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1、锁存器与触发器第1页，共68页，编辑于2022年，星期三2相关知识回顾：组合电路：组合电路：不含记忆元件不含记忆元件、无反馈、无反馈、输出与原来状态无关。、输出与原来状态无关。本章任务：锁存器和触发器：锁存器和触发器：本章重点：通过学习锁存器、触发器，通过学习锁存器、触发器，建立时序的概念建立时序的概念;各类触发器的逻辑功能和触发方式。各类触发器的逻辑功能和触发方式。各类触发器的逻辑功能和触发方式。各类触发器的逻辑功能和触发方式。是记忆元件是记忆元件、有反馈、有反馈、输出与原来状态有关。、输出与原来状态有关。锁存器和触发器分类。锁存器和触发器分类。锁存器和触发器外部逻辑功能、触发方式。锁存器和
2、触发器外部逻辑功能、触发方式。第2页，共68页，编辑于2022年，星期三32、特点：、特点：锁存器和触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，锁存器和触发器是具有记忆功能的基本逻辑单元，能够存储能够存储一位二进制信息。一位二进制信息。n有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑有两个能够保持的稳定状态，分别用来表示逻辑0 0和逻辑和逻辑1 1。n在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态；在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。1、锁存器和触发器、锁存器和触发器5.1 概述概述锁存器和触发器是
3、构成时序逻辑电路的基本单元。锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。第3页，共68页，编辑于2022年，星期三45.2 基本基本RS锁存器锁存器2、电路结构：由两个、电路结构：由两个“或非或非”门构成的门构成的R-S锁存器电路图锁存器电路图1、逻辑符号、逻辑符号 由门电路组成的，它与组由门电路组成的，它与组合逻辑电路的根本区别在于，合逻辑电路的根本区别在于，电路中有反馈线，即门电路的电路中有反馈线，即门电路的输入、输出端交叉耦合。输入、输出端交叉耦合。1 R、S为触发脉冲输入端，为触发脉冲输入端，R为复位（为复位（Reset）端，）端，S为置位（为置位（Set）端）端Q、Q 为两个互补的输
4、出端为两个互补的输出端第4页，共68页，编辑于2022年，星期三510113、工作原理、工作原理（1）S=0，R=1时时 输出状态为输出状态为0，R高电平有效，高电平有效，使锁存器置使锁存器置0（复位）。（复位）。R 为复位端，为复位端，Reset。10当当Q=1Q=1时时,称为锁存器的称为锁存器的1 1状态，状态，当当Q=0Q=0时时,称为锁存器的称为锁存器的0 0状态。状态。0111（2）S=1，R=0时，时，输出状态为输出状态为1，S高电平有效高电平有效,使锁存器置使锁存器置1（置位）（置位）。S 为置位端为置位端Set。01第5页，共68页，编辑于2022年，星期三1111000100
5、10 S=0，R=0，Q=0：=1两个稳定状态：两个稳定状态：S=0，R=0，Q=1：=03）S=R=0时时 Q 和和 Q 互锁，保持不变。互锁，保持不变。这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。这是锁存器的特点：当输入处于某一状态时，输出保持。锁存器的存储记忆功能第6页，共68页，编辑于2022年，星期三7111100R、S同时变为0时，输出不稳定。（4）R=S=1不允许，不允许，因为：因为：Q=Q =0 不符合逻辑。不符合逻辑。当当 R和和 S同时由同时由 1 变变 0 时，时，次态不定。次态不定。RS RS=0 (=0 (约束条件约束条件)第7页，共68页，编辑于2022年，星
6、期三8SRQ00不变不变01010111不定不定功能表功能表RS RS=0=0(约束条件约束条件)Q Qn n为锁存器的原状态（现态）为锁存器的原状态（现态）Q Qn+1n+1为锁存器的新状态（次态）为锁存器的新状态（次态）第8页，共68页，编辑于2022年，星期三94、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SRQQ置置1置置0置置1保保持持不不允允许许置置1不不允允许许不不确确定定第9页，共68页，编辑于2022年，星期三105、与非门组成的基本、与非门组成的基本RS锁存器锁存器第10页，共68页，编辑于
