1、本章要求本章要求：1.熟練掌握各種觸發(fā)器組合的分析，并能熟練掌握各種觸發(fā)器組合的分析，并能畫(huà)波形圖。畫(huà)波形圖。2.理解狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、次態(tài)卡諾圖、狀理解狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、次態(tài)卡諾圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。態(tài)轉(zhuǎn)移圖。3. 掌握基本掌握基本RS觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、維持阻塞D觸發(fā)器、觸發(fā)器、邊沿邊沿JK觸發(fā)器的工作原理。觸發(fā)器的工作原理。第第4章章 基本時(shí)序電路基本時(shí)序電路集成觸發(fā)器集成觸發(fā)器 4. 理解RS,D,JK之間的相互轉(zhuǎn)化。5. 了解主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。能繪制波形圖。 4.1 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 4.1.1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理電路結(jié)構(gòu)和工作原理 第5章 集成觸發(fā)器 實(shí)際的實(shí)際的RS觸發(fā)

2、器觸發(fā)器當(dāng) 輸 入 信 號(hào)當(dāng) 輸 入 信 號(hào) RD、 SD不 變 化不 變 化 ( 即即RDSD=11)時(shí)，該觸發(fā)器必定處于某一狀時(shí)，該觸發(fā)器必定處于某一狀態(tài)保持不變，所以它是具有存儲(chǔ)數(shù)字信息態(tài)保持不變，所以它是具有存儲(chǔ)數(shù)字信息的功能。的功能。 無(wú)論無(wú)論RD或或 SD都遵從都遵從“直線置一；斜直線置一；斜線置線置0”的信號(hào)流向。的信號(hào)流向。 在某一時(shí)刻當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，時(shí)序在某一時(shí)刻當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，時(shí)序電路可能從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)電路可能從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。我們把某時(shí)刻輸入信號(hào)作用前的定狀態(tài)。我們把某時(shí)刻輸入信號(hào)作用前的狀態(tài)稱為時(shí)序電路的狀態(tài)稱為時(shí)序電路的現(xiàn)在狀態(tài)現(xiàn)在

3、狀態(tài)(簡(jiǎn)稱現(xiàn)態(tài)簡(jiǎn)稱現(xiàn)態(tài))，用用Qn和和Qn)表示表示；把在輸入信號(hào)作用后的把在輸入信號(hào)作用后的狀態(tài)稱為時(shí)序電路狀態(tài)稱為時(shí)序電路下一狀態(tài)下一狀態(tài)(簡(jiǎn)稱次態(tài)簡(jiǎn)稱次態(tài))，用用Qn+1和和Qn+1表示。表示。 4.1.2 時(shí)序電路的功能描述方法時(shí)序電路的功能描述方法 1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(狀態(tài)表狀態(tài)表) 將時(shí)序電路的次態(tài)將時(shí)序電路的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)與現(xiàn)態(tài)Qn、輸、輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出來(lái)，這種表格就稱為來(lái)，這種表格就稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表， 簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱狀態(tài)表。稱狀態(tài)表。觸發(fā)器的次態(tài)觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1不僅與輸入不僅與輸入信號(hào)有關(guān)

4、，還與它的現(xiàn)態(tài)信號(hào)有關(guān)，還與它的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān)有關(guān)。由狀態(tài)。由狀態(tài)表得到的表得到的K圖稱圖稱次態(tài)次態(tài)K圖圖。 表 4 1 基本基本RS觸發(fā)器狀態(tài)表觸發(fā)器狀態(tài)表 圖圖 4 2 次態(tài)卡諾圖次態(tài)卡諾圖 RDSDQ0001111001001011Qn+1n或非門組成的基本RS觸發(fā)器 2. 特征方程特征方程(狀態(tài)方程狀態(tài)方程) 描述時(shí)序電路邏輯功能的函數(shù)表達(dá)描述時(shí)序電路邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式稱為式稱為特征方程或狀態(tài)方程特征方程或狀態(tài)方程。對(duì)圖。對(duì)圖5-2次次態(tài)卡諾圖化簡(jiǎn)，可以求得由或非門組成態(tài)卡諾圖化簡(jiǎn)，可以求得由或非門組成的基本的基本RS觸發(fā)器的特征方程為觸發(fā)器的特征方程為 01DDnDDnRSQRSQ

