触发器的逻辑功能及其描述方法学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,触发器的逻辑(lu j)功能及其描述方法,第一页，共87页。,概述(i sh),触发器是构成时序逻辑电路的基本单元(dnyun)电路。,触发器具有记忆功能，能存储(cn ch)一位二进制数码。,触发器有二个基本特性：,一定条件下，触发器可维持两种稳定状态（,0,、,1,）一保持不变；分别用来表示逻辑,0,和逻辑,1,；,在适当的外加输入信号（,外触发,）作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。,第1页/共86页,第二页，共87页。,触发器的分类(fn li)：,按触发(chf)方式可分为,电平(din pn)触发,边沿触发,脉冲触发,第2页/共86页,第三页，共87页。,触发器的分类(fn li)：,按逻辑(lu j)功能可分为,RS,触发器,T,和,T,触发器,JK,触发器,D,触发器,第3页/共86页,第四页，共87页。,1.由或非门组成(z chn)的SR锁存器,5.1 SR,锁存器,2.由与非门组成(z chn)的SR锁存器,第4页/共86页,第五页，共87页。,一、电路结构(jigu)与工作原理,两互补(h b)输出端,两输入(shr)端,&,Q,Q,.,G1,&,.,G2,S,R,正常情况下，,两输出端的状态,保持相反。通常,以,Q,端的逻辑电,平表示触发器的,状态，即,Q,=1,，,Q,=0,时，称为,“,1,”,态；反之为,“,0,”,态。,反馈线,第5页/共86页,第六页，共87页。,1,0,0,1,设触发器原态为“1”态。,翻转为“0”态,S,=,1,，,R,=,0,1,0,1,0,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,(1),触发器输出(shch)与输入的逻辑关系,第6页/共86页,第七页，共87页。,设原态为“0”态,1,0,0,1,1,1,0,触发器保持(boch)“0”态不变,复位(f wi)端,0,结论:不论,触发器原来,为何种状态，,当,S,=1，,R,=0,时,，,将使,触发器,置“0”,或称,为,复位,。,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,第7页/共86页,第八页，共87页。,0,1,设原态为“0”态,0,1,1,1,0,0,翻转为“1”态,S,=,0,，,R,=,1,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,(2),第8页/共86页,第九页，共87页。,设原态为“1”态,0,1,1,0,0,0,1,触发器保持(boch)“1”态不变,置位端,1,结论:不论,触发器原来,为何种状态，,当,S,=0，,R,=1,时,，,将使,触发器,置“1”,或称,为,置位,。,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,第9页/共86页,第十页，共87页。,1,1,设原态为“0”态,0,1,0,0,1,1,保持为“0”态,S,=,1,，,R,=,1,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,(3),第10页/共86页,第十一页，共87页。,设原态为“1”态,1,1,1,0,0,0,1,触发器保持(boch)“1”态不变,1,当,S,=1，,R,=1,时,，,触发器保持,原来的状态，,即,触发器具,有保持、记,忆功能,。,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,第11页/共86页,第十二页，共87页。,1,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,若G1先翻转(fn zhun)，则触发器为“0”态,“1”态,S,=,0,，,R,=,0,当信号,S,=,R,=0,同时变为1,时，由于与非门的翻转时间不可能完全相同，触发器状态可能是,“1”,态，也可能是,“0”,态，不能根据输入信号确定。