数字电子技术基础(第四版)阎石第4章

1、潍坊学院 信息与控制工程学院潍坊学院 信息与控制工程学院 本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器，重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点，以及触发器从功能上的分类及相互间的转换。 首先从组成各类触发器的基本部分SR锁存器入手，介绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点，在基础上介绍JK触发器、D触发器、T触发器等，给出触发器的描述方程。 本章重点是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状态方程的描述等。潍坊学院 信息与控制工程学院1.触发器触发器：能够存储：能够存储1位二值信号的基本单元电路。位二值信号的基本单元电路。2.触发器的特点触发器的特点：a.具有两个能自行保持的稳定状态，用来

2、表示逻辑状态的具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和和1,或二进制数的或二进制数的0和和1 ; b.根据不同的输入信号可以置根据不同的输入信号可以置1或或0.3. 分类：分类：按触发方式：电平触发器、脉冲触发器和边沿触发器按触发方式：电平触发器、脉冲触发器和边沿触发器按逻辑功能方式：按逻辑功能方式： SR锁存器、锁存器、JK触发器、触发器、D触发器、触发器、T触发器触发器按结构：按结构： 基本基本SR锁存器、同步锁存器、同步SR触发器、主从触发器、维触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、边沿持阻塞触发器、边沿触发器等触发器等潍坊学院 信息与控制工程学院按存储数据的原理：静态触发器和

3、动态触发器按存储数据的原理：静态触发器和动态触发器 静态触发器是靠电路的自锁来存储数据的。静态触发器是靠电路的自锁来存储数据的。 动态触发器是靠动态触发器是靠MOS管栅极电容存储电荷来存储管栅极电容存储电荷来存储数据的。数据的。 本章讲静态触发器，按照触发方式先介绍基本本章讲静态触发器，按照触发方式先介绍基本SR锁存器，再介绍电平触发的触发器、脉冲触发的触发锁存器，再介绍电平触发的触发器、脉冲触发的触发器和边沿触发的触发器。器和边沿触发的触发器。潍坊学院 信息与控制工程学院潍坊学院 信息与控制工程学院a . RD0，SD1SD1Q1b . RD1，SD0Q0RD1SD0Q = 0锁存器的锁存器

4、的1态态锁存器的锁存器的0态态置位端或置置位端或置1输入端输入端复位端或置复位端或置0输入端输入端0Q1QRD00Q1.由或非门构成由或非门构成：潍坊学院 信息与控制工程学院c . RD0，SD011nQQn+10SD0Qn =0若若Qn0Qn-原态，原态，Qn+1-新态新态Qn1若若Qn1Qn+1Q 保持原态保持原态01nQRD001nQSD0Qn =1潍坊学院 信息与控制工程学院d . RD1，SD1其特性表如表所其特性表如表所示示 ，为禁态，为禁态，也称为不定态，即也称为不定态，即RD和和SD同时去掉高同时去掉高电平加低电平，输电平加低电平，输出状态不定，故输出状态不定，故输入端应该遵循

5、入端应该遵循RDSD00 QQ1nnDDQQRS潍坊学院 信息与控制工程学院1nnDDQQRS潍坊学院 信息与控制工程学院10同同为为同同时时为为和和Q,QRSDD1nnDDQQRS潍坊学院 信息与控制工程学院 在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作，这在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作，这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信号就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信号（Clock pulse），简称时钟，用），简称时钟，用CP表示。这种受时钟控制的表示。这种受时钟控制的触发器统称为时钟触发器。触发器统称为时钟触发器。一、电路结构与工作原理一、电路结

