第五章 触发器ppt课件

1 第五章集成触发器 1基本RS触发器 2同步触发器 3主从触发器 4边沿触发器 5集成触发器 6不同功能触发器间的转换 2 触发器的基本概念 是具有记忆功能的基本逻辑单元 能够存贮一位二进制信息 触发器的基本特点 有两种能够自行保持的稳定状态 0 1 有一对互补输出Q和 Q 不同触发信号可以将触发器设置成 0 或 1 状态 3 触发信号撤除后 输出状态维持不变 可能有时钟输入端CP 输出状态不仅与现时的输入有关 还与原来的输出状态有关 4 触发器的分类 电平触发边沿触发 按结构分类 基本RS触发器钟控RS触发器主从触发器边沿触发器 按功能分类 RS触发器JK触发器D触发器T触发器T 触发器 按触发方式分类 5 一 电路结构 1基本RS触发器 由两个与非门交叉耦合构成 只有当低电平或负脉冲作用于输入端 R S时 触发器的状态才能发生变化 6 在触发器中 通常用Q的状态表示触发器的状态 即 Q 0为触发器为 0 状态 Q 1 Q 1为触发器为 1 状态 Q 0 7 1 输入R 1 S 1时 二 工作原理 若原状态 Q 0 Q 1 次态输出 Q 0 Q 1 0 1 1 1 0 1 1 0 8 若原状态 Q 1 Q 0 次态输出 Q 1 Q 0 1 0 1 1 1 0 0 1 9 2 输入R 0 S 1时 若原状态 Q 0 Q 1 次态输出 Q 0 Q 1 0 1 0 1 0 1 1 0 10 若原状态 Q 1 Q 0 次态输出 Q 0 Q 1 1 0 0 1 1 1 1 0 11 3 输入R 1 S 0时 若原状态 Q 0 Q 1 次态输出 Q 1 Q 0 0 1 1 0 1 0 1 1 12 若原状态 Q 1 Q 0 次态输出 Q 1 Q 0 1 0 1 0 1 0 0 1 13 不论原态如何 输出全是1 4 输入R 0 S 0时 0 0 1 1 14 基本RS触发器小结 1 R S 11 保持 状态 2 R S 01 复位 状态 3 R S 10 置位 状态 4 R S 00 禁用 状态 正常工作时 输入信号应遵守 R S 1的约束条件 即不允许输入同时为 0 15 注 触发器的新状态或次态为Qn 1 触发器的原状态或初态为Qn 基本触发器的真值表 约束条件 R S 1 16 三 状态图表及特征方程 1 RS触发器状态表 R S Qn S 0 1 00 01 11 10 d d 0 0 0 1 1 1 RQn Qn 1 17 2 特征方程 Qn 1 S R Qn R S 1 约束条件 18 三要素 3 RS触发器状态图 0 1 R S10 01 101 110 19 4 RS触发器的波形图 20 四 由或非门构成的基本RS触发器 R S端为高电平时表示有输入信号 为低时表示无有效信号 21 1 RS 00 保持 2 RS 01 S端触发 置位 3 RS 10 R端触发 复位 4 RS 11 破坏了输出互补规律 禁用 1 工作原理 22 2 状态表及特征方程 RS Qn S 0 1 00 01 11 10 0 1 1 1 d d 0 0 Qn 1 特征方程 Qn 1 S RQnSR 0 约束条件 23 比较与非门和或非门基本RS触发器 与非门RS触发器特征方程 或非门RS触发器特征方程 结论 只有约束条件不同 Qn 1 S R Qn R S 1 约束条件 Qn 1 S RQnSR 0 约束条件 24 输入信号直接加在输出门上 输入信号全部作用时间内 都能直接改变输出端的状态 故为电平触发方式 基本RS触发器的动作特点 优点 电路结构简单 是各类触发器的结构基础 缺点 输出受电平直接控制 电路抗干扰能力下降 约束条件的限制 使用不便 不受统一时钟控制 使得多个触发器无法统一工作 25 触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态 该同步信号叫做时钟脉冲 或时钟信号 简称时钟 用cp表示 受时钟信号控制的触发器称为钟控触发器 2钟控RS触发器 同步RS触发器 26 由G1 G2组成基本RS触发器 由G3 G4组成输入控制电路 R为复位端 S为置位端 cp控制翻转时间 R S决定翻转状态 一 电路结构 27 二 工作原理 CP 