5 第五章触发器Flip-Flop演示幻灯片

1,第五章触发器FlipFlop1、触发器的定义和分类2、常用的触发器3、触发器的分析,2,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。（P179引言部分）特点：具有“记忆”功能。分析下面的电路：,当A0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,3,再看下面的电路：,当A0时，F0。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。,4,触发器的分类：P179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：主从结构和维持阻塞型（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。,5,常用触发器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”。,6,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。,7,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。,8,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。,9,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。,10,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,11,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,0,1,12,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：,13,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。,14,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。,15,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。,16,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,17,2、钟控RS触发器（同步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,18,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。,19,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,SRQQn+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,20,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,21,下面，我们分析一下同步RS触发器的波形。P277,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：,22,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。,23,3、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，人们更多情况下使用其他的触发器。JK触发器的输入端有三个：时钟脉冲输入端C，控制输入端J和K。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。,24,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,将输入值代入特征方程得：,保持,清0,置1,翻转,25,真值表JKQQn+1,000001010011100101110111,保持,0,1,清0,0,0,置1,1,1,翻转,1,0,状态图,26,4、D触发器D触发器的输入端有两个：时钟脉冲输入端C，控制输入端D。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。,27,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1,28,真值表DQQn+1,00011011,0,0,清0,1,1,置1,状态图,29,5、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。,30,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,31,真值表TQQn+1,00011011,0,1,保持,1,0,翻转,状态图,32,6、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。,33,1、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。,34,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,35,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,36,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T1即可。解：利用上题的结论得：,+Vcc,37,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：,38,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：,39,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：,40,用T触发器实现JK触发器功能。分析：T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T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：,同一个信号既要等于J又要等于K，这是不可能的！,41,首先，我们列出JK触发器的真值表：JKQQn+1,00000011010001101001101111011110,再根据T触发器的功能表：TQ,0保持1翻转,反过来使用，即：当触发器状态保持时，T0当触发器状态翻转时，T1,T,0,0,0,1,1,1,1,0,填卡诺图，化简得：,42,0,0,0,1,0,1,1,1,作图得：,43,用T触发器实现D触发器功能。分析：T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T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：,T不可能既等于D，同时又等于,此路不通！,44,首先作出D触发器的真值表：DQQn+1,000010101111,再根据T触发器的功能表TQn+1,0保持1翻转,反过来使用，即：当触发器状态保持时，T0当触发器状态翻转时，T1,T,0,1,1,0,写表达式：,作图：,45,用T触发器实现T触发器功能。解：令T1即可，作图得：,46,2、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。,47,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。,48,49,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