四章集成触发器.ppt
第四章 集成触发器,学习要点,触发器的电路结构与动作特点触发器分类及电路结构和功能间的关系 触发器逻辑功能描述 不同触发器之间的相互转换,5.1 概 述,触发器（Flip Flop，简写为FF）是具有记忆功能的单元电路，由门电路构成，专门用来接收存储输出0、1代码。它有双稳、单稳态和无稳态触发器（多谐振荡器）等几种。本章所介绍的是双稳态触发器,即其输出有两个稳定状态0、1。,只有输入触发信号有效时，输出状态才有可能转换；否则，输出将保持不变。双稳态触发器按功能分为RS、JK、D、T和T型触发器。按结构分为基本、同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器。按触发工作方式分为上升沿、下降沿（边沿）触发器和高电平、低电平（电平）触发器。,一、电路组成 基本RS触发器是一种最简单的触发器，是构成各种触发器的基础。它由两个与非门（或者或非门）的输入和输出交叉连接而成，如图4.1所示，有两个输入端R和S（又称触发信号端）；R为复位端，当R有效时，Q变为0，故也称R为置0端；S为置位端，当S有效时，Q变为1，称S为置“1”端；还有两个互补输出端Q和 Q：当Q=1，Q=0；反之亦然,5.2 基本RS触发,图5.1 基本RS触发器（a）逻辑图;（b）逻辑符号；（c）逻辑符号,！方框下面的两个小圆圈表示输入低电平有效,二、功能分析 触发器有两个稳定状态。Qn为触发器的原状态（现态），即触发信号输入前的状态；Qn+1为触发器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。其功能可采用状态表、驱动表、特性方程、逻辑符号图以及状态图、波形图来描述。1.状态表 如图5.1（a）所示可知:,表5.1 状态表,该触发器有置“0”、置“1”、保持功能。R与S均为低电平有效。当R、S均为低电平时，输出状态不定。,！由状态表可转换为驱动表,图5.2 卡诺图,2、特性方程 据表5.1画出卡诺图如图5.2所示，化简得：R+S=1(约束条件),图5.3 状态图,3、状态图 如图5.3所示。图中,圆圈表示状态的个数，箭头表示状态转换的方向，箭头线上标注的触发信号取值表示状态转换的条件。,图5.4 波形图,4、波形图 如图5.4所示，画图时应根据功能表来确定各个时间段Q与 Q 的状态。,基本触发器的特点总结：,（1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。（2）有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能。（3）R为复位输入端，S为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。（4）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即“一触即发”。,【思考题】1.基本RS触发器有几种功能？RS各在什么时候有效?2.触发器有哪几种类型？3.基本RS触发器的逻辑功能表示方法有哪几种？,给触发器加一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。这种触发器称为同步触发器。5.3.1同步RS触发器 一同步RS触发器的电路结构,5.3 同步触发器,二逻辑功能,当CP0时，控制门G3、G4关闭，触发器的状态保持不变。当CP1时，G3、G4打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。,同步RS触发器的状态转换分别由R、S和CP控制，其中，R、S控制状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。,表5.2 功能表,三触发器功能的几种表示方法,触发器的功能除了可以用功能表表示外，还有几种表示方法：1、特性方程 由功能表画出卡诺图得特性方程：,2、状态转换图 状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。,3、波形图 触发器的功能也可以用输入输出波形图直观地表示出来。,四同步触发器存在的问题空翻,由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。,5.3.2、D触发器,1、特性方程,2、D触发器的特性表,3、D触发器的状态转换图,CMOS主从结构的边沿触发器,5.3.3、同步JK触发器,1、特性方程,2、JK触发器的特性表,3、JK触发器的状态转换图,负边沿JK触发器,5.3.4、同步T触发器,1、特性方程,2、T触发器的特性表,3、T触发器的状态转换图,主从RS触发器的缺点：使用时有约束条件RS=0。