集成触发器课件.ppt
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1、 集集 成成 触触 发发 器器 概述概述基本基本 RS RS 触发器触发器几种几种时钟触发器的逻辑功能时钟触发器的逻辑功能触发器的选择和使用触发器的选择和使用第第4 4章章 集成触发器集成触发器 集集 成成 触触 发发 器器 本章教学基本要求:掌握 RS 触发器、JK 触发器、D触发器的逻辑功能了解触发器的主要参数熟悉 RS 触发器、JK 触发器、D 触发器的电路结构、工作原理和触发方式本章教学基本要求本章教学基本要求 集集 成成 触触 发发 器器 概 述 在数字电路系统中,经常采用触发器以及由在数字电路系统中,经常采用触发器以及由它们与各种门电路一起组成的时序逻辑电路。它们与各种门电路一起组
2、成的时序逻辑电路。时序逻辑电路的时序逻辑电路的特点特点是:是:输出状态不仅取决输出状态不仅取决于当时的输入信号状态,而且还与原输出状态有关。于当时的输入信号状态,而且还与原输出状态有关。电路电路结构上存在结构上存在反馈,使时序逻辑电路具有反馈,使时序逻辑电路具有记忆功能,即在输入信号作用撤消后,能保记忆功能,即在输入信号作用撤消后,能保持持在输在输入信号作用时所具入信号作用时所具有有的输的输出出状态。状态。集集 成成 触触 发发 器器 触发器的分类方法有三种:按按有无动作的统一时间节拍有无动作的统一时间节拍(时钟脉(时钟脉冲)来分冲)来分:有有基本基本触发器(无时钟触发器)触发器(无时钟触发器
3、)和和时钟时钟触发器。触发器。按按电路的结构电路的结构来分来分:有有主从主从触发器、触发器、维维持阻塞持阻塞触发器、触发器、边沿边沿触发器和触发器和主从型边主从型边沿沿触发器等。触发器等。按按逻辑功能逻辑功能来分来分:有有 RSRS 触发器、触发器、D D 触触发器、发器、JKJK 触发器、触发器、T T 触发器、触发器、TT触发触发器。器。集集 成成 触触 发发 器器 有两个稳定状态有两个稳定状态(简称稳态简称稳态):):用来表用来表示逻辑示逻辑 0 和和 1。在输入信号作用下,触发器的两个稳在输入信号作用下,触发器的两个稳定状态可相互转换定状态可相互转换(称为称为状态的翻转状态的翻转)。输
4、入信号消失后,新状态可长期保持下输入信号消失后,新状态可长期保持下来,因此具有记忆功能,可存储二进制来,因此具有记忆功能,可存储二进制信息。信息。一个触发器可存储一个触发器可存储 1 位二进制数码位二进制数码 触发器的基本特性触发器的基本特性 集集 成成 触触 发发 器器 一、电路结构电路结构:由两个与非门构成,两个输出端,一个为Q,一个为 .正常情况下,两个输出端是逻辑互补的,即一个为0,一个为1。两个输入输。“R”、“S”上面的非线,表示这种触发器输入信号为低电平有效.Q4.1 4.1 基本基本 RS 触发器触发器 集集 成成 触触 发发 器器 二二.基本工作原理基本工作原理1、有两个稳定
5、的状态当当Q=1时时,G1输入端全为输入端全为1,则则G1输出为输出为0,G2输入端输入端有有0,则则G2输出端为输出端为1。当输入端全当输入端全为为1时时,输出输出端不变端不变1 SR11110 01 10 0规定:以规定:以Q Q输出端的状态为输出端的状态为触发器的状态触发器的状态 集集 成成 触触 发发 器器 当当Q=0时时,G1输入端有输入端有0,则则G1输出端为输出端为1,G2输入端输入端全为全为1,则则G2输出端为输出端为0110 00 010 0当输入端全当输入端全为为1时时,输出输出端不变端不变1、有两个稳定的状态1 SR 集集 成成 触触 发发 器器 2、在低电平信号作用下,
6、触发器可以从一个稳态转换到另一个稳态G1输入有输入有0,则则G1输出端为输出端为1,G2输入全为输入全为1,则则Q=0.Q由由1变为变为0置置0端端0 01 11 11 11 10 0Q=1R=0S=1 集集 成成 触触 发发 器器 G2输入有输入有0,则则Q=1,G1输输入全为入全为1,则则G1输出端为输出端为0Q由由0变为变为1置置1端端1 10 00 01 12、在低电平信号作用下,触发器可以从一个稳态转换到另一个稳态0S Q=01R=集集 成成 触触 发发 器器 3、失效的状态正常情况下正常情况下,两上输出端逻两上输出端逻辑互补辑互补,但此时为非正常状但此时为非正常状态态,不能使用该输
