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1、第四章触发器第1页，此课件共48页哦2.触发器的特点触发器的特点(1)有两个稳定状态，“0”态和“1”态；(2)可由输入信号将触发器置“0”态和置“1”态；(3)输入信号消失后，输出仍能自行保持“0”态或“1”态。按电路结构可分为：基本、同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器按逻辑功能可分为：RS触发器、JK触发器、T触发器和D触发器。按触发工作方式分为：上升沿、下降沿触发器和高电平、低电平触发器3.3.分类分类4.4.学习方法学习方法 重点掌握触发器的特性和动作特点。第2页，此课件共48页哦第二节第二节第二节第二节 触发器的电路结构和动作特点触发器的电路结构和动作特点触发器的电路结构和动作特点触
2、发器的电路结构和动作特点一、基本一、基本一、基本一、基本RSRSRSRS触发器的电路结构和动作特点触发器的电路结构和动作特点触发器的电路结构和动作特点触发器的电路结构和动作特点1.1.电电路结构与工作原理路结构与工作原理问题：左图的或非门是不是触发器？答：不是 (1)可输出“0”态和“1”态；(2)可将输出置“0”和“1”；(3)但不能自保持。如何实现自保持呢？在电路中加反馈通道。第3页，此课件共48页哦（1）.或非门构成的基本或非门构成的基本RS触发器触发器 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，如图所示，有两个输入
3、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 ：当Q=1，=0；反之亦然RSQQ过程分析：过程分析：（假设Q=0）1）当R=0，S=0，则：2）当R=0，S=1，则：000110100+00+1010+10+010第4页，此课件共48页哦（1）.或非门构成的基本或非门构成的基本RS触发器触发器 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
4、，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 ：当Q=1，=0；反之亦然过程分析：过程分析：（假设Q=0）1）当R=0，S=0，则：2）当R=0，S=1，则：3）当R=1，S=0，则：4）当R=1，S=1，则：10110+01+1011111011+01+100第5页，此课件共48页哦讨论：讨论：(1)(1)当S=1，R=0时，不论原来的Q是0还是1，都将使Q=1，Q=0，即将触发器置1，称S置位端；(2)当S=0，R=1时，不论原来的Q是0还是1，都将使Q=0，Q=1，即将触发器置0，称R复位端；(3)当S=0，R=0时，输出保持原状态不变；
5、(4)当S=1，R=1时，置Q=Q=0，这是不允许的。原因是首先它破坏了输出的互补关系，其次，当S和R同时为0后，输出状态不定。第6页，此课件共48页哦状态表状态表 输 入输出逻辑功能 R S QnQn+1 1 100禁止10 1 000置010 0 101置111 0 000保持不变 1 1其中其中其中其中Q Qn n 指指指指现态现态现态现态，Q Qn+1n+1指指指指次态次态次态次态第7页，此课件共48页哦特征方程式特征方程式 据表画出卡诺图，化简得：RS=0(约束条件)第8页，此课件共48页哦（2）.与非门构成的基本与非门构成的基本RS触发器触发器 下图是由与非门构成的基本RS触发器过
6、程分析：过程分析：（同样（同样假设Q=0）1）当 =0，=0，则：Q=1,=1 (禁止)2）当 =0，=1，则：Q=0,=1 （复位或置0）3）当 =1，=0，则：Q=1,=0 （置位或置1）4）当 =1，=1，则：Q=0,=1 （保持）Q第9页，此课件共48页哦状态表状态表 输 入输出逻辑功能 QnQn+1 0 000禁止10 0 100置010 1 001置111 1 100保持不变 1 1其中其中其中其中Q Qn n 指指指指现态现态现态现态，Q Qn+1n+1指指指指次态次态次态次态第10页，此课件共48页哦特征方程式特征方程式 据表画出卡诺图，化简得：(约束条件)第11页，此课件共4
7、8页哦基本RS触发器（a）逻辑图;（b）逻辑符号；（c）逻辑符号第12页，此课件共48页哦基本基本RSRS触发器小结：触发器小结：（1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态；（2）有置位(Q=1)、复位(Q=0)、保持原状态三种功能；（3）S为置位输入端，R为复位输入端，可以是低电平有效，可以是高电平有效，取决于触发器的结构。2.2.动作特点：动作特点：SD和RD可以随时改变输出端Q和Q的状态。第13页，此课件共48页哦例：例：由与非门构成的基本RS触发器，已知触发输入如图，触发器初态为0，请画出输出波形图第14页，此课件共48页哦 在数字系统中，为协调个部分的动作，常常要求某些触发器于同一时
