《数字电子技术基础》第6章触发器和定时器

1、第第6章触发器和定时器章触发器和定时器教学要求教学要求 掌掌 握：握：RS、JK、D、T、T触发器的逻辑功能；边触发器的逻辑功能；边沿触发器的触发特点。沿触发器的触发特点。 理理 解：解：触发器逻辑功能的转换。触发器逻辑功能的转换。 了了 解：解：主从触发器的触发特点；基本主从触发器的触发特点；基本RS 、同步、同步RS触触发器的工作原理。发器的工作原理。 概概 述述数字电路数字电路: : 分组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类分组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类组合逻辑电路的基本单元是基本门组合逻辑电路的基本单元是基本门时序逻辑电路的基本单元是触发器。时序逻辑电路的基本单元是触发器。触发器是数字电

2、路中一种基本的单元电路，它具有触发器是数字电路中一种基本的单元电路，它具有两个两个稳定状态稳定状态，能够，能够存储存储一位二进制信息，用于一位二进制信息，用于记忆记忆时序数字时序数字电路的状态。电路的状态。电路结构不同电路结构不同逻辑功能不同逻辑功能不同 1) 1) RSRS触发器触发器 3) 3) 主从触发器主从触发器1) 1) 基本触发器基本触发器二二. .触发器的分类触发器的分类2) 2) 同步触发器同步触发器 4) 4) 边沿触发器边沿触发器 2) 2) JKJK触发器触发器 3) 3) D D触发器触发器 4) 4) T T触发器触发器触发器的必备特点触发器的必备特点1.1.具有两个

3、能自行保持的稳态具有两个能自行保持的稳态(1(1态或态或0 0态态) )；2.2.外加触发信号时，电路的输出状态可以翻转；外加触发信号时，电路的输出状态可以翻转；3.3.在触发信号消失后，也能将获得的新态保存下来。在触发信号消失后，也能将获得的新态保存下来。5) 5) TT触发器触发器Q,Q触发器有两个输出端触发器有两个输出端 ：。：。正常正常时它们是互补的。时它们是互补的。, 01 QQ当当 称触发器为称触发器为“1”态；态； , 1 Q0Q当当 称触发器为称触发器为“0”态。态。输入信号引起触发器状态改变叫输入信号引起触发器状态改变叫触触 发发；Qn+1Qntn第第6章触发器和定时器章触发

4、器和定时器Q为触发器的状态为触发器的状态触发前触发器所处的状态称为触发前触发器所处的状态称为现态现态(或原状态或原状态)，记为，记为Qn；触发后触发器所处的状态称为触发后触发器所处的状态称为次态（或新状态）次态（或新状态），记为，记为Qn+1 。.电路组成逻、辑符号和工作原理电路组成逻、辑符号和工作原理信号输入端低电平有效。信号输入端低电平有效。6.1 6.1 基本基本RS触发器触发器6.1.1 与非门基本与非门基本RS触发器触发器 p32表表6.1.1 6.1.1 与非门基本与非门基本RSRS触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnRS功能说明功能说明010001101

5、0禁止禁止010110 10000Qn+1=1 置置1Qn+1=0 置置0Qn+1 =Qn保持101011010011111101100101.置置1功能功能 S=0， R=1时，无论触发器之前处于何种状时，无论触发器之前处于何种状态，触发器置态，触发器置1态，称为态，称为置置1或置位或置位；S（Set）端称为置端称为置1（置位置位）端，置位输入信号（）端，置位输入信号（S）低）低电平有效，在逻辑符号中用小圆指明。电平有效，在逻辑符号中用小圆指明。 当当R=0、S=1时，时，无论触发器之前无论触发器之前处于何种状态，触发器置为处于何种状态，触发器置为0态，态，称为称为置置0或或复位复位； R（

6、Reset）端称）端称为置为置0（复置位）输入端，复位输（复置位）输入端，复位输入信号（入信号（R）低电平有效，在逻辑）低电平有效，在逻辑符号中用小圆指明。符号中用小圆指明。 2.置置0功能功能3.保持功能保持功能Qn+1 =Qn保持即触发器具有的存储功能。即触发器具有的存储功能。4.禁止输入禁止输入禁止禁止R=S=0输入。输入。 逻辑功能归纳：逻辑功能归纳：S与与R相同，相同， R=S=0，禁用；，禁用； R=S=1，保持；保持； S与与R不同，不同， R S ，Q 随随 R 变。变。次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图特性方程特性方程触发器的特性方程触发器的特性方程: : 触发器次态触发器次态

7、Qn+1与输入、现态与输入、现态Qn之间的逻辑关系式。之间的逻辑关系式。1 110 001110011010000100功能功能Qn+1QnSR 基本RS触发器特性表110Qn+1=1 置置10Qn+1=0 置置0 禁用禁用（不定）（不定）Qn+1 =Qn保持保持S RQntVVVDDDDDD=3ln=32ln0-. .触发器的特性方程触发器的特性方程p32触发特点触发特点: 输入信号输入信号R和和S直接改变触发器的状态，称为直接触发。直接改变触发器的状态，称为直接触发。 输入信号的任何一次改变，都可能引起触发器状态变化。输入信号的任何一次改变，都可能引起触发器状态变化。3. 3. 触发特点和

