触发器原理课件

主要内容1介绍构成时序逻辑电路的基本逻辑单元触发器。以及它的各种电路结构和动作特点。2每一种触发器的逻辑功能。2重大通信重大通信学院学院何伟何伟主要内容5.1 基本触发器5.2 钟控触发器5.3 主从触发器5.4 边沿触发器3重大通信重大通信学院学院何伟何伟 普通门电路不能保持输出状态，即没有记忆功能；普通门电路不能保持输出状态，即没有记忆功能；触发器触发器能够存贮能够存贮1 1位二值信号的基本单元电路。位二值信号的基本单元电路。FFFF的基本特点：的基本特点：有两个能自行保持的稳态（有两个能自行保持的稳态（1 1、0 0）；）；可根据不同的输入信号进行置可根据不同的输入信号进行置0 0或置或置1 1；状态的保持与输入信号无关；状态的保持与输入信号无关；基基本本FFFF也也叫叫基基本本RSRSFFFF，是是最最简简单单的的FF FF，很很少少单单独独使使用用，它是其它复杂触发器的构成它是其它复杂触发器的构成单元，或作异步置位，复位端使用。元，或作异步置位，复位端使用。关于触发器：关于触发器：4重大通信重大通信学院学院何伟何伟5.1.1 5.1.1 基本基本FFFF的电路组成和工作原理的电路组成和工作原理 1 1由或非门组成的电路由或非门组成的电路2工作原理：工作原理：具有两个稳态具有两个稳态 “0”状态：状态：Q=0，/Q=1 “1”状态：状态：Q=1，/Q=0 受输入信号控制，可置受输入信号控制，可置1或置或置0 当当SD=1，RD=0时时Q=1，/Q=0，“1”，SD叫置位端；叫置位端；当当SD=0，RD=1时时Q=0，/Q=1，“0”，RD叫复位端；叫复位端；输入消失后，状态可保持输入消失后，状态可保持 即：当即：当SD=RD=0时时Qn+1=Qn 有约束条件（即有禁止输入状态）有约束条件（即有禁止输入状态）当当SD=RO=1时时Q=/Q=0（非（非0非非1），），约束条件：约束条件：SDRD=0 如如果果SD和和RD又又同同时时消消失失，则则之之后后的的状状态态不不确确定定（由由G1、G2的的延延时时决定）。决定）。5重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3由与非门组成的电路由与非门组成的电路4工作原理：工作原理：具有两个稳态具有两个稳态 “0”状态：状态：Q=0，/Q=1 “1”状态：状态：Q=1，/Q=0 受输入信号控制，可置受输入信号控制，可置1或置或置0 当当/SD=0，/RD=1时时Q=1，/Q=0，“1”，/SD叫置位端；叫置位端；当当/SD=1，/RD=0时时Q=0，/Q=1，“0”，/RD叫复位端；叫复位端；输入消失后，状态可保持输入消失后，状态可保持 即：当即：当/SD=/RD=1时时Qn+1=Qn 有约束条件（即有禁止输入状态）有约束条件（即有禁止输入状态）当当/SD=/RO=0时时Q=/Q=1（非（非0非非1），），约束条件：约束条件：/SD+/RD=1 如如果果/SD和和/RD又又同同时时消消失失，则则之之后后的的状状态态不不确确定定（由由G1、G2的的延延时决定）。时决定）。6重大通信重大通信学院学院何伟何伟5.1.2 5.1.2 基本基本FFFF的功能描述的功能描述 1 1状态转移真值表状态转移真值表 *：/SD/RD的的0状态同时消失后状态不确定。状态同时消失后状态不确定。2特性方程特性方程：通过卡诺图，得通过卡诺图，得：00100110100111011010Qn1*001*00111011Qn+1SDRD010101Qn111*00Qn+1SDRD7重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3状态转移图和激励表状态转移图和激励表 4动作特点：动作特点：输入信号在全部作用时间里，都能直接改变输入信号在全部作用时间里，都能直接改变FF的状态。的状态。