第11章 集成触发器.ppt

1、第11章 集成触发器,11.1 基本触发器 11.2 时钟控制的触发器 11.3 主从触发器 11.4 集成边沿触发器,概述,能够存储位二进制信号的基本单位电路统称为触发器 触发器必须具备两个基本特点： 具有两个能自行保持的稳定状态用来表示逻辑状态的和或者二进制数的和 根据不同输入信号可以置成或状态,11.1 基本触发器,11.1.1逻辑电路构成和逻辑符号 触发器由两个与非门交叉连接而成，图11.1是它的逻辑图和逻辑符号。其中Sd为置1(置位)输入端，Rd为置(复位)输入端，在逻辑符号中用小圆圈表示输入信号为低电平有效。Q和 是一对互补输出端，同时用它们表示触发器的输出状态，即、 =表示触发器

2、的态，Q、 表示触发器的态。,图11.1 基本触发器 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,11.1.2逻辑功能描述 通常用状态真值表、特征方程(次态方程)和状态转移图来描述触发器的逻辑功能。 1.状态真值表 基本触发器的逻辑功能可以用表11.1所示的状态真值表来描述。 表11.1中，Sd、Rd为触发器的两个输入信号；Qn为触发器的现态(初态)，即输入信号作用前触发器端的状态；Qn+1为触发器的次态，即输入信号作用后触发器Q端的状态。,表11.1 基本触发器状态真值表,当Sd=0、Rd=1时，不管触发器原来处于什么状态，其次态一定为1，即Qn+11，故触发器处于置1状态(置位状态)。 当Sd=1、R

3、d=0时，不管触发器原来处于什么状态，其次态一定为0，即Qn+10，故触发器处于置0状态(复位状态)。 当Sd=Rd=1时，触发器状态保持不变，即Qn+1n。 当Sd=Rd=0时，触发器两个输出端和 不互补，破坏了触发器的正常工作，使触发器失效。,2.特征方程(次态方程)、状态转移图及波形图 描述触发器逻辑功能的函数表达式称为触发器的特征方程或次态方程。由表11.1，可得基本RS触发器的卡诺图如图11.2(a)所示。,图11.基本触发器的卡诺图及状态转移图 ()卡诺图；()状态转移图,由卡诺图化简得基本RS触发器的特征方程为,(111),式中,Sd+Rd=1称为约束项。由于Sd和Rd同时为又同

4、时恢复为时，状态Qn+1不确定，为了获得确定的Qn+1，输入信号Sd和Rd应满足约束条件Sd+Rd=1。 基本触发器共有两个状态：态和态。当Q，输入SdRd10或11时，使触发器状态保持为0态；只有SdRd01时，才能使状态转移到1态。当Qn1，输入,SdRd01或11时，状态将保持为1态；只有SdRd10时，才使状态转移到0态。基本RS触发器的状态转移图如图11.()所示。 如果已知Sd和Rd的波形和触发器的起始状态，则可画出触发器端的工作波形如图11.3所示。,图11. 基本RS触发器波形图,11.1.3集成基本RS触发器 以TTL集成触发器74LS279为例，其逻辑符号如图11.(a)所

5、示。每片74LS279中包含四个独立的用与非门组成的基本RS触发器。其中第一个和第三个触发器各有两个Rd输入端(S1和S3)，在任一输入端上加入低电平均能将触发器置1；每个触发器只有一个Rd输入端(R)。图11.(b)为第一个触发器的逻辑电路。 可用表11.2所示的功能表来描述74LS279集成电路的逻辑功能。,图11.474LS279集成电路 (a)逻辑符号； (b)逻辑电路,表11.2 功能表,11.2 时钟控制的触发器,上述基本RS触发器具有直接置0、置1的功能，当Sd和Rd的输入信号发生变化时,触发器的状态就立即改变。在实际使用中，通常要求触发器按一定的时间节拍动作。这就要求触发器的翻

