川大電子《數字電子技術》課件ch.ppt

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1、1,觸發(fā)器特點：,觸發(fā)器分類：,能夠存儲一位二進制信息的基本單元。,1.能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài)，可用來表示邏輯0和邏輯1。,2. 在適當輸入信號作用下，可從一種狀態(tài)翻轉到另一種狀態(tài)； 在輸入信號取消后，能將新狀態(tài)保存下來。,按觸發(fā)方式分：電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式,按邏輯功能分：R-S觸發(fā)器、D觸發(fā)器、J-K觸發(fā)器和T觸發(fā)器,組合電路：,不含記憶元件,、無反饋,、輸出與原來狀態(tài)無關。,第四章 集成觸發(fā)器,觸發(fā)器：,2,第四章 集成觸發(fā)器,4.1 基本R-S觸發(fā)器,4.2 鐘脈沖控制的R-S觸發(fā)器,4.3 主從觸發(fā)器 4.4 邊沿觸發(fā)器,4.5 觸發(fā)器的功能分類及觸發(fā)器類型轉換,4.6

2、 激勵表的文字填寫法,3,4.1 基本R-S觸發(fā)器,4.1.1 基本R-S觸發(fā)器的組成及工作原理,（2）由兩個“與非”門構成的R-S觸發(fā)器電路圖,（1）邏輯符號,4,兩個穩(wěn)定狀態(tài),當 ，若Q0， =1, 即處于0態(tài)，這是一個穩(wěn)定狀態(tài)；同理， 若Q1， =0,（1態(tài)）也是一個穩(wěn)定狀態(tài)。,5,若在電路的輸入端施加觸發(fā)信號，觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。例如，設觸發(fā)器起始狀態(tài)（初態(tài)）為1，在 端加0電平信號，即 ， 仍為1，經過門2的延遲時間tpd2后 變?yōu)?，再經過門1的延遲時間tpd1后，Q變?yōu)?，觸發(fā)器轉換到0態(tài)。,(置0端),(置1端),6,圖42給出了觸發(fā)器置1的工作波形，

3、這里假設 tpd1tpd2tpd,由圖可見，為使置1可靠，置1負脈沖的寬度應大 于2tpd 。 同樣可以畫出置0負脈沖作用下的工作波形。,7,(RD=1),8,4.1.2基本R-S觸發(fā)器的邏輯功能,1. 基本RS觸發(fā)器的真值表及時序圖,表41 基本R-S觸發(fā)器的真值表,（次態(tài)）,（初態(tài)）,9,表中Q（t）為觸發(fā)器初態(tài)， 為次態(tài)。當 ， 同時為低電平時，Q和 均為1，使觸發(fā)器互補輸出功能失效。若此時同時撤銷 ， 端的低電平，則因門電路動態(tài)特性參數的不同，觸發(fā)器的新態(tài)可能有3種情況。設與非門1和與非門2的平均延遲時間為tpd1，tpd2 ，則有,10,若tpd1 tpd2 ,則 （Q=1為輸入先作

4、用）; 若tpd1 tpd2 ,則 將在1電平及0電平之間來回震蕩。,如果同時撤銷,11,圖43示出基本RS觸發(fā)器時序圖，圖中假定門的傳輸延遲時間為0。不定狀態(tài)用虛線及問號表示,12,2. 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換真值表及特征方程,13,圖44（a）所示的表格為狀態(tài)轉換真值表。不定態(tài)用d填寫。由狀態(tài)轉換真值表可以導出次態(tài)的邏輯表達式，稱為觸發(fā)器的特性方程或狀態(tài)方程。（b）圖為次態(tài) 的卡諾圖。由圖可得,（4.1）,由于輸入 ， 不得同時取邏輯0電平，則,或,（4.2）,（4.1），（4.2）式聯(lián)立得:,（約束條件）,（4.3）,14,3. 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉換圖和激勵表,15,4.1.3.

