第四章觸發(fā)器第一節(jié)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)作業(yè)4-24-34-11第一節(jié)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)一、基本RS鎖存器1．用與非門組成的基本RS鎖存器（一）電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號

鎖存器有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，通常把Q端的狀態(tài)作為鎖存器的狀態(tài)輸入端低電平有效Q=1、=01狀態(tài)Q=0、=10狀態(tài)(二)邏輯功能分析不穩(wěn)定狀態(tài)的約束R=S=0同時(shí)撤消時(shí)電路的狀態(tài)可能有三種情況組合電路與時(shí)序電路的區(qū)別：組合電路在某時(shí)刻的輸出只決定于這時(shí)刻的輸入時(shí)序電路在某時(shí)刻的輸出決定于兩個(gè)因素：①這時(shí)刻的輸入；②這時(shí)刻以前的輸入?；蛘哌@樣說：②這時(shí)刻電路的狀態(tài)這時(shí)刻電路的狀態(tài)反映的是這時(shí)刻以前的電路的輸入的歷史幾個(gè)概念1狀態(tài)0狀態(tài)現(xiàn)態(tài)：Qn正在考察的瞬間電路所處的狀態(tài)次態(tài)：Qn+1以正在考察的瞬間為基準(zhǔn)，下一個(gè)考察瞬間觸發(fā)器將要進(jìn)入的狀態(tài)狀態(tài)：時(shí)序電路的最重要的概念（三）或非門構(gòu)成的基本RS鎖存器輸入端高電平有效例

在用與非門組成的基本RS鎖存器中，設(shè)初始狀態(tài)為0，已

知輸入R、S的波形圖，畫出兩輸出端的波形圖。解：由知，當(dāng)R、S都為高電平時(shí)，鎖存器保持原狀態(tài)不變；當(dāng)S變低電平時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)；當(dāng)R變低電平時(shí)，鎖存器翻轉(zhuǎn)為0狀態(tài)；不允許R、S同時(shí)為低電平。二、邏輯門控RS鎖存器（一）電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號

（二）邏輯功能分析當(dāng)CP=0時(shí)，G3和G4門被封鎖，輸入信號R、S不起作用，輸出全為1，基本RS鎖存器狀態(tài)不變。 當(dāng)CP=1時(shí)，G3和G4門打開，輸入信號R、S經(jīng)G3、G4門作用于基本RS鎖存器，使Q的狀態(tài)跟隨輸入狀態(tài)的變化而改變，其特性表如表4-3所示。當(dāng)R=S=1時(shí)當(dāng)CP由1變0時(shí)鎖存器的狀態(tài)不定?；蛘弋?dāng)CP=1時(shí)，R、S同時(shí)由1變0時(shí)鎖存器的狀態(tài)不定。(三)鎖存器功能的幾種描述方法1．特性方程2．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3．驅(qū)動(dòng)表4．波形圖1．特性方程2．狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3．驅(qū)動(dòng)表4．波形圖由于在CP=1期間，G3、G4門都是開著的，都能接收R、S信號，所以，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則鎖存器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，鎖存器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻。同步觸發(fā)器存在的問題——空翻

三、主從觸發(fā)器（一）主從RS觸發(fā)器

主從觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：（1）當(dāng)CP＝1時(shí)，CP’＝0，從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變：主觸發(fā)器工作，接收R和S端的輸入信號。（2）當(dāng)CP由1躍變到0時(shí)，即CP=0、CP’＝1。主觸發(fā)器被封鎖，輸入信號R、S不再影響主觸發(fā)器的狀態(tài)；從觸發(fā)器工作，接收主觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)。

特點(diǎn)：（1）主從觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)是在CP由1變0時(shí)刻（CP下降沿）發(fā)生的。（2）CP一旦變?yōu)?后，主觸發(fā)器被封鎖，其狀態(tài)不再受R、S影響，因此不會(huì)有空翻現(xiàn)象。（3）輸入端直接控制的問題已經(jīng)解決主從RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)R、S不能同時(shí)為1，即有效的輸入電平主從JK觸發(fā)器可解決此問題（二）主從JK觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器的缺點(diǎn)：使用時(shí)有約束條件RS=0。

為此，將觸發(fā)器的兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端信號通過兩根反饋線分別引到輸入端的G7、G8門，這樣，就構(gòu)成了JK觸發(fā)器。(1）功能表：（2）特性方程：（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（4）驅(qū)動(dòng)表已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。在畫主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）。（2）CP=1期間主觸發(fā)器接收，在CP下降沿的瞬間從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。（3）一次變化問題。已知主從JK觸發(fā)器J、K的波形如圖所示，畫出輸出Q的波形圖（設(shè)初始狀態(tài)為0）。解：畫出輸出波形如圖示。主從JK觸發(fā)器的一次變化現(xiàn)象主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器在輸入發(fā)生多次變化的情況下，而其狀態(tài)只能變化（翻轉(zhuǎn)）一次，這種現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。Q=0時(shí)J不能發(fā)生從0—1—0的變化，Q=1時(shí)K不能發(fā)生從0—1—0的變化，主從T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器如果將JK觸發(fā)器的J和K相連作為T輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。T觸發(fā)器特性方程：

