(触发器).ppt

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1、(触发器触发器)本章主要内容 触发器的性质与分类时钟触发器的逻辑功能时钟触发器的结构形式及触发方式触发器逻辑功能转换本讲要解决的问题问题一： 为了记住电路以前的状态，需要什么电子元件？4.1 触发器的性质及分类触发器触发器: : 是一种具有记忆功能的电子器件。是一种具有记忆功能的电子器件。触发器又称为触发器又称为flip-flop，意译为翘翘板。，意译为翘翘板。为什么叫翘翘板？为什么叫翘翘板？u它有两个稳定的状态：0状态和1状态；u在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；u输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。4.1.1 触发器的性质 与触发器相关的概念触发器有两个互补的输出端有两

2、个互补的输出端: : Q 和和 , ,用于指示当前所处的状用于指示当前所处的状态。态。 “1”态时态时Q端输出高电平，端输出高电平，“0”态时态时Q端输出低电平。端输出低电平。 Q现态：输入作用前的状态，记作现态：输入作用前的状态，记作 和和 ，简记为，简记为 Q 和和 。次态：输入作用后的状态，记作次态：输入作用后的状态，记作 和和 。 nQnQ1nQ1nQQ4.1.2 触发器的类型 根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T触发器； 按照结构形式的不同，又可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。4.2 RS触发器 4.2.1 基本基本R-S

3、触发器触发器 1 用与非门构成的基本用与非门构成的基本R-S触发器触发器 R： 复位复位（Reset）端端 SR QQ S R Q Q(a) 逻辑图(b) 逻辑符号& SRS： 置位置位（Set）端端 SR QQ&工作原理工作原理R SQ10010 10R=0、S=1时：由于R=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成0状态，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。R=0、S=1时：Q1 SR QQ&0110R SQ0 10R=1、S=0时：由于S=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q

4、0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成1状态，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。1 01R=1、S=0时:Q10 SR QQ&1110R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，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。R SQ1 000 111 1不变10R=1、S=1时： SR QQ&0011R SQ1 000 111 1不变0 0不定R=0、S=0时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除后，将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情

5、况，这就是基本RS触发器的约束条件。R=0、S=0时：R SnQ1nQ功 能0 0 00 0 1不 用不 用不 允 许0 1 00 1 10001nQ置 01 0 01 0 11111nQ置 11 1 01 1 101nnQQ1保 持特性表（真值表）特性表（真值表）现态：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态。次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。 Qn0001111000011011RS次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图约束条件 1)(1SRQRSQRSQnnn特性方程特性方程触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系式状态图状态图描述触发

6、器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图011/1/10/01/当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号 01或11，触发器仍为0状态；RS 当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号 10或11，触发器仍为1状态；RSRS若 10，触发器就会翻转成为1状态。RS若 01，触发器就会翻转成为0状态。波形图波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图波形图RSQQ置1置0置1置1置1保持不允许基本基本RS触发器的特点触发器的特点（1 1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。发器的现态有关。（2 2）电

7、路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。电路将保持原状态不变。（3 3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置置0 0或置或置1 1。（4 4）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系，）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系，即有约束条件。即有约束条件。在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器触发器。思考:用或非门能够成RS触发器吗?2 用或非门构成的基本用或非门构成的基本R-S触发器触发器 R： 复位

8、复位（Reset）端端S： 置位置位（Set）端端集成基本集成基本RS触发器触发器(a) 74LS279 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS279 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q1R 1SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND(b) CC4044 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9CC4044 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 4S 4R 1Q 2R 2S 3Q 2Q4Q NC 1S 1R EN 1R 1S VSSEN1时工作EN0时禁止1S2S4.4.3 3 时钟触发器时钟触发器具有时

