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1、第5章 觸發(fā)器,5.1 基本RS觸發(fā)器 5.2 時鐘控制的觸發(fā)器 5.3 集成觸發(fā)器 5.4 觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖,5.1 基本RS觸發(fā)器,5.1.1 電路結(jié)構(gòu)和工作原理,圖 5 1 基本RS觸發(fā)器,基本RS觸發(fā)器是構(gòu)成各種功能觸發(fā)器的基本單元，所以稱為基本觸發(fā)器。它可以用兩個與非門或兩個或非門交叉耦合構(gòu)成。圖5 - 1(a)是用兩個與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，它有兩個互補輸出端Q和Q，一般用Q端的邏輯值來表示觸發(fā)器的狀態(tài)。Q=1，Q =0時，稱觸發(fā)器處于1狀態(tài)；Q=0, Q=1時，稱觸發(fā)器處于0狀態(tài)。RD、SD為觸發(fā)器的兩個輸入端(或稱激勵端)。當輸入信號RD、SD不變化(即RDSD=1
2、1)時，該觸發(fā)器必定處于Q=1或Q=0的某一狀態(tài)保持不變，所以它是具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。,,,,當輸入信號變化時，觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)定狀態(tài)。我們把輸入信號作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現(xiàn)在狀態(tài)(簡稱現(xiàn)態(tài))，用Qn和Qn(或Q、Q)表示，把在輸入信號作用后觸發(fā)器所進入的狀態(tài)稱為下一狀態(tài)(簡稱次態(tài))，用Qn+1和Qn+1表示。 因此根據(jù)圖5 - 1(a)電路中的與非邏輯關(guān)系，可以得出以下結(jié)果： 當RD=0，SD=1時，無論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)， 其次態(tài)一定為0，即Qn+1=0，Qn+1=1，稱觸發(fā)器處于置0(復(fù)位)狀態(tài)。 當RD=1，SD=0時，無論觸發(fā)器原來處于什
3、么狀態(tài)，其次態(tài)一定為1，即Qn+1=1，Qn+1=0，稱觸發(fā)器處于置1(置位)狀態(tài)。,,,,,, 當RD=1，SD=1時，觸發(fā)器狀態(tài)不變，即Qn+1=Qn，Qn+1=Qn，稱觸發(fā)器處于保持(記憶)狀態(tài)。 當RD=0，SD=0時，兩個與非門輸出均為1(高電平)，此時破壞了觸發(fā)器的互補輸出關(guān)系，而且當RD、SD同時從0變化為1時，由于門的延遲時間不一致，使觸發(fā)器的次態(tài)不確定，即Qn+1=，這種情況是不允許的。因此規(guī)定輸入信號RD、SD不能同時為0，它們應(yīng)遵循RD+SD=1的約束條件。,,,從以上分析可見，基本RS觸發(fā)器具有置0、置1和保持的邏輯功能，通常SD稱為置1端或置位(SET)端，RD稱
4、為置0或復(fù)位(RESET)端，因此該觸發(fā)器又稱為置位復(fù)位(SetReset)觸發(fā)器或RDSD觸發(fā)器，其邏輯符號如圖5-1(b)所示。 因為它是以RD和SD為低電平時被清0和置1的，所以稱RD、 SD低電平有效，且在圖5-1(b)中RD、SD的輸入端加有小圓圈。,5.1.2 基本RS觸發(fā)器的功能描述方法,1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(狀態(tài)表) 將觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn、輸入信號之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出來，這種表格就稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表， 簡稱狀態(tài)表。根據(jù)以上分析，圖5 - 1(a)基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表5-1(a)所示，表5-1(b)是它的簡化表。它們與組合電路的真值表相似，
