数电第五章锁存器触发器.ppt

第五章锁存器 触发器 Latch Flip Flop 1 定义和分类2 锁存器的分析3 触发器的分析 触发器 Flip Flop 能够存储一位二进制数字信号的基本单元电路叫做触发器 特点 具有 记忆 功能 分析下面的电路 当A 0时 F 0某一时刻 由于外界的干扰使得A信号突然消失 此时 相当于A输入端悬空由电路结构得 F 1 干扰发生前后 F的输出值发生的变化 故该电路没有 记忆 功能 再看下面的电路 当A 0时 F 0 某一时刻 由于外界的干扰使得A信号突然消失 此时 相当于A输入端悬空 但F端反馈回来的值仍然为0 由电路结构得 F 0 说明该电路具有 记忆 功能 其根本原因在于 该电路带有反馈 触发器的分类 按稳定工作状态分 双稳态 单稳态和无稳态 多谐振荡器 触发器 本章仅讨论双稳态触发器 按结构分 主从结构和边沿结构触发器 本章仅讨论边沿触发器 按逻辑功能分 RS JK D T和T 触发器 本章重点讨论后四种 顺序 基本RS 同步RS 主从RS 边沿D 边沿JK 1 基本RS触发器 电路组成和逻辑符号基本RS触发器有两种 由与非门构成的和由或非门构成的 我们以前者为例 输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态 即两个稳态 当Q 0时 称为 0态 当Q 1时 称为 1态 逻辑功能分析 A 当R S 0时 1 1 可以保证门1的输出值不变 可以保证门2的输出值不变 此时 门1和2的输出值均保持不变 称为 触发器的保持功能 B 当S 0 R 1时 1 0 可以保证门1的输出值为0 可以保证门2的输出值为1 1 此时 触发器的Q端始终输出低电平0 称为 触发器复位或触发器清0 C 当S 1 R 0时 1 0 可以保证门1的输出值为1 可以保证门2的输出值为0 1 此时 触发器的Q端始终输出高电平1 称为 触发器置位或触发器置1 D 当S R 1时 0 0 可以保证门1的输出值为1 可以保证门2的输出值为1 1 此时 触发器的两个输出端都输出高电平1 出现逻辑混乱 称为 不定状态 此情形应尽量避免 因此我们得到了基本RS触发器的功能表如下 00不定01置110清011保持 和均为低电平有效 故 称为 置1输入端或置位输入端 称为 清0输入端或复位输入端 如果我们规定触发器原来的状态称为 现态 用Qn表示 简记为Q 将触发器由于输入值的影响后的输出状态称为 次态 用Qn 1或Qn 1表示 可推导出基本RS触发器的真值表如下 000001 保持功能 X X 010011 置1功能 1 1 100101 复位功能 0 0 110111 不定 0 1 由真值表 利用卡诺图化简得 0 X 1 0 1 1 X 0 考虑到要避免不定状态发生 即R S不能同时为1 故加上一个约束条件 SR 0 所以 基本RS触发器的逻辑函数表达式 特征方程 为 由真值表还可以推导出触发器的状态变化情况 以图形表示时 称为状态转换图 简称状态图 图例 用圆圈表示触发器的状态 用箭头表示状态的变化方向 发生变化的条件则按顺序标明在箭头旁边 另外 若已知输入信号的波形 则可以作出触发器的波形图 如 求在输入作用下的输出波形 首先 将输入波形分段 作辅助线 再根据触发器的功能表作出输出波形 功能表 1 2 3 4 5 6 7 8 9 第1段 输入为01 输出置1 Q 第2段 输入为11 输出保持 第3段 输入为01 输出置1 第4段 输入为11 输出保持 第5段 输入为10 输出清0 第6段 输入为11 输出保持 第7段 输入为01 输出置1 第8段 输入为11 输出保持 第9段 输入为01 输出置1 然后作 的波形 00不定 01置1 10清0 11保持 D触发器 JK触发器 同步JK触发器 由于RS触发器存在不定状态 所以应用时有局限性 