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第四章 触发器. 4.1 概 述 4.2 触发器的电路结构与动作特点 4.3 触发器的逻辑功能及其描述方法 4.4 触发器逻辑功能的转换. 4.1 概 述. 组合逻辑电路在任一时刻的输出信号仅仅与当时的输入信号有关;而时序逻辑电路在任一时刻的输出信号不仅与当时的输入信号有关,而且与电路原来的状态有关。 从结构上看,组合逻辑电路仅由若干逻辑门组成,没有存储电路,因而无记忆能力;而时序逻辑电路除包含组合电路外,还含有存储电路,因而有记忆功能。 组合逻辑电路的基本单元是门电路;时序逻辑电路的基本单元是触发器。. 触发器的基本特点.
E N D
第四章 触发器 • 4.1 概 述 • 4.2 触发器的电路结构与动作特点 • 4.3 触发器的逻辑功能及其描述方法 • 4.4 触发器逻辑功能的转换
4.1 概 述 • 组合逻辑电路在任一时刻的输出信号仅仅与当时的输入信号有关;而时序逻辑电路在任一时刻的输出信号不仅与当时的输入信号有关,而且与电路原来的状态有关。 • 从结构上看,组合逻辑电路仅由若干逻辑门组成,没有存储电路,因而无记忆能力;而时序逻辑电路除包含组合电路外,还含有存储电路,因而有记忆功能。 • 组合逻辑电路的基本单元是门电路;时序逻辑电路的基本单元是触发器。
触发器的基本特点 • 具有两个能自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态的0和1,或二进制数的0和1。 • 根据不同的输入信号可以置成1或0状态。 • 在输入信号消失以后,能将获得的新状态保存下来。
按动作特点分: 基本RS触发器 同步RS触发器 主从触发器 边沿触发器 按功能分: RS触发器 JK触发器 D触发器 T触发器 触发器的分类
Q Q & & G2 G1 R S 4.2触发器的电路结构和动作特点 4.2.1 基本RS触发器的电路结构与动作特点 1、电路结构 两与非门构成 “有0出1,全1为0” 低电平有效 逻辑电路
Q Q & & G2 G1 R S 逻辑表达式 Qn 现态 Qn+1 次态
Q=1, Q=0 ,“1”态 Q=0, Q=1 ,“0”态 翻转: “0”态→“1”态或“1”态→“0”态
Q Q & & G2 G1 R S Qn=1 Qn=0 Qn+1=1 Qn+1=0 1 0 S=0,R=1,Qn+1=1, Qn+1=0, 置“1”
Q Q & & G2 G1 R S Qn=0 Qn=1 Qn+1=1 Qn+1=0 1 0 S=0,R=1,Qn+1=1, Qn+1=0, 置“1”
Q Q & & G2 G1 R S Qn=1 Qn=0 Qn+1=0 Qn+1=1 0 1 S=1,R=0,Qn+1=0, Qn+1=1, 置“0”
Q Q & & G2 G1 R S Qn=0 Qn=1 Qn+1=0 Qn+1=1 0 1 S=1,R=0,Qn+1=0, Qn+1=1, 置“0”
Q Q & & G2 G1 R S Qn=1 Qn=0 Qn+1=0 Qn+1=1 1 1 S=1,R=1,Qn+1= Qn, 保持
Q Q & & G2 G1 R S Qn=0 Qn=1 Qn+1=1 Qn+1=0 1 1 S=1,R=1,Qn+1= Qn, 保 存
Q Q & & G2 G1 R S Qn=1 Qn=0 Qn+1=1 Qn+1=1 0 0 S=0,R=0,Qn+1= Qn+1=1, 不 定
Q Q & & G2 G1 R S Qn=0 Qn=1 Qn+1=1 Qn+1=1 0 0 S=0,R=0,Qn+1= Qn+1=1, 不 定
基本RS触发器的逻辑功能 S=0,R=1,Qn+1=1, Qn+1=0, 置“1” S=1,R=0,Qn+1=0, Qn+1=1, 置“0” S=1,R=1, Qn+1= Qn, 保持 S=0,R=0,Qn+1= Qn+1=1, 不定 S 置“1”端 R 置“0”端
基本RS触发器的特性方程 Qn+1=S+RQn R+S=1 (约束方程)
Q R Q S 逻辑符号
动 作 特 点 基本RS触发器的输出端Q和 状态由输入信号R和S来决定,当输入信号R和S发生变化时,输出端Q和 的状态作相应的变化。
R S Q Q 波形图
4.2.2 同步RS触发器的电路结构与动作特点 触发器的翻转不是由输入信号控制,而是由外加的时钟脉冲控制。 1、电路结构
