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1、集成触发器本讲稿第一页，共一百零三页5.1概述概述触发器是时序逻辑电路的基本单元电路，是具有触发器是时序逻辑电路的基本单元电路，是具有记忆功能的逻辑器件，可保存一位二值量。记忆功能的逻辑器件，可保存一位二值量。1.触发器（触发器（Flip-Flop，简称，简称FF）能够存储一位二值信息的基本单元电路。能够存储一位二值信息的基本单元电路。触发器是在门电路的基础上引入适当的反馈构成的。触发器是在门电路的基础上引入适当的反馈构成的。本讲稿第二页，共一百零三页2.触发器的基本性质触发器的基本性质(1)具有两个稳定的状态，分别用具有两个稳定的状态，分别用“1”和和“0”表示；表示；(2)由一个稳态到另一
2、稳态，必须有外界信号的触发。否则它将长期稳由一个稳态到另一稳态，必须有外界信号的触发。否则它将长期稳定在某个状态，即长期保持所记忆的信息；定在某个状态，即长期保持所记忆的信息；一般用一般用Q的状态代表触发器的状态。的状态代表触发器的状态。(3)具有两个输出端：原码输出具有两个输出端：原码输出Q和反码输出和反码输出Q。3.触发器分类触发器分类按触发方式分：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：按逻辑功能分：R-S触发器、触发器、D触发器、触发器、J-K触发器和触发器和T触发器。触发器。本讲稿第三页，共一百零三页5.2基本基
3、本RS触发器触发器基本基本RS触发器是电路结构最简单的触发器，其它类型的触发器都触发器是电路结构最简单的触发器，其它类型的触发器都是在此基础上发展而来的。是在此基础上发展而来的。5.2.1电路结构及功能特点电路结构及功能特点1.电路结构及符号电路结构及符号&(b)符号图符号图SR(a)逻辑图逻辑图QQ本讲稿第四页，共一百零三页&(b)符号图符号图SR(a)逻辑图逻辑图一般用一般用Q端的逻辑值来表示触发器的状态。端的逻辑值来表示触发器的状态。触发器有两个互补输出端触发器有两个互补输出端Q和和Q。Q=1，Q=0时，称触发器处于时，称触发器处于1状态；状态；Q=0,Q=1时，称触发器处于时，称触发器
4、处于0状态。状态。QQ本讲稿第五页，共一百零三页&(b)符号图符号图SR(a)逻辑图逻辑图R、S为触发器的两个输入端为触发器的两个输入端(或称激励端或称激励端)。当输入信号当输入信号R、S不变化不变化(即即R S=11)时，该触发器必定处于时，该触发器必定处于Q=1或或Q=0的某一状态保持不变，所以它是具有两个稳定状态的某一状态保持不变，所以它是具有两个稳定状态的双稳态触发器。的双稳态触发器。QQ本讲稿第六页，共一百零三页把输入信号作用前的触发器状态称为现在状态把输入信号作用前的触发器状态称为现在状态(简称现态简称现态)，用，用Qn(或或Q)表示表示;当输入信号变化时，触发器可以从一个稳定状态
5、转换到另当输入信号变化时，触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。一个稳定状态。把在输入信号作用后触发器所进入的状态称为下一状态把在输入信号作用后触发器所进入的状态称为下一状态(简称次简称次态态)，用，用Qn+1表示。表示。2.功能描述功能描述本讲稿第七页，共一百零三页&SRa.当当R=0，S=1时，无论触发器原来处于什么状态，时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一其次态一定为定为0，即，即Qn+1=0，Qn+1=1，称触发器处于置，称触发器处于置0(复位复位)状态。状态。b.当当R=1，S=0时，无论触发器原来处于什么状态，时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一其次态一定为定为1，
6、即，即Qn+1=1，Qn+1=0，称触发器处于置，称触发器处于置1(置位置位)状态。状态。QQ本讲稿第八页，共一百零三页c.当当R=1，S=1时，触发器状态不变，时，触发器状态不变，即即Qn+1=Qn，称触发器处，称触发器处于称触发器处于保持于称触发器处于保持(记忆记忆)状态。状态。&SRQQ本讲稿第九页，共一百零三页d.当当R=0，S=0时，两个与非门输出均为时，两个与非门输出均为1(高电平高电平)，此时，此时破坏了触发器的互补输出关系，这种情况是不允许的。破坏了触发器的互补输出关系，这种情况是不允许的。因此规定输入信号因此规定输入信号R、S不能同时为不能同时为0，它们应遵循，它们应遵循R+
