第四章_触发器.pdf
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1、1 University of Science and Technology of China 第四章第四章第四章第四章 触发器触发器触发器触发器 (FlipFlipFlipFlipFlop, FFFlop, FFFlop, FFFlop, FF) 第五版第五版215215215215页页 第五章第五章 2 University of Science and Technology of China 本章提要本章提要本章提要本章提要 1触发器的各种电路结构及其特点。 2触发器的功能分类、电路结构和 逻辑功能的区别。 3不同触发器之间的逻辑功能转换。 所有图形及变量符号取自第四章,所有图形及变量符
2、号取自第四章, 但图形和表格的编号与第五章相同。但图形和表格的编号与第五章相同。 3 University of Science and Technology of China 4.1 4.1 4.1 4.1 概述概述概述概述 什么是触发器?什么是触发器? 1 1 1 1用于保存二值信号用于保存二值信号 ( ( ( (或存储二进制信号或存储二进制信号) ) ) )。 2 2 2 2能够存储能够存储1 1 1 1位二值信号的基本单元电路统位二值信号的基本单元电路统 称为触发器。称为触发器。 3 3 3 3触发器的两个基本特点:触发器的两个基本特点: 能够自行保持两个稳定状态,即能够自行保持两个稳
3、定状态,即1 1 1 1状态状态 和和0 0 0 0状态,用来表示状态,用来表示1 1 1 1和和0 0 0 0的二值信号。的二值信号。 在不同输入信号的触发下能将在不同输入信号的触发下能将1 1 1 1态转换态转换 为为0 0 0 0态,或将态,或将0 0 0 0态转换为态转换为1 1 1 1态。态。 4 University of Science and Technology of China 4.1 4.1 4.1 4.1 概述概述概述概述 4 4 4 4按电路结构分类:按电路结构分类:有有基本基本RSRSRSRS触发器、同步触发器、同步RSRSRSRS 触发器、触发器、 主从触发器、维
4、持阻塞触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、 CMOSCMOSCMOSCMOS边沿触发器边沿触发器等。等。 注意:第五版是按触发器的注意:第五版是按触发器的触发方式触发方式来分类的。来分类的。 第五版中的第五版中的 “ “ “ “SRSRSRSR锁存器锁存器” ” ” ”就是基本就是基本RSRSRSRS触发触发 器,器,“ “ “ “电平触发的触发器电平触发的触发器” ” ” ”就是同步就是同步RSRSRSRS触发器。触发器。 5 5 5 5按逻辑功能分类:按逻辑功能分类:有有RSRSRSRS触发器、触发器、JKJKJKJK触发器、触发器、 T T T T触发器和触发器和D D D D触发器等。
5、触发器等。 5 University of Science and Technology of China 4.1 4.1 4.1 4.1 概述概述概述概述 6 6 6 6根据存储数据的原理不同,又分为静态触发根据存储数据的原理不同,又分为静态触发 器和动态触发器。器和动态触发器。 静态触发器:静态触发器:靠电路状态的自锁来存储靠电路状态的自锁来存储 数据。数据。 动态触发器:动态触发器:通过在通过在MOSMOSMOSMOS管栅极输入电容管栅极输入电容 上存储电荷来存储数据。上存储电荷来存储数据。 6 University of Science and Technology of China
6、4.2 4.2 4.2 4.2 触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本RSRSRSRS触发器的结构及特点触发器的结构及特点 基本基本RSRSRSRS触发器是电路结构最简单的一种,触发器是电路结构最简单的一种, 同时又是许多复杂触发器的一个组成部分。同时又是许多复杂触发器的一个组成部分。 1 1 1 1电路结构及工作原理电路结构及工作原理 (1 1 1 1)用或非门组成的基本)用或非门组成的基本RSRSRSRS触发器触发器 电路图及图形符号见电路图及图形符号见P P P P
7、216216216216图图5.2.15.2.15.2.15.2.1。 7 University of Science and Technology of China 4.2 4.2 4.2 4.2 触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点 图 图图图5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 用用用用或非门组成的基本门组成的基本门组成的基本门组成的基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 (a a a a)、()、()、()、(b b b b)电路结构电路结构电路结构电路结构 (c c c c)图形符号图形符号图形符号图
8、形符号 8 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 Q 1 1 1 1)电路结构:)电路结构: a a a a) G G G G1 1 1 1和和G G G G2 2 2 2的输出端分别的输出端分别连接到对方的一个输 连接到对方的一个输 入端;它们的另一个输入端接入端;它们的另一个输入端接R R R RD D D D和和S S S SD D D D。 b b b b)Q Q Q Q和和 为互补输出为互补输出 Q 即即Q=1,Q=1,Q=1
9、,Q=1, 则则 =0; =0; =0; =0; 若若Q=0 Q=0 Q=0 Q=0 则则 =1 =1 =1 =1 。 Q 并定义并定义Q=1Q=1Q=1Q=1、 =0=0=0=0为触发器的为触发器的1 1 1 1态态; Q Q=0Q=0Q=0Q=0、 =1=1=1=1为触发器的为触发器的0 0 0 0态态。 Q c c c c)S S S SD D D D称为置位端称为置位端或置 或置1 1 1 1端端, R, R, R, RD D D D称为复位端称为复位端或置或置0 0 0 0端端。 9 University of Science and Technology of China 4.2.
