锁存器和触发器的初态与次态和波形图绘制

1、1教学基本要求教学基本要求1、掌握锁存器、触发器的电路结构和、掌握锁存器、触发器的电路结构和工作原理工作原理2、熟练掌握、熟练掌握SR触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触发器及触发器及T 触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能3、正确理解锁存器、触发器的动态特性、正确理解锁存器、触发器的动态特性5 锁存器和触发器锁存器和触发器21 1、时序逻辑电路与锁存器、触发器：、时序逻辑电路与锁存器、触发器： 时序逻辑电路时序逻辑电路: :概述概述锁存器和触发器锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元 。 结构特征结构特征: :由组合逻辑电路和存储电路组成由组合逻辑电路

2、和存储电路组成, ,电路中存在反馈。电路中存在反馈。工作特征：工作特征：时序逻辑电路的工作特点是任意时刻的输出状态不仅时序逻辑电路的工作特点是任意时刻的输出状态不仅与该当前的输入信号有关，而且与此前电路的状态有关。与该当前的输入信号有关，而且与此前电路的状态有关。 3具有具有0 和和1两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。一个两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。一个锁存器或触发器锁存器或触发器能存储一位二进制码。能存储一位二进制码。2 2、锁存器与触发器、锁存器与触发器共同点：共同点： 不同点：不同点：锁存器锁存器-对脉冲电平敏感的对脉冲电平敏感的存储存储电路，在特定输入脉冲电平

3、作用下电路，在特定输入脉冲电平作用下改变状态。改变状态。触发器触发器-对脉冲边沿敏感对脉冲边沿敏感的存储电的存储电路，在时钟脉冲的上升沿或下降沿路，在时钟脉冲的上升沿或下降沿的变化瞬间改变状态。的变化瞬间改变状态。 CP CP E E 45.1.1 双稳态的概念双稳态的概念 稳稳态态稳稳态态介介稳稳态态 1 Q Q 1 G1 G2 反馈反馈双稳态存储单元电路双稳态存储单元电路 电路有两个互补的输出端电路有两个互补的输出端Q端的状态定义为电路输出端的状态定义为电路输出状态。状态。5.1 双稳态存储单元电路双稳态存储单元电路5 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 2、逻辑状

4、态分析、逻辑状态分析01 1 1 Q Q G1 G2 VO1 VO2 VI1 VI2 电路具有记忆电路具有记忆1 1位二进制数据的功能。位二进制数据的功能。 10如如 Q = 1如如 Q = 0105.1.2 双稳态存储单元双稳态存储单元1、电路结构、电路结构65.2.1 SR 锁存器锁存器5.2 锁存器锁存器 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 1. 1. 基本基本SR锁存器锁存器电路的初态与次态电路的初态与次态初态：初态：R、S信号作用前信号作用前Q端的状态端的状态. 初态初态用用Q n表示。表示。次态：次态：R、S信号作用后信号作用后Q端的状态端的状态. 次态次态用用Q n+1表

5、示。表示。71) 工作原理工作原理0 00 0若初态若初态 Q n = 1若初态若初态 Q n = 01 10 01 10 01 10 00 00 0R=0、S=0 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 无论初态无论初态Q n为为0或或1，锁存器的状态不变，锁存器的状态不变 8 S 1 Q Q 1 R G1 G2 无论初态无论初态Q n为为0或或1，锁存器的次态为为，锁存器的次态为为1态。态。 信号消失信号消失后新的状态将被记忆下来。后新的状态将被记忆下来。0 01 1 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若若初态初态 Q n = 0若初态若初

6、态 Q n = 10 01 10 01 10 0R=0、S=11 10 01 19 S 1 Q Q 1 R G1 G2 无论初态无论初态Q n为为0或或1，锁存器的次态为，锁存器的次态为0态。态。 信号消失后信号消失后新的状态将被记忆下来。新的状态将被记忆下来。1 10 0 S 1 Q Q 1 R G1 G2 若若初态初态 Q n = 1若初态若初态 Q n = 01 11 10 01 10 00 01 10 01 1R=1 、 S=00 010 S 1 Q Q 1 R G1 G2 1 11 10 00 0S=1 、 R=11 10 0无论初态无论初态Q n为为0或或1，锁存器的次态，锁存器的