7、S=1的约束条件。的约束条件。&SRQQ本讲稿第十页，共一百零三页该触发器又称为置位该触发器又称为置位复位触发器或复位触发器或R S触发器。触发器。可见，基本可见，基本RS触发器具有置触发器具有置0、置、置1和保持的逻辑功能，通常和保持的逻辑功能，通常S称为置称为置1端或置位端或置位(SET)端，端，R称为置称为置0或复位或复位(RESET)端。端。因为触发器是以因为触发器是以R和和S为低电平时被清为低电平时被清0和置和置1的，所以的，所以称称R、S低电平有效。低电平有效。&SRQQ本讲稿第十一页，共一百零三页由于基本由于基本RS触发器的输入信号直接控制其输出状态，故它触发器的输入信号直接控制
8、其输出状态，故它又称为直接置又称为直接置1(置位置位)、清、清0(复位复位)触发器，其触发方式为直接触发方触发器，其触发方式为直接触发方式。式。3.状态转移真值表状态转移真值表(状态表状态表)&SRQQ本讲稿第十二页，共一百零三页将触发器的次态将触发器的次态Qn+1与现态与现态Qn、输入信号之间的逻辑关系用表格、输入信号之间的逻辑关系用表格形式表示出来，这种表格就称为状态转移真值表，形式表示出来，这种表格就称为状态转移真值表，简称状态表。简称状态表。状态转移真值表本讲稿第十三页，共一百零三页状态表的简化表状态表的简化表状态表状态表本讲稿第十四页，共一百零三页状态表状态表次态卡诺图次态卡诺图本讲
9、稿第十五页，共一百零三页4.特征方程特征方程(状态方程状态方程)描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程或状态方程、描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程或状态方程、次态方程。次态方程。对次态卡诺图化简，得对次态卡诺图化简，得触发器的特征方程为触发器的特征方程为(约束条件约束条件)本讲稿第十六页，共一百零三页5.状态转移图状态转移图(状态图状态图)箭头旁的标注表示转移条件。箭头旁的标注表示转移条件。状态转移图是用图形方式来描述触发器的状态转移规律。状态转移图是用图形方式来描述触发器的状态转移规律。基本基本RS触发器的状态转移图。触发器的状态转移图。图中两个圆圈分别表示触发器的两个稳定状态
10、；图中两个圆圈分别表示触发器的两个稳定状态；箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向；箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向；本讲稿第十七页，共一百零三页6.波形图波形图工工作作波波形形图图又又称称时时序序图图，它它反反映映了了触触发发器器的的输输出出状状态态随随时时间和输入信号变化的规律。间和输入信号变化的规律。基本基本RS触发器波形图触发器波形图本讲稿第十八页，共一百零三页7.动态特性动态特性twtpdQtpdttt&tpd为门的传输延迟时间为门的传输延迟时间在在S端加负脉冲的作用下，触发器被触发翻转过程的波形图。端加负脉冲的作用下，触发器被触发翻转过程的波形图。本讲稿第十九页，共一百零三页
11、由图可知，只要负脉冲的宽度由图可知，只要负脉冲的宽度tw大于大于2tpd，触发器就能建，触发器就能建立起稳定的新状态。故要求立起稳定的新状态。故要求和和有效信号宽度有效信号宽度tw2tpd。SRtwtpdQtpdttt&本讲稿第二十页，共一百零三页2.用于防抖动开关用于防抖动开关开关反跳现象开关反跳现象及改善后的波形图及改善后的波形图uAuB反跳反跳反跳反跳电路图电路图SR+5VRRuAuB5.2.2基本基本RS触发器的应用触发器的应用1.作为随机存储器作为随机存储器本讲稿第二十一页，共一百零三页5.3同步触发器同步触发器同步触发器同步触发器与时钟同步工作的触发器，也称为时钟控制触发与时钟同步
12、工作的触发器，也称为时钟控制触发器。器。在实际应用中，往往要求多个触发器在一个控制信号作用下有节拍地在实际应用中，往往要求多个触发器在一个控制信号作用下有节拍地同步工作，该控制信号称为时钟脉冲同步工作，该控制信号称为时钟脉冲(ClockPulse，简称，简称CP)。同步触发器的特点：同步触发器的特点：(2)只有当时钟脉冲到来时，输入信号才能决定触发器的状态。只有当时钟脉冲到来时，输入信号才能决定触发器的状态。(1)无时钟脉冲时，输入信号不起作用，触发器状态保持不变。无时钟脉冲时，输入信号不起作用，触发器状态保持不变。本讲稿第二十二页，共一百零三页1.电路结构及工作原理电路结构及工作原理5.3.