5、(約束條件約束條件) 3. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(狀態(tài)圖狀態(tài)圖)與激勵(lì)表與激勵(lì)表 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是描述時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)是描述時(shí)序電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律的圖形。移規(guī)律的圖形。RD= 1SD= 001RD=SD=1SD=RD=1RD= 0SD= 1第5章 集成觸發(fā)器 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)通常被稱作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是在軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域內(nèi)通常被稱作有限有限狀態(tài)機(jī)（狀態(tài)機(jī)（Finite State Machine），是一種應(yīng)用非常廣泛，是一種應(yīng)用非常廣泛的軟件設(shè)計(jì)模式（的軟件設(shè)計(jì)模式（Design Pattern）。）。有限狀態(tài)機(jī)描述對(duì)象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的有限狀態(tài)機(jī)描述對(duì)象在它的生命周期內(nèi)所經(jīng)歷的

6、狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來(lái)自外界的各種事件。狀態(tài)序列，以及如何響應(yīng)來(lái)自外界的各種事件。第5章 集成觸發(fā)器 RPG 城門狀態(tài)機(jī)城門狀態(tài)機(jī)4. 波形圖波形圖 (timing diagrams) 工作波形圖又稱時(shí)序圖，它反映了工作波形圖又稱時(shí)序圖，它反映了時(shí)序電路的輸出狀態(tài)隨時(shí)間和輸入信號(hào)時(shí)序電路的輸出狀態(tài)隨時(shí)間和輸入信號(hào)變化的規(guī)律。變化的規(guī)律。tt1t2t3t5t6t7t8t94.2 時(shí)鐘控制的觸發(fā)器時(shí)鐘控制的觸發(fā)器 4.2.1 鐘控鐘控RS觸發(fā)器觸發(fā)器 在時(shí)序電路中，要求觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖在時(shí)序電路中，要求觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖CP的作的作用下工作。當(dāng)用下工作。當(dāng)CP=0時(shí)，無(wú)論時(shí)，無(wú)論R，S取值為多少，

7、觸發(fā)取值為多少，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。當(dāng)器狀態(tài)維持不變。當(dāng)CP=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)基本時(shí)，實(shí)現(xiàn)基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)器的功能。功能。10nnQSR QS R圖 5 6 鐘控鐘控RS觸發(fā)器的波形圖觸發(fā)器的波形圖 R、S高電平有效高電平有效4.2.2 鐘控鐘控D觸發(fā)器觸發(fā)器 鐘控鐘控D觸發(fā)器在時(shí)鐘作用下，其次態(tài)觸發(fā)器在時(shí)鐘作用下，其次態(tài)Qn+1始終和始終和D輸入一致，因此常把它稱為數(shù)輸入一致，因此常把它稱為數(shù)據(jù)鎖存器或延遲據(jù)鎖存器或延遲(Delay)觸發(fā)器。觸發(fā)器。 特征方程為特征方程為Q n+1 = D （CP 有效）有效） (a)QQ(b)&RDSDQQ&CPDBDCACP1DC11nnnQSR QDD

8、QD圖 4-3 D觸發(fā)器狀態(tài)圖觸發(fā)器狀態(tài)圖 01D = 0D = 0D = 1D = 14.2.3 鐘控鐘控T觸發(fā)器觸發(fā)器 鐘控鐘控T觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：在觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：在T1時(shí)，觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖時(shí)，觸發(fā)器在時(shí)鐘脈沖CP的作用下，每的作用下，每來(lái)一個(gè)脈沖輸出的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；在來(lái)一個(gè)脈沖輸出的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次；在T=0時(shí)，狀態(tài)不變。時(shí)，狀態(tài)不變。(a)QQ1T(b)&RDSDQQ&CPTC1CP1nnnnnnnnQSRQTQTQ QTQTQTQ鐘控鐘控T觸發(fā)器的特征方程為觸發(fā)器的特征方程為 有效）（CPQTQnn14.2.4 鐘控鐘控J-K觸發(fā)器觸發(fā)器 為了避免為了避免RS觸發(fā)器兩輸入端電平不