8、刻动作，显然基本RS触发器是做不到的。为此，必须引入同步信号，使这些触发器只有在同步信号到达时，才按输入信号改变状态，通常把这个同步信号叫做时钟脉冲，用CP（Clock Pluse的缩写）表示。这种受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器，以区别于基本RS触发器。二、同步触发器的电路结构和动作特点二、同步触发器的电路结构和动作特点二、同步触发器的电路结构和动作特点二、同步触发器的电路结构和动作特点1.1.电路结构与工作原理电路结构与工作原理由由由由两个非门两个非门两个非门两个非门和和和和一个基本一个基本一个基本一个基本RSRS触发器触发器触发器触发器组成组成组成组成。第15页，此课件共48页哦分
9、析：分析：（1）CP=0时，无论S、R为何值，G3G4总输出高电平，由SD和RD为低电 平有效，触发器保持原状态不变。（2）CP=1时，G3、G4的输出取决于R和S,输出Q随R和S的变化而变化。第16页，此课件共48页哦 为增强实用性，有的同步RS触发器上还设有专门的异步置位输入端和异步复位输入端。所谓异步，是指不受时钟信号控制。2.2.同步同步RSRS触发器的动作特点：触发器的动作特点：（1）CP=0时，触发器不接收R、S信号，保持原来的状态。（2）CP=1时，R、S状态将决定输出，如果CP=1期间输入信号多 次发生变化，则触发器状态会多次反转。（抗干扰能力差）第17页，此课件共48页哦例例
10、:CPSRQQ第18页，此课件共48页哦由同步由同步RSRS触发器构成的触发器构成的D D触发器触发器：（1 1 1 1）CP=0CP=0CP=0CP=0时，触发器不接收时，触发器不接收时，触发器不接收时，触发器不接收D D D D信号，保持原来的状态。信号，保持原来的状态。信号，保持原来的状态。信号，保持原来的状态。（2 2 2 2）CP=1CP=1CP=1CP=1时，时，时，时，若若若若D=1D=1D=1D=1，则置，则置，则置，则置1 1 1 1；若若若若D=0D=0D=0D=0，则置，则置，则置，则置0 0 0 0；即：即：即：即：Q Q Q Qn n n n=D=D=D=DS S S
11、 SR R R R1011QQQn+1=1Qn=Qn1Q=Q不变DDDQDQ=DQQn+1=DDQ=D+DQn=D逻辑电路图如下：第19页，此课件共48页哦由同步由同步RSRS触发器构成的触发器构成的JKJK触发器触发器同步JK触发器（a）逻辑电路;（b）逻辑符号 1.电路组成电路组成 同步JK触发器的电路组成如图所示。RD第20页，此课件共48页哦 2.功能分析功能分析 按图的逻辑电路，同步JK触发器的功能分析如下：当CP=0时，R=S=1，Qn+1=Qn触发器的状态保持不变。当CP=1时，将R=，S=代入Qn+1=+RQn,可得第21页，此课件共48页哦 在同步触发器功能表基础上,得到JK
12、触发器的功能表如表所示，状态图如图所示。CP J K Qn+1功能 1111 0 0 0 1 1 0 1 1 Qn01保持置0置1翻转（计数）第22页，此课件共48页哦 3.存在的问题存在的问题 (1)空翻现象。空翻现象就是在CP=1期间，触发器的输出状态翻转两次或两次以上的现象。如图所示，第一个CP=1期间Q状态变化的情况。(2)振荡现象。在同步JK触发器中，由于在输入端引入了互补输出，即使输入信号不发生变化，由于CP脉冲过宽，也会产生多次翻转，称振荡现象。如图所示，在CP=1的第三个脉冲时,由于J=K=1，Qn=0，JK会使Qn+1=1,之后反馈到输入端，如果CP=1较宽，JK会使Qn+1
13、继续转换为0，依次类推，只要CP脉冲继续存在，触发器就会不停地翻转，产生振荡。第23页，此课件共48页哦三、三、三、三、主从触发器的电路结构和动作特点主从触发器的电路结构和动作特点主从触发器的电路结构和动作特点主从触发器的电路结构和动作特点 在刚才讲述的同步RS触发器中，CP=1期间，若R、S多次变化，则输出Q多次翻转，抗干扰能力差。为提高触发器工作的可靠性，希望每个CP周期里输出状态Q只能改变1次，因此设计了主从触发器1 1 1 10 0 0 0封锁保持封锁保持封锁保持封锁保持传递信号传递信号0 0 0 01 1 1 1封锁保持封锁保持封锁保持封锁保持传递信号传递信号1 1、主从、主从RSR
14、S触发器触发器（1 1）结构及原理）结构及原理第24页，此课件共48页哦（2 2）动作特点：）动作特点：（1）触发器翻转分两步：第一步，CP=1期间主触发器接受输入信号，而从触发器保持；第二步，CP下降沿到来时，从触发器按主触发器的输出Q翻转。（2）在CP=1期间，若R、S改变多次，则Q和Q翻转多次，最后的Q将决定Q。（3）从时钟角度来看，主从触发器利用了时钟脉冲的两个边沿。主结构的输出在时钟高电平期间随SR信号变化，在时钟的下降沿输出最终确定，从结构的输出仅在时钟的上升沿一刻。第25页，此课件共48页哦例例例例第26页，此课件共48页哦2 2、主从、主从D D触发器触发器（1 1）结构及原理