13、1同步同步RS触发器触发器(1)逻辑图逻辑图R为置为置0端，端，S为置为置1端。端。G1、G2门构成触发引导电路。门构成触发引导电路。CP为时钟输入端。为时钟输入端。1S、1R 和和C1表示：表示：只有在只有在CP=1时，时，S或或R输入为输入为1才能使触发器置才能使触发器置1或清或清0。G1&SR&CPFFG2逻辑图逻辑图(2)逻辑符号逻辑符号1S1RC1逻辑符号逻辑符号QQ本讲稿第二十三页，共一百零三页&SR&CPFFG21S1RC1(3)工作原理工作原理当当CP=0时，时，G1、G2门被封锁，输出不变化；门被封锁，输出不变化；当当CP=1时，时，G1、G2门开启，门开启，R、S信号才有可
14、能使触发器翻转。信号才有可能使触发器翻转。G1QQ本讲稿第二十四页，共一百零三页2.功能描述功能描述此时无论此时无论R、S如何变化，均不会改变如何变化，均不会改变C、D门的输出，故对状态门的输出，故对状态无影响。无影响。(1)当当CP=0时时触发器不工作，此时触发器不工作，此时G1、G2门输出均为门输出均为1，基本基本RS触发器处于触发器处于保持态。保持态。&SR&CPFFG21S1RC1G1QQ本讲稿第二十五页，共一百零三页(2)当当CP=1时，触发器工作，其逻辑功能如下：时，触发器工作，其逻辑功能如下：R=0,S=,Qn+1=1，触发器置，触发器置“1”；R=1,S=0,Q n+1=0，触
15、发器置，触发器置“0”；R=S=0,Qn+1=Qn，触发器状态不变；，触发器状态不变；R=S=1,触发器失效，工作时不允许。触发器失效，工作时不允许。&SR&CPFFG21S1RC1G1QQ本讲稿第二十六页，共一百零三页3.同步同步RS触发器的状态转换表触发器的状态转换表CP0011111111Qn+1010100111*1*S R Qn01000001010011100101110111说说明明保持原状态不变保持原状态不变Qn+1QnQn+10Qn+11不允许状态不允许状态本讲稿第二十七页，共一百零三页4.次态卡诺图次态卡诺图5.特征方程特征方程（约束条件）（约束条件）6.状态图状态图000
16、1111001010011SRQn+1QnS=0R=S=R=0R=0,S=1S=0,R=101本讲稿第二十八页，共一百零三页7.波形图波形图本讲稿第二十九页，共一百零三页1.电路结构及符号电路结构及符号逻辑图逻辑图CP1S1RC11D5.3.2同步同步D触发器触发器称为同步式称为同步式D触发器触发器,适用于单输入信号的场合。适用于单输入信号的场合。在在RS触发器的输入端增加一个非门，则自动满足约束条件触发器的输入端增加一个非门，则自动满足约束条件1DC1逻辑符号图逻辑符号图QQ本讲稿第三十页，共一百零三页逻辑图逻辑图CP1S1RC11D1DC1逻辑符号图逻辑符号图D=1，Q n+1=1。2.功
17、能描述功能描述当当CP=0时，触发器不工作，触发器处于维持状态。时，触发器不工作，触发器处于维持状态。当当CP=1时，触发器功能如下：时，触发器功能如下：D=0,Qn+1=0;QQ本讲稿第三十一页，共一百零三页3.D触发器真值表触发器真值表CP001111Qn+1010011D Qn0100011011说明说明状态不变状态不变清清0置置 1本讲稿第三十二页，共一百零三页4.D触发器的次态卡诺图和状态转换图触发器的次态卡诺图和状态转换图5.D触发器的特性方程触发器的特性方程Qn+1=D0101DQn+1Qn0011次态卡诺图次态卡诺图D=0D=1D=1D=001状态转换图状态转换图本讲稿第三十三
18、页，共一百零三页6.D触发器的工作波形触发器的工作波形CP01DQ1100111 由于由于D触发器的次态触发器的次态Qn+1随输入随输入D的状态而定，故常的状态而定，故常用来锁存数据，称为用来锁存数据，称为D锁存器。锁存器。7.D触发器的应用触发器的应用本讲稿第三十四页，共一百零三页1.电路结构及工作原理电路结构及工作原理5.3.3同步同步JK触发器触发器CP1S1RC1&JK逻辑图逻辑图符号图符号图1J1KC1QQ本讲稿第三十五页，共一百零三页RS触发器的约束条件自动成立，因此，对触发器的约束条件自动成立，因此，对J、K无约束条件。无约束条件。由图可见：由图可见：CP1S1RC1&JK本讲稿
19、第三十六页，共一百零三页2.功能描述功能描述当当CP=0时，触发器不工作，时，触发器不工作，触发器处于维持状态。触发器处于维持状态。当当CP=1时，触发器功能如下：时，触发器功能如下：J=0,K=0,Qn+1=Qn;CP1S1RC1&JKJ=0,K=1,Qn+1=0;J=1,K=0,Qn+1=1;J=1;K=1,Qn+1=Qn，计数状态。，计数状态。本讲稿第三十七页，共一百零三页3.JK触发器的状态转换表触发器的状态转换表CP0011111111Qn+10101001110S R Qn01000001010011100101110111说说明明状态不变状态不变本讲稿第三十八页，共一百零三页4.