10、1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 2 2 2 2)工作原理及功能)工作原理及功能 a a a a)当)当S S S SD D D D=1=1=1=1,R R R RD D D D=0=0=0=0时,时,Q=1Q=1Q=1Q=1, =0=0=0=0 Q 称为将触发器置位或置称为将触发器置位或置1 1 1 1。 b b b b)当)当S S S SD D D D=0=0=0=0,R R R RD D D D=1=1=1=1时,时,Q=0Q=0Q=0 Q=0, =1=1=1=1 Q 称为将触发器复位或置称为将触发器复位或置0 0 0 0
11、。 c c c c)当)当S S S SD D D D=R=R=R=RD D D D=0=0=0=0时,电路维持原态不变。时,电路维持原态不变。 d d d d)当)当S S S SD D D D=R=R=R=RD D D D=1=1=1=1时,时,Q=Q=Q=Q=Q =0 =0 =0 =0 10 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 但在但在S S S SD D D D、R R R RD D D D同时回到同时回到0 0 0 0后无法
12、断定触发器后无法断定触发器 将将回回 到到1 1 1 1态还是态还是0 0 0 0态,故在正常工作时输入信号态,故在正常工作时输入信号 S S S SD D D D和和R R R RD D D D 不能同时为不能同时为1 1 1 1,即,即输入信号应遵守输入信号应遵守: : : : S S S SD D D DR R R RD D D D=0 =0 =0 =0 的约束条件。的约束条件。 需要指出的是,如果需要指出的是,如果 S S S SD D D D、R R R RD D D D不是同时回到不是同时回到0 0 0 0, 即其中一个先回到即其中一个先回到0 0 0 0,另一个后回到,另一个后回
13、到0 0 0 0,那么触,那么触 发器的状态还是确定的。发器的状态还是确定的。 11 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 将上述逻辑关系列成真值表,即为表将上述逻辑关系列成真值表,即为表5.2.15.2.15.2.15.2.1。 表中表中Q Q Q Qn+1 n+1n+1n+1叫做触发器的 叫做触发器的新态新态或或次态次态, , , , 它不仅与输它不仅与输 入入S S S SD D D D和和R R R RD D D D的状态有关,
14、而且还与触发器原来的状的状态有关,而且还与触发器原来的状 态态Q Q Q Qn n n n(简称(简称原态,原态,也叫也叫初态初态)有关。)有关。通常又把通常又把 Q Q Q Qn n n n 称作状态变量,把含有称作状态变量,把含有Q Q Q Qn n n n的真值表叫做触发的真值表叫做触发 器的特性表器的特性表( (注意这里的注意这里的Q Q Q Qn n n n Q Q Q Q、 、Q Q Q Qn+1 n+1 n+1 n+1 Q Q Q Q* * * * ) )。 。 注意,下面的特性表与讲义上的画法有所不注意,下面的特性表与讲义上的画法有所不 同,只是为了便于理解和记忆。同,只是为了
15、便于理解和记忆。 12 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 表表5.2.1 5.2.1 5.2.1 5.2.1 或非门组成的基本或非门组成的基本RSRSRSRS触发器的特性表触发器的特性表 不定不定0 0 0 0* * * *0/10/10/10/11 1 1 11 1 1 1 置置0 0 0 00 0 0 00/10/10/10/11 1 1 10 0 0 0 置置1 1 1 11 1 1 10/10/10/10/10 0 0 01
16、 1 1 1 保持保持0/1 0/1 0/1 0/1 0/10/10/10/10 0 0 00 0 0 0 功能功能Q Q Q Qn+1 n+1n+1n+1 Q Q Q Qn n n nR R R RD D D DS S S SD D D D 13 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 (2 2 2 2)用与非门组成的基本)用与非门组成的基本RSRSRSRS触发器触发器 电路图及图形符号见电路图及图形符号见P P P P21821821
