數(shù)字電子技術(shù)（第五版） 課件 第4章 觸發(fā)器

第4章觸發(fā)器用一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)控制LED燈的亮滅。要求：按一次，燈亮；再按一次，燈滅；依次循環(huán)，……①輸出F與狀態(tài)相關(guān)；②

輸入A為一個(gè)脈沖電平信號(hào)，而不是一個(gè)固定的電平值。電路如何設(shè)計(jì)？一、問(wèn)題引出存儲(chǔ)電路：保存電路當(dāng)前的狀態(tài)；組合邏輯電路：進(jìn)行邏輯運(yùn)算。鎖存器和觸發(fā)器是具有存儲(chǔ)功能的單元電路，也是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本部件。二、時(shí)序邏輯電路的基本組成時(shí)序邏輯電路的特點(diǎn)：電路在任意時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)前時(shí)刻的輸入，而且與電路原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)。組合邏輯電路的特點(diǎn)：電路在任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于當(dāng)前時(shí)刻的輸入，與電路原來(lái)的狀無(wú)關(guān)。結(jié)論：該電路一旦進(jìn)入某一種邏輯狀態(tài)，就能長(zhǎng)期保持該狀態(tài)不變。將具有0、1兩種邏輯狀態(tài)，且一旦進(jìn)入某一種邏輯狀態(tài)，就能長(zhǎng)期保持該狀態(tài)不變的電路，稱(chēng)為雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)雙穩(wěn)態(tài)電路。三、基本雙穩(wěn)態(tài)電路

0102

電路正常工作時(shí)，兩個(gè)輸出端的狀態(tài)通常是相反的（也稱(chēng)為互補(bǔ)的）；1

輸出端??稱(chēng)為常態(tài)輸出，稱(chēng)為反態(tài)輸出；2習(xí)慣上，用輸出端??的狀態(tài)表示雙穩(wěn)態(tài)電路的狀態(tài)。3由非門(mén)構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)電路，具有存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的功能，但功能不完備；在接通電源時(shí)，它可能會(huì)隨機(jī)地進(jìn)入0狀態(tài)或1狀態(tài)，因?yàn)闆](méi)有輸入控制端，在工作時(shí)無(wú)法改變或控制它的狀態(tài)，因此不能作為存儲(chǔ)電路使用。如何改進(jìn)呢？SR鎖存器（又稱(chēng)基本RS觸發(fā)器）是各種觸發(fā)器電路中結(jié)構(gòu)形式最簡(jiǎn)單的一種，同時(shí)，它又是許多復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的基本組成部分。1、定義一、SR鎖存器2、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器工作原理圖1與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器的邏輯圖表1與非門(mén)構(gòu)成的基本RS-FF的真值表（特性表）功能110111010011100101000001保持011101012、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器工作原理圖1與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器的邏輯圖表1與非門(mén)構(gòu)成的基本RS-FF的真值表（特性表）功能110111010011100101000001保持0111置101012、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器工作原理圖1與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器的邏輯圖表1與非門(mén)構(gòu)成的基本RS-FF的真值表（特性表）功能110111010011100101000001保持0111置100置01010在SR鎖存器的特性表中，當(dāng)S=0，R=0時(shí)，電路的狀態(tài)是？保持A置1B置0C不定D提交單選題1分2、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器工作原理圖1與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器的邏輯圖表1與非門(mén)構(gòu)成的基本RS-FF的真值表（特性表）功能1101110100111001010001*0011*保持0111置100置0不定0011113、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器特點(diǎn)

4、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器描述

5、與非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器應(yīng)用舉例

解：例2：鍵盤(pán)消抖示例——思考題：分析“或非門(mén)構(gòu)成的SR鎖存器”的工作原理，列出特性表。功能0000011001010100111100*1110*保持1011置100置0不定SR