7、次态 、 都为都为0 。nQnQ约束条件约束条件: SR = 0当当S、R 同时回到同时回到0时，由于两个与非时，由于两个与非门的延迟时间无法确定，使得锁存器门的延迟时间无法确定，使得锁存器最终稳定状态也不能确定。最终稳定状态也不能确定。锁存器的输出既不是锁存器的输出既不是0态，也不是态，也不是1态态112）逻辑符号与逻辑功能逻辑符号与逻辑功能不确定不确定111不确定不确定011110110010110001011000000RS逻辑功能表逻辑功能表nQ1n Q不变不变置置0 0置置1 1状态状态不确定不确定 S Q Q R S R S为置为置1端，端，R为置为置0端，端，且都是高电平有效且都

8、是高电平有效12不变不变 置置1不变不变置置0置置1 不变不变不变不变3）工作波形工作波形(设初态为设初态为0） S R 01001000000010QQ S Q Q R S R 不确定不确定111不确定不确定011110110010110001011000000RSnQ1n Q13 1 1 Q Q R S 4 4）用与非门构成的基本）用与非门构成的基本SR锁存器锁存器、 S Q Q R R S c.国标逻辑符号国标逻辑符号a.电路图电路图b.b.功能表功能表 RSQ不定不定不不定定0010100101不变不变1 11不变不变Q约束条件约束条件: S +R = 1 即：即：S R = 014画

9、工作波形画工作波形功能表功能表 RSQ不定不定不不定定0010100101不变不变1 11不变不变Q S R Q 不变不变不定不定置置1 1 不变不变 置置1 1不变不变置置0 0不变不变110111011110110011 S Q Q R R S 15 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 5）应用举例）应用举例 -去抖动电路去抖动电路开关闭合时开关闭合时开关断开时开关断开时开关接开关接A时振动时振动,Q=1 开关开关接接 B振动振动 100k A B Q 1 2 74HCT00 R S 100k S +5V +5V R S Q 开关起始状态开关起始状态: :接接B,

10、= 0 =1 Q=0RS开关转接开关转接A, = 1 =0 Q=1RS悬空时悬空时 =X =1 Q不变不变RS 去抖动电路工作原理去抖动电路工作原理S S悬空时悬空时 =X =1 Q不变不变SR 172. 逻辑门控逻辑门控SR锁存器锁存器 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 电路结构电路结构 1R C1 1S Q Q E S R 国标逻辑符号国标逻辑符号简单简单SR锁存器锁存器使能信号控制门电路使能信号控制门电路18 R E S & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 工作原理工作原理 S=

11、0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= E=1：E=0：0 0 1 1& & & & &状态发生变化。状态发生变化。 状态不变状态不变Q3 = S Q4 = RSR19逻辑功能的几种描述方式：逻辑功能的几种描述方式： 1) 逻辑功能表逻辑功能表 （E=1） 2) 特性方程特性方程 0 1 0 0 1 1 S 1 RQn 0 00 01 11 10 状态不定状态不定011111 置置1010011 置置0011100 状态不变状态不变010000 说说 明明Qn+1QnRS0100

12、11= f (RSQn 1Qn) = = 1QRSQnn= = 0SR约束条件约束条件20状态不定状态不定011111置置1010011置置0011100状态不变状态不变010000 说说 明明Qn+1QnRS010011 3) 3) 状态转换图状态转换图 逻辑功能表逻辑功能表S = 1R = 0S =0R =1S = 0R = XS = XR = 0 0 1 状态转换图用于电路设计：已知状态的转换，确定状态转换图用于电路设计：已知状态的转换，确定S、R的的逻辑值逻辑值 214)工作波形工作波形 E S R Q SRQn+1 00Qn 01 0 10 1 11 逻辑功能逻辑功能表表E=1期间的

13、期间的S 、 R信号影响锁存器的状态。信号影响锁存器的状态。E=0为低电平期间锁存器状态不变。为低电平期间锁存器状态不变。功能表、特性方程、状态转换图功能表、特性方程、状态转换图 、波形图。波形图。逻辑功能的四种描述方式逻辑功能的四种描述方式: 1R C1 1S Q Q E S R 5）动作特点：）动作特点：E=1期间电路对信号敏感，并按期间电路对信号敏感，并按S 、 R信号改变信号改变锁存器的状态。锁存器的状态。225.2.2 D 锁存器锁存器1. 逻辑门控逻辑门控 D 锁存器锁存器 1D C1 Q Q E D 国标逻辑符号国标逻辑符号 R E & & 1 1 1 1 G3

