工学第5章触发器.pptx

第五章第五章 触发器触发器5.1 概述概述5.2 基本基本RS触发器触发器5.3 钟控触发器钟控触发器5.4 集成边沿触发器集成边沿触发器5.5 触发器的电气特性触发器的电气特性5.1 概述概述5.1.1 对触发器的要求对触发器的要求1.有两个稳定的状态有两个稳定的状态(0、1)，以表示存储内容；，以表示存储内容；2.能够接收、保存和输出信号。能够接收、保存和输出信号。5.1.2 触发器的现态和次态触发器的现态和次态1.现态：现态：触发器接收输入信号之前的状态。触发器接收输入信号之前的状态。2.次态：次态：触发器接收输入信号之后的状态。触发器接收输入信号之后的状态。5.1.3 触发器的分类触发器的分类1.按电路结构和工作特点：按电路结构和工作特点：基本、同步、边沿等。基本、同步、边沿等。2.按逻辑功能分：按逻辑功能分：RS、JK、D 和和 T(T )。3.其它：其它：TTL 和和 CMOS，分立和集成。，分立和集成。5.2 基本基本RS触发器触发器5.2.1 电路组成及逻辑符号电路组成及逻辑符号G2QG1R&SQQQRSRSQ=0Q=10 态态Q=1Q=01 态态10010110G2QG1R&SQ5.2.2 工作原理及逻辑功能工作原理及逻辑功能Q=Q“保持保持”1001Q=0Q=10 态态“置置 0”或或“复位复位”(Reset)0110Q=1Q=01 态态“置置 1”或或“置位置位”(Set)Q和和Q 均为均为UHR 先撤消：先撤消：1 态态S 先撤消：先撤消：0 态态信号同时撤消：信号同时撤消：状态不定状态不定 (随机随机)00 11 0105.2.3 触发器逻辑功能的描述方法触发器逻辑功能的描述方法1.状态转换表：状态转换表：0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00 0 1001101简化状态表简化状态表0 11 01 10 0Q n保持保持1置置 10置置 0不允许不允许2.特性方程：特性方程：Q n+1010011Q n+1=S+RQ n约束条件约束条件Q n+1Q n+1013.状态转换图：状态转换图：箭头线表示状态转换箭头线表示状态转换的起始点和终止点的起始点和终止点 转换条件转换条件 Qn Qn 0 0 0 1 1 0 1 1 X 1 1 0 0 1 1 X激励表：激励表：0 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 10 0 00 0 1001101Q n+1波形图波形图QG1R&SQ设触发器初始状态为设触发器初始状态为0：QQSRQQ信号同时撤消信号同时撤消,出出现不确定状态现不确定状态信号不同时撤信号不同时撤消，状态确定消，状态确定5.2.4基本基本RS 触发器的应用触发器的应用 消除开关抖动消除开关抖动 机械开关抖动波形机械开关抖动波形消抖动电路消抖动电路5.2.5由或非门组成由或非门组成1电路及符号电路及符号QQSRSR2.工作原理工作原理“保持保持”“置置 0”“置置 1”“不允许不允许”若高电平同时撤消，则状态若高电平同时撤消，则状态不定不定。G2QG1RSQ113.特性表和特性方程特性表和特性方程R SQ n+10 00 11 01 1Q n保持保持置置 1置置 0不许不许10不用不用Q n+1=S+RQ n约束条件约束条件1.优点：优点：结构简单，结构简单，具有置具有置 0、置、置 1、保持功能。、保持功能。2.问题：问题：输入电平直接控制输输入电平直接控制输出状态，使用不便，抗干扰能出状态，使用不便，抗干扰能力差；力差；R、S 之间有约束。之间有约束。G2QG1RSQ11基本基本 RS 触发器主要特点触发器主要特点同步触发器：同步触发器：触发器的工作状态不仅受输入端触发器的工作状态不仅受输入端(R、S)控制，而且还受时钟脉冲控制，而且还受时钟脉冲(CP)的控制。的控制。CP(Clock Pulse):等周期、等幅的脉冲串。等周期、等幅的脉冲串。基本基本 RS 触发器：触发器：S 直接置位端；直接置位端；R 直接复位端。直接复位端。