,Q,Q,.,G1,&,.,&,G2,S,R,1,0,若先翻转(fn zhun),(4),第12页/共86页,第十三页，共87页。,与非门组成(z chn)的基本 RS 锁存器的特性表,触发器置,1,触发器置,0,1,1,0,0,第13页/共86页,第十四页，共87页。,基本(jbn)RS 锁存器真值表,逻辑(lu j)符号,Q,Q,S,R,S,R,Q,n+1,1 0 0 置0,0 1 1 置1,1 1 不变 保持,0 0 同时变 1后不确定,功能,低电平有效,第14页/共86页,第十五页，共87页。,或非门组成(z chn)的基本RS 锁存器的特性表,置,1,置,0,第15页/共86页,第十六页，共87页。,注意,正常(zhngchng)工作时应遵守SR=0的约束条件,即不应加以 S=R=0的输入信号。,第16页/共86页,第十七页，共87页。,二、动作(dngzu)特点：,它是一种电平控制触发器。,R(Reset Direct)-直接(zhji)置“0”端(复位端),S(Set Direct)-直接(zhji)置“1”端(置位端),在基本,RS 锁存器,中，因输入信号直接加在输出门上，所以输入信号在,全部作用时间,里，都能直接改变输出端,Q,和,Q,的状态。,第17页/共86页,第十八页，共87页。,例,1,：,画出基本(jbn)RS 锁存器的输出波形,第18页/共86页,第十九页，共87页。,5.2 电平(din pn)触发的触发器,一、电路(dinl)结构与工作原理,带异步置1、置0输入(shr)端的电平触发SR触发器,第19页/共86页,第二十页，共87页。,基本(jbn)SR锁存器,导引(do yn)电路,&,G,4,S,R,&,G,3,CP,.,&,G,1,&,G,2,.,S,D,R,D,Q,Q,时钟脉冲,一、电路结构(jigu)与工作原理,S,D,，,R,D,用于预置触发器的初始状态，,工作过程中应处于,高电平,，对电路工作状态无影响。,1,1,S,D,R,D,第20页/共86页,第二十一页，共87页。,当,CP,=0,时,0,1,1,R，S 输入(shr)状态,不起作用。,触发器状态不变,.,&,G,1,&,G,2,.,S,D,R,D,Q,Q,&,G,4,S,R,&,G,3,CP,被封锁(fn su),被封锁,注意：用,S,D,，,R,D,将触发器置位或复位时，,应在,CP,=0,时,进行。,1,1,第21页/共86页,第二十二页，共87页。,当,C,P=1,时,1,打开(d ki),1,1,打开(d ki),.,&,G,1,&,G,2,.,S,D,R,D,Q,Q,&,G,4,S,R,&,G,3,CP,触发器的,翻转时刻,受,CP,控制（,CP,高电平时翻转,）,，,而,触发器的状态,由,R,，,S,的状态,决定。,第22页/共86页,第二十三页，共87页。,当,CP,=1,时,1,打开(d ki),(1),S,=0,R,=0,0,0,1,1,触发器保持原态,触发器状态由R，S 输入(shr)状态决定。,1,1,打开(d ki),.,&,G1,&,G2,.,S,D,R,D,Q,Q,&,G4,S,R,&,G3,CP,第23页/共86页,第二十四页，共87页。,1,1,0,1,0,1,0,(2),S,=0,R,=1,触发器置“0”,(3),S,=1,R,=0,触发器置“1”,1,1,.,&,G1,&,G2,.,S,D,R,D,Q,Q,&,G4,S,R,&,G3,CP,第24页/共86页,第二十五页，共87页。,1,1,1,0,0,1,1,1,1,0,若先翻,若先翻,Q,=1,Q,=0,1,1,(4),S,=1,R,=1,当时钟由 1变 0 后,触发器状态不定,1,1,.,&,G1,&,G2,.,S,D,R,D,Q,Q,&,G4,S,R,&,G3,CP,第25页/共86页,第二十六页，共87页。,电平(din pn)触发SR触发器特性表,第26页/共86页,第二十七页，共87页。,电平(din pn)触发SR触发器真值表,Qn时钟(shzhng)到来前触发器的状态,Qn+1时钟到来(doli)后触发器的状态,第27页/共86页,第二十八页，共87页。,二、动作(dngzu)特点：,1.在CP=0期间(qjin)，G3、G4被封锁，触发器状态不变。