15、）结构及原理第27页，此课件共48页哦（2 2）动作特点：）动作特点：主结构：从结构：通过分析，可以得到主从D触发器的特性方程为：第28页，此课件共48页哦3 3、主从、主从JKJK触发器触发器第29页，此课件共48页哦1.1.分析：分析：(1)若J=1,K=0，则CP=1时主触发器置“1”(无论Q是0还是1)，待CP=0后，从触发器也置“1”。(2)若J=0,K=1，则CP=1时主触发器置“0”(无论Q是0还是1)，待CP=0后，从触发器也置“0”。(3)若J=0,K=0，则主、从触发器都保持原状态。(4)若J=1,K=1，若Qn=0，则Qn+1=1；若Qn=1，则Qn+1=0。即Qn+1=
16、Qn。换句话说，J=K=1时，每遇到一个CP的下降沿，则Q翻转一次。2.2.动作特点：动作特点：（1）触发器触发分两步；（2）输出Q是由下降沿来临之前的Q决定的；（3）J=K=1时，触发器遇一个CP下降沿就翻转一次；第30页，此课件共48页哦四、边沿触发器的电路结构和动作特点四、边沿触发器的电路结构和动作特点 引出：在前述的主从RS触发器中，虽然一个CP周期内的输出Q最多只会改变一次，已经提高了抗干扰能力，但是在CP=1期间，当R、S多次变化时，主触发器仍出现多次空翻的现象。为进一步提高触发器的可靠性，提高抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅取决于CP信号的下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态
17、。而在此之前和之后输入状态的变化对触发器的次态没有影响。为实现这一设想，人们相继研制成了各种边沿触发器。目前的边沿触发器有：利用CMOS传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器和利用门电路传输延迟时间的边沿触发器。第31页，此课件共48页哦 CP=0,CP=1CP=0,CP=1CP=0,CP=1CP=0,CP=1时，时，时，时，TG1TG1TG1TG1通，通，通，通，TG2TG2TG2TG2断，断，断，断，Q Q Q Q=D=D=D=D，Q Q Q Q 不能自保持；与此同时，不能自保持；与此同时，不能自保持；与此同时，不能自保持；与此同时，TG3TG3TG3TG3断，断，断，断，TG4TG4TG4T
18、G4通，通，通，通，Q Q Q Q保持原来的状态，但与此时的保持原来的状态，但与此时的保持原来的状态，但与此时的保持原来的状态，但与此时的D D D D无关。无关。无关。无关。1.1.利用利用CMOSCMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器(上升沿触发器上升沿触发器)第32页，此课件共48页哦 CP=1,CP=0CP=1,CP=0CP=1,CP=0CP=1,CP=0时，时，时，时，TG1TG1TG1TG1断，断，断，断，TG2TG2TG2TG2通，通，通，通，Q Q Q Q 为为为为CPCPCPCP上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的D D D D，并通过，并通过，并通过，并通
19、过TG2TG2TG2TG2自保持；与此自保持；与此自保持；与此自保持；与此同时，同时，同时，同时，TG3TG3TG3TG3通，通，通，通，TG4TG4TG4TG4断，断，断，断，Q=QQ=QQ=QQ=Q=上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的D D D D。如此如此如此如此CPCPCPCP周而复始，周而复始，周而复始，周而复始，Q Q Q Q总是反映总是反映总是反映总是反映CPCPCPCP上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的上升沿时刻的D D D D。第33页，此课件共48页哦动作特点：动作特点：输出状态的转换发生在CP上升沿且仅取决于CP上升沿时刻的输入D；输出状态会保持到CP的下
20、一个上升沿。CMOSCMOS边沿触发器的特性表：边沿触发器的特性表：输 入输 出 CP D Q Qn+10011 0101Qn0011第34页，此课件共48页哦2.2.维持阻塞触发器维持阻塞触发器(上升沿触发器上升沿触发器)若电路中没有原图中的根连线，则该图就是一个同步RS触发器。在整个CP=1期间，输出随输入变化而变化。是电平触发而不是边沿触发。维持阻塞维持阻塞RSRS触发器触发器第35页，此课件共48页哦 若在电路中增加两根连线，则G3、G5是一个基本RS触发器，G4、G6是一个基本RS触发器。在CP由0上升为1的瞬间，两个触发器分别锁存输入的RS信号。即使RS信号无效后，仍能记忆CP上升
