数电(第五章).ppt

第五章触发器 1 正确理解触发器的工作原理2 熟练掌握逻辑功能及动作特点3 重点掌握各触发器的波形图画法 教学内容 一 什么是触发器能够存储1位二进制信号的基本单元电路统称为触发器 二 触发器的特点1 具有两个能自行保持的状态 用来表示逻辑状态的0和1 或二进制数的0和1 2 在触发信号的操作下 根据不同的输入信号可以置成1或0状态 5 1概述 三 触发器的分类按电路结构形式分 基本RS触发器 SR锁存器 同步触发器 电平触发的触发器 主从触发器 脉冲触发的触发器 边沿触发器 边沿触发的触发器 按逻辑功能不同分 RS触发器 RSFF JK触发器 JKFF T触发器 TFF D触发器 DFF 按存储数据原理不同分 静态 动态 5 2SR锁存器 原态和新态 把输入信号作用前的状态称为原态 现态 用Qn表示 或用Q表示 把输入信号作用后触发器的状态称为新态 次态 用Qn 1表示 或用Q 表示 1 状态和 0 状态 1 由两个与非门输入端 输出端交叉连接构成 触发信号低电平有效 一 电路结构 0 约束条件 SDRD 0或SD RD 1 输入端 为置 输入端 为置 引出输入端用来置 两个与非门接成反馈 工作原理 1 0 1 根据工作原理得到真值表 2 由两个或非门输入端 输出端交叉连接构成 约束条件 SDRD 0或SD RD 1 二 RS锁存器的功能描述 1 状态转换表 特性表 将触发器的次态Qn 1与现态Qn以及输入信号之间的逻辑关系用表格的形式表示出来 称为状态转换真值表 简称状态表或特性表 2 特性方程描述触发器功能的函数表达式 称为特性方程 又称状态方程或次态方程 卡诺图化简得 3 状态转换图描述触发器状态转换关系及转换条件的图形称为状态转换图 简称状态图 圈表示状态 表示条件 箭头表示转换方向 4 波形图工作波形图又称为时序图 是描述输出状态随时间和输入信号变化的规律的图形 三 RS锁存器的动作特点 输入信号的全部作用时间里 都能直接改变输出端的状态 所以基本RS触发器SD SD 称为直接置位端 置1端 RD RD 称为直接复位端 置0端或清0端 由于SD或RD为1都能直接改变触发器的输出状态 因此抗干扰能力差 5 3电平触发的触发器 一 电路结构 二 工作原理 当CP 0时 控制门G3 G4关闭 都输出1 这时 不管R端和S端的信号如何变化 触发器的状态保持不变 当CP 1时 G3 G4打开 R S端的输入信号才能通过这两个门 使基本RS触发器的状态翻转 其输出状态由R S端的输入信号决定 三 功能描述 1 特性方程 CP 1时 2 特性表 3 状态转换图 CP 1 4 波形图 在CLK 1的全部时间里 S和R的变化都将引起输出状态的变化 Q初始状态为0 有时需在CP信号到来之前 CP 0 将触发器预先置成指定的状态 为此同步RS触发器上还设有异步置位输入端和异步复位输入端 正常工作时应使它们处于高电平 但CP 1时 置位 置零返回高电平时 预置状态有可能不能保存 D触发器 特性方程 Qn 1 D 四 电平触发的动作特点及存在问题 CP 0期间触发器不变CP 1的全部时间内S和R的变化都将引起触发器输出端状态的变化 所以 如果在CP 1期间R S发生多次变化 则触发器的状态也可能发生多次翻转 在一个时钟脉冲周期中 触发器发生多次翻转的现象叫做空翻 空翻是一种有害的现象 它使得时序电路不能按时钟节拍工作 造成系统的误动作 圆圈中为干扰脉冲 使Q 1 5 4脉冲触发的触发器 一 主从RS触发器 提高可靠性 提高可靠性 要求每个CLK周期输出状态只能改变1次 1 结构与符号 2 工作原理 主从RS触发器的触发翻转分为两个节拍 当CP 1时 CP 0 从触发器被封锁 保持原状态不变 主触发器工作 接收R和S端的输入信号 当CP由1跃变到0时 即CP 0 CP 1 主触发器被封锁 输入信号R S不再影响主触发器的状态 从触发器工作 接收主触发器输出端的状态 特点 功能和同步RS触发器一样 只是主从RS触发器的翻转是在CP由1变0时刻 CP下降沿 发生的 CP一旦变为0后 主触发器被封锁 其状态不再受R S影响 因此不会有空翻现象 3 功能描述 特性方程 状态转换图 功能表 波形图 波形图分为两部分 