6、转时刻受时钟脉冲的控制，而翻转到何种状态由输入信号决定，从而出现了各种时钟控制的触发器(简称钟控触发器)。按其功能，钟控触发器分为RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。,11.2.1 RS触发器 在基本RS触发器的基础上，加上两个与非门即可构成RS触发器，其逻辑图如图11.(a)所示，逻辑符号如图11.(b)所示。Sd为直接置位端，Rd为直接复位端。当用作RS触发器时，Sd=Rd=1。S为置位输入端，R为复位输入端，CP为时钟脉冲输入端。,图11.5 RS触发器 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,1. RS触发器状态真值表 当CP0时，G3、G4被封锁，输出均为1，G1、G2门构成的基本R

7、S触发器处于保持状态。此时，无论R、S输入端的状态如何变化，均不会改变G1、G2门的输出，故对触发器状态无影响。 当CP1时，触发器处于工作状态，其逻辑功能见表11.3。,表11.3 RS 触发器功能表,S=1，R0，Qn+11，触发器置1； S=0，R1，Qn+10，触发器置0； S=R=0，Qn+1Qn，触发器状态不变(保持)； S=R=1，触发器失效，禁止此状态出现。,.特征方程、状态转移图及波形图 与基本RS触发器一样，可由表11.得RS触发器的卡诺图，如图11.(a)所示。对卡诺图化简得RS触发器的特征方程为,(112),式中，SR=0为约束项。,图11. RS触发器的卡诺图及状态转

8、移图 (a)卡诺图； (b)状态转换图,由真值表得到的RS触发器的状态转移图如图11.(b)所示。 如已知CP、S和R的波形,可画出触发器的工作波形如图11.7所示。,图11.7 触发器波形图,11.2.2 JK触发器 在钟控触发器中，必须限制输入和同时为的出现，这给使用带来不便。为了从根本上消除这种情况，可将钟控触发器接成如图11.(a)所示的形式，同时将输入端S改成J，R改成K，这样就构成了JK触发器。它的逻辑符号如图11.(b)所示。,图11.JK触发器 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,1. JK触发器真值表 当CP0时，G3、G4门被封锁，J、K输入端的变化对G1、G2门的输入无影响，

9、触发器处于保持状态。 当CP1时，如果J、K输入端状态依次为00、01或10，输出端Qn+1状态与RS触发器输出状态相同；如果J、K=11，触发器必将翻转。JK触发器状态真值表如表11.所示。,表11.4 JK触发器状态真值表,2.特征方程、状态转移图及波形图 由真值表得JK触发器的卡诺图如图11.(a)所示，化简得JK触发器的特征方程为,(113),由真值表得JK触发器的状态转移图如图11.(b)所示。,图11. JK触发器的卡诺图及状态转移图 (a)卡诺图； (b)状态转移图,如果已知CP、J、K的波形，可画出JK触发器的工作波形如图11.10所示。,图11.10 JK触发器波形图,11.

10、2.3 D触发器 触发器和触发器有两个输入端。有时需要只有一个输入端的触发器，于是将触发器接成图11.11(a)所示的形式，这样就构成了只有单输入端的触发器。它的逻辑符号如图11.11(b)所示。,图11.11 D触发器 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,1. D触发器状态真值表 当CP0时，D触发器保持原来状态。 当CP1时，如果D0，无论D触发器原来状态为或1，D触发器输出均为0；如果D1，无论触发器原来状态为或，触发器输出均为。D触发器的状态真值表见表11.5。,表11.5 D触发器状态真值表,2.特征方程、状态转移图及波形图 由真值表得D触发器的卡诺图如图11.12(a)所示,化简得D触