5、不同的是觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1不僅與輸入信號有關(guān)，還與它的現(xiàn)態(tài)Qn有關(guān)，這正體現(xiàn)了時序電路的特點。,表 5 1 基本RS觸發(fā)器狀態(tài)表,圖 5 2 次態(tài)卡諾圖,2. 特征方程(狀態(tài)方程) 描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達式稱為特征方程或狀態(tài)方程。對圖5-2次態(tài)卡諾圖化簡，可以求得基本RS觸發(fā)器的特征方程為,(約束條件),特征方程中的約束條件表示RD和SD不允許同時為0，即RD和SD總有一個為1。,3. 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(狀態(tài)圖)與激勵表 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用圖形方式來描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律。 圖5 - 3為基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖中兩個圓圈分別表示觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)，箭頭表示在輸入信號作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)
6、移的方向，箭頭旁的標注表示轉(zhuǎn)移條件。,圖 5 3 基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖,激勵表(也稱驅(qū)動表)是表示觸發(fā)器由當前狀態(tài)Qn轉(zhuǎn)至確定的下一狀態(tài)Qn+1時，對輸入信號的要求。基本RS觸發(fā)器的激勵表如表5-2所示。,表 5 2 基本RS觸發(fā)器的激勵表,,4. 波形圖,工作波形圖又稱時序圖，它反映了觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時間和輸入信號變化的規(guī)律，是實驗中可觀察到的波形。,圖 5 4 基本RS觸發(fā)器波形圖,,5.2 時鐘控制的觸發(fā)器,5.2.1 鐘控RS觸發(fā)器,鐘控RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上加兩個與非門構(gòu)成的，其邏輯電路及邏輯符號分別如圖5-5(a)、(b)所示。圖中C、D門構(gòu)成觸發(fā)引導(dǎo)電路，R為置0
7、端，S為置1端，CP為時鐘輸入端。 從圖5-5(a)看出，其中基本RS觸發(fā)器的輸入函數(shù)為,當CP=0時，C、D門被封鎖，RD=1，SD=1，由基本RS觸發(fā)器功能可知，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當CP=1時，RD=R, SD=S，觸發(fā)器狀態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)移。將RD、SD代入基本RS觸發(fā)器的特征方程式(5 - 1)中，可得出鐘控RS觸發(fā)器的特征方程為,,,(約束條件),其中RS=0表示R與S不能同時為1。該方程表明當CP=1時， 鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)按式(5 - 2)轉(zhuǎn)移，即時鐘信號為1時才允許外輸入信號起作用。,(5-2),同理還可得出CP=1時，鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、 激勵表分別如表5
8、 - 3和表5-4所示，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、時序圖分別如圖5 - 6(a)、 (b)所示。 鐘控RS觸發(fā)器是在R和S分別為1時清“0”和置“1”，稱為R、S高電平有效，所以邏輯符號的R、S輸入端不加小圓圈。,表 5 3 鐘控RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,表 5 4 鐘控RS觸發(fā)器激勵表,,圖 5 6 鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖和波形圖,(a) 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖； (b) 時序波形,5.2.2 鐘控D觸發(fā)器,為了解決R、S之間有約束問題，可以將圖5-5(a)鐘控RS觸發(fā)器的R端接至D門的輸出端，并將S改為D，便構(gòu)成了圖5-7(a)所示的鐘控D觸發(fā)器，其邏輯符號如圖5 -7(b)所示。圖5 -7(a)中，門A和B組
