触发器的电路结构与工作原理.ppt
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1、,5 触发器,5.1 触发器的电路结构与工作原理,5.2 触发器的功能,教学基本要求:,1、熟练掌握不同结构触发器的工作原理及其触发方式。,2、熟练掌握不同功能的触发器的逻辑功能。,3、正确理解触发器的脉冲工作特性。,5 触发器,从电路结构形式的角度,要求熟练掌握各触发器的动作特点,如果给出输入波形,要求能够正确地画出输出波形。,从逻辑功能的角度,要求熟练掌握各触发器的逻辑符号(含义)、特性表、特性方程及状态转换图。同样,如果给出输入波形,要求能够正确地画出输出波形。,5 触发器,教学重点:,建立起两个概念:,现态和次态的概念;,触发器的逻辑功能和电路结构并没有固定的对应关系。,5 触发器,教
2、学重点:,5 触发器,现态:触发器接收输入信号之前的状态,叫做现态,用Qn表示。次态:触发器接收输入信号之后的状态,叫做次态,用Qn+1 表示。,触发器次态输出Qn+1与现态Qn和输入信号之间的逻辑关系,是贯穿本章始终的基本问题。如何获得、描述和理解这种逻辑关系,是本章学习的中心任务。,5 触发器,5.1 触发器的电路结构与工作原理,5.2 集成触发器,5.3 触发器功能的转换,5.4 触发器“记忆”功能的举例,本章讲授思路:,1、时序逻辑电路:数字电路中除组合逻辑电路外,还包括另一类具有记忆功能的电路-时序逻辑电路。,时序逻辑电路任意时刻的输出状态不仅与该当前的输入信号有关,而且与此前电路的
3、状态有关。,2、触发器:触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元。,概 述,能够存储一位二值信息的基本单元电路,基本概念,触发器特点:,1.具有两个能够自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态 0 和 1,2.根据不同的输入信号,可将输出置成 0 或 1。,3.输入信号消失后,能将获得的状态保存下来。,重点:,触发器外部逻辑功能、触发方式。,我们在学习过程中,只需了解各种触发器的基本工作原理,但要重点掌握它们的逻辑功能,以便能正确使用它们。,3、触发器的分类,按电路结构分:,基本RS触发器,同步RS触发器,主从触发器,边沿触发器,按逻辑特性分:,RS触发器:置0、置1、保持、不定,JK触发器:置0、
4、置1、计数、保持,D触发器:置0、置1,T触发器:计数、保持,时钟触发器,概 述,5.1 触发器的电路结构与工作原理,5.1.1 基本 RS 触发器,5.1.2 同步RS触发器,5.1.3 主从触发器,5.1.4 边沿触发器,5.1.1 基本RS触发器,反馈,输入端,输出端,由两个与非门组成,逻辑符号,电路结构与逻辑符号,各种触发器组成的基本单元电路,触发器由逻辑门加反馈电路构成,电路有两个互补的 输出端Q和,其中Q的状态称为触发器的状态。,2、工作原理,1)无有效电平输入(S=R=1)时,触发器保持稳定状态不变,1,1,若初态Qn=1,若初态 Qn=0,1,0,1,0,1,0,1,1,5.1
5、.1 基本RS触发器,触发器保持原有状态不变,即原来的状态被触发器存储起来,这体现了触发器具有记忆能力。,2)在有效电平作用下(S=0、R=1),无论初态Q n为0或1,触发器都会转变为1态。,0,1,若初态Qn=1,若初态Qn=0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,5.1.1 基本RS触发器,2、工作原理,这种情况称将触发器置1或置位。S端称为触发器的置1端或置位端。,3)在有效电平作用下(S=1、R=0),无论初态Q n为0或1,触发器都会转变为0态。,1,0,初态Qn=x,x,1,0,5.1.1 基本RS触发器,这种情况称将触发器置0或复位。R端称为触发器的置0端或复位端。,2、工作原
6、理,4)当(S=0、R=0)时,无论初态Q n为0或1,触发器状态不定。,0,0,初态Qn=x,1,1,5.1.1 基本RS触发器,2、工作原理,3、触发方式,0,1,1,0,1,0,置1端,置0端,基本触发器的触发方式属电平触发。,5.1.1 基本RS触发器,4、逻辑功能,逻辑功能表,R+S=1,保持,置1,置零,不定,5.1.1 基本RS触发器,触发器的新状态Qn+1(也称次态)不仅与输入状态有关,也与触发器原来的状态Qn(也称现态或初态)有关。,5.1.1 基本RS触发器,特点:有两个互补的输出端,有两个稳态。有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原状态三种功能。R为复位输入端,S为置位
