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1、1,第四章 触发器,本章的重点: 1.各种电路结构的触发器所具有的特点； 2.触发器逻辑功能的分类和触发器逻辑功能的描述方法。 3.要注意区分触发器的电路结构和逻辑功能这两个不同的概念。 本章的难点: 本章的难点在于如何讲清楚每种触发器的电路结构为什么会导致这样的动作特点，因为我们后面用到的只是这些动作特点的结论。,2,第四章 触发器,第一节 概述,触发器:(Flip-Flop)能存储一位二进制信号的基本单元。用FF表示。,特点：,1.有两个稳定状态，用0和1表示；,2.输入信号可改变其状态，且输入信号撤消后, 其改变后的状态可保留下来。,分类：,按电路结构分：,基本RSFF、同步FF、主从F
2、F、边沿FF(包括维持阻塞FF、CMOS边沿FF等)。其中，基本RSFF无时钟信号，其他均有时钟信号。,按逻辑功能分：,RSFF、DFF、JKFF、TFF等。,学习要点：,分清触发器逻辑功能与电路结构的区别；,会画工作波形。,3,第二节 触发器的电路结构与动作特点,一、基本RS触发器,1.电路组成：,用与非门和或非门均可构成，这里介绍与非门构成的电路。,2.输入信号和状态,触发器的状态：,原状态：输入信号没有改变时,该时刻观察到的状态.记为,新状态：输入信号变化后出现的状态。记为 .也称为次态。,在分析电路原理时，要把原状态作为已知条件，即把 作为输入变量。,4,SD:Set(Direct)，
3、置1端。,RD:Reset(Direct)，置0端。,高电平有效,非号和输入端的园圈均表示低电平有效,5,3.工作原理,1,0,0,1,不论原状态如何，都有:,置0,1,若：Qn=0,则Qn+1=0,若：Qn=1,则Qn+1=1,置1,保持,1,当两门tPD相同时，将产生振荡；,当两门tPD相异时，新状态和延迟时间有关。,不定,从输入信号变化起，经2tPD电路稳定。,0,1,1,(2)若 和 同时变为1，,1， 0,6,4.动作特点,工作波形：,7,用或非门构成的基本RSFF也可用右表描述。,5.逻辑功能的描述,(1)特性表,保持,置1,清0,不定,(2)特性方程,8,(4)激励表（驱动表),
4、(3)状态转换图,简称：状态图,1,0,9,二、同步RS 触发器,1.电路结构和逻辑符号,在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作（改变状态，也称为翻转）这就要求有同步信号，该信号称为时钟信号CP(Clock Pulse)。,G1和G2门构成基本RS触发器。 用G3和G4两门引入时钟信号CP。,10,2.工作原理,CP=0时：,G3、G4门均输出1,基本RSFF 处在保持状态；输入信号S、R变化无影响。,CP=1时：,G3、G4门打开,此时电路就是一个基本RSFF，只需把输入信号S、R分别看作：,按上述规定，该触发器也满足基本RSFF的特性表、特性方程和状态图。,一定要注意，只有CP=1
5、时，才能按特性表、特性方程求新状态。,11,3.特性表、特性方程、波形图,4.动作特点,在CP=1期间，S,R的变化都将引起Q端状态的变化。因此易受干扰。,5.逻辑功能特点,有约束SR=0。,12,带异步置位、复位端的同步RS触发器（a）电路结构 （b）图形符号,6.带异步置0、置1端的同步RS触发器,注意: 或 将触发器置位或复位应当在CP=0的状态下进行,否则在 或 返回高电平以后预置的状态不一定能保存下来。,13,D锁存器,D,Qn+1 = D,可用来存储一位二进制数。,其特点与同步结构的触发器相同。,例4.2.2 已知同步RS触发器输入信号波形如图所示，试画出Q和 端的电压波形.设触发
6、器的初始状态为Q =0。,14,三、主从触发器,1.主从RS触发器,(1)工作原理,用两个同步RSFF连成主从结构。因此，该电路应具有RSFF的逻辑功能。,CP=1 时：,主触发器保持，此时可改变输入信号S,R；,从触发器工作，且Q= 。,主触发器工作，,从触发器保持。保持CP=0时得到的主触发器的状态。,CP=0 时：,分析可知：主从触发器的工作是分两步走的在CP上升沿开始的高电平期间，主触发器改变状态；在CP 下降沿到来时，从触发器改变状态。显然，触发器在CP下降沿翻转。,15,看一下输入一个完整的CP脉冲时电路的工作过程（设初始状态为0）：,1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,1