9、觸發(fā)器兩輸入端電平不能同時(shí)有效的弊端，引入鐘控能同時(shí)有效的弊端，引入鐘控J-K觸發(fā)器。觸發(fā)器。1nnnnnnnQSRQJQKQ QJQKQ鐘控鐘控J-K觸發(fā)器的狀態(tài)方程為觸發(fā)器的狀態(tài)方程為:有效）（CPQKQJQnnn1 同時(shí)具備以下條件的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)同時(shí)具備以下條件的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)方式觸發(fā)器方式觸發(fā)器(簡(jiǎn)稱邊沿觸發(fā)器簡(jiǎn)稱邊沿觸發(fā)器)： 觸發(fā)器僅觸發(fā)器僅在在CP上升沿上升沿(rising edge)或下降沿或下降沿(falling edge)到來(lái)時(shí)狀態(tài)才可以發(fā)生變化。到來(lái)時(shí)狀態(tài)才可以發(fā)生變化。 在在CP=0或或CP=1期間，輸入信號(hào)變化不會(huì)引起觸發(fā)器輸期間，輸入信號(hào)變化不會(huì)引起觸發(fā)器

10、輸出狀態(tài)變化。出狀態(tài)變化。 邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器有兩種常用類型：邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器有兩種常用類型：一種是維持一種是維持阻塞阻塞D觸發(fā)器；另一種是邊沿觸發(fā)器；另一種是邊沿JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。 4.3 邊沿觸邊沿觸 發(fā)發(fā) 器器 1. 邊沿邊沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 邊沿邊沿JK觸發(fā)器的工作特性與觸發(fā)器的工作特性與JK觸發(fā)器觸發(fā)器相同，但在相同，但在CP邊沿輸出狀態(tài)才可能發(fā)生改邊沿輸出狀態(tài)才可能發(fā)生改變。圖中變。圖中 為為 復(fù)位、置復(fù)位、置1端，工作不受端，工作不受CP控制，因此稱為異步置控制，因此稱為異步置0、置、置1端。端。 DDSR ,下降沿下降沿JK觸發(fā)器觸發(fā)器 &1&1&RDQQSDCPJK2

11、1RDSD34CPQKQJQnnn)(1下降沿下降沿JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程觸發(fā)器的狀態(tài)方程0K = J = 0J = K = 0K = J = 1J = K = 11在CP=1時(shí)經(jīng)過(guò)2tpd， 才能建立。才能建立。因此tCPH2tpd。 在在CP=0持續(xù)期持續(xù)期tCPL內(nèi)一定要保證基本內(nèi)一定要保證基本RS觸發(fā)器能可靠觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)，因此tCPL2tpd。 觸發(fā)器最高工作頻率為 DDRS 、max14CPpdft下降沿下降沿JK觸發(fā)器最高工作頻率觸發(fā)器最高工作頻率邊沿邊沿JK觸發(fā)器的波形圖觸發(fā)器的波形圖 4321 2. 維持維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器觸發(fā)器 1) 電路工作原理電路工作原理 維

12、持維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器如圖所示。圖中觸發(fā)器如圖所示。圖中 為為 復(fù)位、置復(fù)位、置1端，工作不受端，工作不受CP控制，因此控制，因此 也稱異步置也稱異步置0、置、置1端。端。 DDSR ,DDSR ,維持維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為觸發(fā)器的狀態(tài)方程為CPDQn 1 當(dāng)當(dāng)CP由由0變?yōu)樽優(yōu)?時(shí)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由時(shí)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由CP變化前瞬間變化前瞬間的輸入信號(hào)的輸入信號(hào)D來(lái)決定。來(lái)決定。 max1(5CPpdpdftt 與非門平均延遲時(shí)間） 2) 脈沖工作特性脈沖工作特性 由于輸入信號(hào)通過(guò)觸發(fā)器需要一定的由于輸入信號(hào)通過(guò)觸發(fā)器需要一定的延時(shí)才能作用于輸出端，相鄰兩個(gè)有效沿延時(shí)才