在數(shù)字系統(tǒng)中，為協(xié)調(diào)各部分的動(dòng)作，常要求某些鎖存器于同一時(shí)刻動(dòng)作。為此，必須引入同步信號(hào)，使這些鎖存器只有在同步信號(hào)到達(dá)時(shí)才按輸入信號(hào)改變狀態(tài)。通常把這個(gè)同步信號(hào)叫做時(shí)鐘脈沖，或稱(chēng)為時(shí)鐘信號(hào)，簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)鐘，用CP（ClockPulse）表示。門(mén)控SR鎖存器又稱(chēng)為“同步RS觸發(fā)器”。二、門(mén)控SR鎖存器1、門(mén)控SR鎖存器電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖1門(mén)控SR鎖存器的邏輯圖表1門(mén)控SR鎖存器的特性表注：*CP回到低電平后狀態(tài)不定。CPSR0xx000xx1110000100111100111011101001011011101*11111*保持置1置0不定◆從門(mén)控SR鎖存器的特性表可知，只有CP=1時(shí)，鎖存器輸出端的狀態(tài)才會(huì)受輸入信號(hào)的控制，而且在CP=1時(shí)的特性表與基本SR鎖存器的特性表相同。輸入信號(hào)同樣需要遵守S?R=0的約束條件。且由表可得特性方程和控制輸入端的約束條件如下：◆在使用門(mén)控SR鎖存器時(shí)，有時(shí)還需要在CP信號(hào)到來(lái)之前將鎖存器預(yù)先置成指定的狀態(tài)，為此在實(shí)用的門(mén)控SR鎖存器電路上往往還設(shè)有專(zhuān)門(mén)的異步置位輸入端和異步復(fù)位輸入端。圖2實(shí)用門(mén)控SR鎖存器的邏輯圖和邏輯符號(hào)

門(mén)控SR鎖存器中異步輸入端的作用是什么？提高電路的抗干擾能力A預(yù)先置成指定的狀態(tài)B增加鎖存器的存儲(chǔ)容量C提高鎖存器的工作速度D提交單選題1分解：例1：已知門(mén)控SR鎖存器的CP、S、R的波形，且，試畫(huà)出Q、的波形。Q2、動(dòng)作特點(diǎn)門(mén)控SR鎖存器的動(dòng)作特點(diǎn)：在CP=1的全部時(shí)間里S和R的變化都將引起鎖存器輸出端狀態(tài)的變化。由此可知，若在CP=1的期間內(nèi)輸入信號(hào)發(fā)生多次變化，則鎖存器的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)（空翻現(xiàn)象），這就降低了電路的抗干擾能力。

D鎖存器的兩種結(jié)構(gòu)：邏輯門(mén)控D鎖存器傳輸門(mén)控D鎖存器1、邏輯門(mén)控D鎖存器三、D鎖存器基本SR鎖存器控制門(mén)功能0X不變不變保持1001置01110置1例：邏輯門(mén)控D觸發(fā)器的輸入波形如圖所示，假設(shè)初始狀態(tài)為0，試畫(huà)出Q的波形。功能0X不變不變保持1001置01110置1

2、傳輸門(mén)控D鎖存器傳輸門(mén)控D鎖存器由基本雙穩(wěn)態(tài)電路和傳輸門(mén)組成。

3、典型D鎖存器集成電路CMOS集成電路74HC/HCT373四、觸發(fā)器的概念01鎖存器鎖存器在時(shí)鐘脈沖CP的高電平（或低電平）期間，輸出狀態(tài)都跟隨輸入變化。這種輸出狀態(tài)的更新方式，稱(chēng)為電平觸發(fā)。02觸發(fā)器觸發(fā)器的狀態(tài)更新只發(fā)生在CP信號(hào)的上升沿或者下降沿，這種輸出狀態(tài)的更新方式，稱(chēng)為邊沿觸發(fā)。狀態(tài)自鎖/柵極電容存儲(chǔ)電荷電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)的邏輯功能靜態(tài)觸發(fā)器動(dòng)態(tài)觸發(fā)器分類(lèi)存儲(chǔ)原理電路結(jié)構(gòu)邏輯功能主從觸發(fā)器維持阻塞觸發(fā)器利用傳輸延遲的觸發(fā)器RS-FFD-FFJK-FFT-FFT’-FF①CP=0時(shí)，Em=1，Es=0，Qm=D。從鎖存器維持原來(lái)的狀態(tài)不變。②CP由0跳變到1時(shí)，Em=0，Es=1，Qm不再隨D變化，Q端被置成CP上升沿到達(dá)前瞬間D的值。五、主從D觸發(fā)器邊沿D觸發(fā)器的特性表ⅹⅹⅹ↑0ⅹ0↑1ⅹ1