當(dāng)T觸發(fā)器的輸入控制端為T=1時(shí)，稱為T’觸發(fā)器。T’觸發(fā)器的特性方程為：四、邊沿觸發(fā)器（一）CMOS主從結(jié)構(gòu)的邊沿觸發(fā)器（二）維持阻塞觸發(fā)器（三）利用傳輸延遲的邊沿觸發(fā)器D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表：2．維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）同步D觸發(fā)器：該電路滿足D觸發(fā)器的邏輯功能，但有同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象。（2）維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器為了克服空翻，并具有邊沿觸發(fā)器的特性，在原電路的基礎(chǔ)上引入三根反饋線L1、L2、L3。例5.3.1已知維持—阻塞D觸發(fā)器的輸入波形，畫出輸出波形圖。解：在波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在CP的上升沿。（2）判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是CP上升沿前一瞬間輸入端D的狀態(tài)。根據(jù)D觸發(fā)器的功能表，可畫出輸出端Q的波形圖。（3）觸發(fā)器的直接置0和置1端RD——直接置0端，低電平有效；SD——直接置1端；低電平有效。RD和SD不受CP和D信號的影響，具有最高的優(yōu)先級。二、CMOS主從結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器1．電路結(jié)構(gòu):由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成主從D觸發(fā)器。由于引入了傳輸門，該電路雖為主從結(jié)構(gòu)，卻沒有一次變化問題，具有邊沿觸發(fā)器的特性。2．工作原理觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：（1）當(dāng)CP變?yōu)?時(shí)，TG1開通，TG2關(guān)閉。主觸發(fā)器接收D信號。同時(shí)，TG3關(guān)閉，TG4開通，從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí)，TG1關(guān)閉，TG2開通，主觸發(fā)器自保持。同時(shí)，TG3開通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)。3．具有直接置0端RD和直接置1端SD的CMOS邊沿D觸發(fā)器集成觸發(fā)器一、集成觸發(fā)器舉例1．TTL主從JK觸發(fā)器74LS72特點(diǎn)：（1）有3個(gè)J端和3個(gè)K端，它們之間是與邏輯關(guān)系。（2）帶有直接置0端RD和直接置1端SD，都為低電平有效，不用時(shí)應(yīng)接高電平。（3）為主從型結(jié)構(gòu)，CP下跳沿觸發(fā)。74LS72的功能表

2．高速CMOS邊沿D觸發(fā)器74HC74

特點(diǎn)：（1）單輸入端的雙D觸發(fā)器。（2）它們都帶有直接置0端RD和直接置1端SD，為低電平有效。（3）為CMOS邊沿觸發(fā)器，CP上升沿觸發(fā)。3.集成觸發(fā)器的主要參數(shù)1.直流參數(shù)（1）電源電流ICC（2）低電平輸入電流IIL（3）高電平輸入電流IIH（4）輸出高電平VOH輸出低電平VOL2.開關(guān)參數(shù)（1）最高時(shí)鐘頻率fmax（2）對時(shí)鐘的延遲（tCPLH和tCPHL）（3）對直接置0置1端的延遲時(shí)間(tRLHtRHLtSLHtshl)二．集成觸發(fā)器的脈沖工作特性觸發(fā)器的脈沖工作特性是指觸發(fā)器對時(shí)鐘脈沖、輸入信號以及它們之間相互配合的的時(shí)間關(guān)系的要求。掌握這種工作特性對觸發(fā)器的應(yīng)用非常重要。（1）維持—阻塞D觸發(fā)器的脈沖工作特性。tset=2tpd。tset=2tpd。可以看出，該電路的建立時(shí)間為兩級與非門的延遲時(shí)間，即tset=2tpd。取tH=1tpd由圖可以看出，該電路的tCPLH=2tpd，tCPHL=3tpd，所以觸發(fā)器的tCPH≥tCPHL=3tpd。（2）主從JK觸發(fā)器的脈沖工作特性。

在主從JK觸發(fā)器電路中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP上跳沿到達(dá)時(shí)，輸入信號J、K進(jìn)入主觸發(fā)器，由于J、K和CP同時(shí)接到G7、G8門，所以J、K信號只要不遲于CP上跳沿即可，所以，tset=0。tCPH≥3tpd。

tH=0。該電路的tCPLH=2tpd，tCPHL=3tpd，所以觸發(fā)器的tCPL≥tCPHL=3tpd。綜上所述，主從JK觸發(fā)器要求CP的最小工作周期Tmin=tCPH+tCPL

三、觸發(fā)器功能的轉(zhuǎn)換1.用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器（1）JK→D分別寫出JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器的特性方程比較得：畫出邏輯圖：（2）JK→T（T’）寫出T觸發(fā)器的特性方程：與JK觸發(fā)器的特性方程比較，得：J=T，K=T。令T=1，即可得T’觸發(fā)器。2．用D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器（1）D→JK寫出D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器的特性方程：

比較兩式，得：

畫出邏輯圖。

（2）D→T圖（b）（3）D→T’圖（c）

三、觸發(fā)器應(yīng)用舉例設(shè)計(jì)一個(gè)3人搶答電路。3人A、B、C各控制一個(gè)按鍵開關(guān)KA、KB、KC和一個(gè)發(fā)光二極管DA、DB、DC。誰先按下開關(guān)，誰的發(fā)光二極管亮，同時(shí)使其他人的搶答信號無效。

利用觸發(fā)器的“記憶”作用，使搶答電路工作更可靠、穩(wěn)定。本章小結(jié)1．觸發(fā)器有兩個(gè)基本性質(zhì)：（1）在一定條件下，觸發(fā)器可維持在兩種穩(wěn)定狀態(tài)（0或1狀態(tài)）之一而保持不變；（2）在一定的外加信號作用下，觸發(fā)器可從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。2．描寫觸發(fā)器邏輯功能的方法主要有特性表、特性方程、驅(qū)動(dòng)表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖(又稱時(shí)序圖)等。3．按照結(jié)構(gòu)不同，觸發(fā)器可分為：(1)基本RS觸發(fā)器，為電平觸發(fā)方式。(2)同步觸發(fā)器，為脈沖