,2.在CP=1的全部时间里R 和S的变化都将引起触发器的输出状态的变化。,CP=1期间内若输入信号(xnho)多次发生变化，则触发器的输出状态也会发生多次翻转。,存在问题,触发方式：电平触发方式,第28页/共86页,第二十九页，共87页。,例1：画出电平触发SR 触发器的输出(shch)波形。,R,S,CP,不定,不定,真值表,CP高电平时触发器状态(zhungti)由R、S确定,Q,Q,0,1,0 0,S,R,0 1,0,1 0,1,1 1,不定,Q,n+1,Q,n,第29页/共86页,第三十页，共87页。,例2：画出电平触发(chf)SR触发(chf)器的输出波形。设触发(chf)器的初态为Q=0。,0 0,S,R,0 1,0,1 0,1,1 1,不定,Q,n+1,Q,n,第30页/共86页,第三十一页，共87页。,三、电平(din pn)触发的D触发器,D,CLK,D,CLK,1D,C1,Q,Q,第31页/共86页,第三十二页，共87页。,利用(lyng)COMS传输门组成的电平触发D触发器,第32页/共86页,第三十三页，共87页。,D,CLK,Q,Q,例：电平触发D触发器的CLK和输出端D的电压(diny)波形如图所示，画出Q和Q的电压(diny)波形。,第33页/共86页,第三十四页，共87页。,5.4 脉冲(michng)触发的触发器,一、电路(dinl)结构与工作原理,1.主从(zhcng)SR触发器,逻辑符号,CP,Q,S,R,Q,CI,1S,1R,第34页/共86页,第三十五页，共87页。,从触发器,主触发器,CP,CP,1,互补时钟控制主、从触发器不能同时翻转,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,S,R,1)电路(dinl)结构,第35页/共86页,第三十六页，共87页。,0,1,F主打开(d ki),F主状态由S、R决定(judng)，接收信号并暂存。,F从封锁(fn su),F,从,状态保持不变。,CP,=1,时,1,CP,CP,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,S,R,2,),工作原理,第36页/共86页,第三十七页，共87页。,1,0,状态(zhungti)保持不变。,从触发器的状态(zhungti)取决于主触发器，并保持主、从状态(zhungti)一致，因此称之为主从触发器。,F从打开(d ki),F,主,封锁,0,CP,0,1,0,1,0,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,S,R,CP,第37页/共86页,第三十八页，共87页。,3)主从(zhcng)SR触发器特性表,第38页/共86页,第三十九页，共87页。,（只在CP从1变为0时有效(yuxio)）,主从(zhcng)SR触发器真值表,功能与电平(din pn)触发SR触发器完全相同。,第39页/共86页,第四十页，共87页。,t,t,S,0,t,R,0,t,Q,0,t,Q,0,CP,0,1,2,3,4,5,6,例1：已知主从(zhcng)RS 触发器的CP和S、R波形，试画出 Q 端的波形，设触发器的初态为Q=0。,第40页/共86页,第四十一页，共87页。,cp,t,t,R,0,t,S,0,t,Q,0,t,Q,0,t,Q,0,例2：已知主从SR 触发器的CP和S、R波形(b xn)，试画出 Q 端的波形(b xn)，设触发器的初态为Q=0。,第41页/共86页,第四十二页，共87页。,逻辑(lu j)符号,CP,Q,J,K,Q,CI,1J,1K,反馈(fnku)线,2.主从(zhcng)JK 触发器,1）电路结构,第42页/共86页,第四十三页，共87页。,0,1,F主打开(d ki),F主状态由S、R决定(judng)，接收信号并暂存。,F从封锁(fn su),F,从,状态保持不变。,0,1,CP,CP,0,1,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,2,),工作原理,第43页/共86页,第四十四页，共87页。,1,0,状态(zhungti)保持不变。