数电第五章-触发器ppt课件

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1、第五章第五章 触发器触发器内容介绍内容介绍 本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器，本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器，重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点，以及触发器重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点，以及触发器从功能上的分类及相互间的转换。从功能上的分类及相互间的转换。首先从组成各类触发器的基本部分首先从组成各类触发器的基本部分SR锁存器入手，介绍锁存器入手，介绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点，在基础上介绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点，在基础上介绍JK触发器、触发器、D触发器、触发器、T触发器等，给出触发器的描述方程。触发器等，给出触发器的描述方

2、程。本章重点本章重点是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状态方程的描述等。态方程的描述等。第五章 触发器内容介绍 本章介绍构成时序逻辑15.1 概述概述 触发器触发器：对在触发信号作用下能够存储：对在触发信号作用下能够存储1位二值位二值 信号的基本单元电路信号的基本单元电路一、用于记忆一、用于记忆1位二进制信号位二进制信号1.有两个能自行保持的状态有两个能自行保持的状态2.在触发信号操作下，可按输入信号的不同置成在触发信号操作下，可按输入信号的不同置成 0或或1二、分类二、分类 1.按触发方式（电平，脉冲，边沿）按触发方式（电平，脉冲，边沿）2.按

3、逻辑功能（按逻辑功能（RS,JK,D,T）3.按存储数据原理（静态触发器，动态触发器）按存储数据原理（静态触发器，动态触发器）在不同的触发方式下，当触发信号到在不同的触发方式下，当触发信号到达时，触发器的状态转换过程具有不同的达时，触发器的状态转换过程具有不同的动作特点，在使用触发器时应注意。动作特点，在使用触发器时应注意。静态触发器靠电路状态的自锁存静态触发器靠电路状态的自锁存储数据，而动态触发器通过栅极输储数据，而动态触发器通过栅极输入电容上存储电荷来存储数据。入电容上存储电荷来存储数据。Flip-Flop5.1 概述 触发器：对在触发信号作用下能够存储1位二值25.2 SR锁存器锁存器

4、SR锁存器（又叫基本锁存器（又叫基本RS触发器）是各种触发器构成的触发器）是各种触发器构成的基本部件，也是最简单的一种触发器。它的输入信号直接作基本部件，也是最简单的一种触发器。它的输入信号直接作用在触发器，无需触发信号用在触发器，无需触发信号一一、电路结构与工作原理、电路结构与工作原理1.由或非门构成：其电路及图形符号如图所示。由或非门构成：其电路及图形符号如图所示。5.2 SR锁存器 SR锁存器（又叫基本RS触发器）是30 0 0 00 0 1 11 0 0 11 0 1 10 1 0 00 1 1 01 1 0 01 1 1 0工作原理工作原理n当当SD=1、RD=0时，时，Q=1、Q=

5、0，即便，即便SD=1信号消失（即信号消失（即SD回到回到0）,电路的电路的1状态依然不变；状态依然不变；n当当SD=0、RD=1时，时，Q=0、Q=1，即便，即便RD=1信号消失（即信号消失（即RD回到回到0）,电路电路0状状态依然不变；态依然不变；n当当SD=RD=0时，电路维持原状态不变时，电路维持原状态不变;n当当SD=RD=1时，时，Q=Q=0(非法状态非法状态)，且，且当当SD和和RD同时回到同时回到0时时,次态不定次态不定;n应遵守应遵守SDRD=0的约束条件的约束条件特性表特性表:含状态含状态变量的真值表变量的真值表（保持）000000111001101101000110110

6、0142.与非门构成的触发器：与非门构成的触发器：约束条件约束条件2.与非门构成的触发器：约束条件5在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点6在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点7在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点8在任何时刻，输

7、入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点9在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点10在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点11在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入

8、都能直接改变输出的状态。3.动作特点12在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点13在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例：3.动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。3.动作特点145.3 电平触发的触发器电平触发的触发器 在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作，在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作，这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号

9、叫做时钟信号（号（Clock），简称时钟，用），简称时钟，用CLK表示。这种受时钟控制的触表示。这种受时钟控制的触发器统称为时钟触发器。发器统称为时钟触发器。一、电路结构与工作原理一、电路结构与工作原理电平触发电平触发SR触发器（触发器（同步同步SR触发器触发器）基本基本SR锁存器锁存器输入控制门输入控制门只有在只有在CLK1时，时，SR才能起作用才能起作用5.3 电平触发的触发器 在数字系统中，常常要求某些15功能表功能表00XX011XX01100110011011*1111*01101110011110110010001功能表00XX011XX01100110011011*11116 在

10、某些应用场合，有时需要在时钟在某些应用场合，有时需要在时钟CLK到来之前，先到来之前，先将触发器预置成制定状态，故实际的同步将触发器预置成制定状态，故实际的同步SR触发器设置了触发器设置了异步置位端异步置位端 和异步复位端和异步复位端小圆圈表示低小圆圈表示低电平有效电平有效无小圆圈表示无小圆圈表示高电平控制高电平控制不用设置初态时不用设置初态时 在某些应用场合，有时需要在时钟CLK到来之前17仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点18仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作

11、用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点19仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点20仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点21仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点22仅当