7、2022年，星期三11 这种触发器的触发信号是这种触发器的触发信号是低电平有效，低电平有效，因此在逻辑符号因此在逻辑符号的输入端处有小圆圈。的输入端处有小圆圈。第11页，共68页，编辑于2022年，星期三12基本锁存器的特点总结基本锁存器的特点总结由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即作用很短的一段时间，即“一触即发一触即发”有两个互补的输出端，有两个稳定的状态有两个互补的输出端，有两个稳定的状态有复位（有复位（Q=0Q=0）、置位（）、置位（Q=1Q=1）、保持原状态三种功能）、保持原状态三种功能 R R
8、为复位输入端，为复位输入端，S S为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于锁存器的结构高电平有效，取决于锁存器的结构第12页，共68页，编辑于2022年，星期三135.3 门控锁存器门控锁存器1、门控、门控 RS锁存器锁存器 门控门控RS锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门G3和和G4，由锁，由锁存使能信号存使能信号E控制。控制。E=0 时，时，G3和和G4 被封锁，被封锁，Q3和和Q4都为都为 0，S、R端的电端的电平不影响输出，平不影响输出，基本锁存器基本锁存器保持保持；E=1 时，时，G
9、3和和G4开放，开放，输出由输出由S、R决定，决定，完成基完成基本锁存器的功能本锁存器的功能。n电路结构和工作原理电路结构和工作原理11EEG4G3第13页，共68页，编辑于2022年，星期三 （不定）（不定）1 11（置（置1）1 00（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0Q n+1S RRS RS=0=0(约束条件约束条件)E=1 时时E第14页，共68页，编辑于2022年，星期三15不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变n功能波形图功能波形图E第15页，共68页，编辑于2022年，星期三162、门控、门控D锁存器锁存器CPDQ 逻辑门控逻辑门控 保证SR不同时为1第16页，
10、共68页，编辑于2022年，星期三17D触发器状态表触发器状态表D Qn+1 0101传输门控传输门控D锁存器，常用型号八锁存器，常用型号八D锁存器锁存器74373。第17页，共68页，编辑于2022年，星期三183、门控锁存器存在的问题、门控锁存器存在的问题空翻空翻 由于在由于在E=1E=1期间，都能接收期间，都能接收R R、S S信号，此时如信号，此时如R R、S S发生多次变发生多次变化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象叫做化，锁存器的状态也可能发生多次翻转，这种现象叫做空翻空翻。E第18页，共68页，编辑于2022年，星期三195.4 5.4 主从触发器主从触发器1、主从、主从
11、RS触发器触发器主锁存器从锁存器1111第19页，共68页，编辑于2022年，星期三20主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两个互主从触发器的逻辑结构为主从结构，分别由两个互补的时钟控制。补的时钟控制。第20页，共68页，编辑于2022年，星期三21CP=1CP=1时，主锁存器工作，时，主锁存器工作，S S、R R影响主锁存器的影响主锁存器的输出输出Q Q（信息写入主锁存器），但信息写入主锁存器），但从锁存器从锁存器禁止，状态不变；禁止，状态不变；CPCP时，时，从锁存器工作，从锁存器工作，在此刻之前主锁存器的在此刻之前主锁存器的输出输出Q Q如发生了变化，从锁存器如发生了变化，从锁存器CP
12、CP有效时，其输出有效时，其输出将产生相应的变化；将产生相应的变化；工作原理工作原理（主锁存器工作，从锁存器保持）（主锁存器工作，从锁存器保持）（从锁存器向主锁存器看齐）（从锁存器向主锁存器看齐）第21页，共68页，编辑于2022年，星期三22 CP=0 CP=0时，主锁存器禁止，时，主锁存器禁止，S S、R R不影响不影响Q Q,从锁存器从锁存器输入信号不变，其输出稳定后不再变化。输入信号不变，其输出稳定后不再变化。触发器的总输出触发器的总输出Q Q只在只在CPCP由由 1 1 变变 0 0 时刻可能发生时刻可能发生翻转，称之为下降沿触发。翻转，称之为下降沿触发。CPCP一旦变为一旦变为0
