川大电子《数字电子技术》课件.ppt

1,触发器特点：,触发器分类：,能够存储一位二进制信息的基本单元。,1.能够保持的稳定状态，可用来表示逻辑0和逻辑1。,2.在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将新状态保存下来。,按触发方式分：电位触发方式、主从触发方式及边沿触发方式,按逻辑功能分：R-S触发器、D触发器、J-K触发器和T触发器,组合电路：,不含记忆元件,、无反馈,、输出与原来状态无关。,第四章 集成触发器,触发器：,2,第四章 集成触发器,4.1 基本R-S触发器,4.2 钟脉冲控制的R-S触发器,4.3 主从触发器 4.4 边沿触发器,4.5 触发器的功能分类及触发器类型转换,4.6 激励表的文字填写法,3,4.1 基本R-S触发器,4.1.1 基本R-S触发器的组成及工作原理,（2）由两个“与非”门构成的R-S触发器电路图,（1）逻辑符号,4,两个稳定状态,当，若Q0，=1,即处于0态，这是一个稳定状态；同理，若Q1，=0,（1态）也是一个稳定状态。,5,若在电路的输入端施加触发信号，触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。例如，设触发器起始状态（初态）为1，在 端加0电平信号，即，仍为1，经过门2的延迟时间tpd2后 变为1，再经过门1的延迟时间tpd1后，Q变为0，触发器转换到0态。,(置0端),(置1端),6,图42给出了触发器置1的工作波形，这里假设 tpd1tpd2tpd,由图可见，为使置1可靠，置1负脉冲的宽度应大 于2tpd。同样可以画出置0负脉冲作用下的工作波形。,7,(RD=1),8,基本R-S触发器的逻辑功能,1.基本RS触发器的真值表及时序图,表41 基本R-S触发器的真值表,（次态）,（初态）,9,表中Q（t）为触发器初态，为次态。当，同时为低电平时，Q和 均为1，使触发器互补输出功能失效。若此时同时撤销，端的低电平，则因门电路动态特性参数的不同，触发器的新态可能有3种情况。设与非门1和与非门2的平均延迟时间为tpd1，tpd2，则有,10,若tpd1 tpd2,则（Q=1为输入先作用）;若tpd1 tpd2,则 将在1电平及0电平之间来回震荡。,如果同时撤销,11,图43示出基本RS触发器时序图，图中假定门的传输延迟时间为0。不定状态用虚线及问号表示,12,2.基本RS触发器的状态转换真值表及特征方程,13,图44（a）所示的表格为状态转换真值表。不定态用d填写。由状态转换真值表可以导出次态的逻辑表达式，称为触发器的特性方程或状态方程。（b）图为次态 的卡诺图。由图可得,（4.1）,由于输入，不得同时取逻辑0电平，则,或,（4.2）,（4.1），（4.2）式联立得:,（约束条件）,（4.3）,14,3.基本RS触发器的状态转换图和激励表,15,4.1.3.或非门构成的基本R-S触发器,如果同时撤销输入将会出现振荡,16,根据功能真值表列出状态转换真值表，并由此求出该触发器的特性方程为：,（4.4）,由特性方程（4.3）及（4.4）可见，由或非门和与非门构成的RS触发器都具有相同的方程形式。,或,17,与非门构成的基本R-S触发器,或非门构成的基本R-S触发器,两种基本R-S触发器的比较：特性相同,18,4.2 钟脉冲控制的R-S触发器,数字系统使用的触发器的置0或置1要受到控制信号的控制，这个控制信号称为时钟信号，记为CP。时钟脉冲信号确定触发器动作的时刻，触发器输入端的取值（输入数据）确定触发器状态转换的方向。,由时钟脉冲信号控制的RS触发器称为钟脉冲RS触发器。,19,4.2.1 钟脉冲RS触发器,由与非门构成的钟脉冲RS触发器如图47所示,20,图中门1，门2构成基本R-S触发器，门3,门4构成触发导引电路，S，R称为触发器的控制输入或激励端、驱动端，CP称为时钟端。由图47可见，基本R-S触发器的输入,21,当CP0，,触发器的状态将保持不变。