(不受不受 CP 控制控制)同步触发器同步触发器同步同步 RS 触发器触发器同步同步 D 触发器触发器5.3 钟控触发器钟控触发器5.3.1钟控钟控RS触发器触发器(同步同步 RS 触发器触发器)同步同步 JK 触发器触发器一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理电路电路曾用符号曾用符号QQRSRS CPCP国标符号国标符号QQRSRS CPC1工作原理工作原理当当 CP=0保持保持当当 CP=1与基本与基本 RS 触发器功能相同触发器功能相同&G1&G2QQ&G4SR&G3CPSDRDG3、G4输出输出11）特性表：）特性表：CP R S Q nQ n+1注注 0 Q n保持保持 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1011100不用不用不用不用保持保持置置1置置0不许不许2）特性方程）特性方程:约束条件约束条件CP=1期间有效期间有效 3)状态转换图状态转换图 01R=0S=1R=1S=0R=xS=0R=0S=x 任何电路结构的任何电路结构的 RS触发器都有与此相同的功触发器都有与此相同的功能表、特性方程及状态转换图。能表、特性方程及状态转换图。在在CP为低电平期间，触发器的状态不变。为低电平期间，触发器的状态不变。SRQn+1 00Qn 01 0 10 1 11禁止禁止 钟控钟控 RS触发器真值表触发器真值表在在CP为高电平期间，为高电平期间，R、S信号影响触发器的状态。信号影响触发器的状态。4)工作波形工作波形二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制时钟电平控制CP=1 期间接受输入信号；期间接受输入信号；CP=0 期间输出保持不变。期间输出保持不变。（抗干扰能力有所增强）（抗干扰能力有所增强）2.RS 之间有约束之间有约束钟控钟控 RS触发器存在的问题：触发器存在的问题：(1)触发器在触发器在R=1，S=1时，次态不确定的问题。时，次态不确定的问题。(2)时钟脉冲不能过宽，否则出现时钟脉冲不能过宽，否则出现空翻空翻现象，即在现象，即在一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。一个时钟脉冲期间触发器翻转一次以上。CPQ=SQ=R克服办法：克服办法：采用采用 JK 触发器或触发器或 D 触发器触发器从触发器从触发器主触发器主触发器反反反反馈馈馈馈线线线线CP CP1互补时互补时钟控制钟控制主、从主、从触发器触发器不能同不能同时翻转时翻转RSCP从触发器从触发器QQQSDRD CP主触发器主触发器JK一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理5.3.2 钟控钟控 JK 触发器触发器 QQ1K1JKJ CPC1国标符号国标符号主从主从主从主从JKJK触发器的动作特点触发器的动作特点触发器的动作特点触发器的动作特点:所以，所以，所以，所以，CPCP上升沿上升沿上升沿上升沿主触发器主触发器主触发器主触发器接收接收接收接收J J，KK的信号，的信号，的信号，的信号，下降下降下降下降沿沿沿沿从触发器按主触发器的从触发器按主触发器的从触发器按主触发器的从触发器按主触发器的状态更新状态更新状态更新状态更新主从一致。，主从一致。，主从一致。，主从一致。(1)CP高高电平时触发器接收信号并电平时触发器接收信号并暂存暂存(即主触发器状态由即主触发器状态由 J、K决决定，从触发器状态保持不变）。定，从触发器状态保持不变）。(3)CP低低电平时电平时,主触发器封锁主触发器封锁,J、K不起作用。不起作用。(2)CP下降沿下降沿()触发器翻转触发器翻转(主、主、从触发器状态一致从触发器状态一致)。特性方程：特性方程：CP下降沿触发下降沿触发QQ1S C1 1RJ CP KRS11S C1 1R&特性表：特性表：J KQ n+1功能功能0 00 11 01 1Q n01Q n保持保持置置0置置1翻转翻转二、集成电二、集成电 JK 触发器触发器(7472)1.逻辑符号逻辑符号QQ1K1JSD J1 J2J3 CP K1 K2 K3RDC1&SR 异步复位、置位端异步复位、置位端2.特性表特性表保持保持置置0置置1翻转翻转Q n01 Qn 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1不允许不允许异步置异步置1异步置异步置0不用不用10 0 0 0 1 1 0 Qn+1 SD RD CP J K 注注输出输出输输 入入三、三、主要特点主要特点1.主从控制脉冲触发，完善方便；主从控制脉冲触发，完善方便；2.