注注：由由于于基基本本RS_ _FF的的动动作作特特点点，其其抗抗干干扰扰性性较较差差，任任何何时时刻刻的的尖尖峰峰脉冲都会使脉冲都会使FF的状态有可能翻转。的状态有可能翻转。QnQn+1RDSD00 101101001111 激励表激励表8重大通信重大通信学院学院何伟何伟主要内容5.1 基本触发器5.2 钟控触发器5.3 主从触发器5.4 边沿触发器9重大通信重大通信学院学院何伟何伟1 1电路结构电路结构 基本基本FFFF：希希 望：望：5.2.15.2.1钟控钟控RS_FF RS_FF 10重大通信重大通信学院学院何伟何伟 CP=0 CP=0期间期间 G G3 3G G4 4 关闭关闭 ，S S、R R被封锁被封锁 Q Qn+1n+1=Q=Qn n CP=1 CP=1期间期间 G G3 3G G4 4 打开打开 ，由由G G1 1G G2 2组成的基本组成的基本RS_FFRS_FF正常工作正常工作3 3状态转移真值表和状态转移图状态转移真值表和状态转移图2 2工作原理工作原理 Qn001100011*11Qn+1SR010 R 11001110000SQn+1Qn激励表激励表11重大通信重大通信学院学院何伟何伟4 4动作特点动作特点只只有有在在CP=1CP=1期期间间，输输入入信信号号R R、S S才才起起作作用用，因因此此抗抗干干扰扰能能力力肯肯定比基本定比基本FFFF好；好；在在CP=1CP=1期期间间，尖尖峰峰脉脉冲冲仍仍然然有有可可能能使使FFFF发发生生多多次次状状态态翻翻转转，抗抗干扰力仍然较差。干扰力仍然较差。12重大通信重大通信学院学院何伟何伟 当当将将钟钟控控RS_FFRS_FF的的输输入入端端S S与与R R用用一一非非门门连连接接后后，FFFF的的输输入入端端变变成了单端输入，且没有了约束条件，该成了单端输入，且没有了约束条件，该FFFF叫叫D_FFD_FF。1 1电路结构电路结构 5.2.2 5.2.2 钟控钟控D D触发器触发器 2 2工作原理工作原理 13重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3状状态转移真移真值表和状表和状态转移移图 4 4动作特点动作特点 与钟控与钟控RS_FFRS_FF一样。一样。5 5常用常用MSIMSI：74LS75 4D74LS75 4D锁存器锁存器(也叫也叫4D透明锁存器，无透明锁存器，无三态缓冲器三态缓冲器)74LS373 8D 74LS373 8D锁存器锁存器（带三态输出，公共输出控制，公共使能端（带三态输出，公共输出控制，公共使能端CPCP）QnQn+1D000011100111CPDQn+10 Qn100111激励表激励表状状态转移真移真值表表14重大通信重大通信学院学院何伟何伟RS_FF:RS_FF:有约束条件有约束条件D_FF D_FF：功能较弱功能较弱1 1电路结构电路结构 5.2.3 5.2.3 钟控钟控JK_FF JK_FF 2 2工作原理工作原理 15重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3状状态转移真移真值表和状表和状态转移移图 QnQn+1JK000 011 10 111 0CPJKQn+10 Qn100Qn10101101111Qn激励表激励表状状态转移真移真值表表16重大通信重大通信学院学院何伟何伟 将将JKJKFFFF的、连在一起变成单输入，记为即可。的、连在一起变成单输入，记为即可。1 1工作原理工作原理5.2.4 5.2.4 钟控钟控T_FF T_FF 2 2状态转移真值表状态转移真值表&状态转移图状态转移图 CPTQn+10 Qn10Qn11Qn状状态转移真移真值表表QnQn+1T000011101110激励表激励表17重大通信重大通信学院学院何伟何伟(1)(1)只有在只有在CP=1CP=1期间，输入信号才起作用；期间，输入信号才起作用；(2)(2)在在CP=1CP=1期间，尖峰脉冲有可能使电路翻转；期间，尖峰脉冲有可能使电路翻转；(3)(3)在在CP=1CP=1期期间间存存在在多多次次翻翻转转的的问问题题！