9、钟输入端具有时钟输入端CP CP 的触发器称为时钟触发器的触发器称为时钟触发器, ,也称为钟控触发器也称为钟控触发器. . 具有时钟输入端具有时钟输入端 的触发器状态的改变不仅取决于数据的输入信号的触发器状态的改变不仅取决于数据的输入信号, ,还还决定于时钟脉冲信号决定于时钟脉冲信号CP.CP. 4.4.3 3.1.1 时钟控制时钟控制R-S触发器触发器基本基本R-S触发器触发器QSRCPQG1G2G3G4控制门控制门 工作原理：工作原理： 当当 CP=0 时，时，G3、G4门被封锁，不门被封锁，不管管R、S如何变化，如何变化，G3、G4门都输出门都输出1。触发器的状态不会改变。触发器的状态不

10、会改变。 当当 CP=1 时，时，G3、G4开放，开放，R、S经过经过G3、G4门反相后，分别施加到门反相后，分别施加到G1、G2门。门。 注意：有效电平变为高电平。注意：有效电平变为高电平。 RSQQCR SQn+1功能说明0 0Q不变0 11置11 00置01 1不定QQn+1RS=00RS=01RS=11RS=1000 101 110 钟控钟控R-SR-S触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号 注意：注意： （1） R、S 端无小圆圈，即高电平为有效电平；端无小圆圈，即高电平为有效电平； （2） C（钟控端）无小圆圈，即高电平期间钟控端）无小圆圈，即高电平期间CP有效。有效。 钟控钟控R-SR

11、-S触发器的描述触发器的描述功能表功能表 状态表状态表 逻辑符号逻辑符号QnQn+1SR00001101001110激励表激励表 QQn+1RS=00RS=01RS=11RS=1000 101 11000,0101100RS100,10状态图状态图 状态表状态表 激励表激励表 状态图：描述时序逻辑电路的重要工具。状态图：描述时序逻辑电路的重要工具。 圆圈表示状态，圈中标上状态值。圆圈表示状态，圈中标上状态值。 箭头线表示状态的转移，线旁的值为发生箭头线表示状态的转移，线旁的值为发生状态转移的条件；状态转移的条件； 图旁标明各输入变量的名称及组合次序。图旁标明各输入变量的名称及组合次序。QnQn

12、+1SR000011010011101nQSRQ0R S次态方程：次态方程： 约束方程：约束方程： 结合约束条件，可得到结合约束条件，可得到特征方程特征方程00 01 11 10QRS011011001nQ由状态表或状态图可作由状态表或状态图可作出出次态的次态的卡诺图卡诺图由卡诺图化简可由卡诺图化简可得到次态方程得到次态方程钟控钟控R-S触发器的特点：触发器的特点： （1 1） 降低了对降低了对R、S信号变化的实时性要求。信号变化的实时性要求。 当时钟处于无效电平时，封锁了电路的输入，在时钟作用之前，当时钟处于无效电平时，封锁了电路的输入，在时钟作用之前， 有足够的时间准备好有足够的时间准备好

13、R、S信号；信号； 当时钟作用时，当时钟作用时，R、S信号已稳定，触发器就能可靠地按要求翻转。信号已稳定，触发器就能可靠地按要求翻转。 通常，时钟信号就是同步时序逻辑的公共时钟，整个电路按时钟通常，时钟信号就是同步时序逻辑的公共时钟，整个电路按时钟 节拍有序工作。节拍有序工作。 （2）仍然存在约束条件，存在仍然存在约束条件，存在“空翻空翻”。 在钟控有效此期间，如果输入信号发生多次变化，将引起触发器在钟控有效此期间，如果输入信号发生多次变化，将引起触发器 发生多次翻转，其中只有某一次翻转是我们所希望的，其它翻转称发生多次翻转，其中只有某一次翻转是我们所希望的，其它翻转称 为为 “空翻空翻”。

14、4.3.D 触发器触发器 目的：解决输入约束问题。目的：解决输入约束问题。 DCQQQDCPQG4G3G1G2基本基本R-S触发器触发器控制门控制门 工作原理：工作原理：（1） CP = 0：G3、G4被封锁，被封锁，D的变的变 化不能传到化不能传到G1、G2，触发器保持状态。，触发器保持状态。（2） CP = 1：G3、G4门开放，门开放，D经经G3、G4转换成一对互补信号送到转换成一对互补信号送到G1、G2。若若D = 0，则则RS=01，Q = 0；若若D = 1，则则RS=10，Q = 1。 结论：结论： （1 1） RS不可能为不可能为11，从而消除了状态，从而消除了状态 不确定，解

