武汉职业技术学院电信学院PPT课件

-,1,武汉职业技术学院电信学院黄洁,数字电子技术与应用,-,2,项目四触发器,4.1RS触发器4.2JK触发器4.3D触发器4.4T触发器和T触发器4.5触发器逻辑功能的转换4.6触发器应用举例,-,3,触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。它有两个稳定的状态：0状态和1状态；在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。,所以，触发器可以记忆1位二值信号。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T触发器按照结构形式的不同，又可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器,-,4,4.1.1基本RS触发器,特性表：,000,001,010,011,100,101,110,111,1,1,0,0,0,1,一、逻辑功能及描述方式,不定,置1,置0,维持,置端复位端,4.1RS触发器,-,5,特征方程：,功能：置0、置1、维持,-,6,状态图,描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图。,0,1,1/,1/,10/,01/,-,7,波形图,反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图。,置1,置0,置1,置1,置1,保持,不允许,-,8,二、基本RS触发器的特点,（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。（2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。（3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态必须是互补关系，即有约束条件。,在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。,-,9,三、基本RS触发器小结,电路组成和逻辑符号,信号输入端，低电平有效。,-,10,特性表（真值表）,现态：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态。,次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。,-,11,次态Qn+1的卡诺图,特性方程,触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系式,-,12,状态图,波形图,-,13,四、集成基本RS触发器,EN1时工作EN0时禁止,-,14,4.1.2同步RS触发器,CP1时，工作情况与基本RS触发器相同。,一、电路结构及逻辑符号,-,15,同步RS触发器在电路结构上增加了一级门控电路和一个时钟脉冲CP，CP作为主控或选通信号，控制输入信号R、S的接收，R、S不再直接起作用，通过CP信号，可以实现数字系统中多个触发器同步、协调一致地工作。,C1表示控制1R、1C,-,16,特性表,特性方程,-,17,主要特点,波形图,（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。,不变,不变,不变,不变,不变,不变,置1,置0,置1,置0,不变,-,18,逻辑符号：,空翻现象：,二、同步RS触发器的空翻现象,同步输入端,异步输入端,-,19,（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。,1,0,4.1.3主从RS触发器,一、电路结构及工作原理,-,20,0,1,（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门被封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在C=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态不可能改变。,-,21,逻辑符号：,特征方程：,功能：置0、置1、维持,CP下降沿到来时有效,逻辑符号图中的“”符号称为延迟输出指示符，用在触发器逻辑符号上表示“主从”结构。,R、S为同步输入端，与CP同步；,、,、,二、逻辑符号及特征方程,-,22,特征方程：,功能：置0、置1、维持、翻转,(a)主从结构(b)负边沿触发(C)正边沿触发,4.2JK触发器,一、逻辑符号及表示方法,逻辑符号：,-,23,特性表,JK=00时不变JK=01时置0JK=10时置1JK=11时翻转,-,24,状态图,波形图,在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号J、K情况的不同，具有置0、置1、保持和翻转功能的电路，都称为JK触发器。,上升沿触发的JK触发器,-,25,特征方程：,CP,二、主从JK触发器的一次翻转问题,主触发器Q，的状态由S、R决定：,在CP=1期间，如果J、K多次发生变化，则主触发器状态可能改变，但最多只能改变一次，这就是主从JK触发器的一次翻转问题。,-,26,1.主从JK触发器的特点,主从JK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CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。输入信号J、K之间没有约束。存在一次翻转问题。即主从JK触发器中的主触发器，在CP1期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是J、K变化引起，也可以是干扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。,三、JK触发器的特点,-,27,2.边沿JK触发器的特点,边沿触发，无一次变化问题。功能齐全，使用方便灵活。抗干扰能力极强，工作速度很高。,-,28,1.集成主从JK触发器,四、集成JK触发器,-,29,与输入主从JK触发器的逻辑符号,-,30,2.