5、或非門構成的基本R-S觸發(fā)器,如果同時撤銷輸入將 會出現振蕩,16,根據功能真值表列出狀態(tài)轉換真值表，并由此求出該觸發(fā)器的特性方程為：,（4.4）,由特性方程（4.3）及（4.4）可見，由或非門和與非門構成的RS觸發(fā)器都具有相同的方程形式。,或,17,與非門構成的 基本R-S觸發(fā)器,或非門構成的 基本R-S觸發(fā)器,兩種基本R-S觸發(fā)器的比較：特性相同,18,4.2 鐘脈沖控制的R-S觸發(fā)器,數字系統(tǒng)使用的觸發(fā)器的置0或置1要受到控制信號的控制，這個控制信號稱為時鐘信號，記為CP。 時鐘脈沖信號確定觸發(fā)器動作的時刻，觸發(fā)器輸入端的取值（輸入數據）確定觸發(fā)器狀態(tài)轉換的方向。,由時鐘脈沖信號控制的R

6、S觸發(fā)器稱為鐘脈沖RS觸發(fā)器。,19,4.2.1 鐘脈沖RS觸發(fā)器,由與非門構成的鐘脈沖RS觸發(fā)器如圖47所示,20,圖中門1，門2構成基本R-S觸發(fā)器，門3,門4構成觸發(fā)導引電路，S，R稱為觸發(fā)器的控制輸入或激勵端、驅動端，CP稱為時鐘端。由圖47可見，基本R-S觸發(fā)器的輸入,21,當CP0， , 觸發(fā)器的狀態(tài)將保持不變。當 CP1時，則 ,觸發(fā)器的狀態(tài)將隨輸入端S，R的輸入信號而變化。,通常用Qn 及Qn1 分別表示時鐘控制型觸發(fā)器的初態(tài)和次態(tài)。,22,于是根據R-S觸發(fā)器的特性方程可以得到鐘脈沖R-S 觸發(fā)器的特性方程，當CP1時，則有(與前面一致),(約束條件),(4.5),式（4.5

7、）表明，在CP=1時，即時鐘脈沖由低電平上跳到高電平（上升沿）以及時鐘脈沖維持高電平期間，觸發(fā)器狀態(tài)的更新按（4.5）式進行。,23,在CP 1或CP0期間，觸發(fā)器能改變狀態(tài)的觸發(fā)方式稱為“電平觸發(fā)方式” 。,由式（4.5）可以導出功能真值表，狀態(tài)轉換真值表，激勵表及狀態(tài)轉換圖，分別為圖48的（a），（b），（c），（d）。 圖49為鐘脈沖R-S觸發(fā)器的時序圖,24,真值表、狀態(tài)轉換真值表、激勵表、狀態(tài)轉換圖都表達同一內容但表達方式不同。,p. 17,25,要求在CP=1期間輸入信號不發(fā)生變化， 以避免空翻,空翻,26,圖410（a），（b）分別為由或非門及與或非門構成的鐘脈沖R-S觸發(fā)器,2

8、7,4.3 主從觸發(fā)器,4. 3. 1 主從R-S觸發(fā)器,電路圖如4-11(a)所示，它是由兩個R-S觸發(fā)器級聯(lián)而成。CP1時， ，主觸發(fā)器的輸入為整個觸發(fā)器的輸入。,QM,QS,主觸發(fā)器,從觸發(fā)器,28,CP=1時，主觸發(fā)器接收數據，特性方程為：,此時，由于CP=0,從觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。 CP由1變?yōu)?時，CP0，主觸發(fā)器狀態(tài)不變。特性 方程為：,（4.6）,(p. 24 激勵表；主觸發(fā)器輸出具有互補性),29,主從觸發(fā)器工作分兩步。第一步：CP從0變1以及CP1期間，主觸發(fā)器接受輸入，從觸發(fā)器狀態(tài)不變。第二步：CP從1到0時，主觸發(fā)器狀態(tài)不變，從觸發(fā)器接受主觸發(fā)器輸出的數據信息，觸發(fā)器