8、工作波形图触发特点和工作波形图 在忽略门电路的传输延时的情况下，绘制触发器工作波在忽略门电路的传输延时的情况下，绘制触发器工作波形的步骤是：形的步骤是： 1)根据输入信号确定触发时刻根据输入信号确定触发时刻tn（任何输入信号的变化（任何输入信号的变化沿都是可能的触发时刻）；沿都是可能的触发时刻）； 2)将时间区间将时间区间tn,tn+1）的输入信号值和前一时间区间）的输入信号值和前一时间区间 （tn-1,tn）触发器的现态代入触发器功能方程计算，或状态表，）触发器的现态代入触发器功能方程计算，或状态表，得到时间区间（得到时间区间（tn,tn+1）上的）上的次态次态，画出波形图。，画出波形图。工

9、作波形图(时序图）可直观反映触发器的触发特点。工作波形图及时序图工作波形图及时序图保持保持置置0保持保持RSQQ置置1禁止禁止保持保持置置0RS0000010100011100110111001111nQ约束条件 01RSQRSQnn直接触发抗干扰能力差直接触发抗干扰能力差!例如例如,R的负窄脉冲。的负窄脉冲。 输入信号的任何一次改变，输入信号的任何一次改变，都可能引起触发器状态变化！都可能引起触发器状态变化！6.1.2或非门基本或非门基本RS触发器触发器211211+=7.0+7.07.0=RRRCRCRCR.电路组成逻、辑符号和工作原理电路组成逻、辑符号和工作原理表表6.1.2 或门基本或

10、门基本RS触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnRS功能说明功能说明00001101010110101 RSQRSQnn000101101Qn+1=Qn保持保持1101 011Qn+1=1置置1Qn+1=0置置0100100禁止禁止101 01.置置1功能功能 R=0，S=1 时，时，置置1或置位或置位；2.置置0功能功能 当当R=1、S=0时，置时，置0或或复位复位；R（Reset）端称为置）端称为置0（复位（复位）输入端，复位输入信号（）输入端，复位输入信号（R）高高电平有效，符号中电平有效，符号中无无小圆。小圆。 3.保持功能保持功能R=S=0时，保持不变，即触发

11、时，保持不变，即触发器的存储功能。器的存储功能。 4.禁止输入禁止输入破坏输出端的互补状态破坏输出端的互补状态 S（Set）端称为置）端称为置1（置位置位）端，）端，置位输入信号（置位输入信号（S）高高电平有效，在电平有效，在逻辑符号中逻辑符号中无无小圆。小圆。 逻辑功能归纳：逻辑功能归纳：S与与R相同，相同， R=S=0，保持；，保持； R=S=1，禁用；禁用； S与与R不同，不同， R S ，Q 随随 S变。变。次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图QQnn1特性方程特性方程 11SRRQSQnn表表6.1.2 或门基本或门基本RS触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnR

12、S功能说明功能说明000011010101101011Qn+1=Qn保持保持11Qn+1=1置置1Qn+1=0置置000禁止禁止SRQnP19. .触发器的特性方程触发器的特性方程触发特点触发特点: 输入信号输入信号R和和S直接改变触发器的状态，称为直接触发。直接改变触发器的状态，称为直接触发。 输入信号的任何一次改变，都可能引起触发器状态变化。输入信号的任何一次改变，都可能引起触发器状态变化。3. 3. 触发特点和工作波形图触发特点和工作波形图RCTW1.1RSQQ置置0置置1保持保持禁止禁止置置0保持保持直接触发抗干扰能力差直接触发抗干扰能力差!如如R的窄脉冲的窄脉冲基本基本RS触发器的特

13、点触发器的特点（1）触发器的）触发器的次态次态不仅与输入信号状态有关，而且与触不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的发器的现态现态(原态）原态）有关。有关。（2）电路具有）电路具有两个稳定状态两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。电路将保持原状态不变。（3）在）在外加触发信号有效时外加触发信号有效时，电路可以触发，电路可以触发翻转翻转，实现，实现置置0或置或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态，必须是互补关系，）在稳定状态下两个输出端的状态，必须是互补关系，且且有约束条件有约束条件。在数字电路中，凡根据输入信号在数字电路中，凡根据输入信号R、S

14、情况情况的不同，具有的不同，具有置置0、置、置1和保持和保持功能的电路，功能的电路，都称为都称为RS触发器。触发器。集成基本集成基本RS触发器触发器EN1时工作时工作EN0时禁止时禁止1S3S传输门的另一控传输门的另一控制端制端EN的反的反 (a) 74LS279的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS279 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q 1R 1 SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND 内内4个个RS (b) CC4044 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9 CC4044 1 2 3 4