Q Q & G2 G1 S′ R′ G4 G3 CP & & & 逻辑电路 S R
G4 G3 CP & & & Q Q & G2 G1 S′=1 R′=1 0 0 S R CP=0时, S′=1, R′= 1,Q的状态保持不变。
Q Q & G2 G1 S′=S R′=R G4 G3 1 1 S R CP & & & CP=1时, S′=S, R′= R,Q的状态由R、S决定。
CP=0时, S′=1, R′= 1,Q的状态保持不变。 • 高电平有效。 • CP=1时, S′=S , R′= R,Q的状态由R、S的状态决定。
基本RS触发器的翻转由输入信号控制; • 同步RS触发器的翻转由时钟脉冲控制,属于电平触发,即在CP=1期间都可以触发翻转; • CP=1期间,若R、S有多次变化,Q也会多次翻转,即会“空翻”。
RQn 01 10 11 00 S 0 0 1 0 0 ╳ 1 1 ╳ 1 卡 诺 图
特性方程 Qn+1=S+RQn R·S=0 (约束方程)
R Q C Q S 逻辑符号
动 作 特 点 输入信号在CP=0期间保持不变,在CP=1的全部时间内RS的变化都将引起触发器状态的相应改变,即在CP=1期间输入信号发生多次变化,触发器的状态也可能发生多次翻转,这降低了电路抵御干扰信号的能力。
CP R S Q Q 波 形 图
Q Q 波形图 CP R S
主从RS触发器的电路结构 4.2.3 主从触发器的电路结构和动作特点 一、电路结构与工作原理
主从RS触发器的工作原理 • CP=1时,主触发器打开,和的状态由R、S决定,从触发器关闭,Q、的状态不变; • CP由1变0时,主触发器关闭,从触发器打开,Q、的状态分别等于此时的和的状态; • CP=0时,主触发器关闭,和的状态保持不变,Q、的状态也不变;
K Q CP Q J 主从JK触发器电路结构 主从JK触发器的逻辑符号
JK触发器的特性方程 • RS触发器的特性方程: Qn+1=S+RQn R·S=0 (约束方程) • 由图可得: S=JQn R=KQn • 主从JK触发器的特性方程: Qn+1=JQn+KQn
JK触发器的逻辑功能 • J=1、K=0时,Qn+1=1, 置“1”; • J=0、K=1时,Qn+1=0, 置“0”; • J=0、K=0时,Qn+1=Qn, 保 持; • J=1、K=1时,Qn+1=Qn, 计 数。
主从触发器的动作特点 • 触发器的翻转分两步动作。第一步,在CP=1的期间主触发器接受输入端的信号,被置成相应的状态,而从触发器不动;第二步,CP下降沿到来时从触发器按照主触发器的状态翻转,使Q、 Q相应地改变状态。 • 因为主触发器本身是一个同步RS触发器,所以在CP=1的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。 • 主从JK触发器有一次变化现象,即在CP=1期间, Q和Q的状态只能变化一次。
主从JK触发器的一次变化现象 在CP=1期间,JK发生了多次变化,Q主只变化一次,所以在CP下降沿到来时,Q状态与此时的 Q主相同,并不是由此时的JK状态决定。这就是一次变化现象。
4.2.4 边沿触发器的电路结构和动作特点 利用传输延迟时间的边沿触发器(a)电路结构 (b)逻辑符号
工作原理 • CP=0时,Q3=Q4=1,Q1=Q2=0,Q不变; • CP由0变1时,触发器不翻转,为接受输入信号作准备。 由于与非门G3、G4的平均延迟时间比与或非门G1、G2构成的基本触发器的平均延迟时间要长,GA、GD门先打开,此时Q3=Q4=1,CP=1,所以Q依然不变。 • CP由1变0时触发翻转。 Q3、Q4状态由J、K决定,CP由1变0时,GA、GD门关闭,Q1=Q2=0,GB、GC门打开,Q由Q3、Q4决定,触发器翻转。 • CP=0以后,G3、G4又被封锁。
SD Q D C Q RD 维持阻塞D边沿触发器 RD直接置0端SD直接置1端低电平有效 电路结构 逻辑符号
工作原理 • CP=0时,Q3=Q4=1,Q不变,触发器处于稳态,同时, Q6=D ,Q5=D ,接受输入信号D; • CP由0变1时,触发器翻转,Q4=Q6=D ,Q3=Q5=D ,使Q=D; • CP=1时,输入信号被封锁。 若Q4=0,则经1线封锁G6;若Q3=0时通过3线封锁Q4,通过2线封锁G5,所以,此时Q3、Q4、Q5、Q6的状态与D无关。 • 总之,该触发器在CP正跳沿前接受输入信号,正跳沿时翻转,正跳沿后输入被封锁。