4鎖存器和觸發(fā)器4.1基本概念4.2基本RS鎖存器4.3同步鎖存器（時(shí)鐘控制）4.4邊沿觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與工作原理4.1基本概念

鎖存器（latch）觸發(fā)器（Flip-Flop，簡(jiǎn)稱為FF）作用：都具有保存一位二值信息的功能是時(shí)序邏輯電路的基本單元電路特點(diǎn)：有兩種能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)——雙穩(wěn)態(tài)電路，分別表示二進(jìn)制數(shù)0和1或二值信息邏輯0和邏輯1；在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)信號(hào)作用下，可從一種穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)觸發(fā)信號(hào)消失后，能保持現(xiàn)有的狀態(tài)不變。觸發(fā)區(qū)別：鎖存器是利用電平控制數(shù)據(jù)的輸入觸發(fā)器則是利用脈沖邊沿控制數(shù)據(jù)的輸入電路特點(diǎn)：requiresfeedback

邏輯0

邏輯0

邏輯0

邏輯1

邏輯1

4.2基本RS鎖存器

電路結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)基本RS觸發(fā)器可由不同邏輯門構(gòu)成。圖4.1.1由兩個(gè)與非門組成的基本RS鎖存器&&Q(a)邏輯圖(b)符號(hào)圖SRFF0110011011RQSQQ狀態(tài)說(shuō)明001狀態(tài)不定010置0101置111Q保持原狀態(tài)表4.1.1RS狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表??00圖5.1.3基本RS鎖存器的工作波形表5.1.1RS鎖存器狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表QQ狀態(tài)說(shuō)明001狀態(tài)不定010置0101置111Q保持原狀態(tài)

不定不定&&QRQS當(dāng)置位清零端同時(shí)由0變1后，兩個(gè)與非門的輸出全為1，那么，哪個(gè)門的速度快其輸出為0，另一個(gè)為1。twtpdQQtpdStt

t圖4.1.2觸發(fā)器置1的觸發(fā)波形基本RS鎖存器的動(dòng)態(tài)特性：

若欲使觸發(fā)器置1，應(yīng)在復(fù)位端=1狀態(tài)，置位端加負(fù)脈沖。為了保證FF可靠翻轉(zhuǎn)，注意必須使tw>2tpd。&&QRQS基本RS鎖存器的應(yīng)用圖4.1.4(a)防抖動(dòng)開(kāi)關(guān)電路圖(b)開(kāi)關(guān)反跳現(xiàn)象及改善后的波形圖(b)uAuBQQ反跳反跳uBuA5vRRSR(a)SQQ機(jī)械鍵盤存在約10ms左右抖動(dòng)，如圖所示，不消除抖動(dòng)會(huì)引起若干次開(kāi)關(guān)事件發(fā)生，比如顯示器連續(xù)顯示敲擊一次的字符。基本RS鎖存器可防開(kāi)關(guān)抖動(dòng)，也可以軟件消除抖動(dòng)。基本RS鎖存器應(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(kāi)關(guān)KA、KB、KC和一個(gè)發(fā)光二極管DA、DB、DC。誰(shuí)先按下開(kāi)關(guān)，誰(shuí)的發(fā)光二極管亮，同時(shí)使其他人的搶答信號(hào)無(wú)效。用門電路實(shí)現(xiàn)：圖中R<Roff抖動(dòng)？按鍵不能放松消除抖動(dòng)三人搶答電路——基本RS鎖存器FF(Flip-Flop)：觸發(fā)器4.2.2時(shí)鐘控制RS鎖存器定義：與時(shí)鐘同步工作的鎖存器稱為同步鎖存器或時(shí)鐘控制鎖存器。特點(diǎn)：只有當(dāng)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，輸入信號(hào)才能決定觸發(fā)器的狀態(tài)；無(wú)時(shí)鐘脈沖時(shí)，輸入信號(hào)不起作用，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP=0時(shí)，G1、G2門被封鎖，輸出不變化；當(dāng)CP=1時(shí)，G1、G2門開(kāi)啟，R、S信號(hào)才有可能使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。1、電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖5.2.1同步RS鎖存器的邏輯圖及國(guó)標(biāo)符號(hào)圖CPG1&&SR1SC11RSRG2ClockPulse——CP4.2.2時(shí)鐘控制RS鎖存器2、功能描述*

