第五章锁存器和触发器

第5章锁存器和触发器2024/4/182单稳态电路只有一个稳定的状态，只有一种输出是稳定的，当电路由于某种原因使得本身的状态改变时，总会在一定的时间后恢复到稳定的状态。例如：弹簧2024/4/183双稳态双稳态电路，它有两个稳定的状态，具有记忆功能，可以储存1位二进制数码。在输入信号作用下，电路可以从一个稳定状态转变为另一个稳定状态，若没有新的外来信号作用，它将长期处于这个状态不变，相当于记住了电路的状态。2024/4/184锁存器

VS

触发器锁存器（Latch）是一种对脉冲电平敏感的电路触发器（FlipFlop，简写为FF）是一种对脉冲边沿敏感的电路锁存器和触发器都是时序电路，其输出状态不仅与当前的输入有关，而且还与电路先前的状态有关2024/4/185基本锁存器介绍2024/4/186（一）基本RS(ResetSet)锁存器低电平有效2024/4/187SRQ/Q逻辑图逻辑符号逻辑表达式SRQ/Q011011

001001

不变不变

11S:(Set):置1端，置位R:(Reset):置0端，复位电路结构：由两个与非门电路交叉反馈构成。输出：互补的Q和/Q当Q=1，/Q＝0时，称为触发器的1状态当Q=0，/Q＝1时，称为触发器的0状态输入：S,R（一）基本RS锁存器2024/4/188R、S从00→11情况与非门一端输入为1，等效为非门。RS：00→11变化后，系统处于非稳定的B点2024/4/189SRQnQn+10101101011110000011100

1000110不定

1不定

当S和R输入端同时为0时，其Q和/Q输出端均为1。随后，若S和R输入又同时由0跳为1，则Q和/Q输出端都想翻转到0，但由于半导体工艺上的原因，两个门电路的传输延迟时间（tpd）存在着差异，或者由于噪声的影响，任何一个门电路都可能先翻转，因而导致锁存器输出的不定状态。状态转移真值表Qn：现态，当前态Qn+1：次态基本RS锁存器的不定态2024/4/1810Qn+1的卡诺图基本RS锁存器的特征方程：约束条件：基本RS锁存器的特征方程2024/4/1811应用：一般只用作为其它实用锁存器和触发器的基本组成部分基本与非门式RS锁存器的工作特点具有两个稳定的状态：1和0，因而可以存储一个二进制码输入信号低电平有效输入信号的低电平持续时间应大于2tpd，才能得到稳定的输出为防止逻辑混乱，必须满足约束条件：

S+R=12024/4/1812基本RS锁存器的应用举例

——数码寄存器清零指令/CR，低有效置数指令LD，高有效清零过程/CR加低电平脉冲LD加低电平各触发器输出为0态置数过程LD加高电平脉冲必须先清零后置数数码输出数码输入2024/4/1813逻辑符号逻辑图

实际应用时，常常要求系统中的各触发器在规定的时刻按各自输入信号所决定的状态同步触发翻转（解决竞争——冒险），这个时刻可由外加时钟脉冲CP(ClockPulse)来决定。由外部时钟信号来同步触发翻转的RS触发器被称为：同步RS锁存器工作原理：CP=0：

门3和门4均被封锁，S和R信号对触发器没有影响CP=1：

门3和门4被打开，S，R信号被送入基本RS锁存器，使锁存器翻转（二）门控RS锁存器加门控后，RS相当于加了反相器，输入为高电平有效2024/4/1814单端信号输入的同步RS锁存器

——

D锁存器2024/4/1815同步锁存器存在的问题——空翻由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则锁存器的状态也可能发生多次翻转。

有效翻转

空翻在一个时钟脉冲周期中，锁存器发生多次翻转的现象叫做空翻。只要是电平敏感的电路都存在空翻问题。2024/4/1816同步RS锁存器的工作特点具有两个稳定的状态：1和0，因而可以存储一个二进制数码类似于基本RS锁存器，为防止逻辑混乱，必须满足一个约束条件：S∙R=0（高电平有效）在CP=1期间，锁存器状态随输入S，R的变化而变化，故称同步RS锁存器为电平触发器。因此，在CP脉冲作用期间（CP=1）期间，S,R输入应保持不变，否则会产生错误输出（空翻现象）从某种意义上讲，同步RS锁存器的触发翻转只是控制在一段时间间隔上，并不是控制在某一时刻进行。这正是同步RS锁存器的一个大的缺陷。2024/4/1817触发器(FlipFlop)的工作原理2024/4/1818（1）主从触发器CP=0：

