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1、1数字电子技术数字电子技术第第4 4章章 触发器触发器2第第4 4章章 触发器触发器4.1 基本基本SR锁存器锁存器4.2 时钟控制的电平型触发器（同步触发器）时钟控制的电平型触发器（同步触发器）4.3 主从触发器主从触发器4.4 边沿型触发器边沿型触发器4.5 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3触发器：是有记忆功能的、能存储一位触发器：是有记忆功能的、能存储一位 二进制信号的基本存储单元。二进制信号的基本存储单元。1、有两个能自行保持的稳定状态：、有两个能自行保持的稳定状态：0、1；2、可由外界输入信号改变电路状态；、可由外界输入信号改变电路状态；3、输入信号消失后，
2、能保持新的电路状态。、输入信号消失后，能保持新的电路状态。4.1 基本基本SR锁锁存器存器41a1b两两 个个 输输 入入 端端两两个个输输出出端端一、基本一、基本SR锁存器的结构：锁存器的结构：定义定义Q为锁存器为锁存器（触发器）的状态。（触发器）的状态。反馈反馈51a1b输入输入RD=1,SD=0时时若原状态：若原状态：11001010输出为：输出为：61a1b输入输入RD=1,SD=0时时若原状态：若原状态：01101010输出变为：输出变为：7输入输入RD=0,SD=1时时 若原状态：若原状态：10101001输出变为：输出变为：1a1b8输入输入RD=0,SD=1时时若原状态：若原状
3、态：00110101输出为：输出为：1a1b9输入输入RD=0,SD=0时时若原状态：若原状态：01000110输出保持原状态：输出保持原状态：1a1b10输入输入RD=0,SD=0时时若原状态：若原状态：10001001输出保持原状态：输出保持原状态：1a1b111、如何自行保持两个稳定状态？、如何自行保持两个稳定状态？2、如何输入外界信号来改变电路状态？、如何输入外界信号来改变电路状态？3、如何撤消外界输入信号？、如何撤消外界输入信号？121.基本基本SR锁存器有两个能自行保持的稳定状态：锁存器有两个能自行保持的稳定状态：0、1；当当RD=SD=，锁存器即保持原态。，锁存器即保持原态。2.
4、可由外界输入信号改变电路状态。可由外界输入信号改变电路状态。在控制端加入在控制端加入高电平高电平，锁存器状态会发生变化，锁存器状态会发生变化:RD端加入高电平：使端加入高电平：使 Q=0，RD 称为称为“复位复位”或或“清清 0”端；端；SD端加入高电平：使端加入高电平：使Q=1，SD称为称为“置位置位”或或“置置 1”端。端。13输入输入RD=1,SD=1时时11001a1b输出全是输出全是0141100但当但当RD=SD=1同时变为同时变为0时时1a1b00110011110000故当故当RD=SD=1同时同时变为变为0后后,锁存器状态锁存器状态不确定不确定15或非门组成的基本或非门组成的
5、基本SR锁存器的功能表锁存器的功能表RD SD Q原原Q新新0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0*0*0*0*16 基本基本SR锁存器的功能表锁存器的功能表RD SD Q 0 0 保持原状态保持原状态 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 变为变为0，输入同时撤除后状态不定输入同时撤除后状态不定 171.基本基本SR锁存器是双稳态器件，当锁存器是双稳态器件，当RD=SD=0，锁存，锁存器即保持原态。器即保持原态。稳态情况下，两个输出稳态情况下，两个输出互补互补。2.在控制端加入在控制端加入高电平高
6、电平，可使锁存器状态变化，可使锁存器状态变化，置置 1 端端SD和和清清 0 端端RD都为都为高电平有效高电平有效。3.控制端控制端SD和和RD同时有效同时有效时，锁存器两个输出时，锁存器两个输出 不再互补，不再互补，而且当两输入信号而且当两输入信号又同时撤消又同时撤消，锁存器会出现锁存器会出现状态不定状态不定，故应避免。，故应避免。18二、二、基本基本SR锁存器的动作特点：锁存器的动作特点：1a1bQQSDRD动动作作特特点点：任任何何时时刻刻，电电路路的的输输出出状状态态都都跟跟随随输入信号的变化而变化。输入信号的变化而变化。19例：例：已知用或非门组成的基本已知用或非门组成的基本SR锁存