,F从打开(d ki),F主封锁(fn su),0,CP,0,1,CP,0,1,0,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,从触发器的状态与主触发器状态一致。,第44页/共86页,第四十五页，共87页。,0,1,0,1,0,(1),J,=1,K,=1,设触发器原态为“0”态,翻转为“1”态,1,1,0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,主从(zhcng)状态一致,状态不变,0,1,分析JK触发器的逻辑(lu j)功能,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,CP,状态不变,第45页/共86页,第四十六页，共87页。,CP,0,1,0,(1),J,=1,K,=1,1,0,设触发器原态为“1”态,为“？”状态(zhungti),J=1,K=1时，每来,一个时钟脉冲，状,态翻转(fn zhun)一次，即具,有计数功能。,(1),J,=1,K,=1,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,1,1,1,0,第46页/共86页,第四十七页，共87页。,0,1,CP,0,1,0,(2),J,=0，,K,=1,设触发器原态为“1”态,翻转为“0”态,0,1,1,0,0,1,0,1,0,1,1,0,0,1,设触发器原态为“0”态,为“？”态,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,第47页/共86页,第四十八页，共87页。,0,1,CP,0,1,0,(3),J,=1，,K,=0,设触发器原态为“0”态,翻转为“1”态,1,0,0,1,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,设触发器原态为“1”态,为“？”态,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,第48页/共86页,第四十九页，共87页。,CP,0,1,0,(4),J,=0，,K,=0,设触发器原态为“0”态,保持原态,0,0,0,1,0,0,0,1,保持原态,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,保持原态,第49页/共86页,第五十页，共87页。,CP,CP高电平时F主状态(zhungti)由S、R 决定，F从状态(zhungti)不变。,CP,下降沿()触发器翻转,（,F,从,状态与,F,主,状态一致）。,1,R,S,CI,F,从,Q,Q,Q,CI,F,主,J,K,结论(jiln)：,第50页/共86页,第五十一页，共87页。,Q,n,1,0,0,1,1,1,0,0,Q,n,0,1,Q,n,CP J,K,Q,n,Q,n+1,0 0,0 1,1 0,1 1,0 1,0 1,0 1,0 1,JK触发器特性(txng)表,(保持(boch)功能),(置“0”功能(gngnng),(,置“1”功能,),(,计数功能,),第51页/共86页,第五十二页，共87页。,C,J,K,Q,例：画出JK 触发器输出(shch)波形,J,K,Q,n+1,0 0,Q,n,0 1 0,1 0 1,1 1,Q,n,JK,触发器真值表,第52页/共86页,第五十三页，共87页。,二、动作(dngzu)特点：,1.主从触发器分两步工作：,第一步，CP=1期间，主触发器的输出状态(zhungti)由输入信号的状态(zhungti)确定，从触发器的输出状态(zhungti)保持不变。,第二步，当CP从1变为0时，从触发器的输出状态(zhungti)由主触发器当时的状态(zhungti)决定。,2.在CP=1的全部时间里输入信号的变化都将对主触发器起控制作用。,触发方式(fngsh)：脉冲触发方式(fngsh)（延迟触发方式(fngsh)）,第53页/共86页,第五十四页，共87页。,1.主从JK触发器在CP1期间，主触发器只有可能翻转一次。,2.只有在CP1的全部时间里输入(shr)状态始终未变的条件下，才可用CP下降沿到达时的输入(shr)状态决定触发器的次态。