/C=1，C=0。主锁存器工作2024/4/1819（1）主从触发器CP=1：

/C=0，C=1。从锁存器工作Q的输出只和CP信号由0变到1瞬间时刻的D状态有关2024/4/1820D触发器(DFlipFlop,

DFF)：

触发器的状态仅取决于CP信号上升沿到达前瞬间D的信号改进型D触发器，增加了异步Reset和Set输入2024/4/1821（2）维持阻塞触发器（D触发器）CP=02024/4/1822维持阻塞触发器（D触发器）CP=0→1G2、G3门放开，Q2、Q3装载数据，进入状态2024/4/1823维持阻塞触发器（D触发器）CP=1时，如果之前的输入信号D=1，则Q4=0→Q1=1→Q2=0。Q2=0导致G1、G3两个门关闭，使D信号无法再影响R、S，维持R、S的状态不变2024/4/1824维持阻塞触发器（D触发器）CP=1时，如果之前D=0，则Q3=0。Q3信号导致G4门关闭，同样阻塞D信号再去影响R、S信号2024/4/1825（3）利用传输延迟实现的触发器当/CP=0时，G12,G22,G3,G4锁闭，J、K信号无法进入电路，触发器处于稳态2024/4/1826利用传输延迟的触发器/CP=1时触发器保持状态不变:2024/4/1827利用传输延迟的触发器（JK触发器）当/CP=1→0时，G12和G22首先工作，后半部分电路等效成一个RS触发器；由于G3，G4延时较大，RS信号仍将保留一段时间下降沿敏感电路利用G12，G22和G3，G4延时时间的微小差别，使得电路只在一个很窄的时间间隔内产生动作JKQ/Q/CP2024/4/1828触发器的脉冲工作特性集成触发器的主要参数直流参数(DCCharacter)开关参数(ACCharacter)触发器的脉冲工作特性及主要参数2024/4/1829触发器的脉冲工作特性CPD/QQtsutCPLHthtCPHL2024/4/1830触发器的脉冲工作特性CPD/QQtsutCPLHthtCPHL2024/4/1831触发器的脉冲工作特性CPD/QQtsutCPLHthtCPHL2024/4/1832触发器的几个重要参数Tsu建立时间（SETUP），输入信号必须在时钟信号的沿到来之前保持一定的时间不变。Th保持时间（HOLD），输入信号必须在沿到来之后保持一定的时间，使得RS触发器的输入信号稳定。Tp传输延时（PROPAGATION），包括L→H延时和H→L延时最高时钟频率f，因为有建立时间、保持时间以及传输延时的存在使得触发器地反转速度受到一定的限制虽然触发器是沿敏感器件，但是在沿变前后一小段时间内输入信号的变化也会影响到输出信号。所以更准确的说，触发器实际上是一个窄时间窗口电平敏感器件。2024/4/1833触发器的逻辑功能2024/4/1834功能表CPDQnQn+1

/Qn+1

LL

L

H

HL

HHLXQnLHLHHLHLQn

/Qn输出状态与D输入端状态相同10D=0D=1D=0D=1D触发器的状态转换图特征方程：Qn+1=DD触发器2024/4/1835功能表JKQnQn+1/Qn+1

000

001

010011100101

110111

01

10

01011010

1001特征方程：10J=XK=1JK触发器的状态转换图J=1K=XJ=0K=XJ=XK=0JK触发器的分析状态不变同J状态同J状态计数状态

2024/4/1836功能表CPTQnQn+1/Qn+1

↓LL

↓L

H

↓HL

↓

HHHXQnLHHLHLLHQn/Qn10T=1T=1T=0T=0T触发器的状态转换图特征方程：T=1T=0或：电路结构：在JK触发器中，若令：T=J=K，即将J和K连在一起