11、发器的特征方程为 Q n+1D 由真值表得D触发器的状态转移图如图11.12(b)所示。,图11.12 D触发器的卡诺图及状态转移图 (a)卡诺图； (b)状态转移图,如果已知CP和D的波形，可画出D触发器的工作波形如图11.13所示。,图11.13 D触发器波形图,11.2.4T 触发器 如果把JK触发器的两个输入端J和K连在一起，并把这个连在一起的输入端用T表示，这样就构成了T触发器，如图11.14(a)所示。其逻辑符号如图11.14(b)所示。,图11.14 触发器逻辑图及逻辑符号 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,1. T触发器状态真值表 当P时，T触发器保持原来状态。 当CP1时，如果

12、T0，则T触发器保持原来状态；如果T1，则T触发器翻转，相当于一位计数器。T触发器的状态真值表见表11.6。,表11.6 T 触发器状态真值表,2.特征方程、状态转移图 由真值表得T触发器的卡诺图如图11.15(a)所示，化简得T触发器的特征方程为 由真值表得T触发器状态转移图如图11.15(b)所示。,(115),图11.15T触发器的卡诺图及状态转移图 (a)卡诺图 (b)状态转移图,11.2.5 集成D锁存器 一位钟控D触发器只能传送或存储一位数据，而在实际应用中，往往希望一次传送或存储多位数据。为此，把若干个钟控D触发器的控制端CP连接起来，用一个公共的控制信号来控制，而各输入端仍然是

13、各自独立的输入端。这样所构成的能一次传送或存储多位二进制代码的电路就称为锁存器。集成锁存器绝大多数是D锁存器。,以COMS集成D锁存器CC4042为例，其逻辑符号如图11.16(a)所示，它内部集成了四个D触发器，由公共时钟选通，每个触发器有互补输出端Q和 。UDD为正电源端，USS为负电源端。该锁存器的逻辑电路如图11.16(b)所示。,图11.16CC4042集成电路逻辑符号及逻辑电路图 (a)逻辑符号；(b)逻辑电路图,图11.16CC4042集成电路逻辑符号及逻辑电路图 (a)逻辑符号；(b)逻辑电路图,CC4042输入端的数据在由M选择的CP电平期间传送至Q和 输出端。其功能表见表1

14、1.。表11.7中，d表示输入信号状态，表示任意状态，表示CP由低电平变为高电平瞬间，表示CP由高电平变为低电平瞬间。,表11.7 功能表,本节所介绍的几种触发器，能够实现记忆功能，满足时序系统的需要。但在实际应用中存在空翻或振荡现象，使触发器的功能遭到破坏。空翻现象：在一个时钟脉冲期间，如果输入信号发生变化，使触发器发生翻转的现象。 振荡现象：对于反馈型触发器(如T、JK触发器)，即使输入信号不发生变化，由于CP脉冲过宽，而产生的多次翻转(振荡)现象。为了避免空翻和振荡现象的发生，实际应用中一般采用边沿触发器。,11.3 主从触发器,主从触发器具有主从结构，能够克服空翻现象。实际使用的主从触

15、发器主要是主从JK触发器，主从JK触发器能够解决多次翻转问题。本节只介绍主从JK触发器。,11.3.1 逻辑电路图和逻辑符号 主从JK触发器的逻辑图和逻辑符号如图11.17所示。它由主触发器、从触发器和非门组成。Q主和 主是主触发器输出端(内部)，时钟信号为CP；Q和 为从触发器输出端，时钟信号为 。,图11.17主从JK触发器 (a)逻辑图； (b)逻辑符号,11.3.2 逻辑功能描述 当CP=1时，主触发器工作，即Q主的状态取决于输入信号J、K以及从触发器现态Qn、 的状态(一次性翻转问题从略)，而从触发器被封锁，即保持原来状态。 当CP由1变0时(即下降沿)，主触发器被封锁，从触发器打开