15、 5 6 7 8 VDD 4S 4R 1Q 3R 3 S 3Q 2Q 4Q EN 1S 1R EN 2R 2S VSS 内内4个个RS基本基本RS触发器：触发器：直接触发直接触发(R、信号直接改变输出状态）、信号直接改变输出状态） 改变时间受同步信号控制的触发方式统称为改变时间受同步信号控制的触发方式统称为同步触发同步触发（广义）。（广义）。多数数字系统的工作都是在一个控制脉冲的作用下运行的。多数数字系统的工作都是在一个控制脉冲的作用下运行的。这个控制脉冲称为这个控制脉冲称为时钟脉冲时钟脉冲CPCP（ Clock PulseClock Pulse），一般为周期），一般为周期性矩形脉冲。性矩形脉

16、冲。6.2 6.2 同步同步RSRS触发器触发器 可用同步信号的可用同步信号的边缘边缘（上升沿、下降沿）或（上升沿、下降沿）或电平电平（高、低电（高、低电平）实现同步触发，前者称为平）实现同步触发，前者称为边沿触发边沿触发；后者称为；后者称为电平触发电平触发，习惯上称为习惯上称为同步触发（狭义）同步触发（狭义）。1) 1) 电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理CP0时，时，R=S=1，触发器保持原来状态不变。，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与与非门基本时，工作情况与与非门基本RS触发器相同。触发器相同。C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01 Fuo1VCCR2

17、(a) 电 路(b) 工 作 波 形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01 Fuo2R4C同步脉冲同步脉冲无非圈，高无非圈，高电平有效电平有效C(Control)C(Control)控制控制信号，信号，1 1表示控表示控制制1R1R和和1S1S特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRSQnnCP=1期间有效期间有效CP R S QnQn+1功能0 Qn 保持1 0 0 01 0 0 101 保持保持1 0 1 01 0 1 111 置置11 1 0 01 1 0 100 置置01 1 1 01 1 1 1不用不用不用不用不允许不允许nnQQ1nnQQ111nQ01nQP13

18、逻辑功能归纳：逻辑功能归纳：S与与R相同，相同， R=S=0，保持；，保持； R=S=1，禁用；禁用； S与与R不同，不同， R S ，Q 随随 S变。变。主主要要特特点点波波形形图图（1）时钟控制。在）时钟控制。在CP1期间接收输入信号，期间接收输入信号，CP0时状态保持不变。这是与基本时状态保持不变。这是与基本RS触发器的显著不同。触发器的显著不同。（2）R、S之间有约束。不能允许出现之间有约束。不能允许出现R和和S同时为同时为1的的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。情况，否则会使触发器处于不确定的状态。C PRSQQ不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变不不变变置置1置置0置置1置

19、置0不不变变CP=1, 由由RS决定决定CP=0, 不不变变 例例 已知同步已知同步RS触发器的触发器的CP、R、S的波形及的波形及触发器的初态，画出输出端的波形。触发器的初态，画出输出端的波形。 问题问题:在在CP=1期间，期间，R、S状态改变，或者引入了干扰，输出状态改变，或者引入了干扰，输出Q是否变化？是否变化？答答:都可能改变输出都可能改变输出Q，此时，时钟控制无效。，此时，时钟控制无效。0010010010 0011例例6.2.1试分析图试分析图6.2.3所示的所示的4位二进制数码寄存器的工作原理。位二进制数码寄存器的工作原理。解：数码从数据端解：数码从数据端D3D2D1D0输入，从

20、触发器的输入，从触发器的Q3Q2Q1Q0输出，输出，LD（Laod）是寄存器装载控制信号，即同步信号。）是寄存器装载控制信号，即同步信号。3 , 2 , 1 , 01iDQRSQDRDSiniiiniiiii当当LD=0时，时，4个同步个同步RS触发器的触发器的Q不变，存储已装入的数据。不变，存储已装入的数据。 当当LD=1时，时，输入数据装入同步输入数据装入同步RS触发器。触发器。1 0同步触发器的另一个缺点是直通现象。同步触发器的另一个缺点是直通现象。例如，图例如，图6.2.4电路中的电路中的3个同步个同步RS触发器级联。触发器级联。当当CP=1时，时，3个触发器的输出完全相同个触发器的输

21、出完全相同；为了消除直通现象，级联触发器必须是边沿触发器（见为了消除直通现象，级联触发器必须是边沿触发器（见6.3节）。节）。当当CP=0时，时，3个触发器存储相同的值。个触发器存储相同的值。1101110 边沿触发器边沿触发器: 利用同步信号的利用同步信号的边沿边沿（上升沿或下降（上升沿或下降沿）实现同步的触发器。沿）实现同步的触发器。6.3 6.3 边沿触发器边沿触发器 实现边沿触发的方式有实现边沿触发的方式有: 主从型、主从型、 传输延时型传输延时型 维持阻塞型。维持阻塞型。 各种触发方式都可以实现不同功能的触发器，即各种触发方式都可以实现不同功能的触发器，即: RS触发器、触发器、 J