当CP 1时 CP 0 从触发器被封锁 保持原状态不变 主触发器工作 接收R和S端的输入信号 当CP由1跃变到0时 即CP 0 CP 1 主触发器被封锁 输入信号R S不再影响主触发器的状态 从触发器工作 接收主触发器输出端的状态 要求 触发器状态变化发生在CP下降沿 1 若CP下降沿到来前瞬间 RS的值不同 则触发器的状态随此时的输入RS值 按特性方程规律变化2 若CP下降沿到来前瞬间R S 0 则要看CP 1期间主触发器的前一状态3 约束条件不变 二 主从JK触发器 1 电路结构和逻辑符号 3 工作原理 无论是主从RS触发器还是主从JK触发器 都有以下两个特点 1 触发器翻转分两步动作 第一步 CP 1期间主触发器接收输入端 S R或J K 信号 被置成相应的状态 而从触发器不动 第二步 CP下降沿到来时从触发器按照主触发器状态翻转 所以Q 端状态的改变发生在CP的下降沿 2 CP 1的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用 另外 对于主从RS触发器 CP 1期间如S R的状态发生多次变化 则主触发器的状态也随之多次变化 对于主从JK触发器 存在 一次变化 效应 4 功能描述 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 Q X X X X Q K J CP Q 特性表 状态转换图 波形图 1 CP 1期间 JK没有变化CP下降沿到来前一刻 JK按JK触发器的特征方程来决定Q的变化2 CP 1期间 JK发生了变化主触发器状态 只能随JK特性方程变化一次当下降沿到来时 从触发器向主触发器看齐 CP 1期间 主从RS触发器的主触发器可以变化多次 主从JK触发器的主触发器只能发生一次变化 5 5边沿触发的触发器 为了提高可靠性 增强抗干扰能力 希望触发器的次态仅取决于CLK的下降沿 或上升沿 到来前瞬间的输入信号状态 与在此前 后输入的状态没有关系 用CMOS传输门的边沿触发器维持阻塞触发器用门电路tpd的边沿触发器 一 电路结构和工作原理 1 用两个电平触发D触发器组成的边沿触发器 CLK 0 CLK1 1 G1 D CLK2 0 FF2封锁CLK 1 CLK1 0 FF1封锁 CLK2 1 G2 G1 D 利用CMOS传输门的边沿触发器 功能描述 特性表 特性方程 Qn 1 D 状态转换图 波形图 1 触发翻转仅发生在CP上升沿2 触发器的次态仅取决于CP上升沿到达前一瞬间D的状态 即Qn 1 D 异步置0 置1 高电平有效 不受时钟控制 保持到下一上升沿 二 边沿触发器的动作特点 Qn 1变化仅发生在CP上升沿 或下降沿 Qn 1仅取决于上升沿 或下降沿 到达前瞬间输入状态而与其他时刻的输入状态无关 5 6 1触发器按逻辑功能的分类 5 6触发器的逻辑功能及其描述方法 按逻辑功能不同 将时钟控制的触发器分为 RS触发器 RSFF JK触发器 JKFF T触发器 TFF D触发器 DFF 一 SR触发器1 定义 凡在时钟信号作用下 具有如下功能的触发器称为SR触发器 二 JK触发器1 定义 三 T触发器 1 定义 凡在时钟信号作用下 具有如下功能的触发器 四 D触发器 1 定义 凡在时钟信号作用下 具有如下功能的触发器 逻辑功能 是与输入及在CLK作用后稳态之间的逻辑关系 RS JK D T 电路结构形式 具有不同的动作特点 转换状态的动态过程 同步 主从 边沿 5 6 2触发器的电路结构和逻辑功能 触发方式的关系 二 各种触发器之间的功能转换1 用DFF实现其他功能的触发器2 用JKFF实现其他功能的触发器 一 触发器基本性质 1 具有两个能自行保持的状态 用来表示逻辑状态的0和1 或二进制数的0和1 2 在触发信号的操作下 根据不同的输入信号可以置成1或0状态 总结 二 表达方式 特性方程 特性表 状态转换图 波形图 三 触发方式 基本RS触发器 SR锁存器 同步触发器 电平触发的触发器 主从触发器 脉冲触发的触发器 边沿触发器 边沿触发的触发器 作业 1 2 4 5 9 11 12 14 15 18 20 24 25 1 若CP下降沿到来前瞬间 RS的值不同 则触发器