为了克服这个问题 引入了JK触发器 通过上面的分析 我们得知触发器的描述至少有下面的几种方法 1 逻辑图 2 功能表 3 真值表 4 卡诺图 5 特征方程 6 状态图 7 波形图 2 同步RS触发器 钟控RS触发器 P276基本RS触发器由输入信号的组合决定输出 实际中往往需要触发器在某些特定时候 或时刻 才响应输入 因此 必须加入所谓的控制信号 一般是时钟脉冲 电路组成及元件符号 功能分析 A 在C 0期间 无论S和R为何值 G3和G4均输出1 此时为保持功能B 在C 1期间 若SR 00 则G3和G4均输出1 触发器保持 若SR 01 则G3输出1 G4输出0 触发器清0 若SR 10 则G3输出0 G4输出1 触发器置1 若SR 11 则G3和G4均输出0 触发器不定 相当于在基本RS触发器前加入两个与非门 只要分析得出这两个与非门的输出 则根据基本RS触发器的功能就能推导出同步RS触发器的功能了 因此 可得出同步RS触发器的功能表 P276SRQn 1 00保持01清010置111不定 进一步得出真值表 SRQnQn 1 000001 010011 100101 110111 保持 0 1 清0 0 0 置1 1 1 不定 X X 再由真值表填卡诺图 R S均为高电平有效 分别称为 复位端和置位端 X 1 1 0 0 1 0 X 考虑到要避免不定状态发生 即R S不能同时为1 故加上一个约束条件 SR 0 所以 基本RS触发器的逻辑函数表达式 特征方程 为 与基本RS触发器完全相同 下面 我们分析一下同步RS触发器的波形 首先 按CP的值分段 当CP 0时 触发器状态保持 当CP 1时 触发器的输出由当时的R S决定 若已知触发器的初值为0 则输出波形如下 第1段 CP 0 保持 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Q 第2段 CP 1 R S 0 保持 第3段 CP 0 保持 第4段 CP 1 R 0 S 1 置1 第5段 CP 0 保持 第6段 CP 1 R 1 S 0 清0 第7段 CP 0 保持 第8段 CP 1 R S 1 不定 第9段 CP 0 保持 1 RS触发器 2 D触发器 3 JK触发器 常用触发器 CP 1期间有效 D触发器 D锁存器 同步D触发器 JK触发器 同步JK触发器 CP 1期间有效 将S JQn R KQn代入同步RS触发器的特性方程 得同步JK触发器的特性方程 由于RS触发器存在不定状态 所以应用时有局限性 为了克服这个问题 引入了JK触发器 工作原理 1 接收输入信号过程CP 1期间 主触发器控制门G7 G8打开 接收输入信号R S 有 从触发器控制门G3 G4封锁 其状态保持不变 1 0 2 RS触发器 主从RS触发器 0 1 特性方程 逻辑符号 电路特点 主从RS触发器采用主从控制结构 从根本上解决了输入信号直接控制的问题 具有CP 1期间接收输入信号 CP下降沿到来时触发翻转的特点 但其仍然存在着约束问题 即在CP 1期间 输入信号R和S不能同时为1 3 JK触发器 同步JK触发器 CP 1期间有效 由于RS触发器存在不定状态 所以应用时有局限性 为了克服这个问题 引入了JK触发器 无论触发沿为何值 JK触发器的特征方程只有一个 由特征方程 我们可以推导出JK触发器的功能表和真值表 功能表JKQn 1 00011011 保持 清0 置1 翻转 真值表JKQnQn 1 000001010011100101110111 保持 0 1 清0 0 0 置1 1 1 翻转 1 0 状态图 b 下降沿触发 a 上升沿触发 3 JK触发器 主从JK触发器 边沿JK触发器对于主从触发器 触发时刻有两种情形 CP的上升沿 即由0变1的时刻 和下降沿 即由1变0的时刻 其元件符号为 对于边沿触发器 触发时刻有两种情形 