数字电路触发器学习教案

1、会计学1数字电路触发器数字电路触发器第一页，共74页。（1）触发器由基本门电路组成，有一个或多个输入端，两个互补输出端，分别(fnbi)用 和 表示。QQ触发器特点(tdin)： （2）具有两个能自行保持的稳定状态（0态、1态），分别表示二进制数码0和1(是一个只有0和1两种工作(gngzu)状态的双稳态电路)；（3）根据不同的输入信号，两个稳定状态可以相互转换。输入信号即使消失后，已转换的稳定状态可长期保持，直到有新的输入信号到来，触发器才可能改变状态。nQn 1Q（4）通常把输入信号作用之前的状态称为现态，记作 ，而把输入信号作用之后的状态称为次态，记作 。第2页/共74页第二页，共74页

2、。（2）根据逻辑功能 R-S触发器、D触发器、J-K触发器、T触发器。（3）根据存储数据(shj)原理 静态触发器：靠电路状态的自锁存储数据(shj)； 动态触发器：通过在MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据(shj)。（4）根据触发功能 基本触发器、时钟触发器（5）根据构成触发器的门电路种类 TTL触发器、CMOS触发器（6）根据触发方式 电平触发、脉冲触发、边沿触发 2触发器分类(fn li)（1）根据电路结构(jigu)形式基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等。第3页/共74页第三页，共74页。 又称直接复位-置位触发器或RS锁存器，是最简单的触发器，

3、也是构成各种功能(gngnng)触发器的基本部件。 1由与非门构成(guchng)的基本RS触发器 7.2 7.2 触发器电路触发器电路(dinl)(dinl)结构与动作特点结构与动作特点7.2.1 7.2.1 基本基本RSRS触发器触发器（1）电路结构两个与非门和反馈线交叉耦合构成第4页/共74页第四页，共74页。（ 2 ） 工 作(gngzu)原理由逻辑(lu j)图写出逻辑(lu j)函数式将表达式整理(zhngl)成与或式特性表逻辑功能分析功能说明000001XX不稳定状态00110111置111000100置0 11110101保持（记忆、存储） S RnQ1nQnnn1nQRSQR

4、SQSQnnn1nQSRQSRQRQ第5页/共74页第五页，共74页。有效。端（置位端），低电平为置。，触发器置、1 S 1 1R 0S 有效。端（复位端），低电平为置。，触发器置、0R 0 0R 1S 变。，触发器保持原状态不、 1R 1S 的约束条件。信号应遵守触发器正常工作时输入，触发器状态不确定。0SR 0R S 1,0同为同为和QQRS第6页/共74页第六页，共74页。（3）工作(gngzu)波形图 功能说明000001XX不稳定状态00110111置111000100置0 11110101保持（记忆、存储） S RnQ1nQ设初始状态为1态1,0同为同为和QQRS第7页/共74页第

5、七页，共74页。StRtt t1 t2 t3 t4 t7 t8 t5 t6 （ 4 ） 动 作(dngzu)特点t1,0同为同为和QQRSQt基本(jbn)RS触发器缺陷：输入信号有约束限制；抗干扰能力差；且不能实施多个触发器的同步工作。QQ第8页/共74页第八页，共74页。 按照一定时间间隔重复(chngf)出现的控制脉冲串，称为时钟脉冲，常以 CP（Clock Pulse）表示。7.2.2 7.2.2 同步同步(tngb)RS(tngb)RS触发器触发器同步同步(tngb)触发器分：触发器分： 同步同步(tngb)RS触发器、同步触发器、同步(tngb)D触发器、同步触发器、同步(tngb

6、)JK触发器触发器 受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器（状态改变与时钟脉冲同步，又称为同步触发器）。（状态改变与时钟脉冲同步，又称为同步触发器）。时钟控制信号输 入 信 号触发器状态变化现 态第9页/共74页第九页，共74页。一一 电路电路(dinl)(dinl)结构与工作原理结构与工作原理1同步(tngb)RS触发器（1）电路结构 基本(jbn)RS触发器输入控制电路+第10页/共74页第十页，共74页。 CP=0，G3、G4截止(jizh)，基本RS触发器保持原状态不变，即同步RS触发器状态保持不变。0（2）工作）工作(gngzu)原理原理第11页