17、8218图图5.2.25.2.25.2.25.2.2 14 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 15 University of Science and Technology of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 表表5.2.2 5.2.2 5.2.2 5.2.2 与非门组成的基本与非门组成的基本RSRSRSRS触发器的特性表触发器的特性表 不定不定
18、1 1 1 1* * * *0/10/10/10/10 0 0 00 0 0 0 置零置零0 0 0 00/10/10/10/10 0 0 01 1 1 1 置置1 1 1 11 1 1 10/10/10/10/11 1 1 10 0 0 0 保持保持0/10/10/10/10/10/10/10/11 1 1 11 1 1 1 功能功能Q Q Q Qn+1 n+1n+1n+1 Q Q Q Qn n n n D S D R 16 University of Science and Technology of China 2 2 2 2基本基本RSRSRSRS触发器的动作特点触发器的动作特点 在在
19、输入信号全部作用时间内(即输入信号全部作用时间内(即S S S SD D D D或或R R R RD D D D为为1 1 1 1的全的全 部时间)部时间), , , , 都能直接改变输出端都能直接改变输出端Q Q Q Q和和 的状态的状态, , , , Q 故也把故也把S S S SD D D D D S 叫做直接置位端,把叫做直接置位端,把R R R RD D D D( )( )( )( ) D R 叫做直接复位端,叫做直接复位端, 所以又把基本所以又把基本RSRSRSRS触发器叫做触发器叫做 ( ) 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触
20、发器触发器触发器 直接置位、复位触发器。直接置位、复位触发器。 17 University of Science and Technology of China D SQ P P P P218218218218例例5.2.15.2.15.2.15.2.1 1. 怎样根据 和 的波形画Q 和 的波形; 2. 尽管 和 同时为0,但只要其中一个先回 到1(二者不同时回到1),Q仍是确定的。 D R D S D R 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 18 University of Science and Technology
21、of China 4.2.1 4.2.1 4.2.1 4.2.1 基本基本基本基本RSRSRSRS触发器触发器触发器触发器 图图图图5.2.3 5.2.3 5.2.3 5.2.3 例例例例5.2.15.2.15.2.15.2.1的电路和电压波形的电路和电压波形的电路和电压波形的电路和电压波形 (a a a a)电路结构电路结构电路结构电路结构 (b b b b)电压波形电压波形电压波形电压波形图图图图 19 University of Science and Technology of China 4.2.2 4.2.2 4.2.2 4.2.2 同步RS触发器 4.2.2 4.2.2 4.2.
22、2 4.2.2 同步同步RSRSRSRS触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点 若需要电路中的某些触发器在同一时刻动若需要电路中的某些触发器在同一时刻动 作时,则必须引入同步信号,使这些触发器只有作时,则必须引入同步信号,使这些触发器只有 在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常 把这个同步信号叫做时钟脉冲,或称为时钟信把这个同步信号叫做时钟脉冲,或称为时钟信 号,简称时钟,用号,简称时钟,用CPCPCPCP或或CLKCLKCLKCLK表示。表示。 20 University of Science and Technology of C
23、hina 1 1 1 1电路结构与工作原理电路结构与工作原理 最简单的时钟触发器是最简单的时钟触发器是P P P P220220220220图图5.3.15.3.15.3.15.3.1所示的同所示的同 步步RSRSRSRS触发器。触发器。 基本基本RSRSRSRS触发器触发器 输入控制门输入控制门 它由它由 组成组成 即为第五章即为第五章“ “ “ “电平触发的触发器电平触发的触发器” ” ” ” 4.2.2 4.2.2 4.2.2 4.2.2 同步RS触发器 21 University of Science and Technology of China 4.2.2 4.2.2 4.2.2
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