7、器的输锁存器的输入端的波形，画输出端波形。入端的波形，画输出端波形。QRDSD状态不定状态不定20&a&b 基本基本SR锁存器也可以用与非门组成锁存器也可以用与非门组成QQSDRD与用或非门组成的基本与用或非门组成的基本SR锁存器的不同：锁存器的不同：1、输入端、输入端 低电平输入有效。低电平输入有效。2、RD=SD=0时，时，21 与非门组成的基本与非门组成的基本SR锁存器的功能表锁存器的功能表 Q 1 1 保持原状态保持原状态1 0 10 0 1 0 10 0 变为变为1 1，输入同时撤除后状态不定，输入同时撤除后状态不定 22 基本基本SR锁存器应用举例：锁存器应用举例：例：用基本例：用
8、基本SR锁存器，消除机械开关抖动引起的脉冲锁存器，消除机械开关抖动引起的脉冲 230110vAvBQQ1&5V5V1K1KQQSAB010124 4.3 时钟控制的电平触发器（同步触发器）时钟控制的电平触发器（同步触发器）一、同步一、同步RS触发器：触发器：1c1d门控信号门控信号R、S为输入控制端为输入控制端直接置直接置0、置、置1&a&bCP25CP=0时时000触发器保持不变触发器保持不变1c1d&a&bCP26CP=1时时11c1d&a&bCP27把把CP的上升沿到来前后分为两个状态的上升沿到来前后分为两个状态:前前Qn(现态现态)，后，后Qn+1(次态次态)1、CP=0：触发器的状态
9、没有发生变化；：触发器的状态没有发生变化；2、CP=1：外界的输入信号能改变触发器的状态。：外界的输入信号能改变触发器的状态。28同步同步RS触发器的功能表触发器的功能表RS Q nQn+1 0000111100110011 011100100011不不 定定不不 定定 01010101问题问题：什么时候出现状态不定？什么时候出现状态不定？29同步同步RS触发器的功能表触发器的功能表特性方程特性方程RS Q nQn+1 0000111100110011 011100100011不不 定定不不 定定 0101010130 简化的功能表简化的功能表RSQn+100Qn 01110011不不 定定3
10、1直接置直接置0、置置1端端1c1d&a&bCP逻辑符号逻辑符号RDSDRSCPQ动作特点：动作特点：仅在仅在CP=1期间，电路的输出状态期间，电路的输出状态 跟随输入信号的变化而变化。跟随输入信号的变化而变化。32例：画出同步例：画出同步RS触发器的输出波形触发器的输出波形(初态为初态为0)。Q使输出全为使输出全为0CP撤去后撤去后状态不定状态不定CPRS33 在一个在一个CP周期内，触发器状态发生多次翻转的周期内，触发器状态发生多次翻转的现象，称为现象，称为空翻空翻。CPRSQ34&c&d&a&bCP同步同步RS触发器也可以用与非门组成触发器也可以用与非门组成 功能表同前面功能表同前面或非
11、门组成的同步或非门组成的同步RS触发器。触发器。RDSDRSCPQ逻辑符号逻辑符号35二、同步二、同步D触发器：触发器：CP1c1d&a&b1DCP=0时时:不变不变CP=1时时:1D=0:010101Q=0同理当同理当D=1时时:Q=1CP DQ Q功能功能 0 1 0 1 1不变0 11 0保持保持置置0置置1DCPQ36三、三、CMOS传输门组成的同步传输门组成的同步D触发器：触发器：CP1CPTG1TG21QCP=0时时:TG1断，断，TG2导通导通Q触发器保持不变触发器保持不变Q=D，即外界输入到，即外界输入到QQCP=1时时:TG1导通，导通，TG2断断DDCP DQ Q功能功能
12、0 1 0 1 1不变0 11 0保持保持置置0置置137CPDQ典型集成电路：典型集成电路：74373八八D触发器。触发器。例：画出同步例：画出同步D触发器的输出波形触发器的输出波形(初态为初态为0)。38动作特点：动作特点：在在CP=1全部时间内，电路的输入信号全部时间内，电路的输入信号 能直接改变输出状态。能直接改变输出状态。存在问题：存在问题：在在CP=1期间的多次翻转问题（期间的多次翻转问题（空翻空翻），），故电路的抗干扰能力不强。故电路的抗干扰能力不强。39一、一、主从主从RS触发器触发器 4.3 主从触发器主从触发器(master slave flip-flop)CP主触发器主触