13、0后，主锁存器被封锁，其状态不再后，主锁存器被封锁，其状态不再受受R R、S S影响，因此不会有空翻现象。影响，因此不会有空翻现象。特点特点第22页，共68页，编辑于2022年，星期三23 （不定）（不定）1 11（置（置1）1 00（置（置0）0 1 Qn（保持）（保持）0 0Q n+1S RCP在在RS锁存器中，必须限制输入锁存器中，必须限制输入R和和S同时为的出同时为的出现，这给使用带来不便。为了从根本上消除这种情况，现，这给使用带来不便。为了从根本上消除这种情况，可将可将RS锁存器接成锁存器接成JK锁存器。锁存器。第23页，共68页，编辑于2022年，星期三.从锁存器主锁存器RS CP
14、F从从QQQ CPF主主JK反馈线互补时互补时钟控制钟控制主、从主、从触发器触发器不能同不能同时翻转时翻转1.CP CP2、主从触发器、主从触发器第24页，共68页，编辑于2022年，星期三25主主锁锁存存器器从从锁锁存存器器第25页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK工作原理工作原理0101F主打开F主主状态由状态由J、K决定，接收信号决定，接收信号并暂存。并暂存。F从封锁F从从状态保持状态保持不变。不变。01CP第26页，共68页，编辑于2022年，星期三1.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK010状态保持不变。状态保
15、持不变。从触发器的状态取决从触发器的状态取决于主触发器，并保持于主触发器，并保持主、从状态一致，因主、从状态一致，因此称之为主从触发器。此称之为主从触发器。F从打开F主封锁1CP0第27页，共68页，编辑于2022年，星期三1.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK0CP高电平时触发器接收信号并暂存（即F主状态由J、K决定，F从状态保持不变）。要求要求CP高电平期间高电平期间J、K的的状态保持不变。状态保持不变。CP下降沿()触发器触发翻转（F从状态与F主状态一致）。CP低电平时低电平时,F主主封锁封锁J、K不起作用不起作用&第28页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CP
16、CP RS CPF从从QQQ CPF主主JK逻辑功能分析逻辑功能分析(1)J=1,K=1 设触发器原态为“0”态0101111001010状态不变状态不变10翻转为“1”态状态不变状态不变主从状态一致0011第29页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK(1)J=1,K=1设触发器原态为“1”态为“？”状态思考思考翻转为“0”状态CPCP 1010110101001状态不变状态不变01状态不变状态不变主从状态一致0011第30页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK(2)J=0,K=1设触发
17、器原态为“1”态011010010101001翻转为“0”态设触发器原态为“0”态为“？”态保持“0”态第31页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK(3)J=1,K=0为“？”状态置为“1”状态第32页，共68页，编辑于2022年，星期三.1.CPCP RS CPF从从QQQ CPF主主JK(4)J=0,K=00100000保持原态保持原态保持原态保持原态保持原态第33页，共68页，编辑于2022年，星期三34真真值值表表CP第34页，共68页，编辑于2022年，星期三35例：已知主从例：已知主从JKJK触发器触发器J J、K K 的波形如
18、图所示，画出输出的波形如图所示，画出输出Q Q的波形的波形图（设初始状态为图（设初始状态为0 0）J-K触发器的工作波形触发器的工作波形下降沿触发翻转下降沿触发翻转CPJKQ第35页，共68页，编辑于2022年，星期三36 在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（1 1）触发器的触发）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是（这里是下降沿）下降沿）（2 2）判断触发器）判断触发器次态的依据次态的依据是时钟脉冲是时钟脉冲下降沿前一瞬间输下降沿前一瞬间输入端的状态入端的状态第36页，共68页，编辑于2022年，星期三37