14、G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 逻辑电路图逻辑电路图 E D 1 1 G5 23 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =DS =0 R=1D=0Q = 0D=1Q = 1E=0不变不变E=1= DS =1 R=0D 锁存器的功能表锁存器的功能表置置10111置置01001保持保持不变不变不不变变0功能功能QDEQ逻辑逻辑功能功能1. 逻辑门控逻辑门控 D 锁存器锁存器nnQRSQ = = 1nDQD = =D= =24 E 5.3 触发器的电路结构和工作原理触发器的电路结构和工作原理1. 锁存器与触发器锁存

15、器与触发器 CP CP 锁存器在锁存器在E的高的高(低低)电平期间电平期间对信号敏感并更新状态对信号敏感并更新状态触发器触发器在在脉冲脉冲边边沿沿(上升沿或上升沿或下降沿下降沿)的作用下产生状态的的作用下产生状态的刷新刷新(触发触发) E 255.3.1 主从触发器主从触发器26电路组成及符号电路组成及符号G8QR&QG4&SG1G3&G5G71G2G6QMQM主主触触发发器器从从触触发发器器 QQ1R1SRS CPC1下降沿有效下降沿有效QQ1R1SRS EC1SR锁存器锁存器27G8QR&QG4&SG1G3&G5G71G2G6QMQM主主触触

16、发发器器从从触触发发器器 工作原理工作原理CP = 1主触发器接收输入信号主触发器接收输入信号0= =RSCP = 0主触发器保持不变；主触发器保持不变；从触发器由从触发器由CP下降沿到来之下降沿到来之前的前的 确定。确定。nQM1&0从触发器状态保持不变从触发器状态保持不变 0&1&1MnnMQSRQ=28主要特点主要特点 主从控制，时钟脉冲触发。主从控制，时钟脉冲触发。主触发器接受输入信号主触发器接受输入信号1= =CP从触发器按照主触发器从触发器按照主触发器的内容更新状态。的内容更新状态。 结论：从触发器输出端的变化只能发生在结论：从触发器输出端的变化只能发生在

17、CP 的下降沿的下降沿。 R、S 之间仍有约束。之间仍有约束。CP 29( (解决解决 R、S 之间有约束的问题之间有约束的问题) )结构结构 电路的结构及符号电路的结构及符号 QQ1K1JKJ CPC1国标符号国标符号G8QR&QG4&SG1G3&G5G71G2G6QMQM&J K30( (解决解决 R、S 之间有约束的问题之间有约束的问题) )工作原理工作原理nQJS = =nKQR = =nnQRSQ = = 1nnnQKQQJ = =nnnQKQJQ = = 1特性方程：特性方程：功能表：功能表：J KQ n+1功能功能0 00 11 01 1Q n01

18、Q n保持保持置置0置置1翻转翻转G8QR&QG4&SG1G3&G5G71G2G6QMQM&J K31C1JCP 1J1KQQK CP J K Q 1 2 3 4 5 6 7 在脉冲的在脉冲的高电平高电平期间信号期间信号存储于主触发器。存储于主触发器。在在CP脉冲的脉冲的低电平低电平到到来时发生状态变化。来时发生状态变化。 JKQn+1 00Qn 01 0 10 1 11Q Qn n JKJK触发器真值表触发器真值表设触发器的初始状态为设触发器的初始状态为0 例例 ：画输出波形：画输出波形32 例例 画输出波形画输出波形 主从主从JK 触发器的输入信号触发器的输

19、入信号CP、D 的波形分别如图所示，的波形分别如图所示，设触发器的初态为设触发器的初态为1，试画出输出端，试画出输出端 L 的波形。的波形。解：解：J=D，K= D, 只有置只有置0和置和置1两种功能。两种功能。 C1 D CP 1J 1K & L Q Q 1 CP D L Q Q JKQn+1 01 0 10 1JK 触发器真值表触发器真值表J(K)QCPL = =在在CP脉冲的脉冲的低电平低电平期间将输入期间将输入信号存储于主触发器。信号存储于主触发器。在在CP脉冲的脉冲的高电平高电平到到来时发生状态变化。来时发生状态变化。高电平触发（上高电平触发（上升沿）升沿）)(1DQn= =

