川大電子《數(shù)字電子技術》課件.ppt

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1 觸發(fā)器特點 觸發(fā)器分類 能夠存儲一位二進制信息的基本單元 1 能夠保持的穩(wěn)定狀態(tài) 可用來表示邏輯0和邏輯1 2 在適當輸入信號作用下 可從一種狀態(tài)翻轉到另一種狀態(tài) 在輸入信號取消后 能將新狀態(tài)保存下來 按觸發(fā)方式分 電位觸發(fā)方式 主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式 按邏輯功能分 R S觸發(fā)器 D觸發(fā)器 J K觸發(fā)器和T觸發(fā)器 組合電路 不含記憶元件 無反饋 輸出與原來狀態(tài)無關 第四章集成觸發(fā)器 觸發(fā)器 2 第四章集成觸發(fā)器 4 1基本R S觸發(fā)器 4 2鐘脈沖控制的R S觸發(fā)器 4 3主從觸發(fā)器4 4邊沿觸發(fā)器 4 5觸發(fā)器的功能分類及觸發(fā)器類型轉換 4 6激勵表的文字填寫法 3 4 1基本R S觸發(fā)器 4 1 1基本R S觸發(fā)器的組成及工作原理 2 由兩個 與非 門構成的R S觸發(fā)器電路圖 1 邏輯符號 4 兩個穩(wěn)定狀態(tài) 當 若Q 0 1 即處于0態(tài) 這是一個穩(wěn)定狀態(tài) 同理 若Q 1 0 1態(tài) 也是一個穩(wěn)定狀態(tài) 5 若在電路的輸入端施加觸發(fā)信號 觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)定狀態(tài)轉換到另一個穩(wěn)定狀態(tài) 例如 設觸發(fā)器起始狀態(tài) 初態(tài) 為1 在端加0電平信號 即 仍為1 經過門2的延遲時間tpd2后變?yōu)? 再經過門1的延遲時間tpd1后 Q變?yōu)? 觸發(fā)器轉換到0態(tài) 置0端 置1端 6 圖4 2給出了觸發(fā)器置1的工作波形 這里假設tpd1 tpd2 tpd 由圖可見 為使置1可靠 置1負脈沖的寬度應大于2tpd 同樣可以畫出置0負脈沖作用下的工作波形 7 RD 1 8 4 1 2基本R S觸發(fā)器的邏輯功能 1 基本R S觸發(fā)器的真值表及時序圖 表4 1基本R S觸發(fā)器的真值表 次態(tài) 初態(tài) 9 表中Q t 為觸發(fā)器初態(tài) 為次態(tài) 當 同時為低電平時 Q和均為1 使觸發(fā)器互補輸出功能失效 若此時同時撤銷 端的低電平 則因門電路動態(tài)特性參數(shù)的不同 觸發(fā)器的新態(tài)可能有3種情況 設與非門1和與非門2的平均延遲時間為tpd1 tpd2 則有 10 若tpd1tpd2 則 Q 1為輸入先作用 若tpd1 tpd2 則將在1電平及0電平之間來回震蕩 如果同時撤銷 11 圖4 3示出基本R S觸發(fā)器時序圖 圖中假定門的傳輸延遲時間為0 不定狀態(tài)用虛線及問號表示 12 2 基本R S觸發(fā)器的狀態(tài)轉換真值表及特征方程 13 圖4 4 a 所示的表格為狀態(tài)轉換真值表 不定態(tài)用d填寫 由狀態(tài)轉換真值表可以導出次態(tài)的邏輯表達式 稱為觸發(fā)器的特性方程或狀態(tài)方程 b 圖為次態(tài)的卡諾圖 由圖可得 4 1 由于輸入 不得同時取邏輯0電平 則 或 4 2 4 1 4 2 式聯(lián)立得 約束條件 4 3 14 