13、能作用于輸出端，相鄰兩個(gè)有效沿的時(shí)間要大于延時(shí)時(shí)間才能保證前一個(gè)有的時(shí)間要大于延時(shí)時(shí)間才能保證前一個(gè)有效沿處的輸入信號(hào)對(duì)觸發(fā)器有作用。效沿處的輸入信號(hào)對(duì)觸發(fā)器有作用。3）維持）維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)器波形圖觸發(fā)器波形圖 6543211 D觸發(fā)器：觸發(fā)器： 輸出為輸出為有效沿到達(dá)之前有效沿到達(dá)之前輸入的狀態(tài)。輸入的狀態(tài)。2 JK觸發(fā)器：輸出根據(jù)觸發(fā)器：輸出根據(jù)有效沿到達(dá)之前有效沿到達(dá)之前輸入的狀態(tài)而定：輸入的狀態(tài)而定： J=K=1 翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)。 J=1,K=0 輸出為一。輸出為一。 J=0,K=1 輸出為輸出為0。 J=K=0, 輸出保持不變。輸出保持不變。3 RS觸發(fā)器：觸發(fā)器：S端置一，端置

14、一，R端置端置0。4 T觸發(fā)器可由觸發(fā)器可由D、JK構(gòu)成，是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（二分頻）。構(gòu)成，是二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（二分頻）。5 RS,JK,D觸發(fā)器的穩(wěn)定工作狀態(tài)有觸發(fā)器的穩(wěn)定工作狀態(tài)有2個(gè)。個(gè)。三種觸發(fā)器的基本工作特點(diǎn)：三種觸發(fā)器的基本工作特點(diǎn)： 如果使如果使J=K 則則JK觸發(fā)器構(gòu)成觸發(fā)器構(gòu)成T觸發(fā)器觸發(fā)器。 如果使如果使T始終為始終為1稱之為稱之為T觸發(fā)器，觸發(fā)器， T觸發(fā)觸發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)器可以實(shí)現(xiàn)CP信號(hào)的二分頻。信號(hào)的二分頻。CP TQn+1T觸發(fā)器觸發(fā)器課后的任務(wù)：課后的任務(wù)：1 繪出繪出P125 圖圖45、P135圖圖422、P137 圖圖425 的波形圖。的波形圖。 時(shí)序圖的畫(huà)法一般按以

15、下步驟進(jìn)行：時(shí)序圖的畫(huà)法一般按以下步驟進(jìn)行： 首先確定輸入信號(hào)的邏輯表達(dá)式。首先確定輸入信號(hào)的邏輯表達(dá)式。 確定確定CP的有效作用沿。對(duì)多個(gè)觸的有效作用沿。對(duì)多個(gè)觸發(fā)器，發(fā)器，各自的各自的CP的有效作用沿可能不同的有效作用沿可能不同。 4.4 觸發(fā)器時(shí)序圖的綜合分析觸發(fā)器時(shí)序圖的綜合分析異步直接置異步直接置0、置、置1端端(RD、SD)的操的操作不受時(shí)鐘作不受時(shí)鐘CP的控制，應(yīng)先畫(huà)出有異步的控制，應(yīng)先畫(huà)出有異步置位信號(hào)作用時(shí)的波形，該波形從異步置置位信號(hào)作用時(shí)的波形，該波形從異步置位信號(hào)作用時(shí)算起，一直到異步置位信號(hào)位信號(hào)作用時(shí)算起，一直到異步置位信號(hào)作用完后作用完后下一個(gè)下一個(gè)CP有效沿有效