16、，从触发器输出端Q、 的状态取决于主触发器Q主、 主的状态，即QQ主。,图11.18 主从JK触发器波形图,11.4 集成边沿触发器,边沿触发器是在时钟信号的某一边沿(上升沿或下降沿)才能对输入信号作出响应并引起状态翻转，也就是说，只有在时钟的有效边沿附近的输入信号才是真正有效的，而其它时间触发器均处于保持状态。因而大大地提高了抗干扰能力，从根本上解决了触发器的空翻与振荡现象，工作更为可靠。,11.4.1维持阻塞触发器 维持-阻塞触发器是利用电路内部的维持阻塞线产生的维持阻塞作用克服空翻现象的。 维持：在CP脉冲期间，输入信号发生变化的情况下，应该开启的门维持畅通无阻，使其完成预定的操作。 阻

17、塞：在CP脉冲期间，输入信号发生变化的情况下，不应开启的门处于关闭状态，阻止产生不应该的操作。,维持阻塞触发器是一种边沿触发器，一般是在CP脉冲的上升沿接收输入信号并使触发器翻转，其它时间均处于保持状态。使用较多的是上升沿触发的维持阻塞D触发器，其逻辑符号如图11.19(a)所示。其中，Sd为直接置位端，Rd为直接复位端，1D为输入端，Q和 为互补输出端，C1为脉冲触发输入端。CP端直接加“”者表示边沿触发(上升沿),不加“”者表示电平触发。 如已知CP和D的波形，可画出其工作波形如图11.19(b)所示。 维持阻塞D触发器状态真值表和状态转移图同钟控D触发器。,图11.19 维持阻塞D触发器

18、逻辑符号及波形图 (a)逻辑符号；(b)波形图,11.4.2 边沿触发器 边沿触发器是利用电路内部门电路的速度差来克服空翻现象的。以边沿JK触发器为例，下降沿触发的边沿JK触发器逻辑符号如图11.20(a)所示；上升沿触发的边沿JK触发器逻辑符号如图11.20(b)所示。图(a)中C1输入端加“”并且加“。”，表示下降沿触发；图(b)中C1不加“。”，表示上升沿触发。 如已知CP、J、K的输入波形，则可画出触发器工作波形如图11.21所示(以下降沿JK触发器为例)。,图11.20边沿JK触发器逻辑符号图 (a)下降沿触发的JK触发器； (b)上升沿触发的JK触发器,图11.21 下降沿触发的J

19、K触发器波形图,11.4.3 集成边沿触发器举例 1.双下降沿JK触发器74LS112(TTL集成电路) 双下降沿JK触发器74LS112的逻辑符号如图11.22(a)所示，逻辑电路如图11.22(b)所示。它集成了两个独立的下降沿JK触发器。其功能表见表11.。,图11.22 74LS112逻辑符号及逻辑电路 (a)逻辑符号； (b)逻辑电路,图11.22 74LS112逻辑符号及逻辑电路 (a)逻辑符号； (b)逻辑电路,2. 双上升沿D触发器CC4013(CMOS集成电路) 图11.23为CC4013的逻辑符号。它集成了两个独立的上升沿D触发器。其中1Sd和2d为直接置位端(高电平有效)

20、，1Rd、2Rd为直接复位端(高电平有效)。其功能表见表11.9。,图11.23 CC4013逻辑符号,11.5 不同触发器的转换,从逻辑功能来分，触发器共有四种类型：RS、JK、D和T触发器。在数字装置中往往需要各种类型的触发器，而市场上出售的触发器多为集成D触发器和JK触发器，没有其它类型触发器，因此，这就要求我们必须掌握不同类型触发器之间的转换方法。转换逻辑电路的方法，一般是先比较已有触发器和待求触发器的特征方程，然后利用逻辑代数的公式和定理实现两个特征方程之间的变换，进而画出转换后的逻辑电路。,11.5.1JK触发器转换成D、T触发器 JK触发器的特征方程为,(116),.JK触发器转换成D触发器 D触发器的特征方程为,对照公式(116)，对公式(117)变换得,(117),(118),比较公式(