15、决了输入约束问题。不确定，解决了输入约束问题。 （2 2） “空翻空翻”现象依然存在。现象依然存在。电路电路逻辑符号逻辑符号 D 触发器的描述触发器的描述DQn+1功能说明00置011置1QQn+1D = 0D = 100 1101110D1000 1QD011010Qn+11nQD由功能由功能表得到表得到状态表状态表功能表功能表状态表状态表状态图状态图12-122-2由状态表得到由状态表得到卡诺图卡诺图由状态表得由状态表得到状态图到状态图也可以由状也可以由状态图得到卡态图得到卡诺图诺图由卡诺图化简得由卡诺图化简得到特征方程到特征方程3特征方程特征方程 维持阻塞维持阻塞D 触发器触发器目的：解

16、决目的：解决“空翻空翻”问题。问题。 QD置置1 1阻阻塞塞线线CPRDSD置置0 0阻阻塞塞线线置置1 1维维持持线线置置0 0维维持持线线QDQSDRDCQ电路电路逻辑符号逻辑符号维持阻塞线路的作用：维持阻塞线路的作用： 仅当仅当CP的上升沿出现的一瞬间，的上升沿出现的一瞬间，D端的数据才能置入触发器。端的数据才能置入触发器。 注意：时钟输入注意：时钟输入端无小圆圈，表端无小圆圈，表示上升沿触发示上升沿触发边沿触发方式：边沿触发方式： 仅在时钟边沿瞬间起触发作用，仅在时钟边沿瞬间起触发作用，抗干扰能力强。抗干扰能力强。 这里为上升沿触发。也有下降沿这里为上升沿触发。也有下降沿触发的。触发的

17、。RD和和SD的用途：的用途： RD：直接复位端，低电平有效：直接复位端，低电平有效 SD ：直接置位端，低电平有效：直接置位端，低电平有效 注意：不允许注意：不允许RD和和SD同时有效同时有效(a) 74LS375 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS375 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 4D 4Q 4Q 2G 3Q 3Q 3D1D 1Q 1Q 1G 2Q 2Q 2D GND(b) CC404 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9CC4042 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 4Q 4D 3D 3Q 3Q 2Q 2Q4Q 1Q 1Q 1

18、D CP POL 2D VSS集成同步集成同步D触发器触发器CP1、2CP3、4POL1时，CP1有效，锁存的内容是CP下降沿时刻D的值；POL0时，CP0有效，锁存的内容是CP上升沿时刻D的值。 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引脚排列图 (b) CC4013引

19、脚排列图集成边沿集成边沿D触发器触发器：CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效。CP上升沿触发4. J-K触发器触发器 目的：引入两种新功能目的：引入两种新功能 （1 1）自动翻转功能；自动翻转功能； （2 2）现态保持功能。）现态保持功能。 QKJCPQG1G2G3G4 工作原理：当工作原理：当 CP 上跳时，有：上跳时，有：（1）现态保持功能。现态保持功能。 若若J=0，K=0，CP的输入被封锁，现态不变。的输入被封锁，现态不变。 （2 2）置置0 0功能。功能。 若若J=0，K=1，G4被封锁被封锁， 若若Q = 1，CP上跳将导致上跳将导致G3的输出端下跳，翻转为的输出端下跳，

20、翻转为 Qn+1= 0； 若若Q = 0，G3和和G4都被封锁，都被封锁，CP的上跳不起作用的上跳不起作用, Qn+1= 0；（3）置置1 1功能。功能。 若若J=1，K=0，由电路的对称性，无论现态为何，由电路的对称性，无论现态为何，CP上跳将置上跳将置1触发器。触发器。 （4）自动翻转功能。自动翻转功能。 若若J=1，K=1， 若现态若现态Q = 0、 ，则则G3被封锁、被封锁、G4开放开放，CP上跳上跳将置将置1触发器。触发器。 若现态若现态Q = 1，则与上述过程相反，则与上述过程相反， CP上跳上跳将置将置0 触发器。触发器。 1Q 注意：注意：CP =1时存在空翻。时存在空翻。 主

