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1 触发器特点 触发器分类 能够存储一位二进制信息的基本单元 1 能够保持的稳定状态 可用来表示逻辑0和逻辑1 2 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 能将新状态保存下来 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 R S触发器 D触发器 J K触发器和T触发器 组合电路 不含记忆元件 无反馈 输出与原来状态无关 第四章集成触发器 触发器 2 第四章集成触发器 4 1基本R S触发器 4 2钟脉冲控制的R S触发器 4 3主从触发器4 4边沿触发器 4 5触发器的功能分类及触发器类型转换 4 6激励表的文字填写法 3 4 1基本R S触发器 4 1 1基本R S触发器的组成及工作原理 2 由两个 与非 门构成的R S触发器电路图 1 逻辑符号 4 两个稳定状态 当 若Q 0 1 即处于0态 这是一个稳定状态 同理 若Q 1 0 1态 也是一个稳定状态 5 若在电路的输入端施加触发信号 触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态 例如 设触发器起始状态 初态 为1 在端加0电平信号 即 仍为1 经过门2的延迟时间tpd2后变为1 再经过门1的延迟时间tpd1后 Q变为0 触发器转换到0态 置0端 置1端 6 图4 2给出了触发器置1的工作波形 这里假设tpd1 tpd2 tpd 由图可见 为使置1可靠 置1负脉冲的宽度应大于2tpd 同样可以画出置0负脉冲作用下的工作波形 7 RD 1 8 4 1 2基本R S触发器的逻辑功能 1 基本R S触发器的真值表及时序图 表4 1基本R S触发器的真值表 次态 初态 9 表中Q t 为触发器初态 为次态 当 同时为低电平时 Q和均为1 使触发器互补输出功能失效 若此时同时撤销 端的低电平 则因门电路动态特性参数的不同 触发器的新态可能有3种情况 设与非门1和与非门2的平均延迟时间为tpd1 tpd2 则有 10 若tpd1tpd2 则 Q 1为输入先作用 若tpd1 tpd2 则将在1电平及0电平之间来回震荡 如果同时撤销 11 图4 3示出基本R S触发器时序图 图中假定门的传输延迟时间为0 不定状态用虚线及问号表示 12 2 基本R S触发器的状态转换真值表及特征方程 13 图4 4 a 所示的表格为状态转换真值表 不定态用d填写 由状态转换真值表可以导出次态的逻辑表达式 称为触发器的特性方程或状态方程 b 图为次态的卡诺图 由图可得 4 1 由于输入 不得同时取逻辑0电平 则 或 4 2 4 1 4 2 式联立得 约束条件 4 3 14 3 基本R S触发器的状态转换图和激励表 15 4 1 3 或非门构成的基本R S触发器 如果同时撤销输入将会出现振荡 16 根据功能真值表列出状态转换真值表 并由此求出该触发器的特性方程为 4 4 由特性方程 4 3 及 4 4 可见 由或非门和与非门构成的R S触发器都具有相同的方程形式 或 17 与非门构成的基本R S触发器 或非门构成的基本R S触发器 两种基本R S触发器的比较 特性相同 18 4 2钟脉冲控制的R S触发器 数字系统使用的触发器的置0或置1要受到控制信号的控制 这个控制信号称为时钟信号 记为CP 时钟脉冲信号确定触发器动作的时刻 触发器输入端的取值 输入数据 确定触发器状态转换的方向 由时钟脉冲信号控制的R S触发器称为钟脉冲R S触发器 19 4 2 1钟脉冲R S触发器 由与非门构成的钟脉冲R S触发器如图4 7所示 20 图中门1 门2构成基本R S触发器 门3 门4构成触发导引电路 S R称为触发器的控制输入或激励端 驱动端 CP称为时钟端 由图4 7可见 