7、/共74页第十一页，共74页。说明说明(shumng)00 0101保持保持(boch)原原状态不变状态不变110 0000101触发器保持触发器保持(boch)原原状态状态1101010100触发器置触发器置0与与S相同相同1110100111触发器置触发器置1与与S相同相同11111101触发器状态触发器状态不定不定CP SRnQn 1Q1 CP=1，G3、G4开启，同步RS触发器状态随输入信号而变换。同步RS触发器有SR=0约束条件第12页/共74页第十二页，共74页。当CP=0，输入信号不能控制触发器状态，同步RS触发器状态保持(boch)不变；在CP=1全部时间里时，同步RS触发器状

8、态才由输入信号控制。（ 3 ） 动 作(dngzu)特点直接(zhji)置0端（异步复位端、异步置0端）直接置1端（异步置位端、异步置1端）第13页/共74页第十三页，共74页。（4）存在(cnzi)问题 u空翻现象空翻现象-同步触发同步触发器在一个时钟脉冲器在一个时钟脉冲CPCP作作用下，随输入信号变化，用下，随输入信号变化，发生发生(fshng)(fshng)多次翻多次翻转的现象。转的现象。u输入输入(shr)信号信号仍存在仍存在SR=0约束；约束；u改善抗干扰能力差的问题，CP=0期间触发器状态保持不变可起到抗输入信号受干扰情况；u能实现同步翻转问题。相比于基本RS触发器第14页/共74

9、页第十四页，共74页。一一 主从主从(zhcng)RS(zhcng)RS触发器触发器7.2.3 7.2.3 主从主从(zhcng)(zhcng)触发器触发器两个(lin )同样的同步RS触发器串联组成（1）电路结构第15页/共74页第十五页，共74页。 CP=1时,主触发器开启，主触发器状态Q按同步触发器由输入(shr)信号R、S决定；从触发器关闭，主触发器状态不会送到被封锁的从触发器，从触发器保持原状态不变。（1）接受输入信号(xnho)过程（2）工作(gngzu)原理第16页/共74页第十六页，共74页。CP由1负跳变到0（产生下降(xijing)沿信号） CP=0，主触发器被封锁，输入(

10、shr)端R、S不能影响主触发器状态，状态不再改变；从触发器开启，主触发器把刚才在 CP=1时存入的状态送到从触发器，即从触发器 Qn+1= Qn+1 从触发器状态发生变化。（2）输出信号(xnho)过程第17页/共74页第十七页，共74页。CPS R说明说明 0101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变0 00 00101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 101触发器状态不定触发器状态不定nQ1nQQn+1= Qn+1 第18页/共74页第十八页，共74页。第19页/共74页第十九页，共74页。第

11、20页/共74页第二十页，共74页。主从(zhcng)RS触发器逻辑符号 逻辑符号(fho)中“”表“延迟输出”，表示从触发器输出状态是主触发器的输出延迟。小圆圈表示触发器状态输出(shch)状态的变换发生在CP下降沿到来时。异步复位端、异步置位端，低电平有效。输入信号仍需遵守约束条件RS=0第21页/共74页第二十一页，共74页。状态转换分两步进行：第一步：接受信号。CP=1期间， 输入信号变化决定主触发器状态；从触发器被封锁，保持原状态不变。第二步：输出信号。CP下降沿到来时，主触发器被封锁，不受输入信号影响，保持原态；从触发器按照(nzho)主触发器状态翻转。（3）动作(dngzu)特点

12、第22页/共74页第二十二页，共74页。例：根据输入(shr)画输出波形。CP=1期间，输入信号R、S不发生变化时，主从触发(chf)器状态只在时钟脉冲下降沿到来时触发(chf)，只根据下降沿处的输入信号决定触发(chf)器状态即可。其余时刻触发(chf)器都保持原态。第23页/共74页第二十三页，共74页。（ 1 ） 电 路(dinl)结构 二二 主从主从(zhcng)JK(zhcng)JK触发器触发器第24页/共74页第二十四页，共74页。第25页/共74页第二十五页，共74页。第26页/共74页第二十六页，共74页。（2）工作(gngzu)原理 当CP=1，主触发器开启(kiq)，状态随