19、主从触发器的一次翻转现象主从触发器的一次翻转现象101001111001010010110主从触发器：主从触发器：CP=1,若若J、K多多次变化，触发器次变化，触发器的状态与真值表的状态与真值表不对应。不对应。对激励对激励信号要求严格。信号要求严格。触发器的状态与真值表不对应第37页，共68页，编辑于2022年，星期三385.5 5.5 边沿触发器边沿触发器1、维持维持-阻塞阻塞D D触发器触发器边沿触发器：边沿触发器：上升沿触发或下降沿触发上升沿触发或下降沿触发，激励端的信号激励端的信号在触发时间的前后几个延迟时间内保持不变，便可以稳在触发时间的前后几个延迟时间内保持不变，便可以稳定地根据激
20、励输入翻转。定地根据激励输入翻转。RDDCP SDQQ逻辑符号逻辑符号第38页，共68页，编辑于2022年，星期三39由与非门构成的基本RS锁存器（低有效）0111Q111DDD111DDD状态不变状态不变触发器被封锁触发器被封锁第39页，共68页，编辑于2022年，星期三40(1)CP=0(1)CP=0时，时，Q Qn+1=Q Qn n，保持保持；(2)CP(2)CP到时，则到时，则 Q Qn+1=D，触发翻转；触发翻转；(3)CP=1(3)CP=1时，无论时，无论D D是否变化，是否变化，Q Qn+1n+1=Q=Qn n ，保持，保持(4)CP (4)CP 到时，则到时，则 Q Qn+1n
21、+1=Q=Qn n，保持，保持 工作原理工作原理 CP上升沿前接收信号，上升沿时触发器翻转，上升沿后输入 D不再起作用，触发器状态保持。第40页，共68页，编辑于2022年，星期三41例：例：D 触发器工作波形图触发器工作波形图CPDQ上升沿触发翻转上升沿触发翻转第41页，共68页，编辑于2022年，星期三42按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触发器分为按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触发器分为RS触发器、触发器、D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T触发器等几种类型。触发器等几种类型。5.6 5.6 触发器逻辑功能及其描述触发器逻辑功能及其描述逻辑功能描述即描述触发器的逻辑功
22、能描述即描述触发器的次态次态与与原态原态、输入信号输入信号之间的之间的逻辑关系，描述方法有特性表（真值表）、特性方程、状态转移图、逻辑关系，描述方法有特性表（真值表）、特性方程、状态转移图、波形图等。波形图等。n关于电路结构和逻辑功能关于电路结构和逻辑功能n关于触发方式及其表示方法关于触发方式及其表示方法第42页，共68页，编辑于2022年，星期三43 2、特征方程、特征方程 Q n+1D 3、状态转换图、状态转换图描述触发器的状态转换关系描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态及转换条件的图形称为状态图图一、D触发器触发器1.D触发器状态真值表触发器状态真值表第43页，共68页，编辑
23、于2022年，星期三 二、二、JK触发器触发器1.JK触发器真值表触发器真值表 J K Qn Qn+1说明说明00000101保持保持（Qn+1=Qn）01001100置置0（Qn+1=0）10010111置置1（Qn+1=1）11011110翻转翻转（Qn+1=）第44页，共68页，编辑于2022年，星期三452.特征方程特征方程JK触发器的特征方程为触发器的特征方程为3、状态转换图、状态转换图第45页，共68页，编辑于2022年，星期三46三、三、T 触发器触发器 如如果果把把JK触触发发器器的的两两个个输输入入端端J和和K连连在在一一起起，并并把把这这个个连连在在一一起起的的输输入入端端
24、用用T表表示示，这这样样就就构构成了成了T触发器。触发器。1.真值表真值表 TCPQQ第46页，共68页，编辑于2022年，星期三472.特征方程特征方程T触发器的特征方程为触发器的特征方程为 3、状态转换图、状态转换图当当T触发器的输入控制端为触发器的输入控制端为T=1时，称为时，称为T触发器。触发器。T触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：T=1T=1T=0T=0第47页，共68页，编辑于2022年，星期三48四、四、RS触发器触发器1.状态真值表状态真值表第48页，共68页，编辑于2022年，星期三49RS 触发器功能表触发器功能表 S R QnQn+1说明说明00000101保持保持