7、输入端,该电路为低电平有效。由于反馈线的存在,无论是复位还是置位,有效信号只须作用很短的一段时间。即“一触即发”。,4、逻辑功能,画工作波形的方法:1.根据触发器动作特征确定状态变化的时刻;2.根据触发器的逻辑功能确定Qn+1。,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,0,不定,不变,不定,置1,不变,置1,不变,置0,不变,工作波形能直观地表示其输入信号与输出的时序关系。,5.1.1 基本RS触发器,4、逻辑功能,5.1.1 基本RS触发器,5.用或非门实现的基本RS触发器,(a)逻辑图,(b)逻辑符号,输入高电平有效,由逻辑图可得逻辑表达式为:,综上所述,基本R
8、S触发器具有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原状态三种功能,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。,6、应用举例,例1 用基本RS触发器和与非门构成四位二进制数码寄存器。,高电平有效,低电平有效,5.1.1 基本RS触发器,数码输入,数码输出,置数控制(LD),清零输入(Cr),工作原理:,第一步:清零过程,0,0,1,不变,置0,S=1,R=0,S=1,R=1,1,R=1,置1,Qi=1,不变,Qi=0,第二步:置数过程,Qi=Di,1,0,不变,S=1,R=1,保 持 为 0,置 数 前 先 清 零,5.1.1 基本RS触发器,例2
9、消除机械开关振动引起的抖动现象,S,R,S接B,S 接A,悬空时间,S接A振动,S悬空时间,接 B振动,S,R,5.1.1 基本RS触发器,基本RS触发器存在的问题:,由与非门组成的基本RS触发器可以实现记忆元件的功能,但是当RS端从“00”变化到“11”时,触发器的下一个状态不能确定,在使用中要加以约束,给使用带来不便。,由或非门组成的基本RS触发器同样存在这一问题。因此,要对触发器的输入加以控制。,实际应用的触发器是电平型或脉冲型触发器,电路的抗干扰能力差。,5.1.1 基本RS触发器,5.1.2 同步RS触发器,在实际应用中,触发器的工作状态不仅要由R、S端的信号来决定,而且还希望触发器
10、按一定的节拍翻转。为此,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。具有时钟脉冲控制的触发器状态的改变与时钟脉冲同步,所以称为同步触发器。,5.1.2 同步RS触发器,逻辑符号,电路结构,1、电路结构及逻辑符号,电路结构:由基本RS触发器和时钟脉冲控制门电路组成。,基本RS触发器,输入控制电路,2、工作原理,S=0,R=0:Qn+1=Qn,S=1,R=0:Qn+1=1,S=0,R=1:Qn+1=0,S=1,R=1:Qn+1=,CP=1:,CP=0:状态不变,0,1,3、触发方式:,为时钟高电平触发方式。,状态发生变化。,5.1.2 同步RS触发器,同步RS
11、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。,3、触发器功能的几种表示方法,1)逻辑功能表(CP=1),5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法,2)特性方程,(约束条件),5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法,触发器次态Qn+1与输入状态R、S及现态Qn之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。,3)状态转换图,S=0 R=1,S=1 R=0,S=x R=0,S=0 R=x,逻辑功能表,任何电路结构的 RS触发器都有与此相同的功能表、特性方程及状态转换图。,5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法,状