13、输入信号J 、K和触发器原来状态Qn翻转；从触发器被封锁，不接收主触发器送出的信号，输出状态保持不变。 分析JK输入与触发器输出(shch)Q之间的关系：第27页/共74页第二十七页，共74页。不变。触发器状态下降沿来临时，主从时，不变。沿来临时，触发器状态下降不变，当主触发器状态，若不变。沿来临时，触发器状态下降不变，当主触发器状态，若QJKCP0KJQCPQ, 0KQR, 0QJS1QQCPQ, 0KQR, 0QJS0Q0KJ ) 1 (nnnnnn第28页/共74页第二十八页，共74页。即态触发器变为下降沿来临时，主从时，。即态触发器变为下降沿来临时，当主触发器置，若。即不变沿来临时，触

14、发器状态下降不变，当主触发器状态，若0Q ,0JKCP1K0J0Q ,0CP0, 1KQR, 0QJS1Q0Q , CPQ, 0KQR, 0QJS0Q1K , 0J )2(1n1nnnn1nnnn第29页/共74页第二十九页，共74页。即态触发器变为下降沿来临时，主从时，。即不变沿来临时，触发器状态下降主触发器状态不变，当、，若。即态为来临时，触发器状态变下降沿态，当主触发器置为、，若1Q ,1JKCP0K1J1Q ,CP, 0KQR0QJS1Q1Q , 1CP1, 0KQR1QJS0Q0K , 1J ) 3(1n1nnnn1nnnn第30页/共74页第三十页，共74页。态。，翻转后为态；原态

15、为翻转后为，为触发器状态翻转。原态下降沿来临时，主从时，。即态变为沿来临时，触发器状态下降态，当主触发器状态置、，若。即态变为沿来临时，触发器状态下降态，当主触发器状态置、，若0110JKCP1KJ0Q ,0CP0, 1KQR0QJS1Q1Q , 1CP1, 0KQR1QJS0Q1K J )4(1nnnn1nnnn第31页/共74页第三十一页，共74页。当 时，主触发器被封锁，状态保持不变；从触发器接收刚才CP下降沿来临时主触发器输出信号(xnho)，并一直保持直到下一个CP下降来临时。 CP0第32页/共74页第三十二页，共74页。CPJ K说明说明 0101触发器保持原状触发器保持原状态不

16、变态不变00000101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变01010100触发器置触发器置010100111触发器置触发器置11 11 10110触发器状态翻转触发器状态翻转 主从JK触发器解决了对输入信号的限制约束。不管输入是何种信号，触发器触发后都有稳定(wndng)状态与之对应。nQ1nQQn+1= Qn+1 第33页/共74页第三十三页，共74页。QCPJKQ例：主从(zhcng)JK触发器主从(zhcng)JK触发器解决对输入信号的约束（ 4 ） 存 在(cnzi)问题 Q第34页/共74页第三十四页，共74页。触发器状态翻转仅由时钟脉冲边沿时刻（上升沿或下降触发器状态翻转仅由

17、时钟脉冲边沿时刻（上升沿或下降沿到达时刻）接收到的信号决定。在此之前和之后输入信沿到达时刻）接收到的信号决定。在此之前和之后输入信号的变化号的变化(binhu)对触发器次态没有影响。对触发器次态没有影响。7.2.4 7.2.4 边沿边沿(binyn)(binyn)触发器触发器根据触发边沿不同分为：根据触发边沿不同分为： 上升沿触发器上升沿触发器 下降下降(xijing)(xijing)沿触发器沿触发器 根据边沿触发的工作方法不同分为：根据边沿触发的工作方法不同分为：利用触发器内部门电路延迟时间不同来实现的边沿利用触发器内部门电路延迟时间不同来实现的边沿JKJK触发器（下触发器（下降降(xiji

18、ng)(xijing)沿触发器）；沿触发器）；利用支流反馈原理来实现的维持阻塞利用支流反馈原理来实现的维持阻塞D D触发器（上升沿触发器）。触发器（上升沿触发器）。利用利用CMOSCMOS传输门构成的边沿触发器（传输门构成的边沿触发器（CMOSCMOS边沿边沿D D触发器、触发器、 CMOS CMOS边边沿沿JKJK触发器）。触发器）。利用二极管进行电平配置的边沿触发器。利用二极管进行电平配置的边沿触发器。第35页/共74页第三十五页，共74页。逻辑符号图中“”符号表触发器是利用时钟脉冲的边沿(binyn)进行动作的。基本基本(jbn)RS(jbn)RS触发器触发器控制电路控制电路1 1、边沿