13、发器从触发器从触发器&1&40CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器主触发器被打开主触发器被打开(RS输入到输入到Q)从触发器被封锁从触发器被封锁(Q保持不变保持不变)10CP=1时：时：41CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器主触发器被封锁主触发器被封锁(Q保持不变保持不变)从触发器被打开从触发器被打开(Q输入到输入到Q)01CP=0时：时：42CP=1时：时：主触发器打开，主触发器打开，RS信号输入到主触发器信号输入到主触发器 从触发器被封锁，保持原来状态。从触发器被封锁，保持原来状态。CP=由由1变变0时：时：从触发器打开，主触发器的状态写从触发器打开，主触发器的状态写 入从触发器
14、。入从触发器。主触发器被封锁后，输入主触发器被封锁后，输入RS不管如何变化，主不管如何变化，主触发器的状态不变。因此，在一个触发器的状态不变。因此，在一个CP周期内，触发周期内，触发器状态仅改变器状态仅改变一次一次。由于触发器状态的变化发生在由于触发器状态的变化发生在CP信号的下降沿，信号的下降沿，故为故为下降沿动作型下降沿动作型。43二、主从二、主从JK触发器：触发器：CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器44输入输入J=1,K=0时时若原状态：若原状态：CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器10100110101主触发器被打开主触发器被打开从触发器被封锁从触发器被封锁0145输入输入J
15、=1,K=0时时若原状态：若原状态：CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器010110主触发器被封锁主触发器被封锁从触发器被打开从触发器被打开1010输出变为：输出变为：46当当J=1，K=0，而原来状态为，而原来状态为Qn=1时：时：经过一个经过一个 CP 周期后，周期后，Qn+1=1。所以。所以当当J=1，K=0，Qn+1=1同样容易分析：同样容易分析：当当J=0，K=1时：时：经过一个经过一个 CP周期后，周期后，Qn+1=0。当当J=0，K=0时：时：经过一个经过一个 CP周期后，周期后，Qn+1=Qn47输入输入J=1,K=1时时若原状态：若原状态：CP&1主触发器主触发器从触发器
16、从触发器10110110101主触发器被打开主触发器被打开从触发器被封锁从触发器被封锁0148CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器输入输入J=1,K=1时时若原状态：若原状态：010110主触发器被封锁主触发器被封锁从触发器被打开从触发器被打开1010输出变为：输出变为：49输入输入J=1,K=1时时若原状态：若原状态：CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器10111010101主触发器被打开主触发器被打开从触发器被封锁从触发器被封锁0150CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器输入输入J=1,K=1时时若原状态：若原状态：011001主触发器被封锁主触发器被封锁从触发器被打开从触发器
17、被打开1010输出变为：输出变为：当当J=1，K=1时：时：Qn=0：在在CP=1时主触发器变时主触发器变1，CP=0后，从触发器置后，从触发器置1 Qn=1：在在CP=1时主触发器变时主触发器变0，CP=0后，从触发器置后，从触发器置0当当J=0，K=1时：时：在在CP=1时，主触发器置时，主触发器置0，待，待CP=0后后 从触发器随即置从触发器随即置0，即，即Qn+1=0。当当J=0，K=0时：时：主触发器被封锁，触发器保持原态，主触发器被封锁，触发器保持原态，即即Qn+1=Qn当当J=1，K=0时：时：在在CP=1时，主触发器置时，主触发器置1，待，待CP=0后后 从触发器随即置从触发器