存在存在一次变化一次变化问题，抗干扰能力需提高。问题，抗干扰能力需提高。QQ1S C1 1RJ CP KRS11S C1 1R&从从从从主主主主01100 CP=1期间，只有期间，只有 J 端能输入端能输入,G8 被封锁，不论被封锁，不论 K 为何值，为何值，R=0，这将可能引起错误。，这将可能引起错误。例如：例如：CP J K S RQ Q Q01110 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 00111 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0输入变化了输入变化了2 次次Q只只变化变化1 次次 一般情况下，要求主从一般情况下，要求主从 JK 触触发器在发器在 CP=1 期间输入信号的期间输入信号的取值应保持不变。取值应保持不变。5.3.3 钟控钟控 D 触发器触发器 一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理（CP 上升沿到来后有效）上升沿到来后有效）二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制，无约束问题；时钟电平控制，无约束问题；2.CP上降沿到来时跟随，上降沿到来时跟随，下降沿到来时锁存下降沿到来时锁存QQCPC11D D D 特性方程特性方程0 0 DQ 0 1 0 1 0 1 1 1Qn+1 01特别注意特别注意：当当 D 端信号和端信号和 CP 作用沿同时跳变时，作用沿同时跳变时，触发器存入的是触发器存入的是 D 跳变前的状态。跳变前的状态。波形图波形图CP 高电高电平触发平触发国标符号国标符号5.4.1 边沿触发器边沿触发器 QQCPC11D D D S RSD RD画出画出异步端异步端CP 下降沿时刻有效下降沿时刻有效国标符号国标符号曾用符号曾用符号SD RD SD RDCPS RSD RD5.4 集成边沿触发器集成边沿触发器 一一.边沿边沿D 触发器触发器QQCPC11D D D S RSD RDCP 上升上升沿触发沿触发CP 下降沿触发下降沿触发CC4013(双双 D 触发器触发器)引出端功能引出端功能Q1 Q1VDD SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2VSS6 5 3 4 8 9 11 101 2 13 12147特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 101Qn 10不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持(无效无效)异步置异步置1异步置异步置0不允许不允许CP 上升沿触发上升沿触发1.CMOS 边沿边沿D 触发器触发器2.TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474 (双双 D 触发器触发器)引出端功能引出端功能特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 001Qn 01不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持(无效无效)异步置异步置0异步置异步置1不允许不允许Q1 Q1VCC SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2地4 2 3 1 10 12 11 135 6 9 8147 3.主要特点主要特点 (一一)CP 的的上升沿上升沿(正正边沿边沿)或或下降沿下降沿(负负边沿边沿)触发；触发；(二二)抗干扰能力极强；抗干扰能力极强；(三三)只有置只有置 1、置、置 0 功能。功能。