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,-,31,特征方程：,功能：置0、置1,(a)D锁存器(b)上升沿触发(c)下降沿触发,4.3D触发器,一、逻辑符号及表示方法,-,32,状态图,波形图,在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。,D锁存器(同步D触发器),-,33,特征方程：,cp,上升沿触发的D触发器,-,34,1.集成同步D触发器,CP1、2,CP3、4,POL1时，CP1有效，锁存的内容是CP下降沿时刻D的值；POL0时，CP0有效，锁存的内容是CP上升沿时刻D的值。,二、集成D触发器,-,35,2.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。,-,36,将JK触发器的输入端J、K连在一起作为一个输入（即T）引出，则称为T触发器。T触发器具有保持和翻转的功能，其特征方程是：,若令T始终为1，则T触发器称为T触发器，它仅具有翻转的功能，其特征方程为：,4.3T及T,触发器,-,37,逻辑符号：,特征方程：,cp,cp,功能：维持、翻转,功能：翻转,特征方程：,-,38,特性表,-,39,状态图,时序图,触发器,-,40,状态图,时序图,触发器,-,41,触发器小结：,-,42,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。,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。,4.5不同类型触发器之间的转换,-,43,一、将JK触发器转换为RS、D、T触发器,JK触发器RS触发器,RS触发器特性方程,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：,利用RS=0进行化简,-,44,比较，得：,电路图,-,45,JK触发器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,-,46,T触发器特性方程：,与JK触发器的特性方程比较，得：,电路图,JK触发器T触发器,-,47,二、将D触发器转换为JK、T和T触发器,D触发器JK触发器,-,48,D触发器T触发器,-,49,D触发器T触发器,-,50,4.6.1触发器组成寄存器,移位脉冲数,寄存器中的数码,移位过程,0,1,2,3,4,Q3Q2Q1Q0,0000,0001,0010,0101,1011,清零,左移一位,左移两位,左移三位,左移四位,4.6触发器应用举例,-,51,4.6.2触发器组成无抖动开关,(a),(b),-,52,4.6.3触发器组成分频器,二进制加法器计数器组成分频器,分频器的工作波形图,Q0,Q1,Q2,CP,二分频,八分频,四分频,-,53,4.6.4触发器组成555定时器,一、555定时器的工作原理,低电平触发端,高电平触发端,电压控制端,复位端低电平有效,放电端,4.516V,-,54,0,0,1,-,55,2VCC/3,VCC/3,0,0,0,1,1,-,56,2VCC/3,VCC/3,1,0,0,1,1,1,1,0,-,57,2VCC/3,VCC/3,1,1,1,0,0,-,58,555集成定时器小结,555定时器是一种应用广泛、使用灵活的集成器件，多用于脉冲产生、整形及定时等。,-,59,二、由555定时器构成的多谐振荡器,接通VCC后，VCC经R1和R2对C充电。当uc上升到2VCC/3时，uo=0，T导通，C通过R2和T放电，uc下降。当uc下降到VCC/3时，uo又由0变为1，T截止，VCC又经R1和R2对C充电。如此重复上述过程，在输出端uo产生了连续的矩形脉冲。,能产生矩形脉冲的自激振荡电路叫做多谐振荡器。,-,60,-,61,多谐振荡器的应用,秒信号发生器,多谐振荡器,石英晶体振荡器,分频电路,-,62,多谐振荡器小结：,多谐振荡器是一种自激振荡电路，不需要外加输入信号，就可以自动地产生出矩形脉冲。,多谐振荡器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。多谐振荡器没有稳态，所以又称为无稳电路。在多谐振荡器中，由一个暂稳态过渡到另一个暂稳态，其“触发”信号是由电路内部电容充（放）电提供的，因此无需外加触发脉冲。多谐振荡器的振荡周期与电路的阻容元件有关。,-,63,单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特点：,（1）电路有一个稳态和一个暂稳态。（2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。（3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后，电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。,三、由555定时器构成的单稳态触发器,-,64,-,65,接通VCC后，VCC通过R对C充电，当uc上升到2VCC/3时，uo0，放电管T导通，C通过T放电，电路进入稳态。ui到来时，因为uiVCC/3，uo由0变为1，电路进入暂稳态。此时放电管T截止，VCC经R对C充电，直到uc上升到2VCC/3时，电路输出uo0，T导通，C放电，电路恢复到稳定状态。,-,66,单稳态触发器的应用,延迟与定时,整形,-,67,单稳态触发器小结：,单稳态触发器具有一个稳态。,单稳态触发器可以由门电路构成，也可以由555定时器构成。在单稳态触发器中，由一个暂稳态过渡到稳态，其“触发”信号也是由电路内部电容充（放）电提供的，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。,单稳态触发器不能自动地产生矩形脉冲，但却可以把其它形状的信号变换成为矩形波，用途很广。,-,68,四、由555定时器构成的施密特触发器,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路。,-,69,-,70,（）ui下降到时，u01=u0=1。此后，ui继续下降到，但u01=u0=1的状态不会变。,-,71,施密特触发器的应用,-,72,下限阈值电压,上限阈值电压,回差电压（滞后电压）：UTUTUT,-,73,施密特触发器小结：,施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要