7、,0,(2)特点,有约束。,在整个CP=1期间输入信号都控制主触发器的状态；,无直接控制，翻转分两步走；,16,(3)特性表，时序图,17,2.主从JK触发器,（1）工作原理,目的：消除约束条件； 增加翻转功能。,R=KQ,约束条件自动满足：,(2)特性表，时序图，状态图,翻转,置0,置1,保持,18,(2)特性表，时序图，状态图,(3)动作特点,翻转分为两步走；,CP=1期间，主触发器只能翻转一次。此现象称为“一次变化”。,19,例4.2.5 的电压波形图,例4.2.5：在主从JK触发器中，已知CP、J、K的电压波形如图所示，试画出与之对应的输出端电压波形。设触发器的初始状态为Q=0,注意到
8、： 由于Q，Q端接回到输入门上，所以Qn=0时主触发器只能接收置1的输入信号，在Qn=1时主触发器只能接收置0信号，其结果就是在CP=1期间主触发器只可能翻转一次，一旦翻转了就不会翻回到原来的状态。,20,带异步置0、置1端的主从JK触发器,J,K,多输入端的情况：,21,四、边沿触发器,（一）CMOS边沿触发器,触发器的次态只取决于时钟信号上升沿（或下降沿）到达时刻的输入信号的状态。,1.D锁存器,CP=0时，,TG3导通，TG4截止。接收数据。,CP=1时，,TG3截止，TG4导通。锁存数据。,这是一个CP=1有效的D锁存器。,2.D触发器,连成主从结构即可。,CP=0时，,主触发器接收数
9、据；从触发器保持。,CP=1时，,主触发器保持；从触发器接收数据，且Q= 。,22,因此这是一个边沿触发器。次态取决于CP上升沿到来前D的值。如果主触发器有保持功能（如同步RSFF），它就不是边沿触发器了。,23,D触发器的特性表，特性方程和状态图,特性表：,特性方程：,Qn+1=D,状态图：,有异步输入端SD和RD的边沿DFF：,24,（二）维持阻塞触发器（D触发器）,1.工作原理,CP=0时,触发器保持。且有：,CP上升沿时,电路按RSFF动作。注意到上式，,因此有 Qn+1=D,研究一下CP上升沿到来后的情况，以判断它是不是边沿触发器：,（1）若原来 D=0,则G4=0,使得D变为1无影
10、响；,（2）若原来 D=1,则G4=1,但G3=0,使得D改变仍无影响；,将2号线称为置1阻塞线、置0维持线；,将1号线称为置1维持线、3号线称为置0阻塞线；,说明它是CP上升沿翻转的边沿触发器。,25,具有异步输入端和多输入端的维持阻塞D触发器,26,（三）利用传输延迟时间的边沿触发器,CP=0时，电路保持，例如0状态；,CP变为1后，B，B两个门起作用，仍然保持；同时J,K的影响到达 P和P点：,CP下降沿到达时：,一方面B，B门被封锁，A，A门起作用；,另一方面，利用门G3、G4的延迟作用，P和P的值将维持一小段时间；,G3,G4门的延迟时间过后，P=P=1,但对状态无影响。,所以它是时
11、钟下降沿翻转的边沿触发器。,27,第三节 触发器的逻辑功能及其描述方法,时钟触发器：在时钟信号作用下，根据输入信号改变状态的触发器。分为：,RSFF、JKFF、DFF、TFF、 FF。,一、触发器的逻辑功能,前三种已介绍过。下面介绍后两种。,1.T触发器,特性方程：,特性表：,状态图：,功能特点：,T=0时，保持；T=1时，翻转。,逻辑符号：,可用JKFF直接转换来：,28,特性方程：,JKFF中，当J=K=T时，即为TFF。当T=1时成为,二、触发器逻辑功能表示方法,特性表，特性方程，状态图。这里不再介绍。,触发器的逻辑功能和结构是两个不同的概念，一定要分清。,2.T触发器,29,三、触发器逻辑功能的相互转换,1.JKFF转换为DFF,转换方法留给同学思考。待学完第六章后，大家自然会明白。,2.DFF转换为,所以，任何结构的触发器都可实现各种不同的逻辑功能。如CC4027就是用CMOS传输门构成的JK触发器。,30,转换的逻辑关系请同学推导。,同样，也可用维持阻塞结构构成JK触发器：,CC4027,31,74LS109就是维持阻塞结构的JK触发器。,