数字电子技术基础(第五版)第五章触发器.ppt
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1、第五章 触发器,内容介绍,本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器,重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点,以及触发器从功能上的分类及相互间的转换。,首先从组成各类触发器的基本部分SR锁存器入手,介绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点,在基础上介绍JK触发器、D触发器、T触发器等,给出触发器的描述方程。,本章重点是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状态方程的描述等。,触发器,重点:动作特点;描述方法;触发器特性表,特征方程;时序图 1、熟悉RS,JK,D,T触发器特性表,特征方程,触发条件,约束条件,异步置数和复位。2、画输出波形,列出驱动、状态、输出方程。3、了解门的传输延迟时
2、间,本章的内容,5.1 概述5.2 SR锁存器5.3 电平触发的触发器5.4 脉冲触发的触发器5.5 边沿触发的触发器5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法*5.7 触发器的动态特性,1、什么是触发器,基本特点?2、何为触发器的“1”和“0”状态?3、触发器分类,5.1 概述,5.1 概述,能够存储1位二值信号的基本单元电路。,b.根据不同的输入信号可以置1或0.c.有两个互补输出端Q,和Q,触发器的特点:,1.触发器:,a.具有两个能自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态的0和1,或二进制数的0和1;,2、何为触发器的“1”和“0”状态?“1”:Q=1,Q=0,5.1 概述,3.分类:,按触发方
3、式:电平触发器、脉冲触发器和边沿触发器,按结构:基本SR锁存器、同步SR触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等,按逻辑功能方式:SR锁存器、JK触发器、D触发器、T触发器、T触发器,根据存储数据的原理:静态触发器和动态触发器,晶态触发器是靠电路的自锁来存储数据的,动态触发器是靠电容存储电荷来存储数据的。,本章讲静态触发器,按照触发方式先介绍基本SR锁存器,再介绍电平触发的触发器、脉冲触发的触发器和边沿触发的触发器。,5.2 SR锁存器,SR锁存器(又叫基本RS触发器)是各种触发器构成的基本部件,也是最简单的一种触发器。,一、电路结构与工作原理,1.由或非门构成:其电路及图形符号如图所
4、示。,图4.2.1,工作原理,5.2 SR锁存器,a.RD0,SD1,图4.2.1,Q0,SD1,Q1,b.RD1,SD0,Q0,RD1,Q 1,锁存器的1态,锁存器的0态,置位端或置1输入端,复位端或置0输入端,0,1,0,1,c.RD0,SD0,Q*0,Q*1,若Q0,图4.2.1,5.2 SR锁存器,Q-原态,Q*-新态,Q*1,Q*0,若Q1,Q*Q 保持原态,0,0,1,0,d.RD1,SD1,5.2 SR锁存器,图4.2.1,QQ=0,为禁态,也称为不定态,即RD和SD同时去掉高电平加低电平,输出状态不定,故输入端应该遵循RDSD0,1,1,1,0,其特性表如表所示,0,0,2.由
5、与非门构成:其电路及图形符号如图所示。,功能表如表所示,5.2 SR锁存器,二、动作特点,5.2 SR锁存器,在任何时刻,输入都能直接改变输出的状态。,例5.2.1 已知由与非门构成的SR锁存器输入端的波形,试画出输出端Q和Q 的波形,解:波形如图所示,图5.2.3,通常用虚线或阴影表示触发器处于不定状态。,置1,置0,不允许,不定,置1,设初态为0,A有0就置1,B有0就置0,利用基本RS触发器消除机械开关振动的影响(a)电路(b)电压波形,A有0就置1,B有0就置0,利用基本RS触发器消除机械开关振动的影响,S,R,5.3 电平触发的触发器,在数字系统中,常常要求某些触发器在同一时刻动作,
6、这就要求有一个同步信号来控制,这个控制信号叫做时钟信号(Clock),简称时钟,用CLK表示。这种受时钟控制的触发器统称为时钟触发器。,一、电路结构与工作原理,图所示为电平触发SR触发器(同步SR触发器)的基本电路结构及图形符号。,基本SR锁存器,输入控制门,只有在CLK1时,SR才能起作用,二、工作原理,5.3 电平触发的触发器,1.CLK0,此时门G3和G4被封锁,输出为高电平。,0,对于由G1和G2构成的SR锁存器,触发器保持原态,即Q*=Q,1,1,2.CLK1,此时门G3和G4开启,触发器输出由S 和R决定。,a.S=0,R=0,1,0,0,1,1,Q*=Q,b.S=0,R=1,5.