22、K触发器、触发器、 D触发器、触发器、 T触发器触发器 T触发器。触发器。 6.3.1 6.3.1 主从型主从型RS触发器触发器1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理（1）接收输入信号过程接收输入信号过程CP=1CP=1期间：期间：主（主（M,masterM,master）触发器）触发器控制门打开，接收输入信号控制门打开，接收输入信号R R、S S。 从（从（S,slaveS,slave）触发器）触发器控制门封锁，其状态保持不变。控制门封锁，其状态保持不变。0=+=1+RSQRSQnmnm主（主（mastermaster）触发器）触发器从（从（slaveslave）触发器）触发器主从触发器

23、的主从触发器的CPCP反相，消除了直通。反相，消除了直通。1 10 0（2）输出信号过程输出信号过程 CPCP下降沿（下降沿（ ）到来时，）到来时，主触发器主触发器控制门封锁，在控制门封锁，在CP=1CP=1期间接收的内容被存储起来。期间接收的内容被存储起来。 同时，同时，从触发器从触发器控制门被打开，接收主触发器的输入信号，控制门被打开，接收主触发器的输入信号，输出端随之改变状态输出端随之改变状态。 在在CP=0CP=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此从触发期间，由于主触发器保持状态不变，因此从触发器的状态即器的状态即Q Q的值当然不变的值当然不变。01RSQRSQnnCP时时有效有效特

24、性特性方程方程0 01 1表表6.3.1 主从主从RS触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnCPRS功能功能0000保持保持110101置置1111000置置010110禁止禁止12）触发特点）触发特点CP=1CP=1期间接收输入信号；期间接收输入信号；CPCP下降沿到来时下降沿到来时输出状态发生输出状态发生改变。即改变。即：主从主从RSRS触发器的输入数据是触发器的输入数据是CP=1CP=1期间的期间的R R、S S值，值，触发器的输出则相对于输入信号延迟到触发器的输出则相对于输入信号延迟到CPCP的下降沿变化。的下降沿变化。 采样采样触发触发2 2个阶段个阶段当干扰

25、出现在当干扰出现在CP=1CP=1期间，则仍会影响触发器的状态。期间，则仍会影响触发器的状态。表示这种延迟作用。表示这种延迟作用。“三角三角”表示边沿触发。表示边沿触发。小圆则进一步指明是小圆则进一步指明是下降沿触发。下降沿触发。 图图6.3.26.3.2主从主从RSRS触发器的波形图触发器的波形图QQRSCP 虽然主从触发器克服了触发器间的直通，但由于它们虽然主从触发器克服了触发器间的直通，但由于它们在在CP=1CP=1期间接收输入信号，导致期间接收输入信号，导致抗干扰能力差抗干扰能力差。 0010010001116.3.2 6.3.2 传输延时型传输延时型JKJK触发器触发器 在传输延时（

26、在传输延时（tpd）内门电路的输出不能跟随其输入变化，）内门电路的输出不能跟随其输入变化，即其即其输出具有保持作用输出具有保持作用。利用门电路的这一保持作用可构成。利用门电路的这一保持作用可构成传输延时型边沿触发器传输延时型边沿触发器。 1）电路组成及工作原理）电路组成及工作原理RS（2 2）时钟）时钟CP=1(CP=1(包括上升沿包括上升沿) )瞬时瞬时，触发器仍然保持不变触发器仍然保持不变工作原理：工作原理：（1 1）CP=0CP=0时，时，触发器保持不触发器保持不变变L L1 1=L=L2 2=1 1, ,并且第二级的并且第二级的2 2个个与或非门与或非门等效为等效为1 1个个与非门与非

27、门基本基本RSRS触发器，其触发器，其复位端为复位端为L L1 1, , 置位置位端为端为L L2 2，输入低电平有效。，输入低电平有效。从时钟从时钟CP的上升沿开始，的上升沿开始，超过超过1个与非门的传输延时个与非门的传输延时（tpd）之后）之后，01110tpd与非门输出改变，但触发器输出保持。与非门输出改变，但触发器输出保持。1RS如：如：L L1 1=0,=0,与或非门的下与非门输出为与或非门的下与非门输出为0,0,但上与非门输出为但上与非门输出为1 1,Q,Q与与QQ均不变均不变. .CP=0,CP=0,等效为等效为1 1个与非门个与非门00011(3)(3)时钟时钟CPCP下降沿到

28、（下降沿到（ ），触发器状态变化触发器状态变化112121LLRSQLLRQSQnnn从从CPCP的下降沿开始的下降沿开始（1010瞬间），在瞬间），在1 1个与非门个与非门的传输延时的传输延时（t tpdpd）内）内，2 2个与个与非门保持其输出非门保持其输出 ,与或非门为与或非门为与非门基本与非门基本RSRS触发器：触发器： 超过超过1个与非门的传输延时（个与非门的传输延时（tpd）之后）之后，L1=L2=1,触发触发器保持前述变化的结果。器保持前述变化的结果。1RS0QLnK=1DRDSJKJK可以任意取值，没有约可以任意取值，没有约束束. .因因QQn n与与QQn n互补，且互补，且