18、随即置1，即，即Qn+1=1。52JK触发器的功能表触发器的功能表JK Q n Qn+1 0000111100110011 0100111010110001 01010101 特性方程：特性方程：53简化的功能表简化的功能表J K Qn+10 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 逻辑符号逻辑符号RDSDCPQKJ54例：画出主从例：画出主从JK触发器的输出波形触发器的输出波形(设初态设初态Q=1）CPJKQ Q特别注意！特别注意！55三、由传输门组成的三、由传输门组成的CMOS主从主从D触发器：触发器：CPCP1111CPCPTG1TG2TG3 TG4互补时钟脉冲互补时钟脉冲主触发器主触
19、发器从触发器从触发器56CP主触发器主触发器从触发器从触发器1111CPCPCPTG1TG2TG3 TG4当当CP=1：10101010DD导通导通截止截止截止截止导通导通外部输入到外部输入到主触发器主触发器从触发器从触发器保持原来状态保持原来状态57CP主触发器主触发器从触发器从触发器1111CPCPCPTG1TG2TG3 TG4当当CP=0：01010101D截止截止导通导通导通导通截止截止主触发器主触发器保持原来保持原来主触发器状态主触发器状态输入从触发器输入从触发器DD外界信号不能外界信号不能输入主触发器输入主触发器58CP=1：TG1导通，导通，TG2截止，截止，D输入到主触发器输入
20、到主触发器 TG4导通，导通，TG3截止，从触发器保持原来状态。截止，从触发器保持原来状态。CP=0：TG1截止，截止，TG2导通，主触发器保持原态导通，主触发器保持原态 TG4截止，截止，TG3导通，主触发器输入到从触发器。导通，主触发器输入到从触发器。59逻辑符号逻辑符号CPQDCP D Qn+100 11主从型主从型D触发器功能表触发器功能表60主从触发器动作特点：主从触发器动作特点：(2)触发器的翻转分两步动作：触发器的翻转分两步动作：(a)在在CP=1全部时间内，输入信号直接改变全部时间内，输入信号直接改变主触发器的状态。主触发器的状态。(b)在在CP=时刻，主触发器的状态写入时刻，
21、主触发器的状态写入到从触发器。到从触发器。(1)来一个来一个CP脉冲，触发器仅翻转一次。脉冲，触发器仅翻转一次。主从主从JK触发器与主从触发器与主从SR触发器的区别：触发器的区别：(1)没有约束条件。没有约束条件。(2)主从主从JK触发器的触发器的一次变化现象一次变化现象，即在，即在CP=1期间，期间，主触发器也仅翻转一次。主触发器也仅翻转一次。61原状态：原状态：CP&1主触发器主触发器从触发器从触发器10110101010101CP=1期间期间162为了克服为了克服CP=1期间输入控制电平不许改变期间输入控制电平不许改变的限制，可采用的限制，可采用边沿触发边沿触发方式。方式。其特点是：其特
22、点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在，而在CP=1或或CP=0期间，输入端的任何变化都期间，输入端的任何变化都不影响输出。不影响输出。如果翻转发生在上升沿就叫如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发上升沿触发”或或“正边沿触发正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫。如果翻转发生在下降沿就叫“下下降沿触发降沿触发”或或“负边沿触发负边沿触发”。4.4 边沿触发器边沿触发器(Edge triggered flip-flop)&e&f&c&d&a&bDCP设原态设原态Q=0并设并设D=11c、d被锁，被锁，输出为输出为1。00110一、维持一、维持-阻塞边沿触发器：阻塞边
23、沿触发器：CP=0期间期间1c=1、d=1反馈到反馈到a、b的输入，的输入，a、b输出输出为为0、1。001111100&e&f&c&d&a&bDCPc、d开启，开启，使使c=1,d=0。01111001Q翻转为翻转为110&e&f&c&d&a&bDCPCP正沿到达时正沿到达时1d=0将将c封锁封锁,并使并使b=1，维，维持持d=0。因此。因此以后以后CP=1期期间间D的变化不的变化不影响输出。影响输出。10110001&e&f&c&d&a&bDCP置置1 1维维持持线线置置0 0阻阻塞塞线线CP正沿过后正沿过后11CP正沿过后，正沿过后，c=0将将a封锁封锁,使使a=1，维持，维持c=0,b
