端 SD异步置位端、异步置位端、 RD异步复位端。只在时钟为异步复位端。只在时钟为0时有时有效，且低电平有效，但不能同时有效，正常任务时应为效，且低电平有效，但不能同时有效，正常任务时应为1。四四.

11、D触发器触发器D锁存器锁存器Q*= D为了便于存储一位二进制数，要求触发器只需一个输入端。为了便于存储一位二进制数，要求触发器只需一个输入端。其动作特点与电平触发的其动作特点与电平触发的SR触发器一样。触发器一样。RDSDQQSRCLKG1G2G3G4D显然其特性方程为：显然其特性方程为：用用CMOS传输门构成的电平触发器图传输门构成的电平触发器图5.3.5)留到留到5.5节引见。节引见。 假设要求一个时钟周期里触发器的形状只改动一次，那么可假设要求一个时钟周期里触发器的形状只改动一次，那么可运用脉冲触发的触发器。运用脉冲触发的触发器。一一. SR触发器触发器1.任务原理任务原理 用两个电平触

12、发的用两个电平触发的SR触发器连成主从构造。触发器连成主从构造。因此，该电路应具有因此，该电路应具有SRFF的逻辑功能。的逻辑功能。CLK=1 时：时： 主触发器坚持，此时可改动输入信号主触发器坚持，此时可改动输入信号S,R； 从触发器任务，且从触发器任务，且Q= Qm 主触发器任务，主触发器任务，从触发器坚持。坚持从触发器坚持。坚持CLK=0时得到的主触发器的形状。时得到的主触发器的形状。CLK=0 时：时：第四节第四节 脉冲触发的触发器主从触发器脉冲触发的触发器主从触发器Master-slave)0*SRQRSQmmSSRSQG1G2G3G4QSRG5G6G7G8QmQmCLK 分析可知：

13、主从触发器的任务是分分析可知：主从触发器的任务是分两步走的在两步走的在CLK上升沿开场的高电上升沿开场的高电平期间，主触发器改动形状；在平期间，主触发器改动形状；在CLK下下降沿到来时，从触发器改动形状。显然，降沿到来时，从触发器改动形状。显然，触发器在触发器在CLK下降沿翻转。下降沿翻转。逻辑符号逻辑符号CLKQSSRSQG1G2G3G4QSRG5G6G7G8QmQm1001000011110SSRSQG1G2G3G4QSRG5G6G7G8QmQmCLK2.动作特点动作特点在逻辑功能方面：有约束。在逻辑功能方面：有约束。在整个在整个CLK=1期间输入信号都控制主触发器的形状这是脉冲期间输入信

14、号都控制主触发器的形状这是脉冲触发方式的触发方式的SRFF的特点的特点 ；无直接控制，翻转分两步走这是脉冲触发方式的特点；无直接控制，翻转分两步走这是脉冲触发方式的特点；看一下输入一个完好的看一下输入一个完好的CLK脉冲时电脉冲时电路的任务过程设初始形状为路的任务过程设初始形状为0：QmQQQmCLK3.特性表，时序图特性表，时序图时序图见图时序图见图5.4.2QQ*5.4.111二二. JK触发器触发器1.任务原理任务原理目的：消除约束条件；目的：消除约束条件； 添加翻转功能。添加翻转功能。S=J QR=KQ约束条件自动满足：约束条件自动满足：2.特性表，时序图，形状图特性表，时序图，形状图

15、QRSQ*QKJQQKQJQ)(0KQJQSRCLKQQJG7CLKJKSSRSQQSRQmQmCLKQ10J=1,K=XJ=X,K=1J=0K=XJ=XK=0表5.4.2Q*QQ翻翻转转置置0置置1坚坚持持表5.4.2Q*QQ3.动作特点动作特点翻转分为两步走这是脉冲触发方式的特点；翻转分为两步走这是脉冲触发方式的特点；CLK=1期间，主触发器只能翻转一次。此景象称为期间，主触发器只能翻转一次。此景象称为“一次变化一次变化 这是脉冲触发方式的这是脉冲触发方式的JKFF的特点的特点 。 当原形状为当原形状为0时，假设时，假设CLK=1时有时有J=1出现，那么主出现，那么主触发器为触发器为1形状