29、引入引入J J、K K门，门，无论无论JKJK如如何取值，不会出现何取值，不会出现R=S=0R=S=00101110CP=0,CP=0,等效为等效为1 1个与非门个与非门00P6与非门图与非门图 P8公式公式特性方程：特性方程： nnnQKQJQ1J、K是距是距CP下降沿之前下降沿之前tpd秒的任意逻辑值。秒的任意逻辑值。tpd是纳秒级，可以认为是纳秒级，可以认为J、K是是CP下降沿前瞬时的任意下降沿前瞬时的任意逻辑值逻辑值。表表6.3.2 JK触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnCPJK功能功能000011001001110110逻辑功能归纳：逻辑功能归纳：J与与K

30、相同，相同， J=K=0，保持；，保持； J=K=1，翻转；翻转； J与与K不同，不同， Q 随随J变。变。保持保持1=+,0=+0=SRSRSR01置置0振荡周期：T tp 1tp 20 . 7 ( R12 R2) C10置置1tp 2 0 .7 R2C11NoImage翻转翻转电路特点电路特点时序图时序图 只要窄脉冲干扰只要窄脉冲干扰不出现在不出现在CP的下降的下降沿，则不影响触发沿，则不影响触发器的输出状态。器的输出状态。 由本例推广，由本例推广，传传输延时型边沿触发输延时型边沿触发器抗干扰能力强器抗干扰能力强。状态图状态图 状态图是反映时序数字电路状态图是反映时序数字电路状态转换及状态

31、转换条状态转换及状态转换条件件的图形，它可以描述时序电路的功能。的图形，它可以描述时序电路的功能。 触发器有触发器有2个状态：个状态：0和和1，用圆圈表示；箭头表示状态转，用圆圈表示；箭头表示状态转换的方向和一个有效的时钟（例如，边沿换的方向和一个有效的时钟（例如，边沿JK触发器的下降触发器的下降沿），旁边注明状态转换条件。沿），旁边注明状态转换条件。 例如，触发器由例如，触发器由0态转换态转换为为1态的条件是：态的条件是：J=1，K=（0或或1）。）。 0 J=1 K=1 J= K=1 1 J=0 0 K= J= K= 0 0nQ约束条件 01RSQRSQnnCPJK功能功能0000保持保持

32、110100置置0101001置置1111101翻转翻转10&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0维持线维持线CPABRSQQRDSDD置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线0101111) t () ()() 0 (VVeVVCCtCC1）CP=0时，时，1.电路结构电路结构2.工作原理工作原理6.3.3 6.3.3 维持阻塞维持阻塞D触发器触发器&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0维持线维持线CPABRSQQRDSDD置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞

33、线0101111DDQDQRSnn1nQ1100 D=0, G3=0，有3个作用。 (1)置0 ：使Q=0。 (2)置0维持： G3=0通过 线，D无论如何变化维持Q=0。 (3)阻塞置1： G5=1，使G6=0，阻塞了G4=0，也就阻塞了Q=1。2）在CP=1的前端（上跳沿）（ ）设D=0Q=0&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0维持线维持线CPABRSQQRDSDD 置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线设D=1.11(1)置1：使Q=1。111101G4=0，也有3个作用。001010(2)置1维持： G4=0通过 线

34、，使G6维持置1。D无论如何变化维持Q=1。(3)阻塞置0： G4=0，阻塞了G3置0，也阻塞了Q=0。&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0维持线维持线CPABRSQQRDSDD置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线01011111003）在）在CP=1的后端（的后端（ ）,维持阻塞保证基本维持阻塞保证基本RS触发器的触发器的RS端不随端不随D端变化，因此端变化，因此Q端不端不变化。变化。11DQn1上升沿时刻有效上升沿时刻有效上升沿时上升沿时,无圈无圈特特 点点:抗干扰能力极强，工作速度很高。抗干扰能力极强，工作速度很高。

35、表表6.3.3维持阻塞型维持阻塞型D触发器的状态表触发器的状态表nQ表中表中“”表示表示CP由由0跳变为跳变为1的上升沿的上升沿;D是是CP上升沿前上升沿前瞬时的输入逻辑值。瞬时的输入逻辑值。约束条件 01RSQRSQnnCPD功能功能000置置01101置置11 在时钟脉冲在时钟脉冲CP作用下，作用下，D触发器仅具有置触发器仅具有置0和置和置1功能，功能，常用于存储常用于存储1位二进制码，故称为位二进制码，故称为数码（数码（Digit）触发器。触发器。异步复位和置位异步复位和置位 表表6.3.4维持阻塞型维持阻塞型D触发器的状态表触发器的状态表nQ约束条件 01RSQRSQnnRdSdCPD

36、功能功能00禁止禁止010异步复位异步复位101异步置位异步置位11000置置0111101置置110101 0110异步：其作用与异步：其作用与CP无关，故无关，故名异步。名异步。如图，异步复位如图，异步复位Sd和置位和置位Rd是低电平有效控制，其作用优是低电平有效控制，其作用优先，不受时钟控制。先，不受时钟控制。 同样，其他功能的触发器也可以有多个同步输入和异步复同样，其他功能的触发器也可以有多个同步输入和异步复位、异步置位信号。位、异步置位信号。 只要窄脉冲干扰不出现在只要窄脉冲干扰不出现在CP的上升沿，则不影响触发器的输出的上升沿，则不影响触发器的输出状态。此外，异步输入端的作用优先（

