从模电到数电的电子技术课件-dz_chap14.ppt

4 1 电子技术 第四章触发器 数字电路部分 4 2 第四章触发器 4 1概述 4 2触发器的基本形式 4 3触发器按逻辑功能的分类 4 4触发器逻辑功能的转换 4 5触发器的触发方式 4 6触发器的应用举例 4 3 4 1概述 触发器的功能 形象地说 它具有 一触即发 的功能 在输入信号的作用下 它能够从一种状态 0或1 转变成另一种状态 1或0 触发器的特点 有记忆功能的逻辑部件 输出状态不只与现时的输入有关 还与原来的输出状态有关 触发器的分类 按功能分 有R S触发器 D型触发器 JK触发器 T型等 按触发方式划分 有电平触发方式 主从触发方式和边沿触发方式 4 4 4 2触发器的基本形式 反馈 基本RS触发器 反馈 正是由于引入反馈 才使电路具有记忆功能 4 5 输入RD 0 SD 1时 若原状态 1 1 0 0 1 0 1 0 输出仍保持 若原状态 0 1 1 1 1 0 1 0 输出变为 置 0 4 6 输入RD 1 SD 0时 若原状态 1 0 1 0 1 0 0 1 输出变为 若原状态 0 0 1 1 0 1 0 1 输出保持 置 1 4 7 输入RD 1 SD 1时 若原状态 1 0 1 1 1 0 0 1 输出保持原状态 若原状态 1 1 0 1 1 0 输出保持原状态 保持 4 8 输入RD 0 SD 0时 输出 全是1 注意 当RD SD同时由0变为1时 翻转快的门输出变为0 另一个不得翻转 因此 该状态为不定状态 基本触发器的功能表 4 9 1 触发器是双稳态器件 只要令RD SD 1 触发器即保持原态 稳态情况下 两输出互补 一般定义Q为触发器的状态 2 在控制端加入负脉冲 可以使触发器状态变化 SD端加入负脉冲 使Q 1 SD称为 置位 或 置1 端 RD端加入负脉冲 使Q 0 RD称为 复位 或 清0 端 小结 4 10 4 3触发器按逻辑功能的分类 4 3 1同步RS触发器 同步 的含义 由时钟CP决定R S能否对输出端起控制作用 直接清零端 直接置位端 4 11 直接清零端 直接置位端 直接清零端 置位端的处理 4 12 CP 0时 0 触发器保持原态 CP 1时 4 13 RS触发器的功能表 简化的功能表 Qn 1 下一状态 CP过后 Qn 原状态 4 14 简化的功能表 由它的功能表可见 在R S不相等时 Q服从于S 这是一个值得重视的规律 有必要进一步归纳和进行形象化的表达 4 15 R S不相等时 信息传送路径的形象化表达 该电路的信息传送规律在今后的学习过程中 将会多次使用 4 16 例 画出RS触发器的输出波形 假设Q的初始状态为0 CP R S Q 使输出全为1 CP撤去后状态不定 4 17 同步R S触发器的小结 1 当CP 0时 无论R S为何种取值组合 输出端均 保持原态 2 只有当CP 1时 将c门和d门打开 控制端R S的取值组合才会在输出端有所反映 即有所谓 功能表 4 18 4 19 4 3 2D触发器 4 20 CP 0时 a b门被堵 输出保持原态 0 4 21 CP 1时 a b门被打开 输出由D决定 若D 0 1 0 1 1 0 0 1 若D 1 1 1 0 0 1 1 0 结论 Qn 1 D 4 22 功能表 Q 例 画出D触发器的输出波形 4 23 D触发器也称D锁存器 有集成组件的产品 如74LS77 4位锁存器 74LS75 4位双稳态锁存器 等等 4 24 4 3 3T 和T触发器 一 T 触发器 逻辑功能 每来一个时钟脉冲 输出的状态就翻转一次 也叫计数器 R S 4 25 工作原理 显然 当时钟CP 0时 触发器必然处于保持状态 CP 0时 4 26 归纳 在CP 1期间 下状态Qn 1必然对其原状态作一次否定 CP 1时 R Qn 1 Qn Qn T 触发器的功能就是每来一个脉冲翻转一次 若Qn 0 则Qn 1 1 若Qn 1 则Qn 1 0 4 27 由同步RS触发器构成的T 触发器存在的问题 计数脉冲必须严密配合 CP脉冲不能太长 否则触发器将产生空翻现象 CP 1期间 输出状态翻转若干次 10 1 0 01 0 1 0 1 0 1 1 1 4 28 F主 F从 CP 1时 主触发器打开 从触发器封锁 克服 空翻 的办法 用主从RS触发器构成T 触发器 CP 0时 主触发器封锁 从触发器打开 动作特点 F主 F从轮流工作 4 29 小结 R1 S1之值向上传送一级 抵达Q 主从触发方式T 触发器的工作原理 F主被打开 进入工作状态 F从被封锁 输出端保持原状态不变 CP 1时 4 30 0 F主被封锁 输出端保持原状态不变 1 F从被打开 进入工作状态 小结 R1 S1又向上传送一级 抵达Q端 CP 1时 4 31 综合上述分析 主从触发器一个CP只能翻转一次 前沿处 输出交叉反馈到F主 后沿处 输出传递到F从翻转完成 逻辑符号 时序图 4 32 R S触发器的电路结构演变过程 由两个与非门构成基本R S触发器 由四个与非门构成同步R S触发器 由九个与非门构成主从R S触发器 公共结构 让其接受时钟控制 克服空翻 4 33 二 T触发器 T触发器与T 