二、二、集成边沿集成边沿 JK 触发器触发器1.CMOS 边沿边沿 JK 触发器触发器CC4027国国标标符符号号QQCPC1 1J IK J J K KS RSD RD曾曾用用符符号号QQCPCP J K J J K KSD RD SD RD引出端功能引出端功能Q1 Q1VDD J1 K1 SD2 CP2 RD2SD1 CP1 RD1 J2 K2 Q2 Q2VSS7 6 3 5 4 9 10 13 11121 2 15 14168 J K Qn RD SD CPQn+1注注 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 01001110保保 持持同步置同步置0同步置同步置1翻翻 转转 0 0 0 1 0 0 01不不 变变 0 1 1 0 1 1 10不用不用异步置异步置1异步置异步置0不允许不允许特特 性性 表表2.TTL 边沿边沿 JK 触发器触发器 CP 下降沿触发下降沿触发 异步复位端异步复位端 RD、异步置位端、异步置位端 SD 均为低电平有效均为低电平有效74LS112(双双 JK 触发器触发器)3.主要特点主要特点 (一一)CP 的上升沿或下降沿触发；的上升沿或下降沿触发；(二二)抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，按按 的规定更新状态；的规定更新状态；(三三)功能齐全功能齐全(保持、置保持、置 1、置、置 0、翻转、翻转)，使用方便。，使用方便。4.波形图波形图设输出端设输出端初态为初态为 0QJ=K=0保持保持J=K=1翻转翻转5.4.2 集成触发器逻辑符号集成触发器逻辑符号QQC11D QQC11D QQ1K1JSD J1 J2J3 CP K1 K2 K3RDC1&SR QQCPC1 1J IK J J K KQQCPC1 1J IK J J K K5.4.3 边沿触发器的功能分类及相互转换边沿触发器的功能分类及相互转换1.边沿触发器功能分类边沿触发器功能分类1）RS 型触发器型触发器符号符号特性表特性表R SQ n+1功能功能 0 0 0 1 1 0 1 1Q n10不用不用保持保持置置1置置0不许不许特性方程特性方程约束条件约束条件CP 下降沿下降沿 时刻有效时刻有效QQCPC11S IRS S R R2)JK 型触发器型触发器符号符号特性表特性表J KQ n+1功能功能 0 0 0 1 1 0 1 1Q n01保持保持置置0置置1翻转翻转特性方程特性方程CP下降沿下降沿 时刻有效时刻有效QQCPC11J IK J J K KQ n3)D 型触发器型触发器符号符号特性表特性表特性方程特性方程CP 上升沿上升沿 时刻有效时刻有效QQCPC11D D D DQ n+1功能功能 0 1 置置 0置置 1014)T 型触发器型触发器QQCPC11TT T TQ n+1功能功能 0 Q n 1 Q n保持保持翻转翻转CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效5)T 型触发器型触发器QQCPC1Q n Q n+1功能功能 0 1 1 0翻转翻转 CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效2.不同类型边沿触发器间的转换不同类型边沿触发器间的转换转换方法转换方法转换要求转换要求CPCP 已有已有 触发器触发器转换转换逻辑逻辑QQ待求触发器待求触发器输输入入转换步骤：转换步骤：（1）写已有、待求触发器的特性方程；）写已有、待求触发器的特性方程；（2）将待求触发器的特性方程变换为与已有触发器一致；）将待求触发器的特性方程变换为与已有触发器一致；（3）比较两个的特性方程，求出转换逻辑；）比较两个的特性方程，求出转换逻辑；（4）画电路图。）画电路图。已有集成触发器：已有集成触发器：D、JK(1)(1)JK JK D D、T T、T T 、RSRS“JK”的的 特性方程：特性方程：JK D“D”的的 特性方程：特性方程：转换图转换图转换图转换图QQCP J JK K1J C1 IK1D JK T“T”的的 特性方程：特性方程：QQCP J JK K1J C1 IKT JK T“T”的特性方程：的特性方程：即：即：T=1转换图转换图转换图转换图QCP J JK K1J C1 IK1Q JK RS若遵守约束条件，则若遵守约束条件，则QCPS SR R1J C1 IKQ(2)(2)D D JKJK 、T T、T T 、RSRS D JKD：JK：QQCPJ JK K1D C1&11转换图转换图转换图转换图 D TT：QQCP1D C1=1T T D T T ：转换图转换图转换图转换图QQCP1D C1 D RSRS：(RS=0)QQCPS SR R1D C1&11 CPQD=Q 例例 在图中所示的在图中所示的 CC4013 边沿边沿 D 触发器中，触发器中，CP、D、SD、RD的波形见图，试画出的波形见图，试画出 Q、Q 的波形。