对对JK_FFJK_FF在在J=K=1J=K=1时时和和T_FFT_FF在在T=1T=1时时，触触发发器器将将不不停停地地翻翻转转，翻翻转转的的频频率率仅仅与与门门的的延延迟迟有有关关,因此该类翻转触发器没有任何实用价值。因此该类翻转触发器没有任何实用价值。5.2.55.2.5电位触发方式的工作特性电位触发方式的工作特性（动作特点）（动作特点）18重大通信重大通信学院学院何伟何伟主要内容5.1 基本触发器5.2 钟控触发器5.3 主从触发器5.4 边沿触发器19重大通信重大通信学院学院何伟何伟1.1.电路结构电路结构 前前面面介介绍绍的的钟钟控控FFFF都都是是电电位位触触发发方方式式，在在CPCP作作用用期期间间会会受受干干扰扰脉脉冲冲的影响而改变状态，且有多次翻转问题，抗干扰力弱。的影响而改变状态，且有多次翻转问题，抗干扰力弱。如果在如果在CPCP作用下，作用下，FFFF的状态只能改变一次，则抗干扰力将大大增加的状态只能改变一次，则抗干扰力将大大增加 主从主从FFFF5.3.1 5.3.1 主从主从RS_FF RS_FF 20重大通信重大通信学院学院何伟何伟表示低表示低电平触发电平触发表示表示“延迟延迟输出输出”21重大通信重大通信学院学院何伟何伟 CP=0 CP=0主主FFFF被封锁被封锁Q Q主主不再改变，从不再改变，从FFFF接收主接收主FFFF的状态，的状态，Q=QQ=Q主主；只在下降沿改变一次状态，只在下降沿改变一次状态，克服了多次翻转现象；克服了多次翻转现象；的状态决定于的状态决定于CPCP期间的期间的R R、S S信号的信号的变化过程变化过程；状态的改变只在状态的改变只在CP信号的下降沿时刻；信号的下降沿时刻；工作原理工作原理 主从主从RS_FFRS_FF仍受仍受SR=0SR=0的约束；的约束；主主FFFF在在CP=1CP=1期间其输出状态期间其输出状态Q Q主主仍会随仍会随RSRS状态的变化翻转多次。状态的变化翻转多次。22重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3状态转移真值表和状态转移图状态转移真值表和状态转移图 4.4.波形分析波形分析 CPRSQn+100Qn011100111*状状态转移真移真值表表状态转移图状态转移图和激励表与和激励表与钟控钟控RS_FF相同！相同！Q主主有多次有多次翻转问题翻转问题Q没有多次没有多次翻转问题翻转问题23重大通信重大通信学院学院何伟何伟1.1.电路结构电路结构5.3.2 5.3.2 主从主从JK_FF JK_FF 24重大通信重大通信学院学院何伟何伟25重大通信重大通信学院学院何伟何伟工作原理工作原理 “置置1 1”“置置0 0”“保持保持”“翻转翻转”26重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3状态转移真值表和状态转移图状态转移真值表和状态转移图 CPJKQn+100Qn01010111Qn状状态转移真移真值表表状态转移图状态转移图和激励表与和激励表与钟控钟控JK_FF相同！相同！4.4.波形分析波形分析 27重大通信重大通信学院学院何伟何伟1 1FFFF翻转分两步：翻转分两步：CP=1CP=1期间，主期间，主FFFF接收输入信号接收输入信号Q Q主主，Q Qn n不变；不变；CPCP Q Qn+1n+1=Q=Q主主，主，主FFFF被封锁。被封锁。2 2主主从从RS_FFRS_FF在在CP=1CP=1期期间间，输输入入信信号号 Q Q主主,因因此此，要要求求CP=1CP=1期期间间，输输入入信信号号应应保保持持不不变变，否否则则不不能能按按 时时刻刻的的输输入入决决定定Q Q的的状态；状态；【例例】：Q Qn n=0=0，S=0,R=1 S=1,R=0 S=0,R=0 Q Qn+1n+1=1=13 3主从主从JK_FFJK_FF的特点：的特点：由由于于Q Q和和/Q/Q的的反反馈馈，主主FFFF在在CP=1CP=1期期间间只只可可能能翻翻转转一一次次，一一旦旦翻翻转就不会再翻回来。