,注意(zh y),第54页/共86页,第五十五页，共87页。,第55页/共86页,第五十六页，共87页。,第56页/共86页,第五十七页，共87页。,Q,Q,R,S,CP,J,1,K,1,J,2,K,2,&,&,J,K,J=J,1,J,2,K=K,1,K,2,具有多输入(shr)端的主从JK触发器,第57页/共86页,第五十八页，共87页。,集成(j chn)主从JK触发器,低电平有效,低电平有效,CP,下降沿触发,第58页/共86页,第五十九页，共87页。,5.5 边沿(binyn)触发的触发器,一、利用CMOS传输(chun sh)门的边沿触发器,输入控制门,0,1,CP,通,止,通,止,维持(wich)原态,止,通,止,通,Q,D,0,1,0,1,1,0,1,0,第59页/共86页,第六十页，共87页。,CMOS边沿(binyn)触发器特性表,1,0,1,1,0,0,Q,n,CP D,Q,n,Q,n+1,0,0,1,1,0,1,0,1,D,触发器真值表,D,Q,n,+1,0,1,0,1,CP跳变为高电平后TG1截止，切断了输入端D与主电路之间的联系，所以输出端的变化仅取决于CP上升(shngshng)沿到达前瞬间D的状态。,第60页/共86页,第六十一页，共87页。,带异步置位、复位(f wi)端的CMOS边沿触发器,边沿(binyn)触发,逻辑(lu j)符号,D,R,D,S,D,CP,Q,Q,CI,S,R,1D,第61页/共86页,第六十二页，共87页。,例：D 触发器工作(gngzu)波形图,C,D,Q,上升沿触发翻转,D,R,D,S,D,CP,Q,Q,CI,S,R,1D,第62页/共86页,第六十三页，共87页。,*二.维持(wich)阻塞触发器,1.维持(wich)阻塞结构的RS 触发器,&,G2,&,G1,Q,Q,S,R,&,G3,&,G4,&,G6,&,G5,CP,S,R,第63页/共86页,第六十四页，共87页。,&,G1,&,G3,&,G4,CP,Q,Q,&,G2,S,R,S,&,G5,R,&,G6,置1维持(wich)线,置0维持(wich)线,置0阻塞(zs)线,置,1,阻塞线,第64页/共86页,第六十五页，共87页。,2.维持阻塞(zs)结构的D 触发器,（1）,D,=0,触发器状态不变,当,CP,=0,时,当,CP,=1,时,触发器置“0”,在C=1期间(qjin)，触发器保持“0”不变,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1,0,1,封锁(fn su),第65页/共86页,第六十六页，共87页。,（1）,D,=1,触发器状态不变,当,CP,=0,时,当,CP,=1,时,触发器置“,1”,在C=1期间(qjin)，触发器保持“1”不变,0,1,1,1,1,0,0,0,1,0,1,1,封锁(fn su),封锁(fn su),第66页/共86页,第六十七页，共87页。,具有(jyu)异步置位、复位端和多输入端的维持阻塞D触发器,第67页/共86页,第六十八页，共87页。,*三、利用传输(chun sh)延迟时间的边沿触发器,第68页/共86页,第六十九页，共87页。,触发器的次态仅仅取决于CP信号上升沿（或下降沿）到达时刻输入信号的状态。而在此之前和之后(zhhu)输入状态的变化对触发器的次态没有影响。,边沿(binyn)触发器的动作特点：,触发(chf)方式：边沿触发(chf)方式,第69页/共86页,第七十页，共87页。,集成(j chn)边沿D触发器,注意：CC4013的异步输入(shr)端RD和SD为高电平有效。,CP,上升沿触发,第70页/共86页,第七十一页，共87页。,5.6 触发器的逻辑功能及其描述(mio sh)方法,触发器按逻辑(lu j)功能的分类,一、,RS,触发器,1.定义：凡在时钟信号作用(zuyng)下逻辑功能符合右表的触发器即为RS触发器。,RS,触发器特性表,如：电平触发,SR,触发器、脉冲触发,(,主从,)RS,触发器和维持阻塞,RS,触发器。,第71页/共86页,第七十二页，共87页。,2.特性方程(fngchng)（又称为状态方程(fngchng)）,由特性表得到(d do)Qn+1的状态转换卡诺图。