当 CP1时，则,触发器的状态将随输入端S，R的输入信号而变化。,通常用Qn 及Qn1 分别表示时钟控制型触发器的初态和次态。,22,于是根据R-S触发器的特性方程可以得到钟脉冲R-S 触发器的特性方程，当CP1时，则有(与前面一致),(约束条件),(4.5),式（4.5）表明，在CP=1时，即时钟脉冲由低电平上跳到高电平（上升沿）以及时钟脉冲维持高电平期间，触发器状态的更新按（4.5）式进行。,23,在CP 1或CP0期间，触发器能改变状态的触发方式称为“电平触发方式”。,由式（4.5）可以导出功能真值表，状态转换真值表，激励表及状态转换图，分别为图48的（a），（b），（c），（d）。图49为钟脉冲R-S触发器的时序图,24,真值表、状态转换真值表、激励表、状态转换图都表达同一内容但表达方式不同。,p.17,25,要求在CP=1期间输入信号不发生变化，以避免空翻,空翻,26,图410（a），（b）分别为由或非门及与或非门构成的钟脉冲R-S触发器,27,4.3 主从触发器,4.3.1 主从R-S触发器,电路图如4-11(a)所示，它是由两个R-S触发器级联而成。CP1时，主触发器的输入为整个触发器的输入。,QM,QS,主触发器,从触发器,28,CP=1时，主触发器接收数据，特性方程为：,此时，由于CP=0,从触发器的状态保持不变。CP由1变为0时，CP0，主触发器状态不变。特性方程为：,（4.6）,(p.24 激励表；主触发器输出具有互补性),29,主从触发器工作分两步。第一步：CP从0变1以及CP1期间，主触发器接受输入，从触发器状态不变。第二步：CP从1到0时，主触发器状态不变，从触发器接受主触发器输出的数据信息，触发器状态变化。由于在CP下跳至0后，主触发器不再接受输入信息，因此也不会引起触发器状态发生变化。,30,4.3.2 主从J-K触发器,主从J-K触发器的组成及功能电路图如图4-12(a)所示，(b)和(c)为其功能真值表及逻辑符号。,见(4.8),在主从R-S触发器基础上修改,31,由图4-12(a)可得主触发器的输入方程：,（4.7）,将式(4.7)代入主从R-S触发器的特性方程式(4.6)中，有：,(4.8),由于SR恒为0，所以无论J,K怎样取值上式均成立，因此J,K取值无约束包括J=K=1。,32,主从J-K状态转换发生在CP下降沿时刻，有时为了说明这一特点，将触发器特性方程写成：,(4.8),根据图4-12(b)的真值表不难导出下面的状态转换真值表、激励表及状态转换图,33,2.主从J-K触发器的一次翻转现象,一个J-K触发器电路图如图4-14所示,在CP=1期间，如果J或K 发生变化，QM也,会变化，因此在CP 到达时，Q的次态可能与(4.8)描述的不同。,QM,34,例：假设在CP=1之前，J=0,K=1,且QM0，QQs0。当CP=1时，因Q0，J0导致门3、门4的输出都是高电平，使QM0(保持)。但由于某种原因，如干扰，短暂出现J1，K0(CP=1不变)，将使QM1(因Q3=0,Q4=1)。,QM,35,干扰过去后，输入信号恢复到J=0,K=1。但由于门4的输入有Q0，K=1不起作用，门3、门4输出为高电平，使QM1保持不变(不能恢复到QM=0)。当CP 来到时,QS=Q=1，而本应为QS=Q=0。因此，在CP=1期间，,QM,要求输入J,K的数据值不变。,a,36,4.4 边沿型触发器,可避免空翻以及在CP作用期间的状态翻转现象。即使输入数据在CP作用期间发生变化，也可保证触发器的状态不变。,37,4.4.1 维持-阻塞D触发器,1、维持-阻塞D触发器的工作原理,图4-18维持-阻塞D触发器,门3、5组成A触发器，门4、6组成B触发器，及门1、2组成输出触发器。,当CP=0时，QA=QB=1，所以输出触发器状态Q保持不变。,38,1、假设输入端D的数据在CP=1到来之前的2 已由1变成0(稳定，D=0)，则经门6,门5的2 延迟后,有,当CP=1出现时，经门4的一个tpd 后，有,而,保持不变。