基本R S触发器的输入 21 当CP 0 触发器的状态将保持不变 当CP 1时 则 触发器的状态将随输入端S R的输入信号而变化 通常用Qn及Qn 1分别表示时钟控制型触发器的初态和次态 22 于是根据R S触发器的特性方程可以得到钟脉冲R S触发器的特性方程 当CP 1时 则有 与前面一致 约束条件 4 5 式 4 5 表明 在CP 1时 即时钟脉冲由低电平上跳到高电平 上升沿 以及时钟脉冲维持高电平期间 触发器状态的更新按 4 5 式进行 23 在CP 1或CP 0期间 触发器能改变状态的触发方式称为 电平触发方式 由式 4 5 可以导出功能真值表 状态转换真值表 激励表及状态转换图 分别为图4 8的 a b c d 图4 9为钟脉冲R S触发器的时序图 24 真值表 状态转换真值表 激励表 状态转换图都表达同一内容但表达方式不同 p 17 25 要求在CP 1期间输入信号不发生变化 以避免空翻 空翻 26 图4 10 a b 分别为由或非门及与或非门构成的钟脉冲R S触发器 27 4 3主从触发器 4 3 1主从R S触发器 电路图如4 11 a 所示 它是由两个R S触发器级联而成 CP 1时 主触发器的输入为整个触发器的输入 QM QS 主触发器 从触发器 28 CP 1时 主触发器接收数据 特性方程为 此时 由于CP 0 从触发器的状态保持不变 CP由1变为0时 CP 0 主触发器状态不变 特性方程为 4 6 p 24激励表 主触发器输出具有互补性 29 主从触发器工作分两步 第一步 CP从0变1以及CP 1期间 主触发器接受输入 从触发器状态不变 第二步 CP从1到0时 主触发器状态不变 从触发器接受主触发器输出的数据信息 触发器状态变化 由于在CP下跳至0后 主触发器不再接受输入信息 因此也不会引起触发器状态发生变化 30 4 3 2主从J K触发器 主从J K触发器的组成及功能电路图如图4 12 a 所示 b 和 c 为其功能真值表及逻辑符号 见 4 8 在主从R S触发器基础上修改 31 由图4 12 a 可得主触发器的输入方程 4 7 将式 4 7 代入主从R S触发器的特性方程式 4 6 中 有 4 8 由于SR恒为0 所以无论J K怎样取值上式均成立 因此J K取值无约束包括J K 1 32 主从J K状态转换发生在CP下降沿时刻 有时为了说明这一特点 将触发器特性方程写成 4 8 根据图4 12 b 的真值表不难导出下面的状态转换真值表 激励表及状态转换图 33 2 主从J K触发器的一次翻转现象 一个J K触发器电路图如图4 14所示 在CP 1期间 如果J或K发生变化 QM也 会变化 因此在CP到达时 Q的次态可能与 4 8 描述的不同 QM 34 例 假设在CP 1之前 J 0 K 1 且QM 0 Q Qs 0 当CP 1时 因Q 0 J 0导致门3 门4的输出都是高电平 使QM 0 保持 但由于某种原因 如干扰 短暂出现J 1 K 0 CP 1不变 将使QM 1 因Q3 0 Q4 1 QM 35 干扰过去后 输入信号恢复到J 0 K 1 但由于门4的输入有Q 0 K 1不起作用 门3 门4输出为高电平 使QM 1保持不变 不能恢复到QM 0 当CP来到时 QS Q 1 而本应为QS Q 0 因此 在CP 1期间 QM 要求输入J K的数据值不变 a 36 4 4边沿型触发器 可避免空翻以及在CP作用期间的状态翻转现象 即使输入数据在CP作用期间发生变化 也可保证触发器的状态不变 37 4 4 1维持 阻塞D触发器 1 维持 阻塞D触发器的工作原理 图4 18维持 阻塞D触发器 门3 5组成A触发器 门4 6组成B触发器 及门1 2组成输出触发器 当CP 0时 QA QB 1 所以输出触发器状态Q保持不变 38 1 假设输入端D的数据在CP 1到来之前的2已由1变成0 稳定 D 0 则经门6 门5的2延迟后 有 当CP 1出现时 经门4的一个tpd后 