,RS,触发器的,Q,n+1,卡诺图,进一步可写出,Q,n+1,的表达式。,S,R,Q,n,Q,n+1,0,0,0,0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,0,0,1,0,1,0,0,1,1,1,1,1,1,1,0,1,输入(shr),输出,约束条件表示不允许将,R,、,S,同时取为,1,第72页/共86页,第七十三页，共87页。,3.状态(zhungti)转换图,RS触发器的状态(zhungti)转换图,两个圆圈表示状态,0,和,1,箭头表示状态(zhungti)转换的方向,在箭头旁边用文字或符号表示实现转换所必备的条件,第73页/共86页,第七十四页，共87页。,二、,JK,触发器,1.JK 触发器特性(txng)表,2.,JK,触发器状态表,如：主从(zhcng)JK触发器和边沿JK触发器。,第74页/共86页,第七十五页，共87页。,3.特性(txng)方程,4.状态(zhungti)转换图,JK触发器的状态(zhungti)转换图,第75页/共86页,第七十六页，共87页。,具有(jyu)保持和翻转功能。,1.特性(txng)表,三、,T,触发器,2.,功能表,第76页/共86页,第七十七页，共87页。,3.特性(txng)方程,4.状态(zhungti)转换图,令JK触发器的JKT，就可实现(shxin)T触发器。,JK,触发器接成,T,触发器,第77页/共86页,第七十八页，共87页。,5.,T,触发器,（1）T触发器的功能(gngnng),把T=1时的T触发器称为计数型触发器，又叫做T触发器。,每来一个CP脉冲，T触发器就翻转一次，显然能实现计数功能(gngnng)。,T触发器的特性(txng)表,特性(txng)方程为,第78页/共86页,第七十九页，共87页。,1.特性(txng)表,D,Q,n,Q,n+1,0,0,0,0,1,0,1,0,1,1,1,1,2.特性(txng)方程,Q,n+1,=,D,3.状态(zhungti)转换图,四、,D,触发器,第79页/共86页,第八十页，共87页。,触发器的电路结构(jigu)和逻辑功能、触发方式的关系,触发器的逻辑功能和电路结构(jigu)形式是两个不同的概念。,逻辑功能(gngnng)：是指触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系，可用特性表、特性方程或状态转换图给出。,按,逻辑功能,不同分为,RS,、,D,、,JK,、,T,和,T,触发器等。,按,电路结构,/,触发方式,不同分为基本,SR,触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器等。,第80页/共86页,第八十一页，共87页。,同一种功能的触发器，可以用不同的电路(dinl)结构形式来实现；反过来，同一种电路(dinl)结构形式，可以构成具有不同功能的各种类型触发器。,维持阻塞(zs)结构 JK 触发器（74LS109）的电路图,第81页/共86页,第八十二页，共87页。,利用(lyng)CMOS传输门的JK 触发器CC4027,第82页/共86页,第八十三页，共87页。,JK触发器转换(zhunhun)为RS、D、T和T触发器,第83页/共86页,第八十四页，共87页。,绘制触发器的时序图要特别注意：,触发器中有边沿触发器和非边沿触发器之分。对于边沿触发器，如TTL维持-阻塞D触发器和CMOS主从JK触发器等，其次态仅仅取决于CP脉冲到达时刻的输入状态。对于非边沿触发器，如TTL主从触发器，其次态与整个CP=1期间的输入状态有关，存在“一次变化”现象(xinxing)。此时，绘制时序图的要领归纳如下：,第84页/共86页,第八十五页，共87页。,在触发器的动作沿，如果仅根据当时输入状态值，次态应保持0状态时，则在CP=1期间有J信号中的正向脉冲干扰（置1）会引起(ynq)错误，而K信号中出现的干扰则无妨；,如果次态应保持1状态，则CP=1期间K中的正向脉冲干扰（置0）会引起(ynq)错误，而J信号中的正向脉冲干扰则无妨。,第85页/共86页,第八十六页，共87页。,感谢您的观看(gunkn)。,第86页/共86页,第八十七页，共87页。,