,1电路结构,为此，将触发器的两个互补的输出端信号通过两根反馈线分别引到输入端的G7、G8门，这样，就构成了JK触发器。,5.4.1主从JK触发器,5.4无空翻触发器,2逻辑功能,(1）功能表：,（2）特性方程：,表5.3 状态表,（3）状态转换图,（4）时序图（波形图）,下降沿触发。异步输入端的作用：当异步复位端有效时，触发器直接复零；当异步置位端有效时，触发器直接置位，与CP脉冲无关。,画图时要注意以下两点：,！在J=K或J=K=1两种情况下，触发器具备什么逻辑功能？（同学自己推导）,【思考题】1.负边沿触发器的CP脉冲何时有效？2.负边沿触发器如何克服空翻和振荡?3.T和T触发器有何功能?,5.4.2 边沿触发器,一、利用CMOS传输门的边沿触发器,1电路结构:由CMOS逻辑门和CMOS传输门组成主从D触发器。,由于引入了传输门，该电路虽为主从结构，却没有一次变化问题，具有边沿触发器的特性。,2工作原理,触发器的触发翻转分为两个节拍：（1）当CP 变为1时，TG1开通，TG2 关闭。主触发器接收D信号。同时，TG3 关闭，TG4开通，从触发器保持原状态不变。（2）当CP 由1变为 0 时，TG1关闭，TG2 开通，主触发器自保持。同时，TG3开通，TG4关闭，从触发器接收主触发器的状态。,1)电路工作原理 维持阻塞式D触发器由钟控RS触发器、引导门和4根直流反馈线组成，如图4-5所示。图中，RD、SD为直接置0、置1端，其操作不受CP控制，因此也称异步置0、置1端。当RDSD=01时，使得Q=1;3门、6门锁定，,由于，因而Q=0，无论CP和输入信号处于什么状态，都能保证触发器可靠置0。,二.维持阻塞式D触发器,图 5.5 维持阻塞式D触发器,三、利用传输延迟时间的边沿触发器,图是利用门传输延迟时间构成的边沿JK触发器逻辑电路。图中的两个与或非门构成基本RS触发器，两个与非门(1、2门)作为输入信号引导门，而且在制作时已保证与非门的延迟时间大于基本RS触发器的传输延迟时间。,图 5.6 负边沿JK触发器,利用门传输延迟时间构成的边沿JK触发器是在CP下降沿产生翻转，翻转方向决定于CP下降前瞬间的J、K输入信号。它只要求输入信号在CP下降沿到达之前，在与非门1、2转换过程中保持不变，而在CP=0及CP=1期间，J、K信号的任何变化都不会影响触发器的输出。因此这种触发器比维持阻塞式触发器在数据输入端具有更强的抗干扰能力。其波形图如图5-7所示。,图 5.7 边沿JK触发器的理想波形图,触发器功能的转换,（1）JKD分别写出JK触发器和D触发器的特性方程,比较得：,画出逻辑图：,1.用JK触发器转换成其他功能的触发器,（2）JKT（T）,写出T触发器的特性方程：,与JK触发器的特性方程比较，得：J=T，K=T。,令T=1，即可得T触发器。,2用D触发器转换成其他功能的触发器,（1）DJK写出D触发器和JK触发器的特性方程：,比较两式，得：,画出逻辑图。,（2）DT图（b）（3）DT图（c）,5.5 集成触发器的应用,例 1 设计一个3人抢答电路。3人A、B、C各控制一个按键开关KA、KB、KC和一个发光二极管DA、DB、DC。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。,利用触发器的“记忆”作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。,本章作业:4.1 4.2 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.17 4.21,本章小结,1触发器有两个基本性质：（1）在一定条件下，触发器可维持在两种稳定状态（0或1状态）之一而保持不变；（2）在一定的外加信号作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。2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(又称时序图)等。3按照结构不同，触发器可分为：(1)基本RS触发器。(2)同步触发器，电平触发方式。(3)主从触发器，脉冲触发方式。(4)边沿触发器，边沿触发方式。4根据逻辑功能的不同，触发器可分为：(1)RS触发器(2)JK触发器(3)D触发器(4)T触发器（T触发器）5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。6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。,
