数字电子技术第四章_触发器4.ppt

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1、第四章第四章 触发器触发器 概述概述第一节第一节 触发器的电路结构及工作特点触发器的电路结构及工作特点第二节第二节 触发器的逻辑功能及功能转换触发器的逻辑功能及功能转换第三节第三节 集成触发器的主要参数集成触发器的主要参数 概述概述 锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，能锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元，能够存储够存储1 1位二进制码的逻辑电路，即具有记忆能力。它有两位二进制码的逻辑电路，即具有记忆能力。它有两个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原个互补输出端，其输出状态不仅与输入有关，而且还与原来的输出状态有关。来的输出状态有关。描述方法有：功能表、特性方程、状

2、态转换图、描述方法有：功能表、特性方程、状态转换图、驱动表驱动表、波形图、波形图分类：按结构分为基本分类：按结构分为基本RSRS锁存器、同步锁存器、同步RSRS锁存锁存器、主从触器、主从触发器和边沿触发器发器和边沿触发器锁存器与触发器锁存器与触发器共同点：共同点：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能存储一位二进制码。保持。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。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

3、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。E E CP CP 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工作原理、掌握锁存器、触发器的电路结构和工作原理2、熟练掌握、熟练掌握不同功能触发器的符号、不同功能触发器的符号、逻辑功能逻辑功能及其各种描述。及其各种描述。、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3 3、掌握触发器的波形分析、掌握触发器的波形分析1 基本基本RS锁存器锁存器2 逻辑门控逻辑门控RS锁存器锁存器3 主从主从 触发器触发器4

4、 边沿触发器边沿触发器第一节第一节 触发器的电路结构及工作特点触发器的电路结构及工作特点一一.基本基本RS锁存器锁存器 1 1 电路结构电路结构:由门电路组成的，它与组合逻辑电路的根本区别在于，电路由门电路组成的，它与组合逻辑电路的根本区别在于，电路中有反馈线，即门电路的输入、输出端交叉耦合。中有反馈线，即门电路的输入、输出端交叉耦合。&GG12RSQQRSQQ锁存器有两个输入端（低电平有效），两个互补的输出端。锁存器有两个输入端（低电平有效），两个互补的输出端。2 锁存器状态的规定锁存器状态的规定一般规定锁存器一般规定锁存器Q Q端的状态，为锁存器的状态。端的状态，为锁存器的状态。&GG12

5、RSQQ3 逻辑功能分析逻辑功能分析&GG12RSQQ输出逻辑表达式输出逻辑表达式 (1)(2)QSQ RQQ R=1,S=0 有有 Q=1 =0，称，称锁存锁存器置器置1或称置位；或称置位；S端为置端为置1端。端。QR=0,S=1 有有 Q=0 =1，称，称锁存锁存器置器置0或称复位；或称复位；R端为置端为置0端。端。QR=1,S=1 若原来若原来Q=1,则则锁存锁存器仍处于器仍处于1状态状态 若原来若原来Q=0,则则锁存锁存器仍处于器仍处于0状态状态R=0,S=0 有有 Q=1 =1，为不定状态。，为不定状态。Q 保持原状态，保持原状态，具有记忆能力具有记忆能力加约束条件，即加约束条件，即

6、R+S=1 4 功能表功能表锁存锁存器新的状态（也称次态）用器新的状态（也称次态）用Q Qn+1n+1表示表示 锁存锁存器接收输入信号之前所处的状态，即原来的状态器接收输入信号之前所处的状态，即原来的状态（也称现态或初态）用（也称现态或初态）用Q Qn n表示表示 R SQn Qn+1功能说明功能说明 0 0 0 001不定（不允许）不定（不允许）0 1 0 10100置置0（复位）（复位）1 0 1 00111置置1（置位）（置位）1 1 1 10101保持原状态保持原状态5 或非门构成的基本或非门构成的基本RS锁存器锁存器 R SQn Qn+1功能说明功能说明 0 0 0 00101保持原