21、沿时刻的状态，并且维持下去。因此也称维持线。第36页，此课件共48页哦 CP=0时,G3G4输出为1；使G1G2组成的RS基本触发器处于保持状态；CP=1时段：假如上升沿到来时，S=1,R=0而使Q=1；若此后的CP=1期间出现R=1,S=0，即R欲使输出置0；如果不采取措施，则此时G3G4的输出均为0，这是不允许的。但若加上两根线，则G3G4也组成了触发器，当收到S=1,R=1信号时，该新组合的触发器是自保持的，即阻止了R有效信号，因此称为阻塞线。0111011保持不变001111第37页，此课件共48页哦维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器1010第38页，此课件共48页哦3.3.3.3.利
22、用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器(下降沿触发器下降沿触发器下降沿触发器下降沿触发器)(1)CP=0期间，G3G4被封锁，输出不变(2)CP=1期间,J=1,K=0假设Q=0000101101110011000第39页，此课件共48页哦3.3.3.3.利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器(下降沿触发器下降沿触发器下降沿触发器下降沿触发器)(1)CP=0期间，G3G4被封锁，输出不变(3)CP从1-0的下降沿时刻假设Q=01-0100001010
23、01-00-11(4)CP从1-0一段时间后01101(5)CP=0后,让J=0,K=1,输出不变(2)CP=1期间,J=1,K=0第40页，此课件共48页哦总结：总结：（1）从前面的分析来看，边沿触发器仅接受触发脉冲边沿时刻的输入驱动信息。（2）事实上，如果时钟触发时，驱动信息输入的是保持信息，则在时钟高电平期间，驱动输入的其他信息还能被接受。（3）边沿触发器，仅利用了时钟脉冲的一个边沿，成功解决了空翻和震荡现象的发生。第41页，此课件共48页哦第三节第三节 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 上节是站在电路结构的角度对触发器进行了分类：有基本RS触发器、同步RS触发器
24、、主从RS触发器和边沿触发器。本节是站在逻辑功能的角度对触发器进行了分类：有RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。值得注意的是：电路结构和逻辑功能不具有一一对应关系。第42页，此课件共48页哦1.1.RSRS触发器触发器 不论电路结构为何种形式，也不论触发方式为电平触发还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为RS触发器。即满足下式：2.2.JKJK触发器触发器 不论电路结构为何种形式，也不论触发方式为电平触发还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为JK触发器。即满足下式：第43页，此课件共48页哦3.3.D D触发器触发器 不论电路结构为何种形式，也不论触发方式为电平触发
25、还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为D触发器。即满足下式：只要能满足：当T=0时，输出保持原状态；当T=1时，每来一个CP信号，输出翻转一次。均称为T触发器。即满足下式：4.4.T T触发器触发器5.T5.T触发器触发器只要能满足：没有任何控制或驱动信号，每来一个CP信号，输出翻转一次。均称为T触发器。即满足下式：第44页，此课件共48页哦5 5种触发器的相互转换：种触发器的相互转换：1 1、RSRS触发器向类型触发器转换触发器向类型触发器转换RSRS触发器转换为触发器转换为D D触发器触发器比较RS触发器的特征方程与D触发器的特征程：Qn+1=D=D+DQn可知，如果令RS触发器
26、中的S=D，R=D,RS触发器的特征方程变为：Qn+1=D+DQn=D完成转换。第45页，此课件共48页哦RSRS触发器转换为触发器转换为JKJK触发器触发器同样比较RS触发器的特征方程与JK触发器的特征程：可知，如果令RS触发器中的S=，R=K,则完成转换。RSRS触发器转换为触发器转换为T T触发器触发器同样比较RS触发器的特征方程与T触发器的特征程：可知，如果令RS触发器中的S=，R=T,则完成转换。第46页，此课件共48页哦2 2、D D触发器向类型触发器转换触发器向类型触发器转换RSRS触发器转换为触发器转换为T T触发器触发器同样比较RS触发器的特征方程与JK触发器的特征程：可知，如果令RS触发器中的S=，R=1,则完成转换。D D触发器转换为触发器转换为JKJK触发器触发器同样比较D触发器的特征方程与JK触发器的特征程：Qn+1=D可知，如果令D触发器中的则完成转换。第47页，此课件共48页哦3、JK触发器向类型触发器转换。4、T触发器向类型触发器转换。第48页，此课件共48页哦