7、入信号。不能使用该输入信号。0 00 01 11 1 集集 成成 触触 发发 器器 一、当电路进入新的稳定状态后,即使撤销一、当电路进入新的稳定状态后,即使撤销了输入信号,触发器翻转后的状态也能够稳定的了输入信号,触发器翻转后的状态也能够稳定的保持。保持。二、二、端称为置端称为置0 0端:从端:从1 1态换态换0 0态必须使态必须使 端称为置端称为置1 1端:从端:从0 0态换态换1 1态,必须使态,必须使RSR=0S=1R=1S=0特点:特点:集集 成成 触触 发发 器器 三三.逻辑功能的表示方法逻辑功能的表示方法(1)(1)真值表 输入信号 输出状态 Q 功能说明 1 1 1 0 0 1
8、0 0 不 变 0 1 1 0 不 定 保持 置0 置1 失效RSQ与非门组成的基本与非门组成的基本RS触发器的真值表触发器的真值表 集集 成成 触触 发发 器器(2)用逻辑符号图表示(3)用时序图(波形图)表示10111110000011111111000111不定不定 集集 成成 触触 发发 器器(4)或非门构成的基本 RS 触发器电路结构电路结构:输入端为高电平有效输入端为高电平有效.集集 成成 触触 发发 器器 逻辑功能的表示方法逻辑功能的表示方法 输入信号 S R 输出状态 Q 功能说明 0 0 0 1 1 0 1 1 不 变 0 1 1 0 不 定 保持 置0 置1 失效Q或非门组
9、成的基本或非门组成的基本RS触发器的真值表触发器的真值表演示演示演示演示演示演示演示演示 集集 成成 触触 发发 器器 与非门和或非门基本与非门和或非门基本RS触发器组成的真值表触发器组成的真值表 输入 输出 功能说明 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 不 变 0 1 1 0 不 定 保持 置0 置1 失效RSQQRS输入端各自取反输入端各自取反,其真值表相同其真值表相同.集集 成成 触触 发发 器器 例:用例:用RS触发器构成无抖动开关触发器构成无抖动开关 在机械开关扳动或按动过程中在机械开关扳动或按动过程中,一般都存在接触抖动一般都存在接触抖动,在几十毫秒的时
10、间在几十毫秒的时间里连续产生多个脉冲里连续产生多个脉冲,如图如图(a)、(b)所示。这在数字系统中会造成电路的误动所示。这在数字系统中会造成电路的误动作。为了克服电压抖动,可在电源和输出端之间接入一个基本作。为了克服电压抖动,可在电源和输出端之间接入一个基本RS触发器,在触发器,在开关动作时,使输出产生一次性的阶跃,如图(开关动作时,使输出产生一次性的阶跃,如图(c)、()、(d)所示,这种无抖)所示,这种无抖动开头称为逻辑开关。若将开关动开头称为逻辑开关。若将开关S来回扳动一次,即可在输出端来回扳动一次,即可在输出端Q得到无抖动得到无抖动的负的单拍脉冲。如图(的负的单拍脉冲。如图(c)输出端
11、的波形。)输出端的波形。集集 成成 触触 发发 器器 四四.基本基本RSRS触发器的优缺点触发器的优缺点 优点优点缺点缺点电路简单,是构成各种触发器的基础。电路简单,是构成各种触发器的基础。(1).(1).输出受输入信号直接控制,不能定时控制。输出受输入信号直接控制,不能定时控制。(2).(2).有约束条件有约束条件。集集 成成 触触 发发 器器 4.2几种时钟触发器的逻辑功能 基本基本RSRS触发器属于异步式或称为无时钟触触发器属于异步式或称为无时钟触发器,动作特点是当输入的置发器,动作特点是当输入的置0 0或置或置1 1信号一出信号一出现,输出状态就可能随之而发生变化。触发器现,输出状态就
12、可能随之而发生变化。触发器状态的转换没有一个统一的节拍状态的转换没有一个统一的节拍.在使用触发在使用触发器时器时,往往要求按一定的节拍动作。这种触发器往往要求按一定的节拍动作。这种触发器有两种输入端:一种是决定其输出状态的数据有两种输入端:一种是决定其输出状态的数据信号输入端信号输入端(如(如RSRS触发器的置触发器的置0 0、置、置1 1端端R R和和S S),),另一种是决定其动作时间的时钟脉冲(另一种是决定其动作时间的时钟脉冲(Clock Clock PulsePulse),简称),简称CPCP输入端输入端。具有具有时钟脉冲输入端时钟脉冲输入端的触发器称为时钟触的触发器称为时钟触发器。发
13、器。集集 成成 触触 发发 器器 现态现态 指触发器在输入信号变化前的状态,用指触发器在输入信号变化前的状态,用 Qn 表示。表示。次态次态 指触发器在输入信号变化后的状态,用指触发器在输入信号变化后的状态,用 Qn+1 表示。表示。触发器的现态和次态的表示触发器的现态和次态的表示 集集 成成 触触 发发 器器 同步同步 RSRS 触发器触发器1、电路组成及逻辑符号电路组成及逻辑符号 它是由基本它是由基本RSRS触发器和用来引入触发器和用来引入R R、S S及时钟脉冲及时钟脉冲CPCP的的两个与非门而构成,如图所示。两个与非门而构成,如图所示。集集 成成 触触 发发 器器 时钟触发器逻辑功能的