傳輸門(mén)控D鎖存器構(gòu)成的上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器例：電平敏感型D鎖存器和邊沿敏感型D觸發(fā)器的輸入波形如圖所示，假設(shè)它們的初態(tài)為0，試畫(huà)出各個(gè)輸出端Q0、Q1、Q2的波形。

有其它控制端的D觸發(fā)器：直接置1端（異步置1端）直接置0端（異步置0端）有異步輸入端的D觸發(fā)器特性表說(shuō)明01ⅹⅹ1異步置110ⅹⅹ0異步置000ⅹⅹ1輸出不確定11↑00同步置011↑11同步置1

例：下圖是一個(gè)帶有異步輸入端的D觸發(fā)器，假設(shè)它的初態(tài)為0，已知所有的輸入波形，試畫(huà)出輸出端Q的波形。

用一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)控制LED燈的亮滅。要求：按一次，燈亮；再按一次，燈滅；依次循環(huán)，……六、維持阻塞結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器

110

六、維持阻塞結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器

11

六、維持阻塞結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器

AB

六、維持阻塞結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器

C

六、維持阻塞結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器結(jié)論：觸發(fā)器只在CP由0跳變到1的瞬間更新?tīng)顟B(tài)，其余時(shí)間均保持狀態(tài)不變。因此，這種觸發(fā)器被稱(chēng)為上升沿觸發(fā)的維持阻塞D觸發(fā)器。12345671413121110981CLR1D1CLK1PRE1Q1QGNDVCC2CLR2D2CLK2PRE2Q2Q123456714131211109816151J1K1CLK1PRE1Q1QGND1CLRVCC2CLR2J2K2CLK2PRE2Q2QRS-FF按邏輯功能分類(lèi)D-FFJK-FFT-FFT’-FF特性表功能描述特性方程狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖七、觸發(fā)器的邏輯功能描述1、RS觸發(fā)器邏輯功能描述

凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下邏輯功能符合下表邏輯功能的觸發(fā)器，均叫做RS觸發(fā)器。表1RS觸發(fā)器特性表RS觸發(fā)器特性（征）方程圖1RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)2、D觸發(fā)器邏輯功能描述

凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下邏輯功能符合下表的邏輯功能者，均叫做D觸發(fā)器。表2D觸發(fā)器特性表圖2D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D觸發(fā)器特性（征）方程上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)3、JK觸發(fā)器邏輯功能描述

凡在時(shí)鐘信號(hào)作用下邏輯功能符合下表的邏輯功能者，均叫做JK觸發(fā)器。表3JK觸發(fā)器特性表圖3JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖JK觸發(fā)器特性（征）方程上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)例：假設(shè)一個(gè)JK觸發(fā)器的初態(tài)為0。已知所有的輸入波形，試畫(huà)出Q的波形。

4、T觸發(fā)器邏輯功能描述T觸發(fā)器的邏輯功能是：當(dāng)T=1時(shí)，每來(lái)一個(gè)CP信號(hào)其狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次；而當(dāng)T=0時(shí)，CP信號(hào)到達(dá)后其狀態(tài)保持不變。

表4T觸發(fā)器特性表圖4T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖T觸發(fā)器特性（征）方程T000011101110上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)以下哪種觸發(fā)器在輸入信號(hào)為1時(shí)，每來(lái)一個(gè)CP信號(hào)其狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次？RS觸發(fā)器AD觸發(fā)器BJK觸發(fā)器CT觸發(fā)器D提交單選題1分

用D觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器

5、T’觸發(fā)器邏輯功能描述在觸發(fā)器的定型產(chǎn)品中并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的T觸發(fā)器，而是將JK觸發(fā)器的J、K輸入端連在一起作為T(mén)端，若T恒為1

(接高電平)，則有，即每次CP信號(hào)作用后觸發(fā)器必發(fā)生翻轉(zhuǎn)，這種觸發(fā)器稱(chēng)為觸發(fā)器。表5T’觸發(fā)器特性表T’觸發(fā)器特性（征）方程T101110圖5T’觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)

用D觸發(fā)器構(gòu)成T’觸發(fā)器二分頻

◆邏輯功能：著重次態(tài)、現(xiàn)態(tài)及輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系，可用特性表、特性方程或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖給出，按邏輯功能的不同，可將觸發(fā)器分為：RS、D、JK、T和T’觸發(fā)器等類(lèi)型。◆而電路結(jié)構(gòu)形式著重于動(dòng)作