7、状态保持原状态 0 1 0 10111置置1（置位）（置位）1 0 1 00100置置0（复位）（复位）1 1 1 101不定（不允许）不定（不允许）例例4-1 4-1 用与非门组成的基本用与非门组成的基本RSRS锁存锁存器中，设初始状态为器中，设初始状态为0 0，已知输入已知输入R R、S S的波形，画出的波形，画出Q Q的波形。的波形。6 基本基本RS锁存器的应用举例锁存器的应用举例例例4-2 4-2 有机械开关的电路如图有机械开关的电路如图4-44-4（a a）所示，当机械开关切）所示，当机械开关切换时，由于开关触点振动会使电压或电流波形产生换时，由于开关触点振动会使电压或电流波形产生“

8、毛刺毛刺”，波形如图波形如图4-44-4（b b）所示。在电子电路中开关的抖动会导致电）所示。在电子电路中开关的抖动会导致电路产生误动作，应当设法消除。利用基本路产生误动作，应当设法消除。利用基本RSRS锁存锁存器的记忆功器的记忆功能可以消除上述开关振动产生的影响，开关与能可以消除上述开关振动产生的影响，开关与锁存锁存器的连接器的连接方法如图方法如图4-54-5所示，分析其工作原理，并画出所示，分析其工作原理，并画出Q Q的波形。的波形。图图4-5 利用基本利用基本RS锁存锁存器消除机械振动的影响器消除机械振动的影响（a）电路）电路 （b）电压波形）电压波形二二.逻辑门控逻辑门控RSRS锁存器

9、锁存器给锁存器加一个时钟控制端给锁存器加一个时钟控制端CPCP，只有在，只有在CPCP端上出现时钟脉冲时，锁存端上出现时钟脉冲时，锁存器的状态才能变化。这种锁存器称为逻辑门控锁存器。器的状态才能变化。这种锁存器称为逻辑门控锁存器。1 1电路结构电路结构&CP3GG&GG12QQSRQQ1S1R C1CP问题提出：在基本问题提出：在基本RSRS锁存器中，锁存器中，锁存锁存器的翻转直接受输入信号控制器的翻转直接受输入信号控制当当CPCP0 0时，控制门时，控制门G G3 3、G G4 4关闭，锁存器的状态保持不变。关闭，锁存器的状态保持不变。当当CPCP1 1时，时，G G3 3、G G4 4打开

10、，其输出状态由打开，其输出状态由R R、S S端的输入信号决定。端的输入信号决定。2逻辑功能逻辑功能&CP3GG&GG12QQSRCPR SQnQn+10 Qn10 00 0010110 10 1011111 01 0010011 11 1013 3锁存锁存器功能的几种表示方法器功能的几种表示方法锁存器的功能除了可以用功能表表示外，锁存器的功能除了可以用功能表表示外，还有几种表示方法：还有几种表示方法：（1 1）特性方程）特性方程由功能表画出卡诺图得特性方程：由功能表画出卡诺图得特性方程：101100R0100011110n+1QQnS时有效约束条件1)(01CPRSQRSQnn（2 2）状态

11、转换图）状态转换图。状态转换图表示锁存器。状态转换图表示锁存器 从一个状态变化到另一从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。对输入信号的要求。两个圆圈内标以两个圆圈内标以1 1和和0 0，表，表示触发器的两个状态示触发器的两个状态带箭头弧线表示状态转换带箭头弧线表示状态转换方向，箭头指向次态，箭方向，箭头指向次态，箭尾为现态，弧线旁边标出尾为现态，弧线旁边标出条件。条件。01R=S=01R=S=10R=S=0R=S=0 （3）驱动表）驱动表 驱动表是用表格的方驱动表是用表格的方式表示锁存器从一式表示锁存器从一个状态变化到另一个状态变化到另一个状态或

12、保持原状个状态或保持原状态不变时，对输入态不变时，对输入信号的要求。信号的要求。（4）波形图）波形图 CPRSQQ锁存器的功能也可以用输入输出波形直观地表示出来锁存器的功能也可以用输入输出波形直观地表示出来 4同步锁存器存在的问题同步锁存器存在的问题空翻空翻在一个时钟脉冲周期中，锁存器发生多次翻转的现象叫做空翻。在一个时钟脉冲周期中，锁存器发生多次翻转的现象叫做空翻。可见，锁存器的翻转只是被控制在一个时间间隔内，而不是某一时刻可见，锁存器的翻转只是被控制在一个时间间隔内，而不是某一时刻&CP3GG&GG12QQSRCPSRQ有效翻转空翻 三三.主从触发器主从触发器由两级同步由两级同步RS触触发