37、见状态。此外，异步输入端的作用优先（见Sd=0处）。处）。由本例推广，维持阻塞型边沿触发器抗干扰能力强。由本例推广，维持阻塞型边沿触发器抗干扰能力强。触发特点：触发特点： 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引脚排列图 (b) CC4013引脚排列图集成边沿集成边沿D

38、触发器触发器：CC4013的异步输入端的异步输入端RD和和SD为高电平有效。为高电平有效。CP上升沿触发上升沿触发6.4.1 D触发器转换为触发器转换为T和和T触发器触发器 T触发器：触发器：在有效时钟作用下，具有触发在有效时钟作用下，具有触发翻转和保持翻转和保持2种功能种功能的触发器；的触发器；用用1个维持阻塞个维持阻塞D触发器和触发器和1个异或门可组成维持阻塞个异或门可组成维持阻塞T触发器。触发器。 nnQTDQ16.4 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换令已有触发器和待求触发器的令已有触发器和待求触发器的特性方程相等特性方程相等，求出，求出转换逻辑电路。转换逻辑电路。下下P481D

39、C1Q=1T1TC1QQNoImage当当T恒为恒为1时，时，D触发器转化为触发器转化为T触发器触发器可见，可见，T触发器仅具有翻转功能。触发器仅具有翻转功能。 nnnQQQ1=1+T特性方程特性方程DQQnn=1+NoImageT触发器：触发器：仅具有触发仅具有触发翻转功能翻转功能的触发器称为的触发器称为T触发器。触发器。6.4.2 触发器的逻辑功能转换方法触发器的逻辑功能转换方法逻辑功能RSJKDTT特性方程特性方程6.4.2 6.4.2 触发器的触发器的逻辑功能QQQnnnKJ+=1+0=+=1+RSRSQQnnDQn=1+QQQnnnTT+=1+QQnn=1+令已有触发器和待求触发器的

40、特性方程相等，求出令已有触发器和待求触发器的特性方程相等，求出转换逻辑电路。转换逻辑电路。上上P46例如，将维持阻塞例如，将维持阻塞D触发器转换为维持阻塞触发器转换为维持阻塞JK触发器触发器 nnQKQJDQQQnnnKJ+=1+DQn=1+T触发器特性方程：触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1与与JK触发器的特性方程比较，得：触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11KTQQCPJK触发器触发器T触发器触发器将将JK触发器转换为触发器转换为T和和T触发器触发器JK触发器的特性方程触发器的特性方程:nnnQKQJQ1nQ约束条件 01RSQRSQnn011011100100

41、110000功能功能KJCP保持保持1=+,0=+0=SRSRSR10置置0振荡周期：T tp 1tp 20 . 7 ( R12 R2) C01置置1tp 2 0 .7 R2C11NoImage翻转翻转NoImageT 触发器特性方程：触发器特性方程：与与JK触发器的特性方程比较，得：触发器的特性方程比较，得：84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P电电路路图图1J C11K1QQCPnnQQ1变换变换T触发器的特性方程：触发器的特性方程：nnnnQQQQ111JK触发器触发器T触发器触发器JK触发器的特性方程触发器的特性方程:nnnQKQJQ1TKTJ1.

42、JK触发器触发器T触发器触发器84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P2.JK触发器触发器T触发器触发器5.D触发器触发器T触发器触发器nQTD6.D触发器触发器T触发器触发器n1nQQDKDJ3.JK触发器触发器D触发器触发器4.JK触发器触发器RS触发器触发器7. D触发器触发器JK触发器触发器8.D触发器触发器RS触发器触发器11QnnQRSDTKTJ84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P9.RS触发器触发器T触发器触发器10.RS触发器触发器T触发器触发器11. RS触发器触发器JK触发器触发器12.RS触发器触

43、发器D触发器触发器uo&uiuAuo( a ) 电 路 示 意 图( b ) 波 形 图单 稳 态 触 发 器uououiuAtpuiuotp*6.5触发器的触发器的动态特性动态特性触发器由门电路组成，每个门都存在传输延时。因此，触触发器由门电路组成，每个门都存在传输延时。因此，触发器的输入信号、时钟信号必须在时间顺序上恰当配合，才能发器的输入信号、时钟信号必须在时间顺序上恰当配合，才能保证触发器稳定可靠地实现其逻辑功能。保证触发器稳定可靠地实现其逻辑功能。设每个与非门的传输时间为设每个与非门的传输时间为tpd。 触发器触发器同步输入信号与时钟信号之间的时间关系同步输入信号与时钟信号之