6、构与工作原理 图图5.3.1所示为电平触发所示为电平触发SR触发器（同步触发器（同步SR触发器）的基触发器）的基本电路结构及图形符号。本电路结构及图形符号。基本基本SR锁存器锁存器输入控制门输入控制门只有在只有在CP1时，时，SR才能起作用才能起作用潍坊学院 信息与控制工程学院1. CP0此时门此时门G3和和G4被封锁，输被封锁，输出为高电平。出为高电平。0对于由对于由G1和和G2构成的构成的SR锁存器，触发器保持原锁存器，触发器保持原态，即态，即112. CP1 此时门此时门G3和和G4开启，开启，触发器输出由触发器输出由S 和和R决定。决定。a. S=0 , R=010011Q n+1 =

7、 QnQ n+1 = Qn潍坊学院 信息与控制工程学院b. S=0 , R=10111010Qn+1= 0c. S=1 , R=01101010Q n+1 = 1d. S=1 , R=11110011（禁态）111nnQQ潍坊学院 信息与控制工程学院1nnQQRSCP才才起起作作用用和和到到达达，只只有有同同步步信信号号触触发发器器基基本本输输入入控控制制门门RSCPRS 潍坊学院 信息与控制工程学院在某些应用场合，有时需要在时钟CP到来之前，先将触发器预置成制定状态，故实际的同步SR触发器设置了异步置位端 和异步复位端 ，其电路及图形符号如图所示小圆圈表示低小圆圈表示低电平有效电平有效无小圆

8、圈表示高无小圆圈表示高电平控制电平控制DSDR潍坊学院 信息与控制工程学院和输入端信号的控制。而不受时钟信号，或者置发器置加入低电平，即可将触或CPRSDD01态不一定能保存。返回高电平后预置的状或否则在下进行，应在将触发器置位或者复位或DDDDRSCPRS010011100DDDDDDRSQRSQRSCP不用设置初态时，时：潍坊学院 信息与控制工程学院变变化化多多次次翻翻转转可可能能随随和和期期间间，在在R,SQQCP1 1nnQQRSCP潍坊学院 信息与控制工程学院解：其输出波形如图解：其输出波形如图所示所示的波形图。和试画出，的波形，且和、知例：电路如图所示，已QQSCPRRSDD1潍坊

9、学院 信息与控制工程学院变化多次翻转、可能随和期间，在RSQQCLK11nnQQRSCP潍坊学院 信息与控制工程学院 由此例题可以看出，这种同步由此例题可以看出，这种同步RS触发器在触发器在CP1期间，输出状态随输入信号期间，输出状态随输入信号S、R的变化而多次翻转，的变化而多次翻转，即存在空翻现象，降低电路的抗干扰能力。而且实际即存在空翻现象，降低电路的抗干扰能力。而且实际应用中要求触发器在每个应用中要求触发器在每个CP信号作用期间状态只能改信号作用期间状态只能改变一次。另外变一次。另外S和和R的取值受到约束，即不能同时为的取值受到约束，即不能同时为1. 为了适应单端输入为了适应单端输入信号

10、的需要，有时将信号的需要，有时将S通通过反相器接到过反相器接到R上，如上，如图所示，这就构成了电图所示，这就构成了电平触发的平触发的D触发器触发器潍坊学院 信息与控制工程学院1nnQQRSCP此电路称为此电路称为D锁存器，其特锁存器，其特点是在点是在CLK的有效电平期间的有效电平期间输出状态始终跟随输入状态输出状态始终跟随输入状态变化，即输出与输入状态相变化，即输出与输入状态相同。同。潍坊学院 信息与控制工程学院 为了避免空翻现象，提高触发器工作的可靠性，希为了避免空翻现象，提高触发器工作的可靠性，希望在每个望在每个CLK期间输出端的状态只改变一次，则在电期间输出端的状态只改变一次，则在电平触