20、JK触发器的次态卡诺图和状态转换图触发器的次态卡诺图和状态转换图5.JK触发器的特征方程触发器的特征方程000111100101001011JKQn+1Qn次态卡诺图次态卡诺图状态转换图状态转换图J=0K=J=K=001J=1,K=J=,K=1本讲稿第三十九页，共一百零三页6.JK触发器的工作波形图触发器的工作波形图CP01JQ1100K01本讲稿第四十页，共一百零三页1.电路结构及工作原理电路结构及工作原理5.3.4同步同步T触发器触发器1J1KC1CPT逻辑图逻辑图1TC1符号图符号图QQ本讲稿第四十一页，共一百零三页CP001111Qn+1010110T Qn0100011011说说明明
21、状态不变状态不变2.T触发器的状态转换表触发器的状态转换表1J1KC1CPT本讲稿第四十二页，共一百零三页3.T触发器的次态卡诺图和状态转换图触发器的次态卡诺图和状态转换图0101TQn+1Qn0110T=0T=0T=1T=101(a)次态卡诺图次态卡诺图(b)状态转换图状态转换图4.T触发器的特征方程触发器的特征方程本讲稿第四十三页，共一百零三页5.T触发器触发器T触发器的特征方程触发器的特征方程 即每来一个即每来一个CP脉冲，其状态变换一次，故称其为翻转触脉冲，其状态变换一次，故称其为翻转触发器，或发器，或T触发器。触发器。如使如使T=1，则特征方程为，则特征方程为本讲稿第四十四页，共一百
22、零三页上述同步触发器在上述同步触发器在CP=1期间，输入信号都能影响触发器的输出期间，输入信号都能影响触发器的输出状态，这种触发方式称为状态，这种触发方式称为电平触发方式电平触发方式。5.3.5同步触发器的触发方式及存在问题同步触发器的触发方式及存在问题同步触发器有可能使触发器在一个同步触发器有可能使触发器在一个CP脉冲期间发生多次翻转，脉冲期间发生多次翻转，这种两次或两次以上翻转的现象称为这种两次或两次以上翻转的现象称为空翻空翻。本讲稿第四十五页，共一百零三页例例在同步在同步RS触发器中，若已知触发器中，若已知CP、R、S的波形，试画出的波形，试画出Q端的波形（假设触发器的初始状态为端的波形
23、（假设触发器的初始状态为0）。）。CPSRCP=1时，触发器的状态由时，触发器的状态由R和和S决定。决定。解解由同步由同步RS触发器的逻辑功能知：触发器的逻辑功能知：CP=0时，触发器保持原状时，触发器保持原状Q=0；本讲稿第四十六页，共一百零三页CPSRQ00001111Q端的波形端的波形由图可见，在一个由图可见，在一个CP脉冲期间，触发器发生三次翻转。脉冲期间，触发器发生三次翻转。为防止空翻，须对为防止空翻，须对CP持续时间有严格规定或对电路结构进行持续时间有严格规定或对电路结构进行改进。改进。在数字电路中，为保证电路稳定可靠地工作，要求一个在数字电路中，为保证电路稳定可靠地工作，要求一个
24、CP脉冲期间，脉冲期间，触发器只能动作一次。触发器只能动作一次。本讲稿第四十七页，共一百零三页5.4无空翻触发器无空翻触发器(b)在在CP脉冲到来时，主触发器随输入信号改变状态脉冲到来时，主触发器随输入信号改变状态;a.主从触发器分的分类：分主从触发器分的分类：分RS主从触发器和主从触发器和JK主从触发器。主从触发器。5.4.1主从主从JK触发器触发器b.主从触发器分的特点：主从触发器分的特点：(a)其结构是由主触发器和从触发器两部分构成其结构是由主触发器和从触发器两部分构成;(c)当当CP脉冲消失时，从触发器随主触发器状态翻转，而与此时的输脉冲消失时，从触发器随主触发器状态翻转，而与此时的输
25、入无关。入无关。本讲稿第四十八页，共一百零三页1.主从主从JK触发器电路结构触发器电路结构主从主从JK触发器逻辑图和符号图触发器逻辑图和符号图1J1KC1SRCP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK本讲稿第四十九页，共一百零三页CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JKFFB为从触发器为从触发器FFA为主触发器为主触发器1J1KC1SRS和和R表示异步置表示异步置1和清和清0端，不受端，不受CP的控制，直接置位端与直接复位端。的控制，直接置位端与直接复位端。如不需直接置如不需直接置1和清和清0时，时，S和和R端端应接高电平。应接高电平。本讲稿第五十页，共一百零三页CP1S