有 而 保持不变 经过2tpd后 输出触发器 被置0 QA 1 QB 0 1 CP 0 1 上升沿 1tpd后 D 0 39 即 与此同时 将门6的输入端封锁 1tpd后 维持触发 器的0状态 这样即使输入数据D在CP 1期间发生变化 对触发器的状态不会产生影响 即触发器不会空翻 所以连线 为置0维持线 保持 保持 保持 状态更新 40 2 假设控制输入端D的数据在CP 1到来之前的2已由0变成1 稳定 D 1 则经门6延时后 CP 0 这时 D 1 CP 0 41 当CP 1出现时 经门3的延迟后 有 而 不变 使 输出触发器 置1 同时也封锁了门5 维持输出触发器的1 态 所以连线 称为置1维持线 D 1 42 3 在CP 1期间 a 在上述2中如果D 1变为D 0 封锁门4 可保证 从而 阻塞 因D的变化引起QB向 0变化 即阻塞触发器置0 称连线 为阻塞置0线 1 0 0 1 1 0 43 b 在上述1中如果D 0变为D 1 这时已有 将加到门5输入端 使封锁门3 保证 即阻塞触发器置1 称连线 为阻塞 置1线 结论 由于这些反馈作用 使得触发器在CP上升沿出现后即刻产生维持 阻塞信号 完成状态转换 而且不会发生空翻 而 0 1 1 0 0 1 44 维持阻塞D触发器具有置0 置1功能 可求得特性方程 有时也将特性方程明确写成 激励表和状态转换图如图4 19所示 45 2 集成维持 阻塞D触发器 异步置1 异步置0 46 置0 置1 异步 无条件 置0 置1 异步 条件 CP 0 特征方程 及 47 4 4 2边沿型J K触发器 R S触发器 门1 门2构成 虚线 触发引导电路 门3 门4 R S触发器输入端 b 48 在CP 1期间 只读入数据但不翻转 Q保持不变 不受R S J K的影响 不会空翻 但这时J K可能变化 CP 1 这是准备阶段 正常工作时 SD RD 1 这时R S触发器输入端数据可改变 读入 但Q的状态不变 A1 5 6 49 在CP下降沿到来时 CP 0 R S触发器更新 门3 门4的延迟时间较长 因此在CP 0时 值保持不变 暂时 状态更新为 同时 门3 门4被CP 0封锁 J K的变化不会影响触发器状态 接着 在过了延迟时间后 由于CP 0 有 保持状态 这时p 48中与门5 6不起作用 关系A1不再成立 两虚线模块构成一个R S触发器 50 只有当下降沿到达时 触发器状态才更新而且新状态将会维持下去 触发器不会空翻 CP 1时读入但不翻转 CP 0时瞬间触发 随后封锁输入端 保持 下降沿触发 保持 保持 51 集成边沿型J K触发器的功能表 其特性方程为 52 4 5 1触发器的分类 1 按照触发器组成结构分类 基本R S触发器 钟脉冲R S触发器 主从触发器 边沿型触发器2 按照逻辑功能分类 R S触发器 J K触发器 D触发器 T触发器 4 5触发器的功能分类及触发器类型转换 53 T触发器的逻辑符号 真值表 激励表及状态转化图 54 由真值表可得T触发器的特征方程如下 T 1时 4 23 4 24 这就是说 只要有时钟到达 触发器的状态就要翻转 这类触发器常称为计数触发器 又称为 55 4 5 2触发器类型转换 1 公式法 以R S触发器转换为J K触发器为例 0 4 25 4 26 4 27 56 由 4 25 4 27 得 比较得 57 2 卡诺图法 可得图4 26的设计 58 用同样方法 可得 R S D R S T 59 4 6激励表的文字填写法 1 大写0 不写d 小写 s 60 W 以R S触发器为参考 R r S s 0 1 d 文字 c 61 各端 0 1 d 激励信号与文字的关系 62 4 1 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 9 4 10 上交时间 11月17日 星期二 期中考试 闭卷 时间 2009年11月24日 星期二内容 一 二 三 四章