9、成基本觸發(fā)器，門C和D組成觸發(fā)引導(dǎo)門?；居|發(fā)器的輸入為,當CP=0時，SD=1，RD=1，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。,當CP=1時，SD= D ，RD=D，代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控D觸發(fā)器的特征方程為 同理，可以得出鐘控D觸發(fā)器在CP=1時的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5 - 5)、激勵表(表5 - 6) 和狀態(tài)圖(圖5 - 8)。,,鐘控D觸發(fā)器在時鐘作用下，其次態(tài)Qn+1始終和D輸入一致，因此常把它稱為數(shù)據(jù)鎖存器或延遲(Delay)觸發(fā)器。由于D觸發(fā)器的功能和結(jié)構(gòu)都很簡單，因此目前得到普遍應(yīng)用。,圖 5 - 7D觸發(fā)器,(a) 邏輯電路； (b) 邏輯符號,圖 5-8 D觸發(fā)器狀態(tài)圖,表
10、 5 5 D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,,表 5 6 觸發(fā)器激勵表,5.2.3 鐘控T觸發(fā)器,由于Qn和Qn互補，它不可能出現(xiàn)SR=11的情況，因此這種結(jié)構(gòu)也解決了R、 S之間的約束問題。,,圖 5 9 T觸發(fā)器,(a) 邏輯電路； (b) 邏輯符號,由圖5-9(a)可見：,當CP=0時，SD=1，RD=1，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當CP=1時， 代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控T觸發(fā)器的特征方程為,表 5 7 T觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,,表 5 8 T觸發(fā)器激勵表,,注：當輸入法為時，輸出端的狀態(tài)出現(xiàn)安全空翻，在這種條件下，觸發(fā)器也稱這為觸發(fā)器。,5.2.4 鐘控JK觸發(fā)器,由
11、于Qn和Qn互補，它不可能出現(xiàn)SR=11的情況，因此這種結(jié)構(gòu)也解決了R、 S之間的約束問題。,,由圖5-11(a)可見：,當CP=0時，SD=1，RD=1，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。 當CP=1時， 代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控T觸發(fā)器的特征方程為,圖 5-12 JK觸發(fā)器狀態(tài)圖,表 5-9 JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表,,表 5-10 JK觸發(fā)器激勵表,,,圖 5-13 JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為其它觸發(fā)器,5.2.5 電位觸發(fā)方式的工作特點,電位觸發(fā)方式的特點是，在約定鐘控信號電平(CP=1)期間，觸發(fā)器的狀態(tài)對輸入信號敏感，輸入信號的變化都會引起觸發(fā)器的狀態(tài)變化。而在非約定鐘控信
12、號電平(CP=0)期間， 不論輸入信號如何變化，都不會影響輸出，觸發(fā)器的狀態(tài)維持不變。但是必須指出，這種電位觸發(fā)方式，對于T觸發(fā)器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移為 ，當在CP=1且脈沖寬度較寬時，T觸發(fā)器將在CP=1的期間一直發(fā)生翻轉(zhuǎn)，直至CP=0為止，這種現(xiàn)象稱為空翻。,如果要求每來一個CP觸發(fā)器僅發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，則對鐘控信號約定電平(通常CP=1)的寬度要求是極為苛刻的。例如，對T觸發(fā)器必須要求觸發(fā)器輸出端的新狀態(tài)返回到輸入端之前，CP應(yīng)回到低電平，就是CP的寬度tCP不能大于3tpd，而為了保證觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn)，至少在第一次翻轉(zhuǎn)過程中，CP應(yīng)保持在高電平， 亦即寬度不應(yīng)小于2tpd，因此CP的寬度應(yīng)
13、限制在2tpdtCP3tpd范圍內(nèi)。但TTL門電路的傳輸時間tpd通常在50ns以內(nèi)，產(chǎn)生或傳送這樣的脈沖很困難，尤其是每個門的延遲時間tpd各不相同。因此在一個包括許多觸發(fā)器的數(shù)字系統(tǒng)中，實際上無法確定時鐘脈沖應(yīng)有的寬度。所以，為了避免空翻現(xiàn)象，必須對以上的鐘控觸發(fā)器在電路結(jié)構(gòu)上加以改進。,,5.3 集 成 觸 發(fā) 器,5.3.1 主從觸發(fā)器,圖 5-14 主從觸發(fā)器框圖,1. 主從JK觸發(fā)器工作原理 主從JK觸發(fā)器電路如圖5-15所示。它由兩個鐘控RS觸發(fā)器構(gòu)成，其中1門4門組成從觸發(fā)器，5門8門組成主觸發(fā)器。 當CP=1時，CP=0，從觸發(fā)器被封鎖，輸出狀態(tài)不變化。此時主觸發(fā)器輸入門打