9、狀態(tài)變化。 由于在CP下跳至0后，主觸發(fā)器不再接受輸入信息，因此也不會引起觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化。,30,4.3.2 主從J-K觸發(fā)器,主從J-K觸發(fā)器的組成及功能 電路圖如圖4-12(a)所示，(b)和(c)為其功能真值表及邏輯符號。,見(4.8),在主從R-S觸發(fā)器基礎上修改,31,由圖4-12(a)可得主觸發(fā)器的輸入方程：,（4.7）,將式(4.7)代入主從R-S觸發(fā)器的特性方程式(4.6)中，有：,(4.8),由于SR恒為0，所以無論J, K怎樣取值上式均成立，因此J, K取值無約束包括J=K=1。,32,主從J-K狀態(tài)轉換發(fā)生在CP下降沿時刻，有時為了說明這一特點，將觸發(fā)器特性方程寫成：

10、,(4.8),根據圖4-12(b)的真值表不難導出下面的狀態(tài)轉換真值表、激勵表及狀態(tài)轉換圖,33,2. 主從J-K觸發(fā)器的一次翻轉現象,一個J-K觸發(fā)器電路圖如圖4-14所示, 在CP=1期間，如果J或K 發(fā)生變化，QM也,會變化，因此在CP 到達時， Q的次態(tài)可能與(4.8)描述的不同。,QM,34,例：假設在CP=1之前，J=0, K=1, 且 QM0，QQs0。 當CP=1時，因Q0， J0導致門3、門4的輸出 都是高電平，使QM0(保持)。 但由于某種原因，如干擾， 短暫出現J1，K0 (CP=1不變)， 將使QM1(因Q3=0, Q4=1)。,QM,35,干擾過去后，輸入信號恢復到

11、J=0, K=1。但由于門4的 輸入有Q0，K=1 不起作用，門3、門4 輸出為高電平，使QM1 保持不變(不能恢復到QM =0)。 當CP 來到時, QS=Q=1，而本應 為QS=Q=0。因此，在CP=1期間，,QM,要求輸入J, K的數據值不變。,a,36,4.4 邊沿型觸發(fā)器,可避免空翻以及在CP作用期間的狀態(tài)翻轉現象。 即使輸入數據在CP作用期間發(fā)生變化，也可保證 觸發(fā)器的狀態(tài)不變。,37,4.4.1 維持-阻塞D觸發(fā)器,1、維持-阻塞D觸發(fā)器的工作原理,圖4-18維持-阻塞D觸發(fā)器,門3、5組成A觸發(fā)器， 門4、6組成B觸發(fā)器， 及門1、2組成輸出觸發(fā)器。,當CP=0時，QA=QB=

12、1， 所以輸出觸發(fā)器狀態(tài)Q 保持不變。,38,1、假設輸入端D的數據在CP=1到來之前的2 已由1變成0 (穩(wěn)定，D=0)，則經門6,門5的2 延遲后,有,當CP=1出現時，經門4的 一個tpd 后，有,而,保持不變。經過2tpd后,輸出觸發(fā)器,被置0 (QA=1,QB=0),1,(CP=0),1,上升沿 (1tpd后),D=0,39,即 。,與此同時，,將門6的輸入端封鎖(1tpd后)， 維持觸發(fā),器的0狀態(tài)。這樣即使輸入 數據D在CP=1期間發(fā)生變化，對觸發(fā)器的狀態(tài)不會產生影響，即觸發(fā)器不會空翻，所以連線為置0維持線。,保持,保持,保持,狀態(tài) 更新,40,2、假設控制輸入端D的數據在CP=

13、1到來之前的2 已由0變成1 (穩(wěn)定, D=1) ，則經門6延時 后 (CP=0)， 這時，,D=1,(CP=0)。,41,當CP=1出現時，經門3的延遲后，有,而,不變。,使 （輸出觸發(fā)器,置1）。,同時也封鎖了門5，維持 輸出觸發(fā)器的1,態(tài)，所以 連線稱為置1維持線。,D=1,42,3、在CP=1期間，,(a) 在上述2中如果D=1變?yōu)镈=0，,封鎖門4，,可保證 ,從而“阻塞”因D的變化引起QB向,0變化，即阻塞觸發(fā)器 置0，稱連線為 阻塞置0線。,1,0,0,1,1,0,43,(b) 在上述1中如果D=0變?yōu)镈=1，這時已有,將 加到門5輸入端， 使 封鎖門3，保證,，即阻塞觸發(fā)器置1