的波形。解解QQCPC11D D D S S SD D R R RD D SD、RD 异步置位（置异步置位（置1）、复位（置）、复位（置0）端。）端。CP 上升沿触发。上升沿触发。CPDSDRDQQ 例例 已知已知 CP、J、K 波形，画输出波形。假设初始波形，画输出波形。假设初始状态为状态为 0。CPJK1001110000Q0100115.5 触发器的电气特性触发器的电气特性5.5.1 静态特性静态特性1.1.CMOS 触发器触发器 由于由于 CMOS 触发器的输入、输出以触发器的输入、输出以 CMOS反相器反相器作为缓冲级，故特性与作为缓冲级，故特性与 CMOS 反相器相同，不赘述。反相器相同，不赘述。2.2.TTL 触发器触发器与与 TTL 反相器相同，不赘述。反相器相同，不赘述。5.5.2 动态特性动态特性1.1.1.1.输入信号的时间参数输入信号的时间参数输入信号的时间参数输入信号的时间参数(1)(1)建立时间建立时间 tset指要求触发器输入信号指要求触发器输入信号 先于先于 CP 信号的时间。信号的时间。(2)(2)保持时间保持时间 th 指保证触发器可靠翻转，指保证触发器可靠翻转，CP 到来后输入信号需保到来后输入信号需保持的时间。持的时间。边沿边沿 D 触发器的触发器的 tset 和和 th 均在均在 10 ns 左右。左右。CPCPD D0 1 01 0 12.2.2.2.时钟信号的时间参数时钟信号的时间参数时钟信号的时间参数时钟信号的时间参数(1)时钟高电平宽度时钟高电平宽度 tWHmin时钟信号保持为高电平的最小持续时间。时钟信号保持为高电平的最小持续时间。3.3.3.3.时钟触发器的最高时钟频率时钟触发器的最高时钟频率时钟触发器的最高时钟频率时钟触发器的最高时钟频率 f fmaxmax(2)时钟低电平宽度时钟低电平宽度 tWLmin时钟信号保持为低电平的最小持续时间。时钟信号保持为低电平的最小持续时间。第五章第五章 小小 结结 一、触发器一、触发器和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：1.有两个稳定的状态（有两个稳定的状态（0 状态和状态和 1 状态状态）。）。2.在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有外信号作用时，保持原状态不变。有外信号作用时，保持原状态不变。触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。二、触发器的逻辑功能二、触发器的逻辑功能 指触发器输出的次态指触发器输出的次态 Qn+1 与输出的现态与输出的现态 Qn 及输入及输入信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要有有特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图（时序图）。（时序图）。三、触发器的分类三、触发器的分类1.根据根据电路结构电路结构不同，触发器可分为不同，触发器可分为（1）基本触发器：输入信号电平直接控制。）基本触发器：输入信号电平直接控制。特性方程特性方程（2）同步触发器：时钟电平直接控制。）同步触发器：时钟电平直接控制。特性方程特性方程同步同步 RS 触发器触发器CP=1（或（或 0）时有效）时有效同步同步 D 触发器触发器（约束条件）（约束条件）（3）主从触发器：主从控制脉冲触发。）主从触发器：主从控制脉冲触发。CP 下降沿（或上升沿）到来时有效下降沿（或上升沿）到来时有效特性方程特性方程主从主从 RS 触发器触发器主从主从 JK 触发器触发器（4）边沿触发器：时钟边沿控制。）边沿触发器：时钟边沿控制。CP上升沿（或下降沿）时刻有效上升沿（或下降沿）时刻有效特性方程特性方程边沿边沿 D 触发器触发器边沿边沿 JK 触发器触发器2.根据根据逻辑功能逻辑功能不同，时钟触发器可分为不同，时钟触发器可分为（1）RS 触发器触发器（约束条件）（约束条件）（3）D 触发器触发器（4）T 触发器触发器（5）T 触发器触发器 利用利用特性方程特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。的相互转换。（2）JK 触发器触发器