川大電子《數(shù)字電子技術(shù)》課件ch.ppt

1,觸發(fā)器特點(diǎn)：,觸發(fā)器分類：,能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)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(dāng)輸入信號(hào)作用下，可從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)； 在輸入信號(hào)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(guān)。,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(zhuǎn)換,4.6 激勵(lì)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(gè)“與非”門構(gòu)成的R-S觸發(fā)器電路圖,（1）邏輯符號(hào),4,兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng) ，若Q0， =1, 即處于0態(tài)，這是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)；同理， 若Q1， =0,（1態(tài)）也是一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。,5,若在電路的輸入端施加觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。例如，設(shè)觸發(fā)器起始狀態(tài)（初態(tài)）為1，在 端加0電平信號(hào)，即 ， 仍為1，經(jīng)過門2的延遲時(shí)間tpd2后 變?yōu)?，再經(jīng)過門1的延遲時(shí)間tpd1后，Q變?yōu)?，觸發(fā)器轉(zhuǎn)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，這里假設(shè) tpd1tpd2tpd,由圖可見，為使置1可靠，置1負(fù)脈沖的寬度應(yīng)大 于2tpd 。 同樣可以畫出置0負(fù)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(shí)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(dāng) ， 同時(shí)為低電平時(shí)，Q和 均為1，使觸發(fā)器互補(bǔ)輸出功能失效。若此時(shí)同時(shí)撤銷 ， 端的低電平，則因門電路動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的不同，觸發(fā)器的新態(tài)可能有3種情況。設(shè)與非門1和與非門2的平均延遲時(shí)間為tpd1，tpd2 ，則有,10,若tpd1 tpd2 ,則 （Q=1為輸入先作用）; 若tpd1 tpd2 ,則 將在1電平及0電平之間來回震蕩。,如果同時(shí)撤銷,11,圖43示出基本RS觸發(fā)器時(shí)序圖，圖中假定門的傳輸延遲時(shí)間為0。不定狀態(tài)用虛線及問號(hào)表示,12,2. 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表及特征方程,13,圖44（a）所示的表格為狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表。不定態(tài)用d填寫。由狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表可以導(dǎo)出次態(tài)的邏輯表達(dá)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(shí)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(zhuǎn)換圖和激勵(lì)表,15,4.1.3. 或非門構(gòu)成的基本R-S觸發(fā)器,如果同時(shí)撤銷輸入將 會(huì)出現(xiàn)振蕩,16,根據(jù)功能真值表列出狀態(tài)轉(zhuǎn)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(gòu)成的RS觸發(fā)器都具有相同的方程形式。,或,17,與非門構(gòu)成的 基本R-S觸發(fā)器,或非門構(gòu)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(shù)字系統(tǒng)使用的觸發(fā)器的置0或置1要受到控制信號(hào)的控制，這個(gè)控制信號(hào)稱為時(shí)鐘信號(hào)，記為CP。 時(shí)鐘脈沖信號(hào)確定觸發(fā)器動(dòng)作的時(shí)刻，觸發(fā)器輸入端的取值（輸入數(shù)據(jù)）確定觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向。,由時(shí)鐘脈沖信號(hào)控制的RS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(gòu)成的鐘脈沖RS觸發(fā)器如圖47所示,20,圖中門1，門2構(gòu)成基本R-S觸發(fā)器，門3,門4構(gòu)成觸發(fā)導(dǎo)引電路，S，R稱為觸發(fā)器的控制輸入或激勵(lì)端、驅(qū)動(dòng)端，CP稱為時(shí)鐘端。由圖47可見，基本R-S觸發(fā)器的輸入,21,當(dāng)CP0， , 觸發(fā)器的狀態(tài)將保持不變。當(dāng) CP1時(shí)，則 ,觸發(fā)器的狀態(tài)將隨輸入端S，R的輸入信號(hào)而變化。,通常用Qn 及Qn1 分別表示時(shí)鐘控制型觸發(fā)器的初態(tài)和次態(tài)。,22,于是根據(jù)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(dāng)CP1時(shí)，則有(與前面一致),(約束條件),(4.5),式（4.5）表明，在CP=1時(shí)，即時(shí)鐘脈沖由低電平上跳到高電平（上升沿）以及時(shí)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(jìn)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(dǎo)出功能真值表，狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，激勵(lì)表及狀態(tài)轉(zhuǎn)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(shí)序圖,24,真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、激勵(lì)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖都表達(dá)同一內(nèi)容但表達(dá)方式不同。,p. 17,25,要求在CP=1期間輸入信號(hào)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(gòu)成的鐘脈沖R-S觸發(fā)器,27,4.3 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(gè)R-S觸發(fā)器級(jí)聯(lián)而成。CP1時(shí)， ，主觸發(fā)器的輸入為整個(gè)觸發(fā)器的輸入。,QM,QS,主觸發(fā)器,從觸發(fā)器,28,CP=1時(shí)，主觸發(fā)器接收數(shù)據(jù)，特性方程為：,此時(shí)，由于CP=0,從觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。 