数字电路与系统 （第4版） 课件【ch04】触发器

触发器第四章集成电路科学与工程系列教材数字电路与系统(第4版)电平触发的触发器0101电平触发的触发器基本RS触发器基本RS(Reset-Set)触发器(RS-Latch)是一种电平触发的触发器，其电路结构是各种触发器中最简单的一种，同时也是其他复杂触发器电路结构的一个组成部分。通常将这类简单结构的触发器称为锁存器(Latch)。1.与非门构成的基本RS触发器01电平触发的触发器基本RS触发器触发器的逻辑功能是指电路的下一个稳定状态(次态)与触发器现在的稳定状态(现态)以及现在的输入信号(基本RS触发器为R、S之间的辑关系，它可以用状态转移真值表(状态表)、状态方程(特征方程)、状态转移图和激励表、波形图(时序图)等几种方法来描述。(1)状态转移真值表(状态表)。01电平触发的触发器基本RS触发器(2)状态方程(特征方程)。描述触发器逻辑功能的函数表达式称为触发器的状态方程或特征方程。(3)状态转移图和激励表触发器状态转移图，就是以图形方式表示输出状态转换的条件和规律。列出已知状态转换和所需的输入条件的表称为激励表。(4)波形图(时序图)触发器输入信号和触发器工作状态之间的对应关系可以采用波形图表示，称为时序图它能够直观地说明触发器的特性。最大项与最小项的关系01电平触发的触发器3.或非门组成的基本RS触发器用两个或非门组成的RS触发器如图4.6所示。它具有与图4.1所示电路同样的功能。由于用或非门代替了与非门，所以触发器输入端R、S需要用高电平触发，即高电平有效。其化简真值表如表4.4所示。基本RS触发器最大项与最小项的关系01电平触发的触发器3.或非门组成的基本RS触发器基本RS触发器最大项与最小项的关系01电平触发的触发器4.基本RS触发器的特点基本RS触发器具有记忆功能，且结构简单，但它的输出状态仅直接响应R(R)、S(S)的变化，不受外加信号的控制。基本RS触发器1.时钟RS触发器时钟触发器01电平触发的触发器时钟触发器2.时钟D触发器时钟D触发器的电路图如图4.11所示。门A、B构成基本触发器，门E、F构成触发控制电路。01电平触发的触发器时钟触发器3.时钟JK触发器另外一种应用十分广泛的触发器是K触发器，因为时钟K触发器的两个输入端的取值不再受约束条件的限制，克服了时钟RS触发的RS=0应用条件受限问题。01电平触发的触发器时钟触发器4.时钟T触发器把K触发器的两个输入端连接在一起，构成了只有一个输入端的时钟T触发器，电路图如图4.15中所示。最大项与最小项的关系01电平触发的触发器5.时钟触发器的特点触发器由统一的时钟信号控制工作，所以时钟触发器是同步时序电路，也称为同步触发器。时钟触发器采用时钟脉冲信号的高电平完成触发控制电路的控制，因此在整个时钟信号高电平期间CLK=1，输入信号都可以影响触发器的状态输出。所以，从触发方式上，时钟触发器也属于电平触发。对于电平触发的触发器，为了使触发器可靠工作,要求在CLK=1期间输入信号应保持不变因此，限制了此类触发器的应用范围，同时触发器抗干扰能力较差。时钟触发器脉冲触发的触发器0202脉冲触发的触发器为了提高触发器工作的可靠性，希望它的状态在每个CLK脉冲期间里只能变化一次。为此，在时钟RS触发器的基础上设计出了主从RS触发器(Master-slaveRSFlip-flop)。从触发方式上，主从结构触发器通常也称为脉冲触发的触发器(Pulse-triggeredFlip-flop)，因为这类结构的触发器在正常工作时需要一个完整的脉冲周期时钟信号从0到1转变及从1到0转变，才能完成状态转换。主从RS触发器02脉冲触发的触发器与时钟JK触发器一样，为了从根本上解决RS触发器两个输入端之间的约束条件问题出现了主从JK触发器(Master-slaveJKFlip-flop)。主从JK触发器02脉冲触发的触发器主从JK触发器边沿触发的触发器0303边沿触发的触发器为了提高触发器的工作可靠性，增强抗干扰能力，希望触发器的次态仅取决于CLK的下降沿(或上升沿)到达前输入信号的状态，即触发器电路只对时钟脉冲上升沿或下降沿敏感，而在此之前和之后，输入信号的变化对触发器的状态没有影响。为实现这一设想，人们相继研制出了各种边沿触发的触发器(边沿触发器，Edge-triggeredFlip-flop)。与脉冲触发的触发器不同，边沿触发的触发器不要求一个完整的脉冲周期就能实现状态转换。最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器1.维持阻塞结构D触发器TTL边沿触发器最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器1.维持阻塞结构D触发器TTL边沿触发器最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器2.下降沿触发的JK触发器下降沿触发的JK触发器(下降沿JK发器如图4.27所示。它是用发内部门电路的延迟时间来实现负边沿触发的。TTL边沿触发器1.CMOS边沿D触发器(1)电路组成。