14、， 稱連線為阻塞,置1線。,結論：由于這些反饋作用，使得觸發(fā)器在CP上升沿出現后即刻產生維持，阻塞信號，完成狀態(tài)轉換，而且不會發(fā)生空翻。,，而,0,1,1,0,0,1,44,維持阻塞D觸發(fā)器具有置0、置1功能，可求得特性方程,有時也將特性方程明確寫成,激勵表和狀態(tài)轉換圖如圖4-19所示。,45,2、集成維持-阻塞D觸發(fā)器,異步置1,異步置0,46,置0；,置1 (異步，無條件),置0；,置1,(異步，條件：CP=0),特征方程：,及,47,4. 4. 2 邊沿型J-K觸發(fā)器,R-S觸發(fā)器 (門1、門2構成，虛線),觸發(fā)引導電路 (門3、門4),R-S觸發(fā)器 輸入端,b,48,在CP=1期間，只

15、讀入數據但不翻轉,Q保持不變，不受R, S, J, K的影響，不會空翻。但這時J, K可能 變化 (CP=1)：,這是準備階段。,（正常工作時: SD=RD=1）,這時R-S觸發(fā)器輸入端數據可改變(讀入)，但Q的狀態(tài)不變。,(A1),5,6,49,在CP下降沿到來時(CP=0)， R-S觸發(fā)器更新。 門3、門4的延遲時間較長，因此在CP=0時， ， 值 保持不變(暫時)。狀態(tài)更新為：,同時，門3，門4被CP=0封鎖，J, K的變化不會影響 觸發(fā)器狀態(tài)。接著，在過了延遲時間后，由于CP=0，有,（保持狀態(tài)）,(這時p. 48中與門5，6不起作用，關系A1不再成立, 兩虛線模塊構成一個R-S觸發(fā)器

16、),50,只有當下降沿到達時，觸發(fā)器狀態(tài)才更新而且 新狀態(tài)將會維持下去。觸發(fā)器不會空翻。 (CP=1時讀入但不翻轉， CP=0時瞬間觸發(fā)，隨后封鎖輸入端，保持),下降沿觸發(fā),保持,保持,51,集成邊沿型JK 觸發(fā)器的功能表,其特性方程為,52,4.5.1 觸發(fā)器的分類,1. 按照觸發(fā)器組成結構分類 基本R-S觸發(fā)器 鐘脈沖R-S觸發(fā)器 主從觸發(fā)器 邊沿型觸發(fā)器 2. 按照邏輯功能分類 R-S觸發(fā)器 J-K觸發(fā)器 D觸發(fā)器 T觸發(fā)器,4.5 觸發(fā)器的功能分類及觸發(fā)器類型轉換,53,T觸發(fā)器的邏輯符號，真值表，激勵表及狀態(tài)轉化圖,54,由真值表可得T觸發(fā)器的特征方程如下：,T=1時：,（4.23）

17、,（4.24）,這就是說，只要有時鐘到達，觸發(fā)器的狀態(tài)就要翻轉。這類觸發(fā)器常稱為計數觸發(fā)器， 又稱為,55,4.5.2 觸發(fā)器類型轉換,1. 公式法,（以R-S觸發(fā)器轉換為J-K觸發(fā)器為例）,(0),(4.25),(4.26),(4.27),56,由(4.25)，(4.27)得：,比較得：,57,2. 卡諾圖法,可得圖4-26的設計,58,用同樣方法，可得,R-S D,R-S T,59,4.6 激勵表的文字填寫法,1大寫 0不寫 d小寫,s,60,W：以R-S觸發(fā)器為參考,R(r), S(s)(0, 1, d),文字,c,61,各端(0, 1, d)激勵信號與文字的關系,62,4-1、,4-3、,4-4、4-5、,4-6、,4-7、,4-9、,4-10,上交時間：11月17日，星期二,期中考試（閉卷）,時間：2009年11月24日, 星期二 內容：一，二，三，四章,