16、；形状； 当原形状为当原形状为1时，假设时，假设CLK=1时有时有K=1出现，那出现，那么主触发器为么主触发器为0形状。形状。规律：规律：图图5.4.6因此，上面两句话要记住。因此，上面两句话要记住。带异步置带异步置0、置、置1端的脉冲端的脉冲JK触发器：异步输入端的作用与电触发器：异步输入端的作用与电平平SRFF类似，在符号中的表示方法也一样。类似，在符号中的表示方法也一样。多输入端的情况：多输入端的情况：&1J1KC1QQJ1J2K2K1CLK1J1KC1QQJ1J2K2K1CLK逻辑关系为：逻辑关系为：J=J1J2 ， K=K1K2 欲提高抗干扰才干必需让输入信号只在时钟信号的某

17、个边欲提高抗干扰才干必需让输入信号只在时钟信号的某个边沿起作用边沿触发的触发器。沿起作用边沿触发的触发器。第五节第五节 边沿触发的触发器边沿触发的触发器一一.用两个电平触发用两个电平触发D触发器构成触发器构成 触发器的次态只取决于时钟信号上升沿或下降沿到触发器的次态只取决于时钟信号上升沿或下降沿到达时辰的输入信号的形状。达时辰的输入信号的形状。 显然，显然， 触发器的次态只取决于时钟信号上升沿到触发器的次态只取决于时钟信号上升沿到达时辰的输入信号达时辰的输入信号D的形状，与其他时辰的的形状，与其他时辰的D值无关。值无关。 目前在目前在CMOS集成电路中主要采集成电路中主要采用这种电路构造方式制

18、造边沿触发用这种电路构造方式制造边沿触发器。请看器。请看CMOS边沿触发器：边沿触发器： 图图5.5.1(a) 可统称为边沿构造。可统称为边沿构造。它有三种构成方式：它有三种构成方式：1.用两个电平触发用两个电平触发D触发器触发器构成。构成。2.维持阻塞构造。维持阻塞构造。3.利用门电路传输延迟利用门电路传输延迟时间构成。我们只引见时间构成。我们只引见第一种。第一种。1.任务原理任务原理原理与主从构造的触发器一样。原理与主从构造的触发器一样。CLK=1时，时，CLK=0时，时，TG1截止，截止，TG2导通。锁存数据。导通。锁存数据。这是一个这是一个CLK=0有效的有效的D锁存器见前页图锁存器见

19、前页图5.5.1(a)。2边沿边沿D触发器触发器连成主从构造即可。连成主从构造即可。CLK=0时，时，主触发器接纳数据；主触发器接纳数据； Q1 D从触发器坚持。从触发器坚持。CLK=1时，时，主触发器坚持；主触发器坚持；从触发器接纳数从触发器接纳数据，且据，且Q=(Q1 ) =D主触发器主触发器从触发器从触发器请看主触发器：请看主触发器：TG1导通，导通，TG2截止。截止。接纳数据接纳数据:Q1=D。lCMOS边沿边沿D触发器任务原理：触发器任务原理：1电平触发电平触发D锁存器锁存器CLK=1有效有效2.D触发器的特性表，特性方程，形状图和波形图触发器的特性表，特性方程，形状图和波形图特性表

20、：特性表：特性方程：特性方程：Q*=D形状图：形状图：有异步输入端有异步输入端SD和和RD的边的边沿沿DFF，用这样符号表示：，用这样符号表示：5.5.1CLKQQQ*QCLK三角形表示边沿触发，三角形表示边沿触发，上升沿触发；上升沿触发；S、R端无圆圈表示高电平端无圆圈表示高电平有效。有效。239页页波形图：波形图： 假设假设D端值在上端值在上升沿时发生变化，那升沿时发生变化，那么上升沿前的么上升沿前的D数据数据有效。即有效。即向前看。向前看。3.动作特点：动作特点： 触发器的次态只取决于时触发器的次态只取决于时钟信号上升沿或下降沿到钟信号上升沿或下降沿到达时辰的输入信号的形状。达时辰的输入