鎖存器觸發(fā)前的輸出狀態(tài)稱現(xiàn)態(tài)，用Qn表示；觸發(fā)后的狀態(tài)稱次態(tài)，用Qn+1表示。列出Qn+1與R、S和Qn的邏輯真值表，又稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。寫(xiě)出次態(tài)的邏輯函數(shù)式并化簡(jiǎn)，得到的邏輯式稱為RS的特征方程或次態(tài)方程表5.2.1同步RS鎖存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表CPSRQnQn+1說(shuō)明00××0××101保持原狀態(tài)不變1100000101Qn+1=Qn11010011清0Qn+1=011100101置1Qn+1=1111101111*1*不允許狀態(tài)Qn+1(a)圖4.2.2同步RS鎖存器(a)次態(tài)卡諾圖(b)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖S=0R=×S=×R=0R=0，S=1S=0，R=1(b)01××0001111001QnSR

111000由表4.2.1的邏輯關(guān)系，畫(huà)觸發(fā)器的次態(tài)卡諾圖4.2.2(a)。根據(jù)表4.2.1畫(huà)出RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖4.2.2(b)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可以形象地說(shuō)明FF次態(tài)轉(zhuǎn)換的方向及條件R·S=0（約束條件）4.2.3時(shí)鐘控制D鎖存器Latch電路結(jié)構(gòu)及工作原理

如在RS鎖存器的輸入端增加一個(gè)非門，則自動(dòng)滿足約束條件，如圖4.2.3(a)。這種觸發(fā)器也稱為同步式D鎖存器，符號(hào)圖見(jiàn)5.2.3(b)。

圖4.2.3同步D鎖存器(a)邏輯圖(b)國(guó)標(biāo)符號(hào)圖(a)QDQ(b)CP1DC1SCR10101QnDQn+11100(b)圖4.2.4同步式D鎖存器(a)次態(tài)卡諾圖(b)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖D=1D=1D=0D=001(a)

由RS特征方程得出D鎖存器的特性方程為：D鎖存器功能描述D鎖存器的次態(tài)卡諾圖和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4.2.4。圖4.2.5D觸發(fā)器的工作波形CP01DQ110“0”CP=1時(shí)，鎖存器的狀態(tài)隨輸入信號(hào)D而改變；CP=0時(shí)，鎖存器狀態(tài)保持不變

D鎖存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表和工作波形置111101111清000000111狀態(tài)不變01×0×100CPD

QnQn+1說(shuō)明表4.2.2D鎖存器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表基本及同步鎖存器總結(jié)SRFF&&QRQS圖5.2.1同步RS觸發(fā)器的邏輯圖及符號(hào)圖CPG1&&SR1SC11RSRG2圖5.2.3同步D鎖存器(a)邏輯圖(b)符號(hào)圖(a)QDQ(b)CP1DC1SCR1鎖存器和FF邏輯功能的描述方法狀態(tài)轉(zhuǎn)換表狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖次態(tài)卡諾圖特征方程（次態(tài)方程）波形圖鎖存器在微處理器中的應(yīng)用鎖存器也被稱為透明鎖存器，多個(gè)集成于IC8位D鎖存器74LS373373鎖存器功能表373和573微控制器（MCU）對(duì)外總線形式MCU黑盒子:

并行

串行DSP直接提供全部數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào)引腳。8051系列低地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用P0端口。MCU如2812DSP28335DSP8051系列等MCU如MSP430系列等ABDBCB時(shí)鐘數(shù)據(jù)線鎖存器構(gòu)成單片機(jī)片外總線8051外部程序存儲(chǔ)器讀時(shí)序鎖存器構(gòu)成單片機(jī)片外總線——圖13.3.4鎖存器有以下缺點(diǎn)：在觸發(fā)電平有效器件，對(duì)毛刺敏感，抗干擾能力差；有空翻現(xiàn)象，對(duì)穩(wěn)定性有影響；在后續(xù)可編程邏輯器件（PLD）中，基本的單元是由查找表和觸發(fā)器組成的，若用鎖存器反而需要更多的資源。

邊沿觸發(fā)器次態(tài)僅取決于CP上升沿（或下降沿）到達(dá)時(shí)刻輸入信號(hào)的狀態(tài)，克服了空翻，提高了觸發(fā)器的可靠性并增強(qiáng)了抗干擾能力，此種觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)器。數(shù)字集成電路產(chǎn)品中的邊沿觸發(fā)器電路有維持阻塞觸發(fā)器、CMOS傳輸門邊沿觸發(fā)器以及利用門電路傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器等。邊沿D觸發(fā)器基本R-S觸發(fā)器&G3&G4CP維持阻塞D