0时 3 4门输出恒为1 R S不影响输出状 触发器维持原状态不变 CP 1时 R S信号通过G3 G4反相加到基本RS触发器上 使触发器状态跟随输入信号状态的变化而改变 28 真值表 CP 1时 约束条件 R S 0 cp 1的全部时间内 R S变化都将引起触发器状态变化 为电平触发方式 三 动作特点 29 四 功能描述方法 1 状态表 利用约束条件求特性方程 Qn 1 S RQnR S 0 2 特性方程 CP 1时 30 3 状态转换图 0 1 RS01 10 0010 0001 31 4 波形图 32 1 为了解决钟控R S触发器在R 1 S 1时次态不确定问题 2 为适应单端输入信号的场合 可把钟控RS触发器改做成D触发器 即 使S D R D 如下页图所示 说明 33 D触发器 Qn 1 D D R S Q Q 34 D触发器功能表 波形图 CP D Q CP 1期间 输出状态跟随D变化 CP 时 输出状态被锁存 锁存的内容是CP下降沿瞬间D的值 工作原理 Q 35 CP D Q 上述D触发器的不足 存在空翻现象 广泛使用的D触发器是一种可防止空翻的集成D触发器 即 维持阻塞D触发器 36 一 主从RS触发器1 电路结构 Q CP G3 G1 G7 G5 G9 G4 G2 G8 G6 S R Q Q 主触发器 从触发器 3主从触发器 37 7 8门打开 输入信号R S接收进去 如 RS 01 Q 1 2 工作原理 设初态Qn 0 3 4门被封锁 维持原状态不变 Q 0 从 cp 0 主 cp 1 称上升沿存贮准备阶段 38 7 8门被封锁 隔断主触发器与R S的联系 使Q 1维持不变 Q 1 从 cp 1 2 CP 0 1 1 0 1 0 1 0 主 cp 0 0 1 3 4门打开 可以翻转 决定于Q Q 则Qn 1 Q 1 称下降沿触发翻转阶段 39 3 cp 0期间 主触发器与R S无联系 即R S变化不能使Q 变化 从触发器翻转后 由于Q 和 Q 不变 故输出Q也不再变 即一个脉冲 只能翻转一次 无空翻现象 40 3 状态转换真值表及特征方程 Qn 1 S RQn CP 沿有效 RS 0 约束条件 特征方程 当CP下降沿到来时 保持 复位 置位 41 CP R S Q 4 波形图 42 1 主从RS触发器 完成RS触发功能 但仍有约束 R S 0 说明 2 动作特点 CP 开始准备 CP 翻转 3 当CP 到来时 主触发器状态根据CP 1期间R S变化的情况而定 若CP 1期间输入违反了约束条件 将导致触发器输出不确定 因此电路的结构还需要改进 43 二 主从J K触发器 目的 改进电路 克服CP 1时输入约束条件 原理 CP 接收输入信号并暂存到主触发器 此时从触发器被封锁 保持原状态不变 CP 主触发器状态传送到从触发器 是从触发器输出变到新的状态 44 主从J K触发器的描述 功能表 1 2 特征方程 卡诺图 45 JK 00 01 JK 10 00 0 1 JK 11 01 状态转换图 JK 10 11 46 cpJK 时序图 Q 47 注意 一次变化问题 CP 1期间 输入信号J K不能变化 否则可能产生误动作 有两种情况会产生错误 Qn 0时 J 由0误翻为1Qn 1时 K 由0误翻为1 48 分析 CP 1Qn 0时 J 由0误翻为1 CP J K Q Q t1 t2 Q 0 1 49 主从J K触发器的特点 1 后沿型触发器 无空翻现象发生 2 存在一次变化问题 故要求CP 1期间输入信号保持不变 3 CP上升沿采样J K值 CP下降沿新状态被输出 自行分析 CP 1期间 Qn 1时 K 由0误翻为1的过程 50 4边沿触发器 目的 解决空翻和一次变化问题边沿触发方式 仅在时钟边沿瞬间起触发作用 抗干扰能力强 51 置1阻塞线 置0阻塞线 置1维持线 置0维持线 一 维持阻塞D触发器 上升沿采样并将新状态输出 52 维持阻塞线路的作用 仅当CP的上升沿出现的一瞬间 D端的数据才能置入触发器 RD和 SD的用途 RD 直接复位端 低电平有效 SD 直接置位端 低电平有效注意 不允许 RD和 SD同时有效 53 逻辑符号 Q D cp 上升沿触发 置位端 复位端 54 功能表 特征方程 