20、 335、 D 触发器功能的转换触发器功能的转换34特性方程特性方程 = = = = 01SRQRSQnn（约束条件）（约束条件）逻辑功能表逻辑功能表 nQ10000状态不定状态不定011111状态同状态同S010011状态同状态同R011100状态不变状态不变010000 说说 明明Qn+1QnRS111状态转换图状态转换图 1 0 S=0R=1S=1R=0S=xR=0S=0R=x 1S C1 1R Q Q S CP R 35JK 触发器的状态转换图触发器的状态转换图nQ10000JKQnQn+1 说说 明明000001状态不变状态不变001101 置置 0110001 置置 1111101

21、 翻翻 转转111JK 触发器的功能表触发器的功能表 Qn01 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=Xnn1QKQJQn = = JKQn+1 00Qn 01 0 10 1 11Q Qn n 特性方程特性方程 1J C1 1K Q Q J CP K 36只要将只要将JK触发器的触发器的J、K端连接在一起作为端连接在一起作为T端端(J = K = T)， 就构成了就构成了T触发器触发器.1nnnQTQTQ=1)特性方程特性方程 T触发器的功能是触发器的功能是T为为1时，为计数状态，时，为计数状态，T为为0时为保持状态。时为保持状态。2)T触发器逻辑功能表触发器逻辑功能表TQnQ

22、n+1000011101110 1T C1 Q Q T CP 37T触发器触发器 1J C1 1K Q Q 1 Q Q CP C 逻辑符号逻辑符号 特性方程特性方程nnQQ= = 1上升沿触发的上升沿触发的T触发器触发器时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。 38 逻辑功能表逻辑功能表nQ1n QD000010101111特性方程特性方程Qn+1=D状态转换图状态转换图 D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 1D C1 Q Q D CP 39 1D C1 Q Q D CP 1J C1 1K Q Q J CP K 1T C1 Q Q T CP 1S C1 1R

23、 Q Q S CP R 1D C1 Q Q D CP 1J C1 1K Q Q J CP K 1T C1 Q Q T CP 1S C1 1R Q Q S CP R 上升沿触发的不同功能触发器上升沿触发的不同功能触发器下降沿触发的不同功能触发器下降沿触发的不同功能触发器401.D 触发器构成触发器构成 J K 触发器触发器 Q Q & 1 & 1 1 1D C 1 CP J K 1nnnQJQKQ=Qn+1 = D QKQJD = =组合组合电路电路 Q Q 1D C1 CP DKJ412. D 触发器构成触发器构成 T 触发器触发器QTQTQTD = = = =组合组合电路电路

24、 Q Q 1D C1 CP DTQn+1 = D nnnQTQTQ = = 1 Q Q 1D C1 = =1 1 T C Q Q 1D C1 T C= = 423. D 触发器构成触发器构成 T 触发器触发器Qn+1 = D Q Q 1D C1 CP nnQQ= = 1nQD = =CPQT 触发器可实现二分频逻辑功能触发器可实现二分频逻辑功能43锁存器和触发器都是具有存储功能的逻辑电路，是构成锁存器和触发器都是具有存储功能的逻辑电路，是构成时序电路的基本逻辑单元。每个锁存器或触发器都能存储时序电路的基本逻辑单元。每个锁存器或触发器都能存储1位位二值信息。二值信息。 锁存器是对脉冲电平敏感的电

25、路，它们在一定电平作用锁存器是对脉冲电平敏感的电路，它们在一定电平作用下改变状态。下改变状态。触发器是对时钟脉冲边沿敏感的电路，它们在时钟脉冲触发器是对时钟脉冲边沿敏感的电路，它们在时钟脉冲的上升沿或下降沿作用下改变状态。的上升沿或下降沿作用下改变状态。触发器按逻辑功能分类有触发器按逻辑功能分类有D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T（T）触发器和触发器和SR触发器。它们的功能可用特性表、特性方程和状触发器。它们的功能可用特性表、特性方程和状态图来描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。态图来描述。触发器的电路结构与逻辑功能没有必然联系。小小 结结44：输入信号电平直接控制其状态输入信号电平直接控制其状态 传输门控锁存器传输门控锁存器：维持阻塞维持阻塞触发器触发器传输延迟结构触器传输延迟结构触器存储单元存储单元锁存器锁存器触发器触发器主从触发器主从触发器基本基本SR锁存器锁存器在使能电平作用下由输在使能电平作用下由输入信号决定其状态。入信号决定其状态。在时钟脉冲的上升在时钟脉冲的上升沿或下降沿作用下改变沿或下降沿作用下改变状态。状态。逻辑门控锁存器：逻辑门控锁存器：4