3 基本R S觸發(fā)器的狀態(tài)轉換圖和激勵表 15 4 1 3 或非門構成的基本R S觸發(fā)器 如果同時撤銷輸入將會出現(xiàn)振蕩 16 根據(jù)功能真值表列出狀態(tài)轉換真值表 并由此求出該觸發(fā)器的特性方程為 4 4 由特性方程 4 3 及 4 4 可見 由或非門和與非門構成的R S觸發(fā)器都具有相同的方程形式 或 17 與非門構成的基本R S觸發(fā)器 或非門構成的基本R S觸發(fā)器 兩種基本R S觸發(fā)器的比較 特性相同 18 4 2鐘脈沖控制的R S觸發(fā)器 數(shù)字系統(tǒng)使用的觸發(fā)器的置0或置1要受到控制信號的控制 這個控制信號稱為時鐘信號 記為CP 時鐘脈沖信號確定觸發(fā)器動作的時刻 觸發(fā)器輸入端的取值 輸入數(shù)據(jù) 確定觸發(fā)器狀態(tài)轉換的方向 由時鐘脈沖信號控制的R S觸發(fā)器稱為鐘脈沖R S觸發(fā)器 19 4 2 1鐘脈沖R S觸發(fā)器 由與非門構成的鐘脈沖R S觸發(fā)器如圖4 7所示 20 圖中門1 門2構成基本R S觸發(fā)器 門3 門4構成觸發(fā)導引電路 S R稱為觸發(fā)器的控制輸入或激勵端 驅動端 CP稱為時鐘端 由圖4 7可見 基本R S觸發(fā)器的輸入 21 當CP 0 觸發(fā)器的狀態(tài)將保持不變 當CP 1時 則 觸發(fā)器的狀態(tài)將隨輸入端S R的輸入信號而變化 通常用Qn及Qn 1分別表示時鐘控制型觸發(fā)器的初態(tài)和次態(tài) 22 于是根據(jù)R S觸發(fā)器的特性方程可以得到鐘脈沖R S觸發(fā)器的特性方程 當CP 1時 則有 與前面一致 約束條件 4 5 式 4 5 表明 在CP 1時 即時鐘脈沖由低電平上跳到高電平 上升沿 以及時鐘脈沖維持高電平期間 觸發(fā)器狀態(tài)的更新按 4 5 式進行 23 在CP 1或CP 0期間 觸發(fā)器能改變狀態(tài)的觸發(fā)方式稱為 電平觸發(fā)方式 由式 4 5 可以導出功能真值表 狀態(tài)轉換真值表 激勵表及狀態(tài)轉換圖 分別為圖4 8的 a b c d 圖4 9為鐘脈沖R S觸發(fā)器的時序圖 24 真值表 狀態(tài)轉換真值表 激勵表 狀態(tài)轉換圖都表達同一內容但表達方式不同 p 17 25 要求在CP 1期間輸入信號不發(fā)生變化 以避免空翻 空翻 26 圖4 10 a b 分別為由或非門及與或非門構成的鐘脈沖R S觸發(fā)器 27 4 3主從觸發(fā)器 4 3 1主從R S觸發(fā)器 電路圖如4 11 a 所示 它是由兩個R S觸發(fā)器級聯(lián)而成 CP 1時 主觸發(fā)器的輸入為整個觸發(fā)器的輸入 QM QS 主觸發(fā)器 從觸發(fā)器 28 CP 1時 主觸發(fā)器接收數(shù)據(jù) 特性方程為 此時 由于CP 0 從觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變 CP由1變?yōu)?