19、、边沿(binyn)JK(binyn)JK触发触发器器第36页/共74页第三十六页，共74页。例题：根据输入(shr)画输出波形。第37页/共74页第三十七页，共74页。2 2、维持、维持(wich)(wich)阻阻塞塞D D触发器触发器&CPDQQG1G2G3G4G5G6SRCPQQD1D 1C逻辑符号(fho)中未加小圆圈，表示触发器在CP上升沿时刻触发。第38页/共74页第三十八页，共74页。TG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG411DQ主触发器从触发器CP3CMOS传输门构成(guchng)的D边沿触发器CPQQD1D1C（1） 电路电路(din

20、l)结构结构 第39页/共74页第三十九页，共74页。（2）工作原理CP=0时，TG1开通，TG2关闭，主触发器接收输入端D信息，使 、 ；同时(tngsh)，TG3关闭、TG4开通，从触发器不能接收主触发器信息，处于保持状态。 QD QD TG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG411DQ主触发器从触发器CP10011001DD第40页/共74页第四十页，共74页。 当CP由0跃变到1，上升沿来临时，CP=1，TG1关闭，TG2开通(kitng)，主触发器处于保持状态，即 、 ，并经TG3传送给从触发器，使G3输出为D，即CP信号上升沿到达时， QD QD

21、 n1QDTG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG411DQ主触发器从触发器CP0101DDD0101DD触 发 器状 态 取 决于CP信号上升(shngshng)沿到达时输入信号D的 状 态 ，是利用CP上升(shngshng)沿触发的。 第41页/共74页第四十一页，共74页。nQn 1QCPD说明说明0101触发器保触发器保持原状态持原状态不变不变000100触发器置触发器置0110111触发器置触发器置1触发器特性表边沿DCMOS第42页/共74页第四十二页，共74页。CPtQtQtDt（3）动作(dngzu)特点：。 第43页/共74页第四十三页，

22、共74页。维持阻塞D、CMOS边沿D触发器优点： CP上升沿出发，抗干扰能力强； D单个输入端，不存在(cnzi)约束问题。 缺点： 只有置0和置1，功能简单，某些情况下使用起来不如JK 触发器。C PQQD1D 1CCP 第44页/共74页第四十四页，共74页。边沿触发器动作特点：边沿触发器动作特点：边沿触发器次态仅取决于边沿触发器次态仅取决于CPCP信号边沿到达时输入的信信号边沿到达时输入的信号状态。在此之前或以后，输入信号的变化对触发器输号状态。在此之前或以后，输入信号的变化对触发器输出状态没有出状态没有(mi yu)(mi yu)影响。影响。上升沿（利用CMOS传输门的边沿触发器和维持

23、(wich)阻塞D触发器）下降沿（利用传输延迟时间的边沿JK触发器）第45页/共74页第四十五页，共74页。7.3 7.3 触发器的逻辑触发器的逻辑(lu j)(lu j)功能及其描述方法功能及其描述方法RS触发器JK触发器T触发器D触发器按逻辑功能(gngnng)不同，通常将时钟触发器分为 触发器逻辑功能描述方法(fngf)： 逻辑图、特性表、特性方程、状态转换图和工作波形图。第46页/共74页第四十六页，共74页。 1特性(txng)表 表示触发器次态Qn+1与现态Qn及输入信号间关系的表格称为特性(txng)表。nQn 1QSR 说明0 00 001触发器保持原状态不变0 10 1011

24、1触发器置11 01 00100触发器置01 11 101触发器状态不定01 凡在时钟信号作用(zuyng)下逻辑功能符合下面特性表规定的逻辑功能者，叫做RS触发器。7.3.1 7.3.1 RS触发器第47页/共74页第四十七页，共74页。 3 特 性(txng)方程)( 0SRQRSQRSQRSQnnn1n约束条件1110010SRQn110110（Qn+1 ） 01nQn 1QSR 说明说明(shumng)0 00 001保持保持(boch)原原态不变态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 101XX状态不定状态不定卡诺图化简得111XX

25、S0110000111nQR)(Q1n)( 0SRQRSQn1n约束条件第48页/共74页第四十八页，共74页。 4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 不 变 时 ， 对 输 入(shr)信号提出的要求。01nQn 1QS R 说明说明0 00 001保持原态不变保持原态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 101XX状态不定状态不定第49页/共74页第四十九页，共74页。7.3.2 7.3.2 JK触发器 特性(txng)表nQn1QJ K说明(shumng)0 00 00101触发器保持(boch)原状态不变0