21、信号的形状。 与两个输入端的主从构造与两个输入端的主从构造的触发器的触发器JKFF,SRFF比，比，这种这种DFF只需一个只需一个D输入端，输入端，没有没有“坚持功能，因此具有边坚持功能，因此具有边沿触发的特点。沿触发的特点。二二.维持阻塞触发器维持阻塞触发器D触发器触发器1.任务原理任务原理CP=0时时触发器坚持。且有：触发器坚持。且有：CP上升沿时上升沿时电路按电路按RSFF动作。留意到上式，动作。留意到上式，因此有因此有 Qn+1=D 研讨一下研讨一下CP上升沿到来后的情上升沿到来后的情况，以判别它是不是边沿触发器：况，以判别它是不是边沿触发器：1假设原来假设原来 D=0,那么那么G4=

22、0,使得使得D变为变为1无影响；无影响；2假设原来假设原来 D=1,那么那么G4=1,但但G3=0,使得使得D改动仍无影响；改动仍无影响；将将2号线称为置号线称为置1阻塞线、置阻塞线、置0维持线；维持线；将将1号线称为置号线称为置1维持线、维持线、3号线称为置号线称为置0阻塞线；阻塞线；阐明它是阐明它是CP上升沿翻转的上升沿翻转的边沿触发器。边沿触发器。R S =D= D具有异步输入端和多输入端的维持阻塞具有异步输入端和多输入端的维持阻塞D触发器触发器三三.利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器CP=0时，电路坚持，例如时，电路坚持，例如0形状；形状；CP变为变为1后，后，B

23、，B两个门起作用，两个门起作用，依然坚持；同时依然坚持；同时J,K的影响到达的影响到达 P和和P点：点：P=J Q P=K QCP下降沿到达时：下降沿到达时：一方面一方面B，B门被封锁，门被封锁，A，A门起作用；门起作用； 另一方面，利用门另一方面，利用门G3、G4的延迟作的延迟作用，用，P和和P的值将维持一小段时间；的值将维持一小段时间；G3,G4门的延迟时间过后，门的延迟时间过后，P=P=1,但对形状无影响。但对形状无影响。所以它是时钟下降沿翻转的边沿触发器。所以它是时钟下降沿翻转的边沿触发器。在这期间，门在这期间，门G1、G2构成根本构成根本RSFF,且且P=S ,P=R,代入代入RSF

24、F的的特性方程特性方程 Qn+1=S+RQn 有：有：Qn+1=JQn+KQnQn=JQn+KQn第六节第六节 触发器的逻辑功能及其描画方法触发器的逻辑功能及其描画方法 时钟触发器：在时钟信号作用时钟触发器：在时钟信号作用下，根据输入信号改动形状的触发下，根据输入信号改动形状的触发器。分为：器。分为：SRFF、JKFF、DFF、TFF、 FF。T一、触发器的逻辑功能一、触发器的逻辑功能前三种已引见过。下面引见后两种。前三种已引见过。下面引见后两种。1.T触发器触发器特性方程：特性方程：特性表：特性表：形状图：形状图：功能特点：功能特点： T=0时，坚持；时，坚持；T=1时，翻转。时，翻转。逻辑符号：逻辑符号：Q Q*QTQ*Q1TCLKQCLK特性方程：特性方程：JKFF中，当中，当J=K=T时，即为时，即为TFF见上图。见上图。当当T=1时成为时成为TFF.二、触发器逻辑功能表示方法二、触发器逻辑功能表示方法特性表，特性方程，形状图特性表，特性方程，形状图,波形图。这里不再引见。波形图。这里不再引见。触发器的逻辑功能和触发方式触发器的逻辑功能和触发方式 构造是两个不同的概念，构造是两个不同的概念，一定要分