24、=0,d=1。因此。因此以后以后CP=1期间期间D的变化不影的变化不影响输出。响输出。0100110&e&f&c&d&a&bDCP置置0 0维持线维持线置置1 1阻塞线阻塞线1011110如果如果D=0：68正沿触发正沿触发CP D Qn+1 0 X Qn 1 X Qn0 0 1 1 边沿触发的边沿触发的D触发器功能表触发器功能表典型集成电路：典型集成电路：74LS74 双双D触发器。触发器。设原态设原态Q=0CP=0期间：期间：0二、利用传输延迟时间不同的边沿触发器二、利用传输延迟时间不同的边沿触发器&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K110001G3、G4传输传
25、输延迟时间长延迟时间长0011触发器状态保持触发器状态保持10CP=正跳变正跳变时刻时刻：&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K1101设原态设原态Q=0010011 触发器状态保持触发器状态保持10G3、G4传输传输延迟时间长延迟时间长CP=1期间期间：1&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K设原态设原态Q=00101101001 CP=1期间期间：1&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K设原态设原态Q=11010 触发器状态保持触发器状态保持但但JK输入已经反输入已经反映到映到G13、G2301001 1CP=时
26、刻时刻：&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K设原态设原态Q=001J1J00J1 G3、G4传输传输延迟时间长延迟时间长CP=时刻时刻：&G12&JCP1 1 G11G13G23G22G21G3G4K设原态设原态Q=1101K 触发器状态改变触发器状态改变KK001 75JK触发器的功能表触发器的功能表JK Q n Qn+1 0000111100110011 0100111010110001 01010101 特性方程：特性方程：典型集成电路：典型集成电路：74LS112 JK触发器。触发器。76 动作特点：动作特点：触发器只在时钟跳转时发生翻触发器只在时钟跳转时发
27、生翻转，而且触发器的下一个状态仅由该时刻的输转，而且触发器的下一个状态仅由该时刻的输入状态决定。入状态决定。77CPKJQ 保持保持T例：画出下降沿触发型例：画出下降沿触发型JK触发器的输出波形触发器的输出波形 (设初态设初态Q=0）784.5 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一、触发器的逻辑功能：一、触发器的逻辑功能：1、RS触发器：触发器：特性方程：特性方程：RS Q n Qn+1 0000111100110011 011100不定不定不定不定0101010101S=0R=1S=1R=0S=0R=XS=XR=0状态转换图：状态转换图：792、JK触发器：触发器：特性
28、方程：特性方程：JK Q n Qn+1 0000111100110011 010011100101010110J=xK=1J=1K=xJ=0K=xJ=xK=0状态转换图：状态转换图：803、T触发器：触发器：特性方程：特性方程：T Q n Qn+1 0011 0110010110T=1T=1T=0T=0状态转换图：状态转换图：RDSDTCPQ81例：例：画出下降沿触发型画出下降沿触发型T触发器的输出波形触发器的输出波形 (设初态设初态Q=0）CPQ824、D触发器：触发器：特性方程：特性方程：D Q n Qn+1 0011 0011010110D=0D=1D=0D=1状态转换图：状态转换图：R