13、器串联组成。发器串联组成。G1G4组成从触组成从触发器，发器，G5G8组组成主触发器。成主触发器。CP 与与CP互补，互补，使两个触发器工使两个触发器工作在两个不同的作在两个不同的时区内。时区内。(一一)主从主从RSRS触发器触发器 1 1电路结构电路结构&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRSQQ1S1R C1CP2 2工作原理工作原理主从触发器的触发翻转分为两个节拍：主从触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当）当CPCP1 1时，时，CPCP0 0，从触发器被，从触发器被封锁，保持原状态不变：主触发器封锁，保持原状态不变：主触发器工作，接收工作

14、，接收R R和和S S端的输入信号。端的输入信号。（2 2）当）当CPCP由由1 1跃变到跃变到0 0时，即时，即CPCP=0=0、CPCP1 1。主触发器被封锁，输入信号。主触发器被封锁，输入信号R R、S S不再影响主触发器的状态；从触发不再影响主触发器的状态；从触发器工作，接收主触发器输出端的状器工作，接收主触发器输出端的状态。态。特点：特点：（1 1）主从触发器的翻转是在）主从触发器的翻转是在CPCP由由1 1变变0 0时刻（时刻（CPCP下降沿）发生的。下降沿）发生的。（2 2）CPCP一旦变为一旦变为0 0后，主触发器被封锁，后，主触发器被封锁，其状态不再受其状态不再受R R、S

15、S影响，因此不会影响，因此不会有空翻现象。有空翻现象。&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRS主从主从RSRS触发器的触发器的逻辑功能与同步逻辑功能与同步RSRS触触发器的逻辑功能一致发器的逻辑功能一致，其功能表也一致，其功能表也一致)(01约束条件RSQRSQnnQQ1S1R C1CP（二）主从（二）主从JKJK触发器触发器主从主从RS触发器的缺点：触发器的缺点：使用时有约束条件使用时有约束条件RS=0。1 1电路结构电路结构Q&G12GQ&G&7G8CP5&4&16GGGQGG3Q9JK 为此，将触发器的两个互补的输出为此，将触发器的两个互补的输出

16、端信号通过两根反馈线分别引到端信号通过两根反馈线分别引到输入端的输入端的G G7 7、G G8 8门，并把原来的门，并把原来的S S端改为端改为J J端，把原来的端，把原来的R R端改为端改为K K端端这样，就构成了这样，就构成了JKJK触发器。触发器。CPQ1J1KQC1&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRS2 2逻辑功能逻辑功能QJS KQR Q&G12GQ&G&7G8CP5&4&16GGGQGG3Q9JKnnnnnnQKQJQKQJQQ1J=1,K=0时，时，11nQJ=0,K=1时，时，0J=1,K=1时，时，J=0,K=0时，时，1nQnn

17、QQ1nnQQ1保持保持置置0置置1计数状态计数状态JK触发器和触发器和RS触发器的触发器的不同处：没有约束条件不同处：没有约束条件CP123456二分频电路二分频电路2 2逻辑功能逻辑功能(1(1）功能表：）功能表：（2 2）特性方程：）特性方程：11001001J0100011110n+1QQnK（3 3）状态转换图）状态转换图（4 4）驱动表）驱动表01J=K=0J=K=1K=J=K=01J=例例 已知主从已知主从JK触发器触发器J、K的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q的波形图的波形图（设初始状态为（设初始状态为0）。）。在画主从触发器的波形图时，在画主从触发器的波形图时