時 CP 0 主觸發(fā)器狀態(tài)不變 特性方程為 4 6 p 24激勵表 主觸發(fā)器輸出具有互補性 29 主從觸發(fā)器工作分兩步 第一步 CP從0變1以及CP 1期間 主觸發(fā)器接受輸入 從觸發(fā)器狀態(tài)不變 第二步 CP從1到0時 主觸發(fā)器狀態(tài)不變 從觸發(fā)器接受主觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)信息 觸發(fā)器狀態(tài)變化 由于在CP下跳至0后 主觸發(fā)器不再接受輸入信息 因此也不會引起觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生變化 30 4 3 2主從J K觸發(fā)器 主從J K觸發(fā)器的組成及功能電路圖如圖4 12 a 所示 b 和 c 為其功能真值表及邏輯符號 見 4 8 在主從R S觸發(fā)器基礎上修改 31 由圖4 12 a 可得主觸發(fā)器的輸入方程 4 7 將式 4 7 代入主從R S觸發(fā)器的特性方程式 4 6 中 有 4 8 由于SR恒為0 所以無論J K怎樣取值上式均成立 因此J K取值無約束包括J K 1 32 主從J K狀態(tài)轉換發(fā)生在CP下降沿時刻 有時為了說明這一特點 將觸發(fā)器特性方程寫成 4 8 根據(jù)圖4 12 b 的真值表不難導出下面的狀態(tài)轉換真值表 激勵表及狀態(tài)轉換圖 33 2 主從J K觸發(fā)器的一次翻轉現(xiàn)象 一個J K觸發(fā)器電路圖如圖4 14所示 在CP 1期間 如果J或K發(fā)生變化 QM也 會變化 因此在CP到達時 Q的次態(tài)可能與 4 8 描述的不同 QM 34 例 假設在CP 1之前 J 0 K 1 且QM 0 Q Qs 0 當CP 1時 因Q 0 J 0導致門3 門4的輸出都是高電平 使QM 0 保持 但由于某種原因 如干擾 短暫出現(xiàn)J 1 K 0 CP 1不變 將使QM 1 因Q3 0 Q4 1 QM 35 干擾過去后 輸入信號恢復到J 0 K 1 但由于門4的輸入有Q 0 K 1不起作用 門3 門4輸出為高電平 使QM 1保持不變 不能恢復到QM 0 當CP來到時 QS Q 1 而本應為QS Q 0 因此 在CP 1期間 QM 要求輸入J K的數(shù)據(jù)值不變 a 36 4 4邊沿型觸發(fā)器 可避免空翻以及在CP作用期間的狀態(tài)翻轉現(xiàn)象 即使輸入數(shù)據(jù)在CP作用期間發(fā)生變化 也可保證觸發(fā)器的狀態(tài)不變 37 4 4 1維持 阻塞D觸發(fā)器 1 維持 阻塞D觸發(fā)器的工作原理 圖4 18維持 阻塞D觸發(fā)器 門3 5組成A觸發(fā)器 門4 6組成B觸發(fā)器 及門1 2組成輸出觸發(fā)器 當CP 0時 QA QB 1 所以輸出觸發(fā)器狀態(tài)Q保持不變 38 1 假設輸入端D的數(shù)據(jù)在CP 1到來之前的2已由1變成0 穩(wěn)定 D 0 則經門6 門5的2延遲后 有 當CP 1出現(xiàn)時 經門4的一個tpd后 有 而 保持不變 經過2tpd后 輸出觸發(fā)器 被置0 QA 1 QB 0 1 CP 0 1 上升沿 1tpd后 D 0 39 即 與此同時 將門6的輸入端封鎖 1tpd后 維持觸發(fā) 器的0狀態(tài) 這樣即使輸入數(shù)據(jù)D在CP 1期間發(fā)生變化 對觸發(fā)器的狀態(tài)不會產生影響 即觸發(fā)器不會空翻 所以連線 為置0維持線 保持 保持 保持 狀態(tài)更新 40 2 假設控制輸入端D的數(shù)據(jù)在CP 1到來之前的2已由0變成1 穩(wěn)定 D 1 則經門6延時后 CP 0 這時 D 1 CP 0 41 當CP 1出現(xiàn)時 經門3的延遲后 有 而 不變 使 輸出觸發(fā)器 置1 同時也封鎖了門5 維持輸出觸發(fā)器的1 態(tài) 所以連線 稱為置1維持線 