11、发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。一一 、电路结构与工作原理、电路结构与工作原理 脉冲触发的脉冲触发的SR触发器是由两个同样的电平触发触发器是由两个同样的电平触发SR触发器组成触发器组成1.脉冲触发的脉冲触发的SR触发器（主从触发器（主从SR触发器）（触发器）（MasterSlave SR FlipFlop）：）：典型电路结构形式如图典型电路结构形式如图4.2.8所示。所示。潍坊学院 信息与控制工程学院由G5G8构成主触发器，由G1G4构成从触发器，它们通过时钟连在一起，CP从CP ，其图形符号如图4.2.8所示潍坊学院 信息与控制工程学院

12、工作原理工作原理:在在CP1时，主触发器按时，主触发器按S、R变化变化，而从触发器保持状态而从触发器保持状态不变；不变；在在CP由由1 0（下降沿），主触发器保持，从触发器随主（下降沿），主触发器保持，从触发器随主触发器的状态翻转，故在触发器的状态翻转，故在CLK的一个周期内，触发器的输出的一个周期内，触发器的输出状态之可能改变一次状态之可能改变一次潍坊学院 信息与控制工程学院。因而被置成，入变成了高电平，它的输的变回低电平，从触发器当状态不变。而从触发器保持。，即，则主触发器被置以后，若由当，初始状态例如10, 100, 110, 11000QQRQSCPCPQQRSCPQCP潍坊学院 信息

13、与控制工程学院图图4.2.8表示延迟输出表示延迟输出,即即CP变为变为0后，输出后，输出状态才改变状态才改变潍坊学院 信息与控制工程学院解：其输出波形如图所示解：其输出波形如图所示潍坊学院 信息与控制工程学院2 主从主从JK触发器：触发器： 为了使主从为了使主从SR触发器在触发器在SR1时也有确定的状态，时也有确定的状态，则将输出端则将输出端 Q 和和 反馈到输入端，这种触发器称为反馈到输入端，这种触发器称为JK触发器（简称触发器（简称JK触发器）。实际上这对反馈线通常在触发器）。实际上这对反馈线通常在制造集成电路时内部已接好。制造集成电路时内部已接好。Q潍坊学院 信息与控制工程学院也是确定的

14、的情况下，即使出现为解除约束触发器主从11. 2nQRSJKSR潍坊学院 信息与控制工程学院110111011 后，“从”后，“从”，“主”，“主”“主”保持“主”保持时，时，则则若若cpQ,QcpK,J)(nnSR后，“从”保持后，“从”保持“主”保持“主”保持时，时，则则若若 cpQQcpKJ)(nn01103nnnQcp,Q,QcpKJ)( 后，“从”后，“从”则“主”置则“主”置若若则“主”置则“主”置若若时，时，则则若若1001114000011102 后，“从”后，“从”，“主”保持，“主”保持，“主”，“主”时，时，则则若若cpQQcpK,J)(nn潍坊学院 信息与控制工程学院1

15、nnQQKJCPnQ1nnQQRSCPnQSR潍坊学院 信息与控制工程学院输出状态只能改变一次输出状态只能改变一次”状态翻转”状态翻转到达后，“从”按“主到达后，“从”按“主第二步第二步“从”保持“从”保持时，“主”接收信号，时，“主”接收信号，第一步第一步分两步动作：分两步动作： cpcp.11的信号进入主触发器的信号进入主触发器时，只允许时，只允许的信号进入主触发器的信号进入主触发器时，只允许时，只允许1110 KQJQnnSR。最后的状态，决定最后的状态，决定前前，要找出，要找出期间里输入发生变化时期间里输入发生变化时在在可能翻转一次可能翻转一次高电平期间，“主”只高电平期间，“主”只在

16、在但主从但主从对“主”都起控制作用对“主”都起控制作用的全部时间里输入信号的全部时间里输入信号，“主”为同步，“主”为同步主从主从1112 nQQcpcpcpJKcpRSRS.潍坊学院 信息与控制工程学院例4.2.10 如图所示的主从JK触发器电路中，已知CLK、J、K的波形如图所示，试画出输出端波形。解：输出波形如图所示解：输出波形如图所示潍坊学院 信息与控制工程学院例 已知主从JK触发器的输入及时钟波形如图 所示，试画出输出端Q和Q波形解：其输出波形如图所示解：其输出波形如图所示11011100010一次变一次变化问题化问题潍坊学院 信息与控制工程学院潍坊学院 信息与控制工程学院1. 利用