转就不会再翻回来。（一次性翻转现象）（一次性翻转现象）【例例】：Q Qn n=0=0，J=1 K=0 Q主主=1，Qn=0 J=1 K=1 Q主主=1 （Qn封锁了封锁了K，R=K Qn）Q Qn+1n+1=1=15.3.3 5.3.3 主从主从FFFF的动作特性的动作特性 28重大通信重大通信学院学院何伟何伟主主从从FF只只有有在在CP=1的的全全部部时时间间里里输输入入状状态态始始终终未未变变的的条条件件下下，用用CP下下降降沿沿到到达达时时输输入入的的状状态态决决定定FF的的次次态态才才肯肯定定是是对对的的。否否则则，必必须须考考虑虑CP=1期期间间输输入入状状态态的的全全部部变变化化过过程程，才才能能确确定定FF的次态。的次态。对对主主从从JK-FF，在在CP=1期期间间，当当分分析析到到有有使使FF翻翻转转的的情情形形后后，就可停止分析了，因为主从就可停止分析了，因为主从JK-FF有一次性翻转的问题。有一次性翻转的问题。注意：注意：5.3.4主从主从JK-FF集成单元集成单元5.3.5集成主从集成主从JK-FF的脉冲工作特性的脉冲工作特性 自看！自看！29重大通信重大通信学院学院何伟何伟主要内容5.1 基本触发器5.2 钟控触发器5.3 主从触发器5.4 边沿触发器30重大通信重大通信学院学院何伟何伟1.1.基本工作原理基本工作原理 主从主从FFFF要求要求CP=1CP=1期间输入信号稳定不变，否则期间输入信号稳定不变，否则FFFF有误动作；有误动作；进一步提高抗干扰能力进一步提高抗干扰能力边沿边沿FFFF（输入信号只在（输入信号只在CPCP边沿起作用）边沿起作用）5.4.1 5.4.1 维持维持阻塞触发器阻塞触发器 31重大通信重大通信学院学院何伟何伟G G1 1G G4 4钟控钟控RS_FFRS_FF（抗干扰差）（抗干扰差）改改进进思思想想：若若 以以后后，输输入入的的改改变变不不引引起起S、R的改变，的改变，则则Q Qn+1n+1只决定于只决定于 输入。输入。方法：方法：增加门增加门G G5 5G G6 6S&G5R&G6置置1维持线维持线置置0维持线维持线 G G3 3G G4 4基本基本RS_FFRS_FFS=R=1被阻塞线屏蔽，被阻塞线屏蔽，G G3 3G G4 4的状态不改变。的状态不改变。G G3 3G G5 5基本基本RS_FFRS_FF G G4 4G G6 6基本基本RS_FF RS_FF 可存储信息可存储信息增加阻塞线增加阻塞线、置置0阻塞线阻塞线置置1阻塞线阻塞线结结论论：维维持持阻阻塞塞FFFF的的输输出出只只决决定定于于CPCP上上升升沿沿时刻的输入状态。时刻的输入状态。特性方程：特性方程：上升沿触发上升沿触发不允许！不允许！32重大通信重大通信学院学院何伟何伟改错！改错！33重大通信重大通信学院学院何伟何伟2.2.维持维持阻塞阻塞D D触发器触发器 如上的维持如上的维持阻塞触发器的状态方程为：阻塞触发器的状态方程为：则：则：Q Qn+1n+1=（D+DQD+DQn n）CPCP=D=D CPCP 结论：结论：将将/R和和/S用一反相器连接即得维持用一反相器连接即得维持阻塞阻塞D D触发器；触发器；为简化电路，可直接利用输入与非门如图为简化电路，可直接利用输入与非门如图5-4-25-4-2；如图连接线如图连接线兼有置兼有置0 0维持和置维持和置1 1阻塞的功能。阻塞的功能。因为：因为：(a a)D D端实际上是置端实际上是置0 0端，当其置端，当其置0 0后，后，线可以维持置线可以维持置0 0 (b b)D D端端又又是是置置1 1端端，当当已已置置0 0后后，D D端端又又要要置置1 1，则则线线可可将将其其屏蔽掉。屏蔽掉。