14、表时钟触发器逻辑功能的表示方法除使用真值表(特示方法除使用真值表(特性表)、符号图、时序图性表)、符号图、时序图(波形图)以外,还用特(波形图)以外,还用特性方法、状态转换图(或性方法、状态转换图(或转换表)来表示。转换表)来表示。2.2.逻辑功能分析逻辑功能分析分析电路可知,在分析电路可知,在 CP=0 CP=0 期间,期间,触发器不动作。在触发器不动作。在CP=1 CP=1 期间,期间,R R 和和 S S 端的信号经倒相后被引导到基本端的信号经倒相后被引导到基本RSRS触发器触发器的输入端的输入端 端和端和 端。在端。在 CPCP 作用下,新状态作用下,新状态 是输入信号是输入信号R R
15、和和 S S 及原状态及原状态 的函数,即的函数,即 =F(R,S,)F(R,S,)1 SR1nQ1nQRSnQnQ01111输入端全为输入端全为1的基本的基本RS触发器触发器输入状态保持不变输入状态保持不变.集集 成成 触触 发发 器器(1)真值表真值表 同步同步 RSRS 触发器的真值表如表所示。其功能与基本触发器的真值表如表所示。其功能与基本 RS RS 触发器相同,触发器相同,但只能在但只能在 CP=1 CP=1 到来时状态才能翻转。到来时状态才能翻转。输 入 S R 初 态 次 态 功能说明 0 0 0 0 0 1 0 1 保持 0 1 0 1 0 1 0 0 置0 1 0 1 0
16、0 1 1 1 置1 1 1 1 1 0 1 不定 不定 不定nQ1nQ1nQ同步同步RS触发器的真值表触发器的真值表演示演示演示演示演示演示演示演示 集集 成成 触触 发发 器器 是指不允许将是指不允许将R和和S同时取为同时取为1,所以,所以称为约束条件。称为约束条件。(3)状态转换图状态转换图 将触发器两个稳态将触发器两个稳态0 0和和1 1用两用两个圆圈表示,用箭头表示由现态个圆圈表示,用箭头表示由现态到次态的转换方向,在箭头旁边到次态的转换方向,在箭头旁边用文字符号及其相应信号表示实用文字符号及其相应信号表示实现转换所必备的输入条件,这种现转换所必备的输入条件,这种图称为图称为状态转换
17、图状态转换图。(2)(2)卡诺图与特性方程卡诺图与特性方程01RSQRSQnn(约束条件)(约束条件)将将 作为输出变量作为输出变量,把把S、R和和 作为输入变量填入卡诺图,作为输入变量填入卡诺图,经化简得特性方程经化简得特性方程1nQnQ 集集 成成 触触 发发 器器 3 3、同步、同步RSRS触发器的空翻问题触发器的空翻问题 给时序逻辑电路加时钟脉冲的目的是统一电路动作的节拍。对触发器而给时序逻辑电路加时钟脉冲的目的是统一电路动作的节拍。对触发器而言,在一个时钟脉冲作用下,要求触发器的状态只能翻转一次。而同步言,在一个时钟脉冲作用下,要求触发器的状态只能翻转一次。而同步RSRS触触发器在一
18、个时钟脉冲作用下,触发器的状态可能发生两次或两次以上的翻转,发器在一个时钟脉冲作用下,触发器的状态可能发生两次或两次以上的翻转,这种现象称为这种现象称为空翻空翻。出现空翻现象有以下两种情况:。出现空翻现象有以下两种情况:(1 1)在)在CP=1CP=1期间,如果输入端的信号期间,如果输入端的信号R R和和S S再有变化,可能引起输出端再有变化,可能引起输出端Q Q翻转翻转两次或两次以上。两次或两次以上。如如图图所示,保证在所示,保证在CP=1CP=1期间只变化一次,则要求在期间只变化一次,则要求在CP=1CP=1期间不允许期间不允许R R和和S S的的输入信号发生变化。输入信号发生变化。集集
19、成成 触触 发发 器器 01010001111(2 2)当同步)当同步RSRS触发器接成计数状态时,容易发生空翻触发器接成计数状态时,容易发生空翻。设设Q=0Q=0,当,当CP=1CP=1脉冲到来时,脉冲到来时,G4G4输出输出0 0,G2G2输出输出1 1,Q Q由由0 0变为变为1 1。如果。如果CP=1CP=1继续保持继续保持,G3G3输出输出0 0,引起,引起 由由0 0变以变以1 1,而,而Q Q由由1 1变以变以0 0。此时出现空。此时出现空翻。翻。Q 集集 成成 触触 发发 器器 主从主从CMOSCMOS边沿边沿D D触发器触发器1 1、电路结构及符号、电路结构及符号 包含主触发
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