29、DSDDCPQ83二、触发器的电路结构与逻辑功能的关系：二、触发器的电路结构与逻辑功能的关系：逻辑功能逻辑功能是指触发器的次态和现态及输入之间的逻是指触发器的次态和现态及输入之间的逻辑关系，如辑关系，如RS、JK、T、D触发器等。触发器等。电路结构电路结构是指基本是指基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、同步触发器、主从触发触发器器、边沿触发器的电路形式，电路结构决定触发器的、边沿触发器的电路形式，电路结构决定触发器的动作特点。动作特点。一种电路形式可能有不同逻辑功能的触发器一种电路形式可能有不同逻辑功能的触发器同一种逻辑功能可由不同的电路形式来实现同一种逻辑功能可由不同的电路形式来实现84
30、1 1、电平控制方式电平控制方式:电电平平控控制制高电平翻转高电平翻转低电平翻转低电平翻转CP=1 期间翻转期间翻转CP=0 期间翻转期间翻转三、触发器的翻转方式：三、触发器的翻转方式：CPQ高电平触发高电平触发CPQ低电平触发低电平触发85结构简单、速度快。结构简单、速度快。只要只要CP存在就可以翻转，容易造成空翻。存在就可以翻转，容易造成空翻。CPDQ空翻空翻862、主从触发方式：主从触发方式：后沿处，输出传后沿处，输出传递到递到F从从翻转完成。翻转完成。CPCP=1期间输入端信号期间输入端信号输入到主触发器输入到主触发器 主从触发器不允许在主从触发器不允许在CP=1期间输入端控制信号发期
31、间输入端控制信号发生变化，包括有干扰，否则生变化，包括有干扰，否则有可能有可能产生误动作。产生误动作。87逻辑符号逻辑符号CPQ负沿触发负沿触发CPQ正沿触发正沿触发883、边沿触发方式：边沿触发方式：CPCP=1期间输入信号可期间输入信号可以变化，输出仅仅决定以变化，输出仅仅决定于边沿时刻的输入于边沿时刻的输入 边沿触发器输出仅仅决定于边沿时刻的输入，边沿触发器输出仅仅决定于边沿时刻的输入，因此抗干扰能力强，且因此抗干扰能力强，且不存在不存在空翻。空翻。89逻辑符号逻辑符号CPQ负沿触发负沿触发CPQ正沿触发正沿触发901、JK触发器转换成触发器转换成D触发器触发器CPQKJCPJK触发器：
32、触发器：D触发器：触发器：D1 1 故只要令故只要令J=D，K=D，两式即相等，两式即相等四、不同类型触发器之间的转换四、不同类型触发器之间的转换912、JK触发器转换成触发器转换成T触发器触发器CPQKJCPTJK触发器触发器T触发器触发器只要令只要令J=K=T923、D触发器转换成触发器转换成JK 触发器触发器JK触发器触发器:D触发器触发器:CPQDCP&1JK1934、D触发器转换成触发器转换成T触发器触发器T 触发器触发器D触发器：触发器：只要令只要令D=Q，两式相等，两式相等CPQDCP94（1）直流参数：）直流参数：电源电流电源电流ICC；输入高、低电平时的电流；输入高、低电平时
33、的电流IIL、IIH；输出的高、低电平等。输出的高、低电平等。（2）动态参数：）动态参数：建立时间建立时间tset、保持时间、保持时间th、最高时钟频率、最高时钟频率fmax、传输延迟时间传输延迟时间tpd5、触发器的主要参数、触发器的主要参数95例：例：四人抢答电路四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按。四人参加比赛，每人一个按钮，其中最先按下按钮者，相应的指示灯亮；其钮，其中最先按下按钮者，相应的指示灯亮；其他人再按按钮不起作用。他人再按按钮不起作用。采用采用74LS175四四D触发器。其内部包含了四个触发器。其内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字头相区别。触发器，各输入、输出以字头相
34、区别。应用举例：应用举例：CLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQCLRD CPQ1Q1D2Q2DGND4Q4D3Q3D时钟时钟清零清零USC公用清零公用清零公用时钟公用时钟74LS175管脚图管脚图+5VD1D2D3D4 CLRCP赛前先清零赛前先清零0输出为零发输出为零发光管不亮光管不亮74LS175CP&清零清零CPCP进入进入D触发器触发器D1D2D3D4 CLRCP+5V&清零清零CP1反相端都为反相端都为174LS175D1D2D3D4 CLRCPCP+5V若有一按钮被按下，若有一按钮被按下，比如第一个钮。比如第一个钮。=1=00被封被封此时其它按钮再此时其它按钮再按下，由于没有按下，由于没有CP 不起作用。不起作用。&清零清零