CP由1變?yōu)?時(shí)，CP0，主觸發(fā)器狀態(tài)不變。特性 方程為：,（4.6）,(p. 24 激勵(lì)表；主觸發(fā)器輸出具有互補(bǔ)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(shí)，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(shù)據(jù)信息，觸發(fā)器狀態(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(huì)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(hào)。,見(4.8),在主從R-S觸發(fā)器基礎(chǔ)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(zhuǎn)換發(fā)生在CP下降沿時(shí)刻，有時(shí)為了說明這一特點(diǎn)，將觸發(fā)器特性方程寫成：,(4.8),根據(jù)圖4-12(b)的真值表不難導(dǎo)出下面的狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表、激勵(lì)表及狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖,33,2. 主從J-K觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象,一個(gè)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(huì)變化，因此在CP 到達(dá)時(shí)， Q的次態(tài)可能與(4.8)描述的不同。,QM,34,例：假設(shè)在CP=1之前，J=0, K=1, 且 QM0，QQs0。 當(dāng)CP=1時(shí)，因Q0， J0導(dǎo)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(xiàn)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(hào)恢復(fù)到 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(fù)到QM =0)。 當(dāng)CP 來到時(shí), QS=Q=1，而本應(yīng) 為QS=Q=0。因此，在CP=1期間，,QM,要求輸入J, K的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)現(xiàn)象。 即使輸入數(shù)據(jù)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(dāng)CP=0時(shí)，QA=QB=1， 所以輸出觸發(fā)器狀態(tài)Q 保持不變。,38,1、假設(shè)輸入端D的數(shù)據(jù)在CP=1到來之前的2 已由1變成0 (穩(wěn)定，D=0)，則經(jīng)門6,門5的2 延遲后,有,當(dāng)CP=1出現(xiàn)時(shí)，經(jīng)門4的 一個(gè)tpd 后，有,而,保持不變。經(jīng)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(shí)，,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(shù)據(jù)D在CP=1期間發(fā)生變化，對(duì)觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生影響，即觸發(fā)器不會(huì)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(shè)控制輸入端D的數(shù)據(jù)在CP=1到來之前的2 已由0變成1 (穩(wěn)定, D=1) ，則經(jīng)門6延時(shí) 后 (CP=0)， 這時(shí)，,D=1,(CP=0)。,41,當(dāng)CP=1出現(xiàn)時(shí)，經(jīng)門3的延遲后，有,而,不變。,使 （輸出觸發(fā)器,置1）。,同時(shí)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(shí)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， 稱連線為阻塞,置1線。,結(jié)論：由于這些反饋?zhàn)饔?，使得觸發(fā)器在CP上升沿出現(xiàn)后即刻產(chǎn)生維持，阻塞信號(hào)，完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，而且不會(huì)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(shí)也將特性方程明確寫成,激勵(lì)表和狀態(tài)轉(zhuǎn)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(gòu)成，虛線),觸發(fā)引導(dǎo)電路 (門3、門4),R-S觸發(fā)器 輸入端,b,48,在CP=1期間，只讀入數(shù)據(jù)但不翻轉(zhuǎn),Q保持不變，不受R, S, J, K的影響，不會(huì)空翻。但這時(shí)J, K可能 變化 (CP=1)：,這是準(zhǔn)備階段。,（正常工作時(shí): SD=RD=1）,這時(shí)R-S觸發(fā)器輸入端數(shù)據(jù)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(shí)(CP=0)， R-S觸發(fā)器更新。 門3、門4的延遲時(shí)間較長(zhǎng)，因此在CP=0時(shí)， ， 值 保持不變(暫時(shí))。狀態(tài)更新為：,同時(shí)，門3，門4被CP=0封鎖，J, K的變化不會(huì)影響 觸發(fā)器狀態(tài)。接著，在過了延遲時(shí)間后，由于CP=0，有,（保持狀態(tài)）,(這時(shí)p. 48中與門5，6不起作用，關(guān)系A(chǔ)1不再成立, 兩虛線模塊構(gòu)成一個(gè)R-S觸發(fā)器),50,只有當(dāng)下降沿到達(dá)時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)才更新而且 新狀態(tài)將會(huì)維持下去。觸發(fā)器不會(huì)空翻。 (CP=1時(shí)讀入但不翻轉(zhuǎn)， CP=0時(shí)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換,53,T觸發(fā)器的邏輯符號(hào)，真值表，激勵(lì)表及狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖,54,由真值表可得T觸發(fā)器的特征方程如下：,T=1時(shí)：,（4.23）,（4.24）,這就是說，只要有時(shí)鐘到達(dá)，觸發(fā)器的狀態(tài)就要翻轉(zhuǎn)。這類觸發(fā)器常稱為計(jì)數(shù)觸發(fā)器， 又稱為,55,4.5.2 觸發(fā)器類型轉(zhuǎn)換,1. 公式法,（以R-S觸發(fā)器轉(zhuǎn)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(shè)計(jì),58,用同樣方法，可得,R-S D,R-S T,59,4.6 激勵(lì)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(lì)信號(hào)與文字的關(guān)系,62,4-1、,4-3、,4-4、4-5、,4-6、,4-7、,4-9、,4-10,上交時(shí)間：11月17日，星期二,期中考試（閉卷）,時(shí)間：2009年11月24日, 星期二 內(nèi)容：一，二，三，四章,