D型触发器也称为延迟触发器，其输出状态依赖于时钟脉冲的触发作用，即在输入脉冲触发时，输入数据由数据端(D端)传输至输出端(O端)。CMOSD触发器由时钟上升沿触发，置位和复位(异步端)的有效电平为高电平。主从D触发器内部分为主触发器和从触发器两部分,单元由传输门和反相器组成。图4.29为CD4013双D触发器逻辑图，其逻辑符号如图4.30所示。CMOS边沿触发器03边沿触发的触发器CMOS边沿触发器03边沿触发的触发器1.CMOS边沿D触发器(2)工作原理。由于触发器的输出是在CLK的上升沿到来时的输入状态，所以称为上升沿触发CMOS边沿D触发器。(3)异步输入端的作用。CMOS边沿D触发器的异步输入端Sd、Rd的作用是:在需要时，对触发器可以直接进行置位或复位。CMOS边沿触发器03边沿触发的触发器最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器2.CMOS边沿JK触发器JK触发器具有计数功能，在时序电路中得到了广泛的应用。它具有以下特点:按主从方式工作，内部逻辑结构分为主触发器和从触发器两个部分；输出状态变化与时钟脉冲的上升沿同步，也就是由它的上升沿触发；具备置位和复位功能，置位和复位时输出状态与脉冲无关。CMOS边沿触发器最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器2.CMOS边沿JK触发器CMOS边沿触发器最大项与最小项的关系03边沿触发的触发器2.CMOS边沿JK触发器CMOS边沿触发器触发器的分类和区别041.触发方式分类从触发方式上,将触发器分为电平触发的(Level-triggered)脉冲触发的(Pulse-triggered)、边沿触发的(Edge-triggered)三种。下面简单介绍三种不同触发方式触发器的主要区别。电平触发的触发器，其电路结构是各种触发器中最简单的，通常将这类简单结构的触发器称为锁存器(Latch)，例如，基本RS触发器(RS-Latch)、时钟触发器(Gated-Latch)。04触发器的分类和区别电平触发的触发器在电平为1(或电平为0)期间都处于触发状态，输出状态不是严格地按照时钟节拍变化，会产生所谓的“空翻”现象。对于电平触发的触发器，为了使触发器可靠工作，要求在CLK=1期间输入信号应保持不变。因此，此类触发器的应用范围受到限制，同时抗干扰能力较差。为了提高触发器工作的可靠性，希望它的状态在CLK脉冲期间里只能变化一次。为此在电平触发的触发器基础上，设计了脉冲触发的触发器(Pulse-triggeredFlip-flop)。这样，在CLK的一个变化周期内，触发器输出端的状态只可改变一次，从而解决了空翻问题。04触发器的分类和区别由于脉冲触发的触发器正常工作时，需要一个完整的脉冲周期:时钟信号从0到1转变及从1到0转变，才能完成状态转换。为了进一步提高触发器的工作可靠性，增强抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅取决于CLK的下降沿(或上升沿)到达前输入信号的状态，即触发器电路只对时钟脉冲上升沿或下降沿敏感，而在此之前和之后输入信号变化对触发器的状态没有影响。为实现这一设想，人们相继研制出了各种边沿触发器(Edge-riggeredFlip-flop)。04触发器的分类和区别2.逻辑功能分类从逻辑功能上，将触发器分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器等。具有相同逻辑功能的触发器，其电路结构、触发方式可以是多种多样的。以RS触发器为例，图4.33表示不同电路结构、触发方式的RS触发器。尽管不同电路结构、不同触发方式的RS触发器工作原理不同，RS触发器的逻辑功能是一致的，逻辑功能描述方法，例如状态方程或特征方程、状态转移真值表(状态表)，也是一致的。04触发器的分类和区别04触发器的分类和区别3.电路结构分类从电路结构上，将触发器分为基本触发器、时钟(同步)触发器、主从结构触发器、维持阻塞触发器、利用CMOS传输门的边沿触发器等。触发器电路结构形式不同，导致触发方式及工作原理也不同。然而，触发器在结构上都是在基本RS触发器的基础上逐步演化来的。触发器结构不断演化的目的是使触发器由简单到复杂、由不可控到可控、由异步到同步，并且抗干扰能力逐步增强。04触发器的分类和区别触发器之间的转换0505触发器之间的转换1.D触发器转换成JK触发器2.D触发器转换成T触发器05触发器之间的转换3.JK触发器转换成D触发器触发器的典型应用06最大项与最小项的关系06触发器的典型应用1.消除噪声电路RS触发器常用于计算机和各种仪器中的置位和复位系统。当一个开关闭合时，在开关完全闭合之前几毫秒时间内，有时会发生金属接触点之间的碰撞和跳动，这样置位端将产生不正确的结果，导致机器的误动作。用一个简单的RS触发器即可解决这一个问题，如图4.38(a)所示。开关跳动的波形如图4.38(b)所示，假设跳动的脉冲电压是一个理想的矩形波，跳动二次后，开关处于闭合状态。如果将这个信号输入系统，将导致不正确的结果。06触发器的典型应用最大项与最小项的关系06触发器的典型应