18、，应注意以下两点：应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时钟）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）脉冲的触发沿（这里是下降沿）（2）判断触发器次态的依据是时钟判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态态。JKCP123456Q主从主从JKJK触发器存在的问题触发器存在的问题一次一次变化现象变化现象例例 已知主从已知主从JKJK触发器触发器J J、K K的波形如图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q Q的波形图（设初始状的波形图（设初始状态为态为0 0）。）。由此看出，由此看出，主从主从JKJK触发器在触发器在CPCP=1=1

19、期间，主触发器只变化（翻转）一次，这种现期间，主触发器只变化（翻转）一次，这种现象称为一次变化现象。象称为一次变化现象。Q=0Q=0时时J J不能发生从不能发生从0 01 10 0的变化，的变化，Q=1Q=1时时K K不能发生不能发生从从0 01 10 0的变化，的变化，CPJK=0Q3主从主从T触发器和触发器和T触发器触发器如果将如果将JK触发器的触发器的J和和K相连作为相连作为T输入端就构成了输入端就构成了T触发器触发器。T触发器特性方程：触发器特性方程：nnnQTQTQ1CPQ1J1KQC1TQQC1 1T 当当T触发器的输入控制端为触发器的输入控制端为T=1时，称时，称为为T触发器。触

20、发器。T触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：nnQQ11 1D D触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能D D触发器只有一个触发输入端触发器只有一个触发输入端D D，因此，逻辑关系非常简单；，因此，逻辑关系非常简单；D D触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：Q Qn+1n+1=D D四、维持四、维持阻塞边沿阻塞边沿D D触发器触发器D D触发器的状态转换图：触发器的状态转换图：0D=01D=0D=1D=12 2维持维持阻塞边沿阻塞边沿D D触发器的结构及工作原理触发器的结构及工作原理 同步同步D D触发器存在触发器存在空翻现象，空翻现象，为了克服为了克服空翻，并具有边沿触空翻，并具有边沿触发

21、器的特性，在原电发器的特性，在原电路的基础上引入三根路的基础上引入三根反馈线反馈线L L1 1、L L2 2、L L3 3。CP&5G6G3GG43456&GG12QQDQQQQL1L23L触发器的直接置触发器的直接置0 0和置和置1 1端端 R RD D直接置直接置0 0端，低电平有效；端，低电平有效；S SD D直接置直接置1 1端；低电平有效。端；低电平有效。&QGQGGQ&3Q1&4&G26&CP453G&5L2DQQG6SDRDC1SQQR 1DDRDSR RD D和和S SD D不受不受CPCP和和D D信号的信号的影响，具有最高的优先级。影响，具有最高的优先级。R RD D和和S

22、 SD D的作用主要是用来给触发器设置初始状态，或对触发器的状态的作用主要是用来给触发器设置初始状态，或对触发器的状态进行特殊的控制。在使用时要注意，任何时刻，只能一个信号有效，进行特殊的控制。在使用时要注意，任何时刻，只能一个信号有效，不能同时有效。不能同时有效。例例 已知已知边沿边沿D D触发器的输入波形，画出输出波形图。触发器的输入波形，画出输出波形图。解：在波形图时，应注意以下两点：解：在波形图时，应注意以下两点：（1 1）触发器的触发翻转发生在）触发器的触发翻转发生在CPCP的上的上升沿。升沿。（2 2）判断触发器次态的依据是）判断触发器次态的依据是CPCP上升上升沿前一瞬间输入端沿

23、前一瞬间输入端D D的状态。的状态。根据根据D D触发器的功能表，可画出输出端触发器的功能表，可画出输出端Q Q的波形图。的波形图。CPD12345Q3 3集成集成D D触发器触发器74HC7474HC74 特点：（特点：（1 1）单输入端的双）单输入端的双D D触发器。触发器。（2 2）它们都带有直接置）它们都带有直接置0 0端端R RD D和直接置和直接置1 1端端S SD D，为低电平有效。，为低电平有效。（3 3）为）为CMOSCMOS边沿触发器，边沿触发器，CPCP上升沿触发。上升沿触发。2S2DD2CPD2R1S1DD1CPD1RC11DSR41235678910111213141