14、開，接收J、K輸入信息， 代入式(5-1)得出狀態(tài)方程為,,(5-7),圖 5-15 主從JK觸發(fā)器,則,即將主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到從觸發(fā)器的輸出端，從觸發(fā)器的狀態(tài)和主觸發(fā)器一致。將 主代入式(5-7)可得,這就是主從JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程，說明CP=1時，可按JK觸發(fā)器的特性來決定主觸發(fā)器的狀態(tài)，然后在CP下降沿(10時)從觸發(fā)器的輸出才改變一次狀態(tài)。 綜上所述，主從JK觸發(fā)器防止了空翻，其工作特點是 輸出狀態(tài)變化的時刻在時鐘的下降沿。 輸出狀態(tài)如何變化，則由時鐘CP下降沿到來前一瞬間的J、K值按JK觸發(fā)器的特征方程來決定。,2. 主從JK觸發(fā)器的
15、一次翻轉(zhuǎn),主從JK觸發(fā)器雖然防止了空翻現(xiàn)象，但還存在一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象， 可能會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作，因而限制了它的使用。 所謂一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象是指在CP=1期間，主觸發(fā)器接收了輸入激勵信號發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)后，主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變， 它不再隨輸入激勵信號J、K的變化而變化。,例如，設(shè) ，如果在CP=1期間J、K發(fā)生了多次變化，如圖5-16所示。其中第一次變化發(fā)生在t1，此時J=K=1，從觸發(fā)器輸出Qn=0，因而RD主=KQn=1， ， 從而主觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，即 。在t2瞬間，J=0, K=1, ， ， 主觸發(fā)器狀態(tài)不變。由于CP=1期間
16、Qn=0，圖5-15中7門一直被封鎖，RD主=1，因此t3時刻K變化不起作用， 一直保持不變。當CP下降沿來到時，從觸發(fā)器的狀態(tài)為 。這就是一次翻轉(zhuǎn)情況，它和CP下降沿來到時由當時的J、K值(J=0, K=1)所確定的狀態(tài)Qn+1=0不一致，即一次翻轉(zhuǎn)會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作。,,圖 5-16 主從JK觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn),若是在CP=1時，J、K信號發(fā)生了變化，就不能根據(jù)CP下降沿時的J、K值來決定輸出Q。這時可按以下方法來處理： 若CP=1以前Q=0，則從CP的上升沿時刻起J、K信號出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合，即JK=10或11，則CP下降沿時Q也為1。 否則Q仍為0。 若CP=1
17、以前Q=1，則從CP的上升沿時刻起J、K信號出現(xiàn)使Q變?yōu)?的組合，即JK=01或11，則CP下降沿時Q也為0。 否則Q仍為1。 圖5-17為考慮了一次翻轉(zhuǎn)后主從JK觸發(fā)器的工作波形， 它僅在第5個CP時沒有產(chǎn)生一次翻轉(zhuǎn)。,圖 5-17 主從JK觸發(fā)器的工作波形圖,為了使CP下降時輸出值和當時的J、K信號一致，要求在CP=1的期間J、 K信號不變化。但實際上由于干擾信號的影響，主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍會使觸發(fā)器產(chǎn)生錯誤動作，因此主從JK觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入端抗干擾能力較弱。為了減少接收干擾的機會，應(yīng)使CP=1的寬度盡可能窄。,3. 主從觸發(fā)器的脈沖工作特性, 時鐘CP由0上跳至1及CP=1的準備