16、沿到來(lái)之前。到來(lái)之前。 每個(gè)時(shí)鐘脈沖作用沿來(lái)到后，根據(jù)每個(gè)時(shí)鐘脈沖作用沿來(lái)到后，根據(jù)觸發(fā)器的狀態(tài)方程確定其次態(tài)。在觸發(fā)器的狀態(tài)方程確定其次態(tài)。在兩個(gè)兩個(gè)CP有效沿之間，輸出狀態(tài)不變化。除非有效沿之間，輸出狀態(tài)不變化。除非遇到異步控制信號(hào)。遇到異步控制信號(hào)。5 對(duì)于周期性波形，只需要畫(huà)出一次完整周對(duì)于周期性波形，只需要畫(huà)出一次完整周期，其余的可以復(fù)制。期，其余的可以復(fù)制。 觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換QC11K1JQQC11K1JQCP DCPT1QC11K1JQCPSRJK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS觸發(fā)器的過(guò)程。觸發(fā)器的過(guò)程。nnnnnnnnnnnQRQSQRSRSQSQRSQS

17、QRQQSQRSQ)(1RS 為約束項(xiàng)為約束項(xiàng)RKSJ所以所以 例例4-1 邊沿邊沿JK觸發(fā)器和維持觸發(fā)器和維持阻塞式阻塞式D觸發(fā)觸發(fā)器分別如圖器分別如圖 (a)、 (b)所示，其輸入波形見(jiàn)所示，其輸入波形見(jiàn) (c)，試分別畫(huà)出試分別畫(huà)出Q、 Q2端的波形。端的波形。設(shè)電路初態(tài)均為設(shè)電路初態(tài)均為0 。 CPABQ1Q2 例例4-2 邊沿觸發(fā)器組成的電路分別如圖邊沿觸發(fā)器組成的電路分別如圖(a)、 (b)所示，其輸入波形見(jiàn)圖所示，其輸入波形見(jiàn)圖(c)，試分別畫(huà)出，試分別畫(huà)出Q1、Q2端的波形。端的波形。 設(shè)電路初態(tài)均為設(shè)電路初態(tài)均為0。 a)b) 1nnQA QCP+=鬃CPBAQBAQBAQB

18、AQBAQKQJQBAKBAJnnnnnnn 1CPAQ1例例4-3 畫(huà)出由邊沿觸發(fā)器構(gòu)成的電路的輸畫(huà)出由邊沿觸發(fā)器構(gòu)成的電路的輸出出Q1、Q2的波形，設(shè)的波形，設(shè)Q1、Q2的初始狀態(tài)都為的初始狀態(tài)都為0。12111212121nnnnnnnQQQQQCPQQCP+=+篆=篆Q2Q1100100狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖QQSETCLRDQQSETCLRD&000A21V例例4 畫(huà)出波形。畫(huà)出波形。Q1Q2V例例4-5 畫(huà)出畫(huà)出Q1,Q2波形。波形。BQQQJQnnnn21212AACP1&0000JQQKSETCLRQQSETCLRDB11214.7kA12例例4-6 下圖所示電路中觸發(fā)器均為邊沿

19、觸發(fā)下圖所示電路中觸發(fā)器均為邊沿觸發(fā)器，試畫(huà)出觸發(fā)器的輸出器，試畫(huà)出觸發(fā)器的輸出Q1 Q2在時(shí)鐘脈沖在時(shí)鐘脈沖CP的作用下的輸出波形。的作用下的輸出波形。(設(shè)初始狀態(tài)設(shè)初始狀態(tài)Q1 Q2 =0)=1000JQQKSETCLRQQSETCLRD112CPDR1CP、本題的難點(diǎn)在于判斷本題的難點(diǎn)在于判斷CP的有效沿。屬于有效沿變化的的有效沿。屬于有效沿變化的觸發(fā)器電路波形分析。觸發(fā)器電路波形分析。nnnnnnnnnnQQQQCPQCPQQCPCPQCPCPQQCPCP121212211112122110下列觸發(fā)器沒(méi)有約束條件的是：A 基本RS觸發(fā)器B 基本RS觸發(fā)器C 基本RS觸發(fā)器D 基本RS觸發(fā)器補(bǔ)充主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)補(bǔ)充主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn) 主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器 從觸發(fā)器主觸發(fā)器1QQQQKJCP圖 5-15 主從JK觸發(fā)器&QQ&1&CP1Q主Q主24365RD主SD主KJ8