17、利用CMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器 反馈通路接通，自锁反馈通路接通，自锁保持保持通通断，断，而变化而变化随着随着断断通，通，时，时，,QTGTGDQ,DQTGTGcp)(432101潍坊学院 信息与控制工程学院故这是一个上升沿触发的故这是一个上升沿触发的D触发器触发器反馈不通断通，“主”保持此前的状态通断，后，,)2(4321QQTGTGDTGTGcp潍坊学院 信息与控制工程学院后，输出才能变化。后，输出才能变化。直到下个直到下个反馈通路接通反馈通路接通保持保持通通断，断，接收新的输入接收新的输入断断通，通， cp,QTGTG,DQTGTGcp)(43213潍坊学院 信息与控制工

18、程学院列出真值表)4(1nnQQDCPnQ潍坊学院 信息与控制工程学院端端，置，置有异步置有异步置015)(、后的状态无关、后的状态无关输入的状态，而与此前输入的状态，而与此前仅取决于上升沿到达时仅取决于上升沿到达时，的上升沿（或下降沿）的上升沿（或下降沿）变化发生在变化发生在动作特点动作特点112 nnQcpQ. 为了实现异步置位和复位功能，则引入了为了实现异步置位和复位功能，则引入了SD和和RD置位端和复位端。置位端和复位端。当当 SD1，RD0时，时，Q1（置位）；当（置位）；当 SD0，RD1时，时，Q0（复（复位）。正常工作加低电平位）。正常工作加低电平潍坊学院 信息与控制工程学院例

19、例 试画出所示电路的试画出所示电路的Q1和和Q2的波形。设各触发器初的波形。设各触发器初态为态为0潍坊学院 信息与控制工程学院 维持阻维持阻塞触发器是另塞触发器是另一种边沿触发一种边沿触发器，其内部门器，其内部门电路主要为电路主要为TTLTTL电路。电路。维持阻塞结构维持阻塞结构的的D触发器如触发器如图所示。图所示。1.电路结构及电路结构及功能表：功能表：潍坊学院 信息与控制工程学院功能表如表所示。 线为置线为置1线；线；为置为置0维持线和置维持线和置1阻塞线；阻塞线；置置0阻塞线。阻塞线。S D置位端，低电平有置位端，低电平有效；效；R D复位端，也复位端，也是低电平有效。正常工是低电平有效

20、。正常工作时接高电平作时接高电平潍坊学院 信息与控制工程学院2. 工作原理：；触发器保持原态，即被封锁，输出高电平，门和时，当QQGG0C.*43LKa触发器的逻辑功能；合，符触发器输出为，门输出为，输出为门，则门输出为，门输出为前沿到来时，即脉冲变为由当DDQDGDGDGDG, 10C.4356LKb潍坊学院 信息与控制工程学院. 1Q1Q, 0QDG, 0G; 0Q, 1QDGG, 0GGG1CP.6445343，保持同时线阻止数据进不来，使得门被封锁，则输出为若通过线阻止维持数据进不来，通过线门封锁，、则将为输出一个为低电平。若有但输出互为取反，即必开启，、时，当c四、四、 利用传输延迟时间的利用传输延迟时间的边沿触发器边沿触发器(不讲，自学）不讲，自学）潍坊学院 信息与控制工程学院4. 3.1 触发器按逻辑功能的分类触发器按逻辑功能的分类(时钟触发器）时钟触发器） 按照逻辑功能触发器可分为按照逻辑功能触发器可分为SR触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触发器、触发器、T 触发器触发器潍坊学院 信息与控制工程学院1 nnQQRS潍坊学院 信息与