44、间的时间关系称为触发称为触发器的动态特性。器的动态特性。 一、一、输入信号的建立时间和保持时间输入信号的建立时间和保持时间( (一一) ) 建立时间建立时间 tset要求触发器输入信号要求触发器输入信号 先于先于 CP 信号的时间。信号的时间。( (二二) ) 保持时间保持时间 th 指保证触发器可靠翻转，指保证触发器可靠翻转， CP 到来后输入信号需保到来后输入信号需保持的时间。持的时间。边沿边沿 D 触发器的触发器的 tset 和和 th 均在均在 10 ns 左右。左右。1nQQLnJ=21nQQLnJ=20 1 01 0 1二、时钟触发器的传输延迟时间二、时钟触发器的传输延迟时间 指从

45、指从 CP 触发沿到达开始，到输出端触发沿到达开始，到输出端 Q、Q 完成状态改变完成状态改变所经历的时间。所经历的时间。(一一) tCPLHCPCP有效沿后，输出端由低电有效沿后，输出端由低电平变为高电平的传输延迟时平变为高电平的传输延迟时间。间。QtCPLHtCPHLQTTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474， tCPLH =2tpd 。0&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0维持线维持线CPABRSQQRDSDD 置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线11111101001010一一 由于每一级门电路的传输延迟，使时钟

46、触发器的由于每一级门电路的传输延迟，使时钟触发器的最高工作频率受到限制。最高工作频率受到限制。7474， fmax 15 MHz。三、时钟触发器的最高时钟频率三、时钟触发器的最高时钟频率 fmax(二二) tCPHLCPCP有效沿后，输出有效沿后，输出端由高电平端由高电平变为低电平变为低电平的传输延迟时间。的传输延迟时间。TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474， tCPHL =3tpd 。(三三)触发器传输延迟时间触发器传输延迟时间tfCPCP有效沿后，输出状态到达稳有效沿后，输出状态到达稳定需要的时间。定需要的时间。tf=maxtCPLH, tCPHL D 触发器触发器7474， tf

47、=3tpd&G1&G2&G4&G3&G5&G6CPABRSQQRDSDD置置1维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线0101110111小小 结结触发器是数字电路的极其重要的基本单元。触发器有两个触发器是数字电路的极其重要的基本单元。触发器有两个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变为另一个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变为另一个稳态；无外界信号作用时状态保持不变。因此，触发器可以作稳态；无外界信号作用时状态保持不变。因此，触发器可以作为二进制存储单元使用。为二进制存储单元使用。触发器的逻辑功能可以用触发器的逻辑功

48、能可以用真值表、卡诺图、特性方程、状真值表、卡诺图、特性方程、状态图和波形图态图和波形图等等5种方式来描述。种方式来描述。 触发器的触发器的特性方程特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，时是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，时常用来作为判断电路状态转换的依据。常用来作为判断电路状态转换的依据。 同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种类型触发器。类型触发器。 各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：各种不同逻辑功能的触发器的特性

49、方程为： RS：Qn+1=S+RQn，其约束条件为：，其约束条件为：RS0 0 JK： Qn+1=JQn+KQn D： Qn+1=D T： Qn+1=TQn+TQn T： Qn+1=Qn 555定时器是一多用途的数字模拟混合集成电定时器是一多用途的数字模拟混合集成电路，最大的优点是电源电压范围大，为路，最大的优点是电源电压范围大，为3V18V. 可以和可以和TTL和和CMOS器件兼容，同时驱动电流器件兼容，同时驱动电流大约为大约为200mA. 可以构成可以构成单稳态触发器单稳态触发器、 多谐振荡器多谐振荡器、 压控振荡器压控振荡器等多种应用电路，并直接等多种应用电路，并直接驱动负载。驱动负载。

50、 6.6 6.6 555定时器定时器电阻分压器电阻分压器2个电压个电压比较器比较器RS触发器触发器反相器反相器CH7555定时器电路框图定时器电路框图放电管放电管VDD32VDD31555555定时器的构成定时器的构成电压比较器的功能： v+ v-，vO=1 v+2VDD/3VDD/32VDD/3VDD/3CC31VCC32V100110高电平高电平高电平高电平高电平高电平10低电平低电平导通导通VDD/32VDD/32VDD/30保持保持保持保持VDD/3高电平高电平VDD/310101截止截止555555定时器的工作原理定时器的工作原理6.6.2 由由555定时器构成的施密特触发器定时器构

51、成的施密特触发器 施密特触发器是一种能够把输入波形施密特触发器是一种能够把输入波形整形整形成为适合于成为适合于数字电路需要的数字电路需要的矩形脉冲矩形脉冲的电路。由集成运放构成的施密的电路。由集成运放构成的施密特触发器（滞环比较器）的特触发器（滞环比较器）的传输特性传输特性如下。如下。vIvO1vIvOuoui0VT+VT-传输特性传输特性+6V-6V上阈值电压上阈值电压2VDD/3下阈值电压下阈值电压VDD/3反相传输特性反相传输特性同相传输特性同相传输特性反相施密特触发器的传输特性反相施密特触发器的传输特性 6.6.2 由由555定时器构成的施密特触发器定时器构成的施密特触发器反相施密特触