21、从主从J-K触发器触发器目的：目的：改进电路，克服改进电路，克服CP =1时时 存在的空翻。存在的空翻。 QSDRD从从触触发发器器KJCP1Q主主触触发发器器CPDQCKSDRDQ主触发器：主触发器： CP上升沿触发后，从触发器上升沿触发后，从触发器 维持前一状态不变。维持前一状态不变。 因有从触发器因有从触发器前一状态前一状态的的封封 锁，锁，主触发器主触发器不会发生空翻。不会发生空翻。主从主从J-K触发器的特点：触发器的特点： （1）后沿型触发器，无空翻现）后沿型触发器，无空翻现象发生。象发生。 （2）有两个输入使能端，具有）有两个输入使能端，具有4种功能，便于使用。种功能，便于使用。

22、（3）CP上升沿采样上升沿采样J-K值，值，CP下降沿新状态才被输出。下降沿新状态才被输出。 从触发器：从触发器： CP下跳下跳沿触发，沿触发，将主触发器将主触发器 的状态置入的状态置入从触发器。从触发器。 注意：时钟输入注意：时钟输入端有小圆圈，表端有小圆圈，表示下降沿触发示下降沿触发电路电路逻辑符号逻辑符号 主从主从J-K触发器的描述触发器的描述由功能由功能表得到表得到状态表状态表功能表功能表状态表状态表状态图状态图12-122-2由状态表得到由状态表得到卡诺图卡诺图由状态表得由状态表得到状态图到状态图也可以由状也可以由状态图得到卡态图得到卡诺图诺图由卡诺图化简得由卡诺图化简得到特征方程到

23、特征方程3J KQn+1功能说明功能说明0 0Q不变不变0 11置置11 00置置01 1翻转翻转QQQn+1JK=00JK=01JK=11JK=1000 0111 100110,110JK100,0101,1100,1000 01 11 10QJK01011100011nQJQKQ特征方程特征方程集成主从集成主从JK触发器触发器 14 13 12 11 10 9 87472 1 2 3 4 5 6 7VCC SD RD K3 K2 K1 Q(b) 7472 的引脚图(a) 74LS76 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS76 1 2 3 4 5 6 7 81K 1

24、Q 1Q GND 2K 2Q 2Q 2J1CP 1SD 1RD 1J VCC2CP 2SD 2RDNC CP J1 J2 J3 Q GND321KKKK 321JJJJ 低电平有效低电平有效CP下降沿触发.3. T触发器触发器 目的：目的：实际中仅需要自动翻转和现态保实际中仅需要自动翻转和现态保 持功能。持功能。TQCQJQCQKTRDRDSDSD 构成：构成：仅需将仅需将J-K端连起来作为端连起来作为T输入端。输入端。 T 触发器的描述：触发器的描述：TQn+1功能功能说明说明0Q不变不变1翻转翻转功能表功能表由功能表得由功能表得到状态表到状态表1QQn+1T = 0T= 100 1110Q

25、2-1状态表状态表由状态表得到由状态表得到卡诺图卡诺图0 1QT011010Qn+110T1010由状态表得由状态表得到状态图到状态图22-2也可以由状态图也可以由状态图得到卡诺图得到卡诺图31nQTQTQ特征方程特征方程. . 各类触发器的相互转换各类触发器的相互转换 1 1. . D D触发器转换成触发器转换成J-KJ-K触发器触发器 DQQ组组合合逻逻辑辑CPJK触触发发器器KJC。（1）画出）画出J-K触发器的逻辑框图触发器的逻辑框图 为把为把D输入转换为输入转换为J、K输入，需设计一输入，需设计一 组合电路组合电路， 以实现从以实现从J、K到到D的变换。的变换。（2 2）求组合逻辑的