34重大通信重大通信学院学院何伟何伟表示边沿触发表示边沿触发35重大通信重大通信学院学院何伟何伟 瞬间瞬间D D必须保持不变才能达到维持必须保持不变才能达到维持-阻塞的作用，保持时间阻塞的作用，保持时间t th h=1t=1tpdpd为了达到状态的转移，为了达到状态的转移，CP=1的时间必须满足：的时间必须满足：t tCPHCPH3t3tpdpdf fcpmaxcpmax1/(tCPL+tCPH)=1/5tpd工作波形分析工作波形分析 3 3维持维持阻塞阻塞D_FFD_FF的脉冲工作特性的脉冲工作特性 t tCPLCPLt tsetset=2t=2tpdpd，建立时间，建立时间t tsetset内内D D必须保持不变，必须保持不变，36重大通信重大通信学院学院何伟何伟5.4.2 5.4.2 利用传输延迟时间的边沿触发器（后沿触发）利用传输延迟时间的边沿触发器（后沿触发）电路特点：电路特点：该该电电路路由由两两个个与与或或非非门门构构成成基基门门RS-FF，由由 与与 非非门门G、H构构成成触触发发引引导导电电路路。且且G、H的的传传输输延延迟迟要要大大于于基基本本RS-FF的的翻转时间。翻转时间。37重大通信重大通信学院学院何伟何伟1工作原理工作原理 CP=0CP=0时，门时，门C C、F F、G G、H H被被CPCP封锁，封锁，D D、E E工作工作 故：故：基本基本RS_FFRS_FF通过通过D D、E E保持保持Q Qn n当当，且且CP=1CP=1时，门时，门C C、F F首先解除封锁首先解除封锁 故故:基本基本RS_FFRS_FF也可通过也可通过C C、F F保持保持Q Qn n 传传输输延延迟迟后后，G G、H H也也解解除除封封锁锁，J J、K K将将使使G G、H H变变化化，但但即即使使G=H=0G=H=0封封锁锁了了D D、E E，基本，基本RS_FFRS_FF仍可保持仍可保持Q Qn n；后，门后，门C C、F F首先被封锁，而首先被封锁，而G G、H H将保持原来状态，将保持原来状态，当传输延迟后，当传输延迟后，G G、H H也被封锁，基本也被封锁，基本RS_FFRS_FF将通过将通过D D、E E保持保持Q Qn+1n+1/R/RD D、/S/SD D是异步置是异步置0 0端和异步置端和异步置1 1端。端。38重大通信重大通信学院学院何伟何伟功能表：功能表：39重大通信重大通信学院学院何伟何伟5.4.9 CMOS5.4.9 CMOS传输门构成的边沿触发传输门构成的边沿触发 1COMS传输门构成基本传输门构成基本FF 原理：原理：CP=0CP=0，TGTG1 1 TGTG2 2，Q Qn+1n+1=D=D CP=1CP=1，TGTG1 1 TGTG2 2，Q Qn+1n+1=Q=Qn n 此此为为D D触触发发器器，电电平平触触发发型型，CPCP低低有有效效，缺缺点点是是抗抗干干扰扰力力差差，多次翻转问题。多次翻转问题。40重大通信重大通信学院学院何伟何伟2 2CMOSCMOS传输门构成的传输门构成的D D边沿触发器边沿触发器 原理：原理：R RD D、S SD D是异步置是异步置0 0和置和置1 1端，高有效端，高有效CP=0CP=0时，准备阶段时，准备阶段TGTG1 1 ，TGTG2 2 ，主，主FFFF接收接收D D信息信息TGTG3 3 ，TGTG4 4 ，从从FFFF与与主主联联系系被被切切断断，从从FFFF保持，保持，CPCP,状态转移状态转移 TGTG1 1，TGTG2 2，主主FFFF保保持持CPCP上上升升沿沿前前一刻的输入信号，即一刻的输入信号，即TGTG3 3，TGTG4 4，从，从FFFF接收主接收主FFFF的状态，的状态，41重大通信重大通信学院学院何伟何伟3 3CMOSCMOS传输门构成的传输门构成的J-KJ-K边沿触发器边沿触发器 42重大通信重大通信学院学院何伟何伟该触发器没有一次性翻转现象！该触发器没有一次性翻转现象！p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日