7、3 电平触发的触发器,0,1,1,1,0,1,0,Q*=0,c.S=1,R=0,1,1,0,1,0,1,0,Q*=1,d.S=1,R=1,1,1,1,0,0,1,1,Q*=Q*=1(禁态),其功能如表所示,5.3 电平触发的触发器,在某些应用场合,有时需要在时钟CLK到来之前,先将触发器预置成预定状态,故实际的同步SR触发器设置了异步置位端S D和异步复位端R D,其电路及图形符号如图所示,5.3 电平触发的触发器,图5.3.2,当CLK0情况下,S D0,R D1,Q1;S D1,R D1,Q0。不用设置初态时,S DR D1,小圆圈表示低电平有效,无小圆圈表示高电平控制,三、电平触发方式的
8、动作特点:,在CLK1期间,S和R的信号都能通过引导门G3和G4门,从而引起SR锁存器的变化,从而使得触发器置成相应的状态;,5.3 电平触发的触发器,在CLK1的全部时间里S和R的变化都将引起触发器输出端状态的变化。,这种在CLK由“0”到“1”整个正脉冲期间触发器动作的控制方式称为电平触发方式,例5.3.1 对于同步SR触发器,电路、时钟及输入端波形如图所示,若Q 0,试画出Q和 Q 的波形。,5.3 电平触发的触发器,解:输出波形如图所示,例电路如图所示,已知S、R、RD和CLK的波形,且SD=1,试画出Q和Q 的波形。,5.3 电平触发的触发器,图5.3.4,解:其输出波形如图所示,5
9、.3 电平触发的触发器,由此例题可以看出,这种同步RS触发器在CLK1期间,输出状态随输入信号S、R的变化而多次翻转,即存在空翻现象,降低电路的抗干扰能力。而且实际应用中要求触发器在每个CLK信号作用期间状态只能改变一次。另外S和R的取值受到约束,即不能同时为1.,5.3 电平触发的触发器,为了适应单端输入信号的需要,有时将S通过反相器接到R上,如图所示,这就构成了电平触发的D触发器,图5.3.5,D触发器的真值表如表所示,此电路称为D锁存器,其图形符号如图所示,其特点是在CLK的有效电平期间输出状态始终跟随输入状态变化,即输出与输入状态相同。,图5.3.5,表,5.3 电平触发的触发器,5.
10、4 脉冲触发的触发器,为了避免空翻现象,提高触发器工作的可靠性,希望在每个CLK期间输出端的状态只改变一次,则在电平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。,一、电路结构与工作原理,脉冲触发的SR触发器是由两个同样的电平触发SR触发器组成,1.脉冲触发的SR触发器(主从SR触发器)(MasterSlave SR FlipFlop):,典型电路结构形式如图所示。,5.4 脉冲触发的触发器,图5.4.2,由G5G8构成主触发器,由G1G4构成从触发器,它们通过时钟连在一起,CLK从CLK,其图形符号如图所示,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,1.在CLK0时,主触发器保持状态不变,而从触发
11、器保持状态不变;,2.在CLK由0 1(上升沿),从触发器保持状态不变?,0,1,1,1,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,3.在CLK1时,主触发器按S、R变化,而从触发器保持状态不变;,4.在CLK由1 0(下降沿),主触发器保持,从触发器随主触发器的状态翻转,故在CLK的一个周期内,触发器的输出状态之可能改变一次,1,0,1,0,1,0,1,0,主从SR触发器的特性表如表所示,和电平触发的SR触发器相同,只是CLK作用的时间不同,图5.4.2,5.4 脉冲触发的触发器,表5.4.1,表示延迟输出,特点:1.在一次CP作用期间,(从)触发器状态只翻转一次,但主触发器的状态在CP=1期间
12、仍会多次翻转2.注意特性表仅在CP=1时,S、R输入保持恒定不变时才成立,否则从触发器状态由CP下降沿到来时刻主触发器的状态(Q主)决定3.须满足约束条件SR=0,例5.4.1 图为主从型SR触发器输入信号波形,试画出输出端Q 和Q 的波形,设初态为“0”。,5.4 脉冲触发的触发器,图5.4.2,解:其输出波形如图所示,置1,主Q,置0,置1,同步触发器,置1,主Q,置0,置1,主从触发器,置1,从Q,注:主从RS触发器克服了同步RS触发器在CP1期间多次翻转的问题,但在CLK1期间,主触发器的输出仍会随输入的变化而变化,且仍存在不定态,输入信号仍遵守SR0.,2 主从JK触发器:,为了使主