经过2tpd后,输出触发器,被置0(QA=1,QB=0),1,(CP=0),1,上升沿(1tpd后),D=0,39,即。,与此同时，,将门6的输入端封锁(1tpd后)，维持触发,器的0状态。这样即使输入数据D在CP=1期间发生变化，对触发器的状态不会产生影响，即触发器不会空翻，所以连线为置0维持线。,保持,保持,保持,状态更新,40,2、假设控制输入端D的数据在CP=1到来之前的2 已由0变成1(稳定,D=1)，则经门6延时 后(CP=0)，这时，,D=1,(CP=0)。,41,当CP=1出现时，经门3的延迟后，有,而,不变。,使（输出触发器,置1）。,同时也封锁了门5，维持输出触发器的1,态，所以连线称为置1维持线。,D=1,42,3、在CP=1期间，,(a)在上述2中如果D=1变为D=0，,封锁门4，,可保证,从而“阻塞”因D的变化引起QB向,0变化，即阻塞触发器置0，称连线为阻塞置0线。,1,0,0,1,1,0,43,(b)在上述1中如果D=0变为D=1，这时已有,将 加到门5输入端，使 封锁门3，保证,，即阻塞触发器置1，称连线为阻塞,置1线。,结论：由于这些反馈作用，使得触发器在CP上升沿出现后即刻产生维持，阻塞信号，完成状态转换，而且不会发生空翻。,，而,0,1,1,0,0,1,44,维持阻塞D触发器具有置0、置1功能，可求得特性方程,有时也将特性方程明确写成,激励表和状态转换图如图4-19所示。,45,2、集成维持-阻塞D触发器,异步置1,异步置0,46,置0；,置1(异步，无条件),置0；,置1,(异步，条件：CP=0),特征方程：,及,47,4.4.2 边沿型J-K触发器,R-S触发器(门1、门2构成，虚线),触发引导电路(门3、门4),R-S触发器输入端,b,48,在CP=1期间，只读入数据但不翻转,Q保持不变，不受R,S,J,K的影响，不会空翻。但这时J,K可能变化(CP=1)：,这是准备阶段。,（正常工作时:SD=RD=1）,这时R-S触发器输入端数据可改变(读入)，但Q的状态不变。,(A1),5,6,49,在CP下降沿到来时(CP=0)，R-S触发器更新。门3、门4的延迟时间较长，因此在CP=0时，值保持不变(暂时)。状态更新为：,同时，门3，门4被CP=0封锁，J,K的变化不会影响触发器状态。接着，在过了延迟时间后，由于CP=0，有,（保持状态）,(这时p.48中与门5，6不起作用，关系A1不再成立,两虚线模块构成一个R-S触发器),50,只有当下降沿到达时，触发器状态才更新而且新状态将会维持下去。触发器不会空翻。(CP=1时读入但不翻转，CP=0时瞬间触发，随后封锁输入端，保持),下降沿触发,保持,保持,51,集成边沿型JK触发器的功能表,其特性方程为,52,4.5.1 触发器的分类,1.按照触发器组成结构分类基本R-S触发器 钟脉冲R-S触发器主从触发器 边沿型触发器2.按照逻辑功能分类R-S触发器J-K触发器 D触发器 T触发器,4.5 触发器的功能分类及触发器类型转换,53,T触发器的逻辑符号，真值表，激励表及状态转化图,54,由真值表可得T触发器的特征方程如下：,T=1时：,（4.23）,（4.24）,这就是说，只要有时钟到达，触发器的状态就要翻转。这类触发器常称为计数触发器，又称为,55,4.5.2 触发器类型转换,1.公式法,（以R-S触发器转换为J-K触发器为例）,(0),(4.25),(4.26),(4.27),56,由(4.25)，(4.27)得：,比较得：,57,2.卡诺图法,可得图4-26的设计,58,用同样方法，可得,R-S D,R-S T,59,4.6 激励表的文字填写法,1大写0不写d小写,s,60,W：以R-S触发器为参考,R(r),S(s)(0,1,d),文字,c,61,各端(0,1,d)激励信号与文字的关系,62,4-1、,4-3、,4-4、4-5、,4-6、,4-7、,4-9、,4-10,上交时间：11月17日，星期二,期中考试（闭卷）,时间：2009年11月24日,星期二 内容：一，二，三，四章,