D 1 42 3 在CP 1期間 a 在上述2中如果D 1變?yōu)镈 0 封鎖門4 可保證 從而 阻塞 因D的變化引起QB向 0變化 即阻塞觸發(fā)器置0 稱連線 為阻塞置0線 1 0 0 1 1 0 43 b 在上述1中如果D 0變?yōu)镈 1 這時已有 將加到門5輸入端 使封鎖門3 保證 即阻塞觸發(fā)器置1 稱連線 為阻塞 置1線 結論 由于這些反饋作用 使得觸發(fā)器在CP上升沿出現(xiàn)后即刻產生維持 阻塞信號 完成狀態(tài)轉換 而且不會發(fā)生空翻 而 0 1 1 0 0 1 44 維持阻塞D觸發(fā)器具有置0 置1功能 可求得特性方程 有時也將特性方程明確寫成 激勵表和狀態(tài)轉換圖如圖4 19所示 45 2 集成維持 阻塞D觸發(fā)器 異步置1 異步置0 46 置0 置1 異步 無條件 置0 置1 異步 條件 CP 0 特征方程 及 47 4 4 2邊沿型J K觸發(fā)器 R S觸發(fā)器 門1 門2構成 虛線 觸發(fā)引導電路 門3 門4 R S觸發(fā)器輸入端 b 48 在CP 1期間 只讀入數(shù)據(jù)但不翻轉 Q保持不變 不受R S J K的影響 不會空翻 但這時J K可能變化 CP 1 這是準備階段 正常工作時 SD RD 1 這時R S觸發(fā)器輸入端數(shù)據(jù)可改變 讀入 但Q的狀態(tài)不變 A1 5 6 49 在CP下降沿到來時 CP 0 R S觸發(fā)器更新 門3 門4的延遲時間較長 因此在CP 0時 值保持不變 暫時 狀態(tài)更新為 同時 門3 門4被CP 0封鎖 J K的變化不會影響觸發(fā)器狀態(tài) 接著 在過了延遲時間后 由于CP 0 有 保持狀態(tài) 這時p 48中與門5 6不起作用 關系A1不再成立 兩虛線模塊構成一個R S觸發(fā)器 50 只有當下降沿到達時 觸發(fā)器狀態(tài)才更新而且新狀態(tài)將會維持下去 觸發(fā)器不會空翻 CP 1時讀入但不翻轉 CP 0時瞬間觸發(fā) 隨后封鎖輸入端 保持 下降沿觸發(fā) 保持 保持 51 集成邊沿型J K觸發(fā)器的功能表 其特性方程為 52 4 5 1觸發(fā)器的分類 1 按照觸發(fā)器組成結構分類 基本R S觸發(fā)器 鐘脈沖R S觸發(fā)器 主從觸發(fā)器 邊沿型觸發(fā)器2 按照邏輯功能分類 R S觸發(fā)器 J K觸發(fā)器 D觸發(fā)器 T觸發(fā)器 4 5觸發(fā)器的功能分類及觸發(fā)器類型轉換 53 T觸發(fā)器的邏輯符號 真值表 激勵表及狀態(tài)轉化圖 54 由真值表可得T觸發(fā)器的特征方程如下 T 1時 4 23 4 24 這就是說 只要有時鐘到達 觸發(fā)器的狀態(tài)就要翻轉 這類觸發(fā)器常稱為計數(shù)觸發(fā)器 又稱為 55 4 5 2觸發(fā)器類型轉換 1 公式法 以R S觸發(fā)器轉換為J K觸發(fā)器為例 0 4 25 4 26 4 27 56 由 4 25 4 27 得 比較得 57 2 卡諾圖法 可得圖4 26的設計 58 用同樣方法 可得 R S D R S T 59 4 6激勵表的文字填寫法 1 大寫0 不寫d 小寫 s 60 W 以R S觸發(fā)器為參考 R r S s 0 1 d 文字 c 61 各端 0 1 d 激勵信號與文字的關系 62 4 1 4 3 4 4 4 5 4 6 4 7 4 9 4 10 上交時間 11月17日 星期二 期中考試 閉卷 時間 2009年11月24日 星期二內容 一 二 三 四章