24、GNDVcc74HC74RD1D 1CPD1S 1Q 1Q2Q2Q2SD2CP2DD2R2Q1Q2Q1Q第二节第二节 各种逻辑功能的触发器及转换各种逻辑功能的触发器及转换一一.不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号 1D C1 Q Q D CP D 触发器触发器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 触发器触发器 1T C1 Q Q T CP T 触发器触发器 1S C1 1R Q Q S CP R RS 触发器触发器D 触发器触发器 1.特性表特性表 Qn DQn+10000111001112.特性方程特性方程Qn+1=D D=1 D=0 D=0 D=1 0

25、 1 3.状态图状态图3.状态转换图状态转换图 翻翻 转转10011111 置置 111010011 置置 000011100状态不变状态不变01010000 说说 明明Qn+1QnKJ1.特性表特性表 1nnnQJQKQ2.特性方程特性方程 0 1 0 0 1 1 0 1 J 1 KQn 0 00 01 11 10 JK 触发器触发器 J=0 K=J=K=0 J=1 K=J=K=1 0 1 J K 1 2 3 4 5 6 7 CP 例例 设下降沿触发的设下降沿触发的JK触发器时钟脉冲和触发器时钟脉冲和J、K信号的波形信号的波形如图所示试画出输出端如图所示试画出输出端Q的波形。设触发器的初始状

26、态为的波形。设触发器的初始状态为0。Q T触发器触发器 特性方程特性方程状态转换图状态转换图特性表特性表nQ1n Q011101110000TnnnQTQTQ1 T=1 T=1 T=0 T=0 0 1 1T C1 Q Q T CP 逻辑符号逻辑符号 T触发器触发器 Q Q CP C 国际逻辑符号国际逻辑符号 特性方程特性方程nnQQ1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。二二.触发器功能的转换触发器功能的转换1 1 JKD分别写出分别写出JK触发器和触发器和D D触发器的特性方程触发器的特性方程比较得：比较得：画出逻辑图：画出逻辑图：1J1K C1CPDQQn

27、nnQKQJQ1DQn1)(nnQQDnnDQQD2 2 JKT写出写出T触发器的特性方程：触发器的特性方程：1JC11KCPTQQ与与JKJK触发器的特性方程比较，触发器的特性方程比较，得：得：J=T，K=T。nnnQTQTQ13 DJK写出写出D触发器和触发器和JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：比较两式，得：比较两式，得：画出逻辑图。画出逻辑图。C11D1&1CPQQJK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

28、信息。锁存器是对脉冲电平敏感的电路，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。描写触发器逻辑功能的方法主要有特性表、特性方程、描写触发器逻辑功能的方法主要有特性表、特性方程、驱动表、状态转换图和波形图驱动表、状态转换图和波形图(又称时序图又称时序图)等。等。小小 结结按照结构不同，触发器可分为：按照结构不同，触发器可分为：(1)(1)基本基本RSRS触发器，为电平触发方式。触发器，为电平触

29、发方式。(2)(2)同步触发器，为脉冲触发方式。同步触发器，为脉冲触发方式。(3)(3)主从触发器，为脉冲触发方式。主从触发器，为脉冲触发方式。(4)(4)边沿触发器，为边沿触发方式。边沿触发器，为边沿触发方式。根据逻辑功能的不同，触发器可分为：根据逻辑功能的不同，触发器可分为：(1)RS(1)RS触发器触发器 (2)JK(2)JK触发器触发器 (3)D(3)D触发器触发器 (4)T(4)T触发器触发器 （T T触发器触发器 ）同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一逻辑功同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现。能的触发器可以用不同的

30、电路结构来实现。利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。应用举例应用举例 设计一个设计一个3 3人抢答电路。人抢答电路。3 3人人A A、B B、C C各控制一个按键开关各控制一个按键开关K KA A、K KB B、K KC C和一和一个发光二极管个发光二极管D DA A、D DB B、D DC C。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。其他人的抢答信号无效。RR+VccABRCDAACK+5VDB330K330K330DBC&AVOAG&VVOBCGG&BOC 利用触发器的利用触发器的“记忆记忆”作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。RKRQRQRQ+VccDADBDC330330330GAGBGCOAOBOC&KARSKBRSKCRSRRR+5VBCAFFAFFBFFCVVVQQQ