26、 10 10100触发器置01 01 00111触发器置11 11 10110触发器状态翻转 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合下面特性表规定的逻辑功能者，叫做JK触发器。第50页/共74页第五十页，共74页。特性(txng)方程n1nnnnQJKQJKQJKQJKQn 1nnQJQKQ01001101（Qn+1 ） 0010KQnJ110110化简得：11110110000111nQJK)(Q1nnQn 1QJ K说明说明(shumng)0 00 00101触发器保持触发器保持(boch)原状原状态不变态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 1

27、0110触发器状触发器状态翻转态翻转第51页/共74页第五十一页，共74页。状态(zhungti)转换图nQn 1QJ K说明说明0 00 00101触发器保持触发器保持原状态不变原状态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 10110触发器状态触发器状态翻转翻转第52页/共74页第五十二页，共74页。nQn 1QD说明000100触发器置0110111触发器置1 特性(txng)表 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合下面特性表规定(gudng)的逻辑功能者，叫做的D触发器。7.3.3 7.3.3 D触发器触发器第53页/共74页第五十三页，共74

28、页。n1nnQDQDQ 特性(txng)方程（Qn+1 ） 0011DQn0011n1QD化简得：nQn 1QD说明(shumng)000100触发器置0110111触发器置1第54页/共74页第五十四页，共74页。状态(zhungti)转换图nQn 1QD说明000100触发器置0110111触发器置1第55页/共74页第五十五页，共74页。7.3.4 7.3.4 T触发器和触发器和T触发器触发器当控制信号T1，有CP脉冲作用(zuyng)，触发器就翻转；当控制信号T0，即使有CP脉冲作用(zuyng)，触发器仍保持原状态不变。具备这种功能的触发器称为T触发器。T第56页/共74页第五十六页

29、，共74页。1、T触发器触发器nQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态n1nnQTQTQ 特性(txng)方程（CP下降(xijing)沿有效）保持保持(boch)、翻转功能、翻转功能 特性表特性表 T第57页/共74页第五十七页，共74页。nQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态第58页/共74页第五十八页，共74页。状态(zhungti)转换图nQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态第59页/共74页第五十九页，共74页。1

30、32CPTQQtttt4工作(gngzu)波形图 132CPTQQtttt4第60页/共74页第六十页，共74页。（2）T触发器触发器1如果(rgu)控制端T=1，触发器就处于计数状态，每来一个 CP脉冲，触发器状态就翻转一次。这种T触发器称为计数触发器，亦称T触发器。 第61页/共74页第六十一页，共74页。nQn 1Q T说明说明1110触发器翻转触发器翻转状态状态1 特性特性(txng)表表 n1nnQTQTQ 特性特性(txng)方程方程 n 1nQQ (CP下降沿有效)n1nQQ第62页/共74页第六十二页，共74页。CPQQttt工作(gngzu)波形图 T=1tCPQQtttT=

31、1t第63页/共74页第六十三页，共74页。常用特性方程联立法。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(binhun)待求触发器的特性方程，使其形式与已有触发器的特性方程一致。 （3）比较已有的和待求的触发器的特性方程，找出已有触发器的输入信号和待求触发器的输入信号之间的关系，写出已有触发器的驱动方程。（4）画出转换后的逻辑电路图。7.3.57.3.5各种各种( zhn)( zhn)触发器之间的转换触发器之间的转换第64页/共74页第六十四页，共74页。转换逻辑电路原触发器QQ新触发器输入信号触发器转换(zhunhun)示意图第65页/共74页第六十五页，共74页。一一 JK JK触发器转换成其他触发器转换成其他(qt)(qt)类型触发器类型触发器 （1）写出JK触发器和D触发器特性(txng)方程。（2）变换D触发器特性(txng)方程，使其形式与JK触发器特性(txng)方程一致。 （3）比较特性(txng)方程，找出输入信号间关系n 1nnQJQKQn1QDn1nnnnQDD QQDQDQJDKD1JK触发器转换成D触发器第66页/共74页第六十六页，共74页。（4）画出转换(zhunhun)后的逻辑电路图。第67页