26、1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK2.逻辑功能分析逻辑功能分析在此期间，在此期间，FFB被被封锁保持不变（锁定）。封锁保持不变（锁定）。CP(1)当当CP=1，时，时，FFA的状态由的状态由J和和K输入端信号决定。输入端信号决定。本讲稿第五十一页，共一百零三页CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JKCP(2)当当CP=0，时时从触发器输入门被打开，从触发器按照主触发器的状态从触发器输入门被打开，从触发器按照主触发器的状态(即主触发器维即主触发器维持在持在CP下降沿前一瞬间的状态下降沿前一瞬间的状态)翻转。翻转。触发器被封锁，输入触发器被封锁，输入J、K的变化不会引起主触发
27、器状态变化；的变化不会引起主触发器状态变化；本讲稿第五十二页，共一百零三页CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JKCP即将主触发器的状态转移到从触发器的输出端，从触发器的即将主触发器的状态转移到从触发器的输出端，从触发器的状态和主触发器一致。状态和主触发器一致。此时：此时：本讲稿第五十三页，共一百零三页第二步，在第二步，在CPCP下降沿下降沿(10(10时时)从触发器的输出才改变从触发器的输出才改变一次状态。此后主从触发器的状态皆不改变。一次状态。此后主从触发器的状态皆不改变。可见，主从触发器可见，主从触发器克服了空翻。克服了空翻。CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1J
28、K1J1KC1SRCP 整个触发器的翻整个触发器的翻转分两步完成：转分两步完成：第一步，第一步，CP=1时，触时，触发器接受输入信号，发器接受输入信号，输入信号决定主触发输入信号决定主触发器的状态。器的状态。本讲稿第五十四页，共一百零三页国标符号中，框内国标符号中，框内“”号表示延迟输出，号表示延迟输出，即即CP=0以后触发器输出状态才改变。以后触发器输出状态才改变。CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK1J1KC1SRCP本讲稿第五十五页，共一百零三页CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK1J1KC1SRCP2.状态方程状态方程由由得得本讲稿第五十六页，共一百零三
29、页3.主从主从JK触发器工作波形分析触发器工作波形分析主触发器在主触发器在CP=1期间期间接受输入信号。接受输入信号。QAQB0101CPJK000111从触发器在从触发器在CP从从10与主触发器的与主触发器的状态一致。状态一致。注意：注意：由此而知，在由此而知，在CP脉冲的一个周期，主从触发器的输出脉冲的一个周期，主从触发器的输出Q(QB)只翻只翻转一次。转一次。本讲稿第五十七页，共一百零三页4.主从主从JK触发器的一次翻转触发器的一次翻转所所谓谓一一次次翻翻转转现现象象是是指指在在CP=1期期间间，主主触触发发器器接接收收了了输输入入激激励励信信号号发发生生一一次次翻翻转转后后，主主触触发
30、发器器状状态态就就一一直直保保持持不不变变，它它不不再再随输入激励信号随输入激励信号J、K的变化而变化。的变化而变化。主从主从JK触发器虽然防止了空翻现象，但还存在一次翻转现象，触发器虽然防止了空翻现象，但还存在一次翻转现象，可可能会使触发器产生错误动作，因而限制了它的使用。能会使触发器产生错误动作，因而限制了它的使用。本讲稿第五十八页，共一百零三页CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK 在在CP=1期间主触发器都可接受输入信号。由于期间主触发器都可接受输入信号。由于Q和和 端端接回到输入门上，所以在接回到输入门上，所以在Qn=0时，主触发器只能接受置时，主触发器只能接受置1输入
31、输入信号，在信号，在Qn=1时，只能接受清时，只能接受清0输入信号。结果在输入信号。结果在CP=1期间，期间，主触发器只能翻转一次。主触发器只能翻转一次。本讲稿第五十九页，共一百零三页只有在只有在CP=1的全部时间内，输入信号始终未变的条件下，的全部时间内，输入信号始终未变的条件下，用用CP下降沿到达时的输入信号决定触发器次态才是正确的。下降沿到达时的输入信号决定触发器次态才是正确的。CP1S1RC1&1S1RSRC1FFBFFA1JK因此，在使用主从结构触发器时必须注意：因此，在使用主从结构触发器时必须注意：本讲稿第六十页，共一百零三页例例1给出主从给出主从JK触发器的输入触发器的输入CP、