Qn 1 D CP 55 CP D Q 设原态Q 1 Qn 1 Dn 时序图 56 Q J cp K 逻辑符号 二 边沿JK触发器 74LS112 下降沿采样并将新状态输出 57 功能表 CP K Q n 1 0 f Q n 1 f Q n 0 0 1 0 J 0 f f Q n 1 0 1 1 1 Q n 58 特征方程 在CP 1和CP 0期间保持原状态不变 只有在CP 到来时 根据上特征方程改变输出状态 59 波形图 60 5集成触发器 一 集成D触发器 1 逻辑符号 不允许置位和复位信号同时有效 当置位和复位信号有效时 触发器的状态立即被确定 不受CP和D的控制 CP上升沿有效 SD RD 61 2 特征方程 同步工作时 约束条件 62 3 波形图 CP D Q RD SD 63 二 集成JK触发器 异步清零 置位 优先级最高 RD SD 64 有些集成电路产品中 输入端有多个 如J1 J2 J3和K1 K2 K3等 则J J1 J2 J3 K K1 K2 K3 符号 下降沿状态改变 Q J cp K SD RD 65 三 T触发器 目的 实际中仅需要自动翻转和现态保持功能 构成 仅需将J K端连起来作为T输入端 66 T触发器功能描述 真值表 特征表 特征方程 67 四 T 触发器 只有翻转功能的触发器 又称翻转触发器 计数触发器 即每来一个时钟脉冲 状态改变一次 1 不单独生产 由其他触发器转换而得 2 时钟脉冲极性由被转换的触发器决定 说明 68 6不同功能触发器间的转换 触发器按功能分有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 即原输入端 通过转换电路 新触发输入端 求转换逻辑电路 69 1 D触发器转换成J K触发器 1 画出J K触发器的逻辑框图为把D输入转换为J K输入 需设计一组合电路 以实现从J K到D的变换 组合电路 2 求组合逻辑的逻辑表达式D触发器的特征方程 J K触发器的特征方程 令 即有 变换为 70 3 画由D触发器组成J K触发器的电路图 71 2 R S触发器转换成J K触发器 组合电路 1 画出J K触发器的逻辑框图为把R S输入转换为J K输入 需设计一组合电路 以实现从J K到R S的变换 2 求组合电路的逻辑表达式R S触发器的特征方程 J K触发器的特征方程 由真值表求R和S的表达式 72 3 由真值表求出逻辑表达式 4 画出电路图 Q CP K J Q R S 组合电路 73 触发器应用一例 用触发器组成寄存器寄存器是微处理器中的重要部件 用于存放数据处理的中间结果 具有数据 写 入 读 出 初始化 清零 功能 74 1 数据清除 将所有触发器的RD端接在一起 作为清零输入端 CLR 2 数据写入 令 OE 1 CLR 1 先让 WE 1 将要写入的数据施加到DB7 DB0 再在 WE端施加写入脉冲 DB7 DB0上的数据即被写入 3 数据读出 令 CLR 1 WE 1 在 OE端施加读脉冲 三态门开通 数据由DB7 DB0输出 75 集成触发器的主要特性参数 1 电源电流IE触发器的所有输入端接无效电平 输出端悬空时 电源向触发器提供的电流 此参数说明触发器电路的空载功耗 1 直流参数 2 低电平输入电流IIL和高电平输入电流IIH测试条件 触发器输出端悬空 IIL 某输入端接地 从该输入端流出的电流 IIH 触发器某输入端接电源 流进该输入端的电流 此参数说明对驱动电路的负载要求 76 3 输出高电平VoH和输出低电平VoL触发器输出端Q输出高电平时的对地电压为VOH 输出低电平时的对地电压为VOL 此参数说明触发器的抗干扰能力 2 开关参数 1 最高时钟频率fmax触发器在计数状态下能正常工作的最高工作频率 是标志触发器工作速度高低的一个重要指标 77 2 建立时间 保持时间 tset和thold CP D tset thold tset thold 78 3 对时钟信号的延迟时间 tCPLH和tCPHL 从时钟脉冲的触发沿到触发器输出端由0状态变到1状态的延迟时间为tCPLH 从时钟脉冲的触发沿到触发器输出端由1状态变到0状态的延迟时间为tCPHL 一般 tCPLH比tCPHL约大一级门