13、从SR触发器在SR1时也有确定的状态,则将输出端 Q 和 Q 反馈到输入端,这种触发器称为JK触发器(简称JK触发器)。实际上这对反馈线通常在制造集成电路时内部已接好。,5.4 脉冲触发的触发器,图5.4.5 为主从JK触发器电路及其图形符号,5.4 脉冲触发的触发器,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,1,0,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,1.JK0,0,0,主触发器保持原态,则触发器(从触发器)也保持原态。即,Q*Q,1,0,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,2.J1,K0,1,0,主触发器:,Q*1,1,0,在CLK的,1,主Q*1,若Q0,Q1,若Q1,Q0,在CLK1时
14、,Q*主=1,Q主*=0,主Q*1,工作原理:,5.4 脉冲触发的触发器,3.JK1,1,1,主触发器:,Q*Q主,1,0,在CLK的,1,Q主*?,0,若Q0,Q1,若Q1,Q0,Q主*0,Q*=Q,Q主*1,J0,K1,0,1,若Q0,Q1,5.4 脉冲触发的触发器,S主0R主0,主触发器保持原态Q*主=Q主=0,在CLK的,从触发器也保持状态不变,即Q*=Q=0,若Q1,Q0,S主0R主1,在CLK1时,主触发器翻转为“0”,即Q*主=0,Q*=0,J1,K0,1,0,若Q0,Q1,5.4 脉冲触发的触发器,S主1R主0,在CLK1时,Q*主=1,Q主*=0,若Q1,Q0,S主0R主0,
15、Q*主=Q*主1,Q*=1,J1,K1,1,1,若Q0,Q1,5.4 脉冲触发的触发器,S主1,R主0,在CLK1时,主触发器翻转为“1”即 Q*主=1,若Q1,Q0,S主0R主1,在CLK1时,主触发器翻转为“0”,即 Q*主=0,Q*=Q,其功能表如表所示,5.4 脉冲触发的触发器,表5.4.2,注:在有些集成触发器中,输入端J和K不止一个,这些输入端是与的关系。如图为其逻辑符号图。,5.4 脉冲触发的触发器,二、脉冲触发方式的动作特点,1.分两步动作:第一步在CLK1时,主触发器受输入信号控制,从触发器保持原态;第二步在CLK到达后,从触发器按主触发器状态翻转,故触发器输出状态只能改变一
16、次;,2.主从JK触发器在CLK1期间,主触发器只可能翻转一次,因为收到反馈回来的输出端的影响,故在CLK1期间若输入发生变化时,要找出CLK 来到前的Q 状态,决定Q*,主从JK触发器:可去掉主从RS的约束条件,能够克服空翻现象,特点:1.在一次CP作用期间,(从)触发器状态只翻转一次;主触发器的状态在CP=1期间只有可能翻转一次(一次翻转现象,区别主从RS)2.注意特性表仅在CP=1时,J、K输入保持恒定不变时才成立,否则从触发器状态由CP下降沿到来时刻主触发器的状态Q决定,例5.4.2 如图所示的主从JK触发器电路中,已知CLK、J、K的波形如图所示,试画出输出端Q和 的波形。,解:输出
17、波形如图所示,5.4 脉冲触发的触发器,图5.4.7,例5.4.3 已知主从JK触发器的输入及时钟波形如图所示,试画出输出端Q和Q波形,5.4 脉冲触发的触发器,解:其输出波形如图所示,一次变化问题,例电路如图所示,触发器为主从型JK触发器,设其初态为0。试画出电路在CLK信号的作用下,Q、P1、P2的波形。,解:其输出波形如图所示,5.4 脉冲触发的触发器,5.4 脉冲触发的触发器,一次变化问题,干扰信号,问题:主从结构的触发器抗干扰能力仍然较差,触发器结构的演变,5.5 边沿触发器的电路结构与动作特点,为了提高触发器工作的可靠性,希望触发器的次态(新态)仅决定于CLK的下降沿(或上升沿)到
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- 数字 电子技术 基础 第五 触发器
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