32、J、K的电压波形如图的电压波形如图所示。试画出与之对应的输出端所示。试画出与之对应的输出端Q的波形。设触发器的初的波形。设触发器的初始状态为始状态为0。CP0J100K234本讲稿第六十一页，共一百零三页Q0CP0J100K234解解第第1个个CP高电平期间，输入信号始终为高电平期间，输入信号始终为J=1，K=0，因此，因此，CP下降沿到达后触发器置下降沿到达后触发器置1。本讲稿第六十二页，共一百零三页CP01JQ100K0234第第2个个CP下降沿到来时，下降沿到来时，J=K=0，触发器应保持原状态（，触发器应保持原状态（1 1）不变。）不变。但由于但由于CP的高电平期间，出现过短暂的的高电
33、平期间，出现过短暂的J=0，K=1状态，使主触发器被状态，使主触发器被清清0，因此，从触发器在，因此，从触发器在CP下降沿翻转为下降沿翻转为0。Q0CP0J100K234本讲稿第六十三页，共一百零三页CP01JQ100K0234第第3个个CP下降沿到达时下降沿到达时J=0，K=1，应有，应有Qn+1=0。但由于。但由于CP高电平期高电平期间曾出现过间曾出现过J=K=1的状态，主触发器已被置的状态，主触发器已被置1，而由于，而由于Qn=0清清0信号不起作信号不起作用，所以用，所以CP下降沿到达后从触发器被置下降沿到达后从触发器被置1。CP01JQ100K0234本讲稿第六十四页，共一百零三页CP
34、01JQ100K0234第第4个个CP高电平期间，高电平期间，J=K=0，故主触发器保持，故主触发器保持1不变，所以，不变，所以，CP下降沿到来时，触发器仍为下降沿到来时，触发器仍为1。本讲稿第六十五页，共一百零三页由此可见，主从结构的触发器抗干扰能力较差。使用时，除保持由此可见，主从结构的触发器抗干扰能力较差。使用时，除保持J、K端输入信号在端输入信号在CP=1期间不变以外，还要求期间不变以外，还要求CP=1的持续时间也不能的持续时间也不能太长，这对输入信号及太长，这对输入信号及CP时钟信号都提出了较高的要求。时钟信号都提出了较高的要求。由上述分析可知：由上述分析可知：(1)主从结构触发器的
35、输出虽然在一个主从结构触发器的输出虽然在一个CP脉冲期间只翻转一次，但要脉冲期间只翻转一次，但要求在求在CP=1期间，期间，J、K输入端的信号不能变化，否则翻转状态将不符合输入端的信号不能变化，否则翻转状态将不符合功能要求。功能要求。(2)即便即便J、K端的输入信号不变，外界的干扰和噪声也可能会使触发器端的输入信号不变，外界的干扰和噪声也可能会使触发器误动作，从而导致触发器的错误状态。误动作，从而导致触发器的错误状态。本讲稿第六十六页，共一百零三页5.4.2边沿边沿D 触发器触发器边沿触发器不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰边沿触发器不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰能力，工作更为
36、可靠。能力，工作更为可靠。1.边沿触发方式触发器边沿触发方式触发器(简称边沿触发器简称边沿触发器)具备的条件具备的条件(1)触发器仅在触发器仅在CP某一约定跳变到来时，才接收输入信号；某一约定跳变到来时，才接收输入信号；(2)在在CP=0或或CP=1期间，输入信号变化不会引起触发器输出状态变化。期间，输入信号变化不会引起触发器输出状态变化。2.边沿触发的特点边沿触发的特点本讲稿第六十七页，共一百零三页(2)边沿触发器。这种触发器是利用触发器内部逻辑门之间延迟时边沿触发器。这种触发器是利用触发器内部逻辑门之间延迟时间的不同，使触发器只在约定时钟跳变时才接收输入信号。间的不同，使触发器只在约定时钟
37、跳变时才接收输入信号。3.边沿触发器的种类边沿触发器的种类(1)维持维持阻塞式触发器。这种触发器是利用直流反馈来维持翻转后的新阻塞式触发器。这种触发器是利用直流反馈来维持翻转后的新状态，阻塞触发器在同一时钟内再次产生翻转。状态，阻塞触发器在同一时钟内再次产生翻转。本讲稿第六十八页，共一百零三页4.维持阻塞型维持阻塞型D触发器触发器(1)电路结构和符号电路结构和符号DCPSRDQ电路符号电路符号电路结构电路结构本讲稿第六十九页，共一百零三页维持阻塞型维持阻塞型D触发器就是在触发器就是在同步同步DFF的基础上增加维持线和的基础上增加维持线和阻塞线。阻塞线。反馈线反馈线线称阻塞置线称阻塞置0线线反馈