12、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。,4)驱动表 驱动表是用表格的方式表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时,对输入信号的要求。,5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法,驱动表对时序逻辑电路的设计是很有用的。,5)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,在CP为低电平期间,触发器的状态不变。,在CP为高电平期间,R、S信号影响触发器的状态。,5.1.2 同步RS触发器-触发器功能的几种表示方法,4、时序电路分析举例,例1 同步RS触发器及逻辑门组成的时序电路及输入CP、D端波形如图所示,设触发器初态为0
13、,试画出触发器Q 端的输出电压波形。同步D锁存器(或称双稳态锁存器),适用于单端输入信号的场合。,解:同步RS触发器S=D,R=D,电路只有置0、置1两种逻辑功能。,5.1.2 同步RS触发器,5.同步RS触发器存在的问题:,在一个时钟周期的整个高电平期间或整个低电平期间都能接收输入信号并改变状态的触发方式称为电平触发。由此引起的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。空翻是一种有害的现象,它使得时序电路不能按时钟节拍工作,造成系统的误动作。,5.1.2 同步RS触发器,造成空翻现象的原因是同步触发器结构的不完善,下面将讨论的几种无空翻的触发器,都是从结构上采取措施,从而克服了
14、空翻现象。,5.同步RS触发器存在的问题:,在一个时钟周期的整个高电平期间或整个低电平期间都能接收输入信号并改变状态的触发方式称为电平触发。由此引起的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。空翻是一种有害的现象,它使得时序电路不能按时钟节拍工作,造成系统的误动作。造成空翻现象的原因是同步触发器结构的不完善。,5.1.2 同步RS触发器,若要达到每来一个时钟只变化一次,对信号的要求是:信号的最小周期大于时钟周期。,电路对信号的敏感时间长,抗干扰能力差。,(1)电路结构和逻辑符号,主触发器,从触发器,Q,逻辑符号,1、由两个同步RS触发器组成的主从触发器,5.1.3 主从触发器,“
15、”表示“延迟输出”,直接接收输入信号,接收主触发器的输出信号,当CP=1时:,CP=1,1,1,1,0,G7被打开,G8被打开,1,1,5.1.3 主从触发器,(2)工作原理(内部原理分析),(2)工作原理,主触发器,从触发器,当CP=1时,两个同步RS触发器都是在CP=1时有效。,主触发器根据S和R的状态翻转,而从触发器保持原来的状态不变。,1,0,有效电平,无效电平,5.1.3 主从触发器,主触发器,从触发器,当CP由1变0时,无论S、R的状态如何改变,主触发器的状态不再改变。而此时从触发器按照与主触发器相同的状态翻转。,10,01,无效电平,有效电平,5.1.3 主从触发器,(2)工作原
16、理,主触发器,从触发器,当CP=0时,主触发器被封锁,其状态保持不变;从触发器状态因受主触发器状态影响,此时主触发器状态不变,故从触发器状态也不会再变。,0,无效电平,1,有效电平,5.1.3 主从触发器,(2)工作原理,(3)RS 触发器功能分析,1)特性方程,(约束条件),2)逻辑功能表,3)状态转换图,S=0 R=1,S=1 R=0,S=x R=0,S=0 R=x,5.1.3 主从触发器,(4)电路特点,主从RS触发器采用主从控制结构,从根本上解决了输入信号直接控制的问题。具有CP1期间接收输入信号,CP下降沿到来时触发翻转的特点。在CP的一个变化周期中触发器输出端的状态只可能改变一次。
17、主从触发器的翻转是在CP由1变0时刻(CP下降沿)发生的,CP一旦变为0后,主触发器被封锁,其状态不再受R、S影响,故主从触发器对输入信号的敏感时间大大缩短,只在CP由1变0的时刻触发翻转,因此不会有空翻现象。仍然存在着约束问题。即在CP1期间,输入信号R和S不能同时为1。,5.1.3 主从触发器,5.1.3 主从触发器,RS触发器的特性方程中有一约束条件SR=0,即在工作时,不允许输入信号R、S同时为1。这一约束条件使得RS触发器在使用时,有时感觉不方便。如何解决这一问题呢?我们注意到,触发器的两个输出端Q、在正常工作时是互补的,即一个为1,另一个一定为0。因此,如果把这两个信号通过两根反馈
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