25、 Qn+1=Qn01001100置置0Qn+1=010010111置置1Qn+1=1110111不定不定第49页，共68页，编辑于2022年，星期三502.特征方程特征方程RS触发器的特征方程为触发器的特征方程为式中，式中，SR=0为约束项。为约束项。3、状态转换图、状态转换图第50页，共68页，编辑于2022年，星期三51n触发器功能的转换触发器功能的转换1.1.用用JK触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器（1 1）JKD分别写出分别写出JK触发器和触发器和D D触发器的特性方程触发器的特性方程比较得：比较得：画出逻辑图：画出逻辑图：第51页，共68页，编辑于2022年，
26、星期三52（2 2）JKT（T）写出写出T触发器的特性方程：触发器的特性方程：与与JKJK触发器的特性方程比较，触发器的特性方程比较，得：得：J=T，K=T。令令T=1=1，即可得，即可得T触发器。触发器。第52页，共68页，编辑于2022年，星期三532 2用用D触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器（1 1）DJK写出写出D触发器和触发器和JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：比较两式，得：比较两式，得：画出逻辑图。画出逻辑图。第53页，共68页，编辑于2022年，星期三54（2 2）DT图（图（b）（3 3）DT图（图（c）第54页，共68页，编辑于2022年，星期三
27、55 双上升沿双上升沿D触发器触发器 n典型集成电路介绍典型集成电路介绍第55页，共68页，编辑于2022年，星期三56 双下降沿J-K触发器 第56页，共68页，编辑于2022年，星期三57例例1：时钟：时钟CP及输入信号及输入信号D 的波形如图所示的波形如图所示,试画试画 出各触发器输出端出各触发器输出端Q的波形的波形,设各输出端设各输出端Q的的 初始状态初始状态=0.5.7 5.7 应用举例应用举例第57页，共68页，编辑于2022年，星期三CPDQ1第58页，共68页，编辑于2022年，星期三CPDQ1第59页，共68页，编辑于2022年，星期三例例2：时钟：时钟CP波形如图所示波形如
28、图所示,试画出各触发器输出端试画出各触发器输出端Q的波形的波形,设设Q的初始状态的初始状态=0.第60页，共68页，编辑于2022年，星期三61 CPQ1 Q2第61页，共68页，编辑于2022年，星期三62例例3：时钟：时钟CP波形如图所示波形如图所示,试画出各触发器试画出各触发器Q端的端的波形波形,设各输出端设各输出端Q的初始状态的初始状态Qn=0。第62页，共68页，编辑于2022年，星期三 CPQ1 Q2第63页，共68页，编辑于2022年，星期三641.在应用触发器时，要特别注意触发形式，在应用触发器时，要特别注意触发形式，否则很容易造成整个数字系统工作不正否则很容易造成整个数字系统
29、工作不正常。常。2.边沿触发抗干扰能力强，且不存在空翻，边沿触发抗干扰能力强，且不存在空翻，应用较广泛。应用较广泛。第64页，共68页，编辑于2022年，星期三65小结小结锁存器锁存器 基本基本SR锁存器锁存器 门控锁存器门控锁存器对脉冲电平敏感对脉冲电平敏感第65页，共68页，编辑于2022年，星期三662、根据逻辑功能、根据逻辑功能 RS触发器触发器 JK触发器触发器 D触发器触发器 T触发器触发器触发器触发器1、根据电路结构、根据电路结构主从触发器主从触发器维持阻塞触发器维持阻塞触发器利用传输延迟触发器利用传输延迟触发器对脉冲边沿敏感对脉冲边沿敏感第66页，共68页，编辑于2022年，星期三67触发器的逻辑功能与描述方法总结（留为作业）电路名称电路名称逻辑框图逻辑框图特性表特性表 特性方程特性方程状态转移图状态转移图RS触发器触发器JK触发器触发器D触发器触发器T触发器触发器第67页，共68页，编辑于2022年，星期三68重点：重点：触触发发器的功能、器的功能、触发器的应用触发器的应用 要求：要求：（1）触发器的概念）触发器的概念（2）触发方式）触发方式（3）触发器的逻辑功能）触发器的逻辑功能第68页，共68页，编辑于2022年，星期三