26、逻辑表达式）求组合逻辑的逻辑表达式 D触发器的特征方程：触发器的特征方程： J-K触发器的特征方程：触发器的特征方程： 令：令： 即有：即有： 变换为：变换为：1nDQD1nJKQJQ KQ11nnJKDQQD JQ KQD JQ KQ JQ KQ（3 3）画由）画由D触发器组成触发器组成J-K触发器的电路图。触发器的电路图。 QCPQ1KJDQQ组合电路组合电路组合电路组合电路2.2. JKJK触发器触发器D D触发器触发器1J C11KDQQ1CP写出D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JK触发器的特性方程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1与JK触发器的特性方程比较，得：DKD

27、J电电路路图图3.3.将将JKJK触发器转换为触发器转换为RSRS、T T和和T T触发器触发器JK触发器触发器RS触发器触发器01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RS触发器特性方程变换RS触发器的特性方程，使之形式与JK触发器的特性方程一致：RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比较，得：1J C11KSCPRQQ电路图电路图JK触发器触发器T触发器触发器 在数字电路中，凡在在数字电路中，凡在CPCP时钟脉冲控制下，根据输入信号时钟脉冲控制下，根据输入信号T T取值的不同，具取值的不同

28、，具有保持和翻转功能的电路，即当有保持和翻转功能的电路，即当T T0 0时能保持状态不变，时能保持状态不变，T T1 1时一定翻转时一定翻转的电路，都称为的电路，都称为T T触发器。触发器。T QnQn+1功能0 00 101nnQQ1 保持1 01 110nnQQ1翻转特性表特性表逻辑符号逻辑符号 T CP 1TQ Q C1T触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1与JK触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11KTQQCPJK触发器触发器T触发器触发器在数字电路中，凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称为在数字电路中，凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称为T T触发器

29、。触发器。特性表特性表逻辑符号逻辑符号 CP Q Q C1QnQn+1功能0110nnQQ1翻转T 触发器特性方程：与JK触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11K1QQCPnnQQ1变换T触发器的特性方程：nnnnQQQQ111D触发器触发器T触发器触发器nQTDT1D C1QQCP=14.4.将将D D触发器转换为触发器转换为T T和和T T触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器nQD CP1D C1QQ5.5. R-SR-S触发器转换成触发器转换成J-KJ-K触发器触发器 QQ组组合合逻逻辑辑CPKJSQQR组合电路组合电路QCPKJQ11RS组合组合电路电路（1）画

30、出）画出J-K触发器的逻辑框图触发器的逻辑框图 为把为把R、S输入转换为输入转换为J、K输入，需设计一输入，需设计一 组合电路组合电路， 以实现从以实现从J、K到到 R 、 S 的变换。的变换。（2 2）求组合电路的逻辑表达式）求组合电路的逻辑表达式 RS触发器的特征方程：触发器的特征方程： J-K触发器的特征方程：触发器的特征方程： 由真值表求由真值表求 R 和和 S 的表达式：的表达式：10nRSQSRQRS、1nJKQJQKQ输输 入入共同次态共同次态 Qn+1输出输出Q J KR S0 0 00 00 0 10 00 1 010 10 1 110 11 0 010 1 0 101 01

31、 1 010 1 1 101 0RQKSQJ（3）由真值）由真值表求出逻辑表表求出逻辑表达式：达式：（4）画出电路图）画出电路图本节小结触发器是数字电路的极其重要的基本单元。触发器有两个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变为另一个稳态；无外界信号作用时状态保持不变。因此，触发器可以作为二进制存储单元使用。触发器的逻辑功能可以用真值表、卡诺图、特性方程、状态图和波形图等5种方式来描述。触发器的特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，在分析和设计时序电路时常用来作为判断电路状态转换的依据。各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：RS触发器：Qn+1=S+RQn，其约束条件为：RS0JK触发器： Qn+1=JQn+KQnD触发器： Qn+1=DT触发器： Qn+1=TQn+TQnT触发器： Qn+1=Qn不同功能的触发器可能相互转换。