18、階段，要求完成主觸發(fā)器狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)移，則須：第一，在CP上跳沿到達時，J、K信號已處于穩(wěn)定狀態(tài)，且在CP=1期間，J、K信號不發(fā)生變化； 第二，從CP上升沿抵達到主觸發(fā)器狀態(tài)變化穩(wěn)定，需要經(jīng)歷三級與非門的延遲時間，即3tpd，因此要求CP=1的持續(xù)期tCPH3tpd。 CP由1下跳至0時，主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至從觸發(fā)器。從CP下跳沿開始，到從觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)變完成，也需經(jīng)歷三級與非門的延遲時間，即3tpd，因此要求CP=0的持續(xù)期tCPL3tpd。此間主觸發(fā)器已被封鎖，因而J、K信號可以變化。, 為了保證觸發(fā)器能可靠地進行狀態(tài)變化，允許時鐘信號的最高工作頻率為,主從觸發(fā)器在CP=1時為準備階段
19、。CP由1下跳變至0時觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此它是一種脈沖觸發(fā)方式。而狀態(tài)轉(zhuǎn)移發(fā)生在CP下降沿時刻。,5.3.2 邊沿觸發(fā)器,同時具備以下條件的觸發(fā)器稱為邊沿觸發(fā)方式觸發(fā)器(簡稱邊沿觸發(fā)器)： 觸發(fā)器僅在CP某一約定跳變到來時，才接收輸入信號； 在CP=0或CP=1期間，輸入信號變化不會引起觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化。因此，邊沿觸發(fā)器不僅克服了空翻現(xiàn)象，而且大大提高了抗干擾能力，工作更為可靠。 邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器有兩種類型：一種是維持阻塞式觸發(fā)器，它是利用直流反饋來維持翻轉(zhuǎn)后的新狀態(tài)，阻塞觸發(fā)器在同一時鐘內(nèi)再次產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)；另一種是邊沿觸發(fā)器，它是利用觸發(fā)器內(nèi)部邏輯門之間延遲時間的不同，使觸發(fā)器只在
20、約定時鐘跳變時才接收輸入信號。,1. 維持阻塞式D觸發(fā)器 1) 電路工作原理 維持阻塞式D觸發(fā)器由鐘控RS觸發(fā)器、引導(dǎo)門和4根直流反饋線組成，如圖4-18所示。圖中，RD、SD為直接置0、置1端，其操作不受CP控制，因此也稱異步置0、置1端。 當RDSD=01時，使得Q=1; 3門、6門鎖定， ,由于 ，因而Q=0，無論CP和輸入信號處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器可靠置0。,,圖 5-18 維持阻塞式D觸發(fā)器,同理，RDSD=10時，無論CP和輸入信號處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器可靠置1。 當RDSD=11，CP=0時，門3和門4被封鎖， ， 觸發(fā)器狀態(tài)維持
21、不變，Qn+1=Qn。此時，門5和6被打開， 當CP由0變?yōu)?時， ，觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移為 即觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由CP上升沿到達前瞬間的輸入信號D來決定。,設(shè)CP上升沿到達前D=0，則由于CP=0， ， 因此D信號存儲在5、6門輸出，RS=10，當CP上升沿到達后， 使Qn+1=0。如果此時D由0，由于反饋線將 的信號反饋到6門，使6門被封鎖，D信號變化不會引起觸發(fā)器狀態(tài)改變，即維持原來的Qn+1=0狀態(tài)，因此反饋線稱置0維持線。維持置0信號 經(jīng)6門反相后，再經(jīng)連線使S保持0，從而封鎖3門，使 保持1，這樣觸發(fā)器不會再翻向1狀態(tài)，故線稱
22、阻塞置1線。,同理，若CP上升沿到達前D=1，則RS=01，CP上升沿到達后 ，使Q n+1=1。 如果此時D由10，反饋線將 的信號反饋到5門，使S=1， ，即維持原來的Qn+1=1狀態(tài)，因此反饋線稱置1維持線。同時 經(jīng)反饋線送至4門，將4門封鎖，使 保持1，這樣觸發(fā)器不會再翻向0狀態(tài)，故線稱阻塞置0線。 綜上所述，維持阻塞式D觸發(fā)器是在CP上升沿到達前接收輸入信號；上升沿到達時刻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；上升沿以后輸入被封鎖。因此，維持阻塞式D觸發(fā)器具有邊沿觸發(fā)的功能， 并有效地防止了空翻。,2) 脈沖工作特性 由圖5-18可知，維持阻塞式D觸發(fā)器的工作分兩個階段： CP=0期間