52、发器的构成反相施密特触发器的构成vovi08V4V传输特性传输特性VDD上阈值电压上阈值电压下阈值电压下阈值电压VDD=12V时时施密特触发器的工作原理施密特触发器的工作原理 (a) 40106的引脚排列图 14 13 12 1 1 10 9 840106 1 2 3 4 5 6 7VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 1 1 10 9 84093 1 2 3 4 5 6 7(b) 4093的引脚排列图VDD 3A 3B 3Y 4Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS0电源vi1/3VDD2/3VDDCC5

53、k5k5k12VDDV-C(2)(6)(5)(8)1111RSGvO(4)(3)(7)(1)DISO1vTHTRIGRRD1vovi0VT+VT-100101011010002/3VDD100112VDD/3VDD/3高电平高电平高电平高电平高电平高电平低电平低电平导通导通VDD/32VDD/3保持保持保持保持VDD/3高电平高电平截止截止VDD32VDD31图图6.6.3 脉冲幅度和边沿整形脉冲幅度和边沿整形图图6.6.4 三角波变换成矩形波三角波变换成矩形波vItO1vt1/3VDD2/3VDD(a) 整形电路的输入、输出波形整形电路的输入、输出波形输入输出UT+UT1输入输出UT+UT(

54、b) 幅度鉴别的输入、输出波形(c) 多谐振荡器CRucuouoUiUi0 0t t0 0UoUot tT+T+U UT-T-U U单稳态触发器在数字电路中一般用于单稳态触发器在数字电路中一般用于（产生一（产生一定宽度的矩形波）、定宽度的矩形波）、（把不规则的波形转换成宽度、（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及幅度都相等的波形）以及（把输入信号延迟一定时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。间后输出）等。（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。态。（3）暂稳态是一

55、个不能长久保持的状态，经过一段时）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。间后，电路会自动返回到稳态。 暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。本身的参数。特点：特点：6.6.3 由由555定时器构成的单稳态触发器定时器构成的单稳态触发器nnTQQTRS电路构成电路构成 （1）接电源稳态时）接电源稳态时 当无输入时，当无输入时，即即VI=VDD，如，如 NMOS管截止，管截止，C充充电。当电。当VC上升到上升到2/3VDD时，时，NMOS管导通，管导通， C放电到放电到0，输出低电平。输出低电平。工作原理

56、工作原理2Ov3C COtVOtCvOItv图7.4.5 单稳态电路波形图TTWVDDDISvoTH放电管(NMOS)输出阈值输入阈值输入复位导通00导通01 /3VDD2 /3VDD1不变不变1 /3VDD 2 /3VDD1截止1 1 /3VDD1RDTRIG稳态暂稳态0 （2）当输入）当输入负负跳变时，则输出跳变时，则输出1， NMOS管截止，管截止， C充电，电路充电，电路进入暂稳进入暂稳态。态。当当VC上升到上升到2/3VDD时，时，NMOS管导通，管导通， C放电到放电到0，输出低电平。，输出低电平。1001RviCC5k5k5k12VDDV-C(2)(6)(5)(8)1111RSG

57、vO(4)(3)(7)(1)DISO1vTHTRIGRDR1CvC110110 电路要求：电路要求： TITW ,否则电否则电路转化为反相器。路转化为反相器。TInnKQQJRS暂稳态持续时间（暂稳态持续时间（TW）的计算）的计算起始值起始值 Vc(0+)=0, VC()=VDD， VC(t)=VDD2/3, =RC( a ) 7414的引脚排列图 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9 87414 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9 874132 1 2 3 4 5

58、6 7( b) 74132的引脚排列图VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND因为因为nnnQKQJQ+=1+NoImageRCVVVRCTDDDDDDW1.1320lnTKJ=VDD单稳态触发器的应用单稳态触发器的应用 sett图图6.6.7 脉冲延迟脉冲延迟 图图6.6.8 脉冲鉴宽脉冲鉴宽 2.脉冲延时脉冲延时 3.脉冲宽度鉴别脉冲宽度鉴别 4.定时定时 1.脉冲整形脉冲整形 11C充电充电+001RCRC微分电路微分电路, ,对输对输入的上跳沿产入的上跳沿产生脉冲生脉冲01延时为延时为1级的级的TW=TW-TI00111101010应用举例

59、：触摸定时控制开关应用举例：触摸定时控制开关 手触摸一下金属片手触摸一下金属片P，由于人体感应电压相当于在触发，由于人体感应电压相当于在触发输入端（管脚输入端（管脚2）加入一个）加入一个负脉冲负脉冲， 555输出端输出高电平，输出端输出高电平， 灯泡（灯泡（RL）发光。）发光。ht 当暂稳态时间（当暂稳态时间（tW）结束）结束时，时，555输出端恢复低电平，输出端恢复低电平，灯泡熄灭。灯泡熄灭。该触摸开关可用于该触摸开关可用于夜间定时照明，定时时间可由夜间定时照明，定时时间可由RC参数调节。参数调节。TKJ=nnQQRSnnQKQJD2111+=TTTTTq电机转速的电机转速的测定测定tp1S计数计数