38、线反馈线称置称置1维持线维持线反馈线反馈线线称阻塞置线称阻塞置1线线反馈线反馈线称置称置0维持线维持线本讲稿第七十页，共一百零三页因此，维持阻塞型因此，维持阻塞型D触发器具有边沿触发器具有边沿(上升沿上升沿)触发的功能，并触发的功能，并有效地防止了空翻。也称为上升沿触发的边沿触发器。有效地防止了空翻。也称为上升沿触发的边沿触发器。(2)维持阻塞型维持阻塞型D触发器的工作原理触发器的工作原理a.在在CP上升沿到达前接收输入信号；上升沿到达前接收输入信号；b.上升沿到达时刻触发器翻转；上升沿到达时刻触发器翻转；c.上升沿以后输入被封锁。上升沿以后输入被封锁。上升沿触发DCPSRDQ本讲稿第七十一页
39、，共一百零三页CPQ1011D00t1t23.维持阻塞型维持阻塞型D触发器波形图触发器波形图常用的边沿触发器集成产品有：双上升沿常用的边沿触发器集成产品有：双上升沿D触发器触发器74LS74，八上升沿八上升沿D触发器触发器74374、74377等。等。本讲稿第七十二页，共一百零三页5.4.3触发器的脉冲工作特性触发器的脉冲工作特性触发器的脉冲工作特性是指触发器工作时，对时钟脉冲、输入信触发器的脉冲工作特性是指触发器工作时，对时钟脉冲、输入信号以及它们之间互相配合的要求。号以及它们之间互相配合的要求。1.维持阻塞维持阻塞D触发器的脉冲工作特性触发器的脉冲工作特性1CPQtsetthDtWHtPH
40、L011tWL001tPLH维持阻塞D触发器的脉冲特性图了解触发器的脉冲工作特性，对正确使用触发器是很重要的。了解触发器的脉冲工作特性，对正确使用触发器是很重要的。本讲稿第七十三页，共一百零三页a.当当CP=0时，电路处于保持状态；时，电路处于保持状态；CP=1时，触发器即按时，触发器即按D的状态翻的状态翻转。因此要求转。因此要求D端信号须比端信号须比CP早些到来，这个提前时间称为输入建早些到来，这个提前时间称为输入建立时间立时间tset。1CPQtsetthDtWHtPHL011tWL001tPLH由触发器内部电路知，由触发器内部电路知，D端信号到达内部输入端的时间为两级门端信号到达内部输入
41、端的时间为两级门的传输延迟时间，故的传输延迟时间，故tset=2tpd。本讲稿第七十四页，共一百零三页(2)CP到达后须经一定的时间才能将到达后须经一定的时间才能将D端的变化传送到输出端，在传输端的变化传送到输出端，在传输过程的一定时间内，过程的一定时间内，D信号应保持不变，否则信号应保持不变，否则D的变化会干扰触发器的动的变化会干扰触发器的动作。这段时间称为保持时间作。这段时间称为保持时间th，th约等于约等于tpd。1CPQtsetthDtWHtPHL011tWL001tPLH D信号应在信号应在CP上升沿之前上升沿之前tset(2tpd)和之后和之后th(tpd)的时间内保的时间内保持不
42、变。持不变。本讲稿第七十五页，共一百零三页a.CP=1期间要保证触发器翻转达到稳定的状态，触发器翻转达到稳期间要保证触发器翻转达到稳定的状态，触发器翻转达到稳定的时间定的时间tPHL约约3tpd，故所需，故所需CP高电平时间高电平时间tWH必须保持必须保持tWHtPHL=3tpd；1CPQtsetthDtWHtPHL011tWL001tPLH(3)对时钟脉冲的要求对时钟脉冲的要求b.对对CP低电平的要求是：低电平的要求是：tWLtset=2tpd。本讲稿第七十六页，共一百零三页若若tpd=20ns，则，则fmax=10MHz。(4)D触发器正常工作，要求时钟脉冲的周期：触发器正常工作，要求时钟
43、脉冲的周期：T=tWL+tWHtset+tPHL=5tpd即即CP的最高工作频率的最高工作频率fmax=1/5tpd本讲稿第七十七页，共一百零三页2.主从主从JK触发器的脉冲工作特性触发器的脉冲工作特性b.从从CP上升沿抵达到主触发器状态变化稳定，需要经历三级与非门上升沿抵达到主触发器状态变化稳定，需要经历三级与非门的延迟时间，即的延迟时间，即3tpd，因此要求，因此要求CP=1的持续期的持续期tWH3tpd。(1)时钟时钟CP由由0上跳至上跳至1及及CP=1的准备阶段，要求完成主触发器状态的的准备阶段，要求完成主触发器状态的正确转移，则须：正确转移，则须：a.在在CP上跳沿到达时，上跳沿到达
44、时，J、K信号已处于稳定状态，且在信号已处于稳定状态，且在CP=1期间，期间，J、K信号不发生变化；信号不发生变化；由于主从由于主从JK触发器是电平触发，抗干扰性差，为减少接收干扰的机会，触发器是电平触发，抗干扰性差，为减少接收干扰的机会，宜采用窄脉冲。宜采用窄脉冲。本讲稿第七十八页，共一百零三页(2)CP由由1下跳至下跳至0时，主触发器的状态转移至从触发器。从时，主触发器的状态转移至从触发器。从CP下跳沿下跳沿开始，到从触发器状态转变完成，也需经历三级与非门的延迟时间，开始，到从触发器状态转变完成，也需经历三级与非门的延迟时间，即即3tpd，因此要求，因此要求CP=0的持续期的持续期tWL3