23、為準備階段，CP由0變至1時為觸發(fā)器的狀態(tài)變化階段。為了使觸發(fā)器可靠工作，必須要求： CP=0期間，必須把輸入信號送至5、6門的輸出，在CP上升沿到達之前建立穩(wěn)定狀態(tài)，它需要經(jīng)歷兩個與非門的延遲時間，稱為建立時間tset，tset=2tpd。在tset內(nèi)要求D信號保持不變，且CP=0的持續(xù)時間tCPL2tpd。, 在CP由0變至1及CP脈沖前沿到達后，要達到維持-阻塞作用，必須使 或 由1變?yōu)?，需要經(jīng)歷一個與非門延遲時間， 在這段時間內(nèi)信號D不應(yīng)變化，這段時間稱為保持時間th，th=tpd。 從CP由0變至1開始，直至觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定建立，需要經(jīng)歷三級與非門的延遲時間，因此要求CP=
24、1的持續(xù)時間tCPH3tpd。, 為使維持阻塞式D觸發(fā)器可靠工作，CP的最高工作頻率為,由于維持阻塞式D觸發(fā)器只要求輸入信號D在CP上升沿前后很短時間(tset+th=3tpd)內(nèi)保持不變，而在CP=0及CP=1的其余時間內(nèi)，無論輸入信號如何變化，都不會影響輸出狀態(tài)，因此，它的數(shù)據(jù)輸入端具有較強的抗干擾能力， 且工作速度快， 故應(yīng)用較廣泛。,圖 5-19 維持阻塞式D觸發(fā)器波形圖,圖 5-20 負邊沿JK觸發(fā)器,2. 邊沿觸發(fā)器,圖5-20是利用門傳輸延遲時間構(gòu)成的負邊沿JK觸發(fā)器邏輯電路。圖中的兩個與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，兩個與非門(1、2門)作為輸入信號引導(dǎo)門，而且在制作時已保證與非門
25、的延遲時間大于基本RS觸發(fā)器的傳輸延遲時間。RD、SD為直接置0、置1端，不用時應(yīng)使SDRD=11。其原理如下： 當CP=0穩(wěn)定時，輸入信號J、K被封鎖， ，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變；而當CP=1時，觸發(fā)器的輸出也不會變， 這可從以下的推導(dǎo)式中看出：,由此可見，在穩(wěn)定的CP=0及CP=1期間，觸發(fā)器狀態(tài)均維持不變，這時觸發(fā)器處于一種“自鎖”狀態(tài)。 當CP由1變?yōu)?時，由于CP信號是直接加到與或非門的其中一個與門輸入端，首先解除了觸發(fā)器的“自鎖”，但 還要經(jīng)過一個與非門延遲時間tpd才能變?yōu)?。在沒有變?yōu)?以前， 仍維持CP下降沿前的值，即,代入基本RS觸發(fā)器特征方程，有,
26、也就是說，在CP由1變?yōu)?的下降沿時刻，觸發(fā)器接收了輸入信號J、K，并按JK觸發(fā)器的特征規(guī)律變化。,由以上分析可知，在CP=1時，J、K信號可以進入輸入與非門，但仍被拒于觸發(fā)器之外。 只有在CP由1變?yōu)?之后的短暫時刻里，由于與非門對信號的延遲，在CP=0前進入與非門的J、 K信號仍起作用，而此時觸發(fā)器又解除了“自鎖”， 使得J、 K信號可以進入觸發(fā)器，并引起觸發(fā)器狀態(tài)改變。 因此， 只在時鐘下降沿前的J、 K值才能對觸發(fā)器起作用，從而實現(xiàn)了邊沿觸發(fā)的功能。,綜上所述，負邊沿JK觸發(fā)器是在CP下降沿產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)方向決定于CP下降前瞬間的J、K輸入信號。它只要求輸入信號在CP下降沿到達之前，在
27、與非門1、2轉(zhuǎn)換過程中保持不變，而在CP=0及CP=1期間，J、K信號的任何變化都不會影響觸發(fā)器的輸出。因此這種觸發(fā)器比維持阻塞式觸發(fā)器在數(shù)據(jù)輸入端具有更強的抗干擾能力，其波形圖如圖5-21所示。,圖 5-21 邊沿JK觸發(fā)器的理想波形圖,這種負邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器，僅要求在CP下降沿到達之前有信號到達 的建立時間tset，即tset=tpd。由于此過程在CP=1期間進行，因此tCPHtpd。 CP下降沿到達時，CP封鎖了1、2門，故負邊沿觸發(fā)器基本上不需要保持時間。但在CP=0持續(xù)期tCPL內(nèi)一定要保證基本RS觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn)，因此tCPL2tpd，因而觸發(fā)器最高工作頻率為,,5.4