触发器无本质区别 只是加入了控制端T T R1 TQ 4 34 T 0时 将F主封锁 输出端维持原态 T 1时 右图电路即为T 触发器 当cp到来时 输出端将正常翻转 4 35 功能表 4 36 三 JK触发器 JK触发器的功能最完善 有两个控制端J K 4 37 JK触发器的工作原理 被封锁 保持原态 J K 0时 相当于T触发器T 0 4 38 相当于T触发器T 1 J K 1时 4 39 Qn 0时 Qn 1 1 J 1 K 0时 4 40 Qn 1时 F主被封保持原态 Qn 1 1 J 1 K 0时 4 41 Qn 1 0 同样原理 J 0 K 1时 4 42 功能表 JK触发器的功能小结 1 当J 0 K 0时 具有保持功能 2 当J 1 K 1时 具有翻转功能 3 当J 0 K 1时 具有复位功能 4 当J 1 K 0时 具有置位功能 4 43 时序图 保持 T 4 44 例1 画出主从JK触发器输出端波形图 4 45 例2 假设初始状态Qn 0 画出Q1和Q2的波形图 Q1 Q2 看懂逻辑符号 熟练使用功能表 4 46 常用 专业术语 介绍 数据锁定 触发器的输出状态固定不变 这就称作 数据锁定 它相当于 保持 功能 4 47 主从J K触发器的小结 1 熟练掌握JK触发器逻辑符号的全部含义 2 熟练掌握并正确运用JK触发器的功能表 4 48 4 4触发器逻辑功能的转换 被转换的触发器的功能包含目的触发器的功能 例如 JK触发器 1 当J 0 K 0时 具有保持功能 2 当J 1 K 1时 具有翻转功能 3 当J 0 K 1时 具有复位功能 4 当J 1 K 0时 具有置位功能 因此 JK触发器可以转换成其他多种触发器 4 49 一 JK触发器转换成D触发器 4 50 二 JK触发器转换成T触发器 4 51 三 D触发器转换成T 触发器 4 52 4 5触发器的触发方式 触发方式 研究翻转时刻与时钟脉冲间的关系 4 5 1电位触发方式 电位触发 正电位触发 负电位触发 CP 1期间翻转 CP 0期间翻转 4 53 例如 下图所示的D触发器就是电位触发方式 高电平触发 低电平触发 优点 结构简单 动作较快 缺点 容易空翻 适用范围 只能用作数据锁存器 4 54 4 5 2主从触发方式 主从触发方式的翻转过程 前沿处 输出交叉反馈到F主 后沿处 输出传递到F从翻转完成 CP 4 55 以主从触发的D触发器为例 设Qn 0 CP D Q 正确的输出波形 假设在CP 1期间D有一干扰 出现干扰后 主从型的D触发器的输出波形如何 主从触发方式存在其固有的缺陷 一次翻转 问题 4 56 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 保持 解释如下 设Qn 0 保持 跟随D端 初始状态 Q实际 保持 4 57 归纳 产生上述输出结果的根本原因是 主触发器是一个同步RS触发器 在CP 1期间当输入信号变化时 其状态能 且只能改变一次 于是导致CP下降沿到来时Q状态跟随Q 状态改变 4 58 逻辑符号 4 59 在使用主从结构触发器时必须注意 只有在CP 1的全部时间里输入始终保持不变的条件下 用CP下降沿到来时的输入状态决定触发器的下态才肯定是对的 否则 必须考虑CP 1期间输入端状态的全部变化过程 才能确定CP降沿到来时触发器的下态 结论 4 60 4 5 3边沿触发方式 为了免除CP 1期间输入控制电平不许改变的限制 可采用边沿触发方式 其特点是 触发器只在时钟跳转时发生翻转 而在CP 1或CP 0期间 输入端的任何变化都不影响输出 如果翻转发生在上升沿就叫 上升沿触发 或 正边沿触发 如果翻转发生在下降沿就叫 下降沿触发 或 负边缘触发 下面以边缘触发的D触发器为例讲解 4 61 设原态Q 0 并设D 1 1 CP 0期间 1 c d被锁 c d的输出均为1 0 0 0 4 62 1 2 c 1 d 1反馈到a b的输入 a b输出为0 1 0 0 0 CP 0期间 4 63 CP正沿到达时 c d开启 使c 1 d 0 Q翻转为1 1 1 置0阻塞线 置1维持线 4 64 CP正沿过后 d 0将c封锁 并使b 1 维持d 0 1 因此以后CP 1期间D的变化不影响输出 0 0 1 D 0时的翻转 请大家自己分析 4 65 置0阻塞线 置1阻塞线 置1维持线 置0维持线 该上升沿触发的D触发器是维持 阻塞型D触发器 4 66 边沿触发的D触发器功能表 触发方式在逻辑符号中的表示 4 67 1 在应用触发器时 要特别注意触发形式 否则很容易造成整个数字系统工作不正常 2 边沿触发抗干扰能力强 且不存在空翻 应用较广泛 小结 4 68 4 6应用举例 例 四人抢答电路 四人参加比赛 每人一个按钮 其中一人按下按钮后 相应的指示灯亮 并且 其它按钮按下时不起作用 电路的核心是74LS175四D触发器 它的内部包含了四个D触发器 各输入 输出以字头相区别 管脚图见下页 4 69 1Q 1D 2Q 2D GND 4Q 4D 3Q 3D 时钟 清零 USC 公用清零 公用时钟 74LS175管脚图 4 70 5V D1 D2 D3 D4 CLR CP