觸發(fā)器1.鎖存器回顧：&G2&G1QQSDRD同步R-S觸發(fā)器同步D觸發(fā)器&G5&G6DSR&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CPD維持阻塞D觸發(fā)器2.邏輯功能01（1）D

=01觸發(fā)器狀態(tài)不變0當(dāng)CP

=0時(shí)110當(dāng)CP由0到

1時(shí)0101觸發(fā)器置“0”封鎖門在CP

=1期間，觸發(fā)器保持“0”不變置0維持線置1阻塞線&G2&G1QQSDRD&G3&G4&G5&G6CPD維持阻塞

D

觸發(fā)器2.邏輯功能01（1）D

=10觸發(fā)器狀態(tài)不變1當(dāng)CP

=0時(shí)111當(dāng)CP由0到

1時(shí)0110觸發(fā)器置“1”封鎖門在CP=1期間，觸發(fā)器保持“1”不變封鎖門置1維持線置0阻塞線

觸發(fā)器的脈沖工作特性是指觸發(fā)器工作時(shí)，對(duì)時(shí)鐘脈沖、輸入信號(hào)以及它們之間互相配合的要求。以上述維持阻塞D觸發(fā)器為例介紹其脈沖工作特性4.4觸發(fā)器的脈沖工作特性（動(dòng)態(tài)特性）1CPQQtsetthDtWHtPHL011tWL001

圖5.3.6維持—阻塞D觸發(fā)器的脈沖特性圖tPLH建立時(shí)間：建立時(shí)間：輸入信號(hào)應(yīng)先于CP上沿的時(shí)間保持時(shí)間：保持時(shí)間：為了FF可靠翻轉(zhuǎn)，CP觸發(fā)有效后，輸入信號(hào)需要保持的時(shí)間傳輸延遲時(shí)間：從CP上沿到達(dá)時(shí)開(kāi)始計(jì)算，輸出翻轉(zhuǎn)的時(shí)間對(duì)CP脈沖應(yīng)該有什么要求？頻率多大？假設(shè)初態(tài)為0DFF的波形描述SN54/74LS74ADUALD-TYPEPOSITIVE

EDGE-TRIGGEREDFLIP-FLOPSN54/74LS74A時(shí)序圖DUALD-TYPEPOSITIVEEDGE-TRIGGEREDFLIP-FLOPSN54/74LS74A其它參數(shù)觀察54與74系列的電壓、溫度范圍等第三章3.6題查找器件手冊(cè)封裝不同，引腳排列不同PINOUTB電源位置特例

維持阻塞型D觸發(fā)器就是在同步DFF的基礎(chǔ)上增加維持線和阻塞線，當(dāng)CP從0變?yōu)?上升時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)由此時(shí)D的狀態(tài)決定。此后，D再變化已無(wú)法使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。也稱為上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。（假設(shè)初態(tài)為0）圖5.3.5維持阻塞型D觸發(fā)器波形圖CPQ1011D00t1t2圖5.3.4上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器QSDDCPRDDCPD觸發(fā)器狀態(tài)表D

Qn+1

0101CP1Q1Q1CSDRD1R1S&D1D2觸發(fā)器直接清0和置1端的作用，時(shí)序圖（

假設(shè)初態(tài)為0）CPQDRD集成邊沿JK觸發(fā)器(7479和74109）邏輯符號(hào)JCPK1Q1Q1J1K1CSDRD1R1SJCPK2Q2Q2J2K2CSDRD2R2S異步置0異步置1保持置0置1翻轉(zhuǎn)01Qn01QnXXXXXX00011011011011111111功能Qn+1CPJKRDSD狀態(tài)轉(zhuǎn)換表集成邊沿JKFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換表1100001111001QnJKQn+111000特征方程為：JKFF次態(tài)卡諾圖及特征方程JKFF狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖JKFF狀態(tài)變化：00不變；11翻轉(zhuǎn)；其它隨J變。J=×K=0J=1，K=×J=×，K=1J=0K=×01QJKQn+1

功能0

0

Qn

不變1

0

11

1

Qn

翻轉(zhuǎn)0

1

0隨J變J

K

Qn+1

功能波形圖

：CPKJ1JCPKRDSDQQJCPKRDSDQQJ=K=T稱為TFF，T=1稱為T‘FF

觸發(fā)器應(yīng)用：二分頻器電路

如果把D觸發(fā)器的輸出端反饋回輸入端與D連接，如圖5.4.5(a)所示，則Q端脈沖波形的周期將是CP脈沖周期的二倍。波形圖見(jiàn)5.4.5(b)。由波形圖可以看到，Q的輸出狀態(tài)可用來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)的一位數(shù)值