数字电路与逻辑设计(4).ppt

数字电路与逻辑设计2012第二学期 能够存储1位二值信号的基本单元电路 b 根据不同的输入信号可以置1或0 3 分类 2 触发器的特点 1 触发器 a 具有两个能自行保持的稳定状态 用来表示逻辑状态的0和1 或二进制数的0和1 按触发方式 电平触发器 脉冲触发器和边沿触发器 按结构 基本SR锁存器 同步SR触发器 主从触发器 维持阻塞触发器 边沿触发器等 按逻辑功能方式 SR锁存器 JK触发器 D触发器 T触发器 T 触发器 第四章触发器 第四章触发器 4 1基本RS触发器4 1 1电路结构 反馈 输出端 输入端 逻辑符号 由两个与非门通过反馈构成 以Q端的状态表示触发器状态 Q 1即触发器为状态1 Q 0即触发器为状态0 第四章触发器 4 1 2基本工作原理1 具有两个稳定的工作状态两个稳态 即 当Q 1和 1决定了A门的输出 反馈回来 又保证了Q 1 当和 1决定了B门的输出Q 0 Q 0反馈回来 又保证了 第四章触发器 2 在输入低电平信号作用下触发器可以从一个稳态转换到另一个稳态电路要改变状态必须加入触发信号 因是与非门构成的基本RS触发器 所以 触发信号是低电平有效 当 0 1 无论触发器原状态如何 都会转变为1态 当 1 0 无论触发器原状态如何 都会转变为0态 和是一次信号 只能一个个加 即它们不能同时为低电平 基本触发器的特点总结1 有两个互补的输出端 有两个稳定的状态 2 有复位 置位 保持三种功能 3 复位输入端 置位输入端 可以是低电平有效 也可以是高电平有效 取决于触发器的结构 4 由于反馈线的存在 无论是复位还是置位 有效信号只需要作用很短的一段时间 第四章触发器 4 1 3逻辑功能及其描述 第四章触发器 1特性方程 触发器的新状态Qn 1 次态 与输入信号及 触发器的原状态Qn 现态 之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程 约束条件 第四章触发器 2 状态转换图状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态时 对输入信号的要求 第四章触发器 3 驱动表驱动表是用表格的方式表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时 对输入信号的要求 第四章触发器 4 波形图 第四章触发器 4 2同步RS触发器基本RS触发器的触发翻转过程直接由输入信号控制 同步RS触发器有时钟脉冲控制 触发器状态的改变与时钟脉冲同步 4 2 1同步RS触发器的电路结构 电路结构 逻辑符号 第四章触发器 4 2 2工作原理CP 0 状态不变CP 1 状态发生变化同步RS触发器的状态转换分别由R S和CP控制 其中 R S控制状态转换的方向 即转换为何种次态 CP控制状态转换的时刻 即何时发生转换 4 2 3逻辑功能及其描述1 特性方程 约束条件 第四章触发器 第四章触发器 2 状态转换图3 驱动表 第四章触发器 4 波形图 第四章触发器 4 2 4同步触发器的空翻现象在CP 1的时间间隔内R S的状态变化就会引起触发器状态的多次变化 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 造成空翻现象的原因是同步RS触发器的结构不完善 第四章触发器 4 3主从触发器主从触发器由两级触发器构成 其中一级直接接收输入信号 称为主触发器 另一级接收主触发器的输出信号 称为从触发器 两级触发器的时钟信号互补 从而有效地克服了空翻现象 4 3 1主从RS触发器1 电路结构 主触发器 从触发器 第四章触发器 2 工作原理 输出状态变化的时刻在时钟的下降沿 输出状态如何变化 则由时钟CP下降沿到来前一瞬间的R S值按RS触发器的特征方程来决定 在CP 1时 主触发器按S R变化 而从触发器保持状态不变 在CP由1 0 下降沿 主触发器保持 从触发器随主触发器的状态翻转 故在CLK的一个周期内 触发器的输出状态只可能改变一次 因此不会有空翻现象 第四章触发器 4 3 2主从JK触发器1 电路结构 第四章触发器 2 逻辑功能 第四章触发器 工作原理CP 1时接收JK信号 输出不变 CP下跳瞬间 输出由JK而定 状态转换图 第四章触发器 驱动表 第四章触发器 波形图 第四章触发器 3 主从JK触发器存在的问题 一次变化现象主从JK触发器在CP 1期间 主触发器只变化 翻转 一次 这种现象称为一次变化现象 一次变化现象是一种有害的现象 如果CP 1期间 输入端出现干扰信号 就可能造成触发器的误动作 为了避免发生一次变化现象 在使用主从JK触发器时 要保证CP 1期间 J K保持状态不变 第四章触发器 4 4边沿触发器边沿触发器不仅将触发器的触发翻转控制在CP触发沿到来的一瞬间 而且将接收输入信号的时间也控制在CP触发沿到来的前一瞬间 因此 边沿触发器既没有空翻现象 也没有一次变化问题 从而大大提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力 4 4 1D触发器1 触发器的逻辑功能若只取JK触发器输入信号J K 且J D 就构成D触发 特性方程Qn 1 D 第四章触发器 输出状态与D状态相同 驱动表 第四章触发器 2 维持 阻塞边沿D触发器的结构及工作原理工作原理 略 第四章触发器 4 5触发器功能转换按照逻辑功能触发器可分为RS触发器 JK触发器 D触发器 T触发器和T 触发器 转换方法 利用令已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则 求出转换逻辑 转换步骤 1 写出已有触发器和待求触发器的特性方程 2 变换待求触发器的特性方程 使之形式与已有触发器的特性方程一致 3 比较已有和待求触发器的特性方程 根据两个方程相等的原则求出转换逻辑 4 根据转换逻辑画出逻辑电路图 第四章触发器 1 将JK触发器转换为D T和T RS触发器1 JK触发器转换成D触发器写出D触发器的特性方程 并进行变换 使之形式与JK触发器的特性方程一致 与JK触发器的特性方程比较 得 电路图 第四章触发器 2 JK触发器转换成T触发器 在数字电路中 凡在CP时钟脉冲控制下 根据输入信号T取值的不同 具有保持和翻转功能的电路 即当T 0时能保持状态不变 T 1时一定翻转的电路 都称为T触发器 功能表 逻辑符号 第四章触发器 T触发器特性方程 与JK触发器的特性方程比较 得 电路图 第四章触发器 3 JK触发器转换成T 触发器 在数字电路中 凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路 都称为T 触发器 功能表 逻辑符号 第四章触发器 T 触发器特性方程 变换T 触发器的特性方程 与JK触发器的特性方程比较 得 电路图 第四章触发器 4 JK触发器转换成RS触发器 变换RS触发器的特性方程 使之形式与JK触发器的特性方程一致 RS触发器特性方程 第四章触发器 比较 得 电路图 第四章触发器 2 将D触发器转换为JK T和T 触发器 D触发器 JK触发器 第四章触发器 D触发器 T触发器 第四章触发器 D触发器 T 触发器 第四章触发器 本章小结触发器是数字电路的极其重要的基本单元 触发器有两个稳定状态 在外界信号作用下 可以从一个稳态转变为另一个稳态 无外界信号作用时状态保持不变 因此 触发器可以作为二进制存储单元使用 触发器的逻辑功能可以用真值表 卡诺图 特性方程 状态图和波形图等5种方式来描述 触发器的特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数 在分析和设计时序电路时常用来作为判断电路状态转换的依据 各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为 RS触发器 Qn 1 S RQn 其约束条件为 RS 0J