CP的上升沿 即由0变1的时刻 和下降沿 即由1变0的时刻 其元件符号为 代入主从RS触发器的特性方程 即可得到主从JK触发器的特性方程 将 主从JK触发器没有约束 主从JK触发器 边沿JK触发器 集成边沿JK触发器 74LS112为CP下降沿触发 CC4027为CP上升沿触发 且其异步输入端RD和SD为高电平有效 注意 CP 1期间有效 4 D触发器 D锁存器 同步D触发器 对于边沿触发器 触发时刻有两种情形 CP的上升沿 即由0变1的时刻 和下降沿 即由1变0的时刻 上面的符号分别与之对应 C端前带圈的为下降沿触发 4 D触发器 D锁存器 边沿D触发器 边沿D触发器 工作原理 无论触发沿为何值 D触发器的特征方程只有一个 由特征方程 我们可以推导出D触发器的功能表和真值表 功能表DQn 1 01 将输入值代入特征方程得 清0 置1 真值表DQnQn 1 00011011 0 0 清0 1 1 置1 状态图 集成边沿D触发器 注意 CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效 5 T触发器T触发器的输入端有两个 时钟脉冲输入端C 控制输入端T 其元件符号为 对于边沿触发器 触发时刻有两种情形 CP的上升沿 即由0变1的时刻 和下降沿 即由1变0的时刻 上面的符号分别与之对应 C端前带圈的为下降沿触发 无论触发沿为何值 T触发器的特征方程只有一个 由特征方程 我们可以推导出D触发器的功能表和真值表 功能表TQn 1 01 将输入值代入特征方程得 保持 翻转 真值表TQnQn 1 00011011 0 1 保持 1 0 翻转 状态图 6 T 触发器将T触发器的T端接高电平即为T 触发器 T 触发器的特征方程为 其功能为 每来一个触发脉冲 触发器的状态翻转一次 1 各种触发器之间的相互转换 用待求触发器的输入表示现有触发器的输入信号 从而求出转换电路 1 将JK触发器转换为RS D T和T 触发器 2 将D触发器转换为JK T和T 触发器 用JK触发器实现RS触发器功能 用JK触发器实现D触发器功能 分析 JK触发器是现有触发器 而D触发器为待求 所以应求出用D来表示J K的表达式 解 比较两种触发器的特征方程得 两式若要相等 则必有 作图得 D 用JK触发器实现T触发器功能 分析 JK触发器是现有触发器 而T触发器为待求 所以应求出用T来表示J K的表达式 解 比较两种触发器的特征方程得 两式若要相等 则必有 作图得 T 用JK触发器实现T 触发器功能 分析 JK触发器是现有触发器 而T 触发器为待求 考虑到T 触发器是将T触发器的T端置1得到 所以只要求出T触发器 再令T 1即可 解 利用上题的结论得 Vcc 用D触发器实现JK触发器功能 分析 D触发器是现有触发器 而JK触发器为待求 所以应求出用J K来表示D的表达式 解 比较两种触发器的特征方程得 两式若要相等 则必有 作图得 用D触发器实现T触发器功能 分析 D触发器是现有触发器 而T触发器为待求 所以应求出用T来表示D的表达式 解 比较两种触发器的特征方程得 两式若要相等 则必有 作图得 用D触发器实现T 触发器功能 分析 D触发器是现有触发器 而T 触发器为待求 先作出T触发器 再令T为1即得T 触发器 解 利用上题结论得 用T触发器实现T 触发器功能 解 令T 1即可 作图得 2 触发器的波形分析首先观察触发器的符号 确定其触发时刻 其次写出触发器的驱动方程 再将驱动方程代入其特征方程求出次态方程 最后 根据处值 触发时刻和次态方程作触发器的输出波形 已知各触发器的初态均为0 求作在CP作用下的触发器输出波形 另外 无论哪一种触发器都存在一个问题 在上电的瞬间 触发器的现态是不可预期的 即通电的一霎那 触发器的初始状态可能是0态也可能是1态 那么对于分析电路就带来了一定的麻烦