28、 觸發(fā)器的邏輯符號及時序圖,5.4.1 觸發(fā)器的邏輯符號,圖 5-22 電位觸發(fā)方式觸發(fā)器的邏輯符號,圖5-22均為電位觸發(fā)方式觸發(fā)器的邏輯符號，其中圖(a)為基本RS觸發(fā)器邏輯符號，它沒有時鐘輸入端，SD、RD為非同步(或稱異步)輸入，觸發(fā)器的狀態(tài)直接受SD、RD電位控制。圖(b)、 (c)分別為鐘控RS觸發(fā)器、鐘控D觸發(fā)器的邏輯符號。觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受時鐘CP的電位控制：CP=1時，觸發(fā)器分別接收輸入信號，輸出狀態(tài)Q、Q按其功能發(fā)生變化；CP=0時，觸發(fā)器不接收信號，輸出狀態(tài)維持不變。,, 傳統(tǒng)的邏輯符號.,圖 5-23 集成觸發(fā)器常用的邏輯符號, 國家標準(GB4728.12-85)規(guī)定
29、的邏輯符號,圖 5-24 集成觸發(fā)器國標規(guī)定的邏輯符號,5.4.2 時序圖,時序圖的畫法一般按以下步驟進行： 以時鐘CP的作用沿為基準，劃分時間間隔，CP作用沿來到前為現(xiàn)態(tài)，作用沿來到后為次態(tài)。 每個時鐘脈沖作用沿來到后，根據(jù)觸發(fā)器的狀態(tài)方程或狀態(tài)表確定其次態(tài)。 異步直接置0、置1端(RD、SD)的操作不受時鐘CP的控制，畫波形時要特別注意。,【例 5-1】 邊沿JK觸發(fā)器和維持阻塞式D觸發(fā)器分別如圖5-25(a)、 (b)所示，其輸入波形見圖5-25(c)，試分別畫出Q、 Q2端的波形。設(shè)電路初態(tài)均為0 。,圖 5-25 例5-1圖,解： 從圖中可見，JK觸發(fā)器為下降沿觸發(fā)
30、，因此首先以CP下降沿為基準，劃分時間間隔，然后根據(jù)JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程 ，由每個CP來到之前的A、B和原態(tài)Q1決定其次態(tài) 。例如第一個CP下降沿來到前因AB=10，Q1=0，將A、B、Q1代入狀態(tài)方程得 ， 故畫波形時應(yīng)在CP下降沿來到后使Q1為1， 該狀態(tài)一直維持到第二個CP下降沿來到后才變化。依此類推可畫出Q1的波形如圖5-25(c)所示。, 圖5-25(b)的D觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，因此首先以CP上升沿為基準，劃分時間間隔。由于D=A，故D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為 ，這里需要注意的是異步置0端RD和B相連，因此該狀態(tài)方程只有當B=1時才適用。當B=
31、0時，無論CP、A如何， ，即圖5-25(c)中B為0期間所對應(yīng)的 均為0；只有B=1, 才在CP的上升沿來到后和A有關(guān)。例如在第二個CP上升沿來到前，B=1, A=1，故CP來到后 。該狀態(tài)本來應(yīng)維持到第三個CP上升沿來到前， 但在第二個CP=0的期間B已變?yōu)?，因此也強迫Q2=0。Q2的波形如圖5-25(c)所示。,【例 5-2】 TTL邊沿觸發(fā)器組成的電路分別如圖5-26(a)、 (b)所示，其輸入波形見圖5-26(c)，試分別畫出Q1、Q2端的波形。 設(shè)電路初態(tài)均為0。,圖 5-26 例5-2圖,解： 從圖中可見，F(xiàn)F1、FF2均為上升沿觸發(fā)，故以CP上升沿為基準
32、劃分時間間隔。 對于FF1， 。由每個CP前沿來到前的外輸入A和原態(tài)Q1決定 ，其波形如圖5-26(c)所示。 對于FF2，由于 ， 故狀態(tài)方程 ，說明該觸發(fā)器的輸出僅與A、B有關(guān)，與原態(tài)Q2無關(guān)。但需要注意，該狀態(tài)方程只有在C=1時才適用，其波形圖見圖5-26(c)。,【例 5-3】 圖5-27(a)是由兩個JK觸發(fā)器構(gòu)成的單脈沖發(fā)生器，其輸入ui為時鐘脈沖的連續(xù)序列，輸出由人工按鈕開關(guān)S1控制，每按一次，輸出一個脈沖。輸出脈沖的寬度僅決定于輸入時鐘脈沖的周期。試畫出輸出端uo的波形圖。 解：從圖中可見，F(xiàn)F1、FF2均為CP下降沿觸發(fā)，但FF1的CP由Q2提供，而Q2的狀態(tài)除了受J2、K2、ui控制外，還受RD=Q1的控制，即兩個觸發(fā)器的狀態(tài)是互相制約的，因此其波形圖要一個個CP分別畫出。,,對于FF2，因K2=1，故,對于FF1，因J1=K1=1，故,圖 5-27 單脈沖發(fā)生器,(a) 電路； (b) 波形圖,當J2=0(S1接地)后又恢復(fù)到開始的狀態(tài)。Q1=1，F(xiàn)F2解除置0封鎖，如果再按下S(J2=1)就能產(chǎn)生第二個單脈沖， 整個波形如圖5-27(b)所示。 單脈沖發(fā)生器常作為調(diào)測信號源，在數(shù)字設(shè)備中應(yīng)用很廣泛， 它也可以用其它觸發(fā)器實現(xiàn)。,,,
數(shù)字與邏輯電路教程江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院.ppt