45、tpd。此间主触发器已被封锁，。此间主触发器已被封锁，因而因而J、K信号可以变化。信号可以变化。(3)为了保证触发器能可靠地进行状态变化，允许时钟信号的最为了保证触发器能可靠地进行状态变化，允许时钟信号的最高工作频率为高工作频率为本讲稿第七十九页，共一百零三页JKCPQtWHtWLtPLHtPHL1111100000主从主从JK触发器的工作波形触发器的工作波形本讲稿第八十页，共一百零三页5.4.4触发器的逻辑符号及时序图触发器的逻辑符号及时序图1.触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号(1)电平触发方式触发器的逻辑符号电平触发方式触发器的逻辑符号(a)低电平触发低电平触发(b)、(c)高电平触发高电
46、平触发本讲稿第八十一页，共一百零三页a.传统的逻辑符号传统的逻辑符号(2)边沿触发方式触发器的逻辑符号边沿触发方式触发器的逻辑符号(b)、(d)下降沿触发下降沿触发(a)、(c)上升沿触发上升沿触发本讲稿第八十二页，共一百零三页b.国家标准国家标准(GB4728.12-85)规定的逻辑符号规定的逻辑符号本讲稿第八十三页，共一百零三页2.时序图时序图(2)每每个个时时钟钟脉脉冲冲作作用用沿沿来来到到后后，根根据据触触发发器器的的状状态态方方程程或或状状态表确定其次态。态表确定其次态。时序图的画法一般按以下步骤进行：时序图的画法一般按以下步骤进行：(1)以时钟以时钟CP的作用沿为基准，划分时间间隔
47、，的作用沿为基准，划分时间间隔，CP作用沿作用沿来到前为现态，作用沿来到后为次态。来到前为现态，作用沿来到后为次态。(3)异步直接置异步直接置0、置、置1端端(R、S)的操作不受时钟的操作不受时钟CP的控制，的控制，画波形时要特别注意。画波形时要特别注意。本讲稿第八十四页，共一百零三页例例1边边沿沿JK触触发发器器和和维维持持阻阻塞塞式式D触触发发器器分分别别如如图图(a)、(b)所所示示，其其输入波形见图输入波形见图(c)，试分别画出，试分别画出Q、Q2端的波形。设电路初态均为端的波形。设电路初态均为0。本讲稿第八十五页，共一百零三页解解本讲稿第八十六页，共一百零三页例例2TTL边边沿沿触触
48、发发器器组组成成的的电电路路分分别别如如图图(a)、(b)所所示示，其其输输入入波波形形见见图图(c)，试分别画出，试分别画出Q1、Q2端的波形。端的波形。设电路初态均为设电路初态均为0。本讲稿第八十七页，共一百零三页解解本讲稿第八十八页，共一百零三页例例3图图示示电电路路是是由由两两个个JK触触发发器器构构成成的的单单脉脉冲冲发发生生器器，其其输输入入ui为为时时钟钟脉脉冲冲的的连连续续序序列列，输输出出由由人人工工按按钮钮开开关关S1控控制制，每每按按一一次次，输输出出一一个个脉脉冲冲。输输出出脉脉冲冲的的宽宽度度仅仅决决定定于于输输入入时时钟钟脉脉冲冲的的周周期期。试试画画出出输输出端出
49、端uo的波形图。的波形图。本讲稿第八十九页，共一百零三页本讲稿第九十页，共一百零三页5.5集成触发器的应用集成触发器的应用一个触发器可以保存一位二进制数，由多个触发器组成的能同时保一个触发器可以保存一位二进制数，由多个触发器组成的能同时保存多位二进制数据的电路，称为寄存器存多位二进制数据的电路，称为寄存器(register)。5.5.1寄存器寄存器寄存器在数字系统或计算机中常用来暂时存放信息。寄存器在数字系统或计算机中常用来暂时存放信息。寄存器通常有锁存寄存器和移位寄存器。寄存器通常有锁存寄存器和移位寄存器。本讲稿第九十一页，共一百零三页(1)74273的符号图的符号图1.中规模集成中规模集成
50、8位上升沿位上升沿D寄存器寄存器为公共清零端。为公共清零端。D7D0为输入端；为输入端；Q7Q0为输出端；为输出端；CP是公共时钟脉冲是公共时钟脉冲;347813141718111D1D0D2D3D5D4D6D7CRCPQ1Q0Q2Q3Q5Q4Q6Q7256912151619本讲稿第九十二页，共一百零三页清清0锁存锁存0锁存锁存100100111工作状态工作状态(2)74273的功能表的功能表该寄存器为该寄存器为8位并行输入位并行输入/并行输出寄并行输出寄存器。存器。347813141718111D1D0D2D3D5D4D6D7CRCPQ1Q0Q2Q3Q5Q4Q6Q7256912151619本