12、仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点23仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点24仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点25仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当CLK为有效电平时

13、，输入信号才能起作用二、动作特点26n仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用n在在CLK有效的全部时间里，有效的全部时间里，S和和R的变化都将引起输出状态的变化都将引起输出状态的变化，降低了触发器的抗干扰能力。的变化，降低了触发器的抗干扰能力。二、动作特点二、动作特点这种在这种在CLK由由“0”到到“1”整个正脉冲期间整个正脉冲期间触发器动作的控制方触发器动作的控制方式称为式称为电平触发方式电平触发方式仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点这种在27 为了适应单端输入信号的需要，有时将为了适应单端输入信号的需要，有时将S通过反相通过反相器

14、接到器接到R上，构成了电平触发的上，构成了电平触发的D触发器（触发器（D锁存器）锁存器）0XX000XX1110000100111100111011101001011011101*11111*D11000Q100111 为了适应单端输入信号的需要，有时将S通过反相28在在CLK的有效电平期间输出状态也始终跟随输入状态变化的有效电平期间输出状态也始终跟随输入状态变化在CLK的有效电平期间输出状态也始终跟随输入状态变化29作业:P248:5.1;5.4;作业:P248:305.4 脉冲触发的触发器脉冲触发的触发器 为了避免多次翻转，提高触发器工作的可靠性，希望在为了避免多次翻转，提高触发器工作的可

15、靠性，希望在每个每个CLK期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。一一、电路结构与工作原理、电路结构与工作原理1.脉冲触发的脉冲触发的SR触发器（主从触发器（主从SR触发器）（触发器）（MasterSlave SR FlipFlop）：）：5.4 脉冲触发的触发器 为了避免多次翻转，提高触31由由G5G8构成主触发器，由构成主触发器，由G1G4构成从触发器，它们通过时钟构成从触发器，它们通过时钟连在一起，连在一起，CLK从从CLK 由G5G8构成主触发器，由G1G4构成从触发

16、器，它们通过32工作原理工作原理:在在CLK1时，主触发器按时，主触发器按S、R变化变化，而从触发器而从触发器保持状态不变；保持状态不变；在在CLK由由1 0（下降沿），主触发器保持，从触发器（下降沿），主触发器保持，从触发器按主触发器的状态翻转，故在按主触发器的状态翻转，故在CLK的一个周期内，触发的一个周期内，触发器的输出状态之可能改变一次器的输出状态之可能改变一次工作原理:在CLK1时，主触发器按S、R变化，而从触发器33 主从主从SR触发器的特触发器的特性表，和电平触发的性表，和电平触发的SR触发器相同，只是触发器相同，只是CLK作用的时间不同作用的时间不同表示延表示延迟输出迟输出 主

17、从SR触发器的特性表，和电平触发的SR触发器34例例5.4.1 主从型主从型SR触发器输入触发器输入信号波形，试画出输出端信号波形，试画出输出端Q 和和Q 的波形，设初态为的波形，设初态为“0”。解：其输出波形如图所示解：其输出波形如图所示克服了同步克服了同步RS触发器，触发器，CLK1期间多次翻转的问期间多次翻转的问题，但在，仍存在不定态，题，但在，仍存在不定态，输入信号仍遵守输入信号仍遵守SR0.例5.4.1 主从型SR触发器输入信号波形，试画出输出端Q352.主从主从JK触发器：触发器：为了解除约束：为了解除约束：SR1时，时，Q也合法，则将输出端也合法，则将输出端 Q 和和 Q 反馈到

18、输入端，这种触发器称为反馈到输入端，这种触发器称为JK触发器。触发器。2.主从JK触发器：为了解除约束：SR136数电第五章-触发器ppt课件37翻转翻转翻转38(5)功能表功能表保持保持翻转翻转注：在有些集成触发器中，注：在有些集成触发器中，输入端输入端J和和K不止一个，这不止一个，这些输入端是与的关系。些输入端是与的关系。(5)功能表保持翻转注：在有些集成触发器中，输入端J和K不39二、脉冲触发方式的动作特点二、脉冲触发方式的动作特点 J J K KQQ主主主主从从从从SRQQQQ Q Q CLK CLK二、脉冲触发方式的动作特点 J KQ主从SRQQ40数电第五章-触发器ppt课件415

19、.5 边沿触发的触发器边沿触发的触发器 由于由于JK触发器存在一次变化问题，所以抗干扰能力触发器存在一次变化问题，所以抗干扰能力差。为了提高触发器工作的可靠性，希望触发器的次态差。为了提高触发器工作的可靠性，希望触发器的次态（新态）仅决定于（新态）仅决定于CLK的下降沿（或上升沿）到达时刻的下降沿（或上升沿）到达时刻的输入信号的状态，与的输入信号的状态，与CLK的其它时刻的信号无关，这的其它时刻的信号无关，这样出现了各种边沿触发器。样出现了各种边沿触发器。用用CMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器维持阻塞触发器维持阻塞触发器用门电路用门电路tpd的边沿触发器的边沿触发器5.5 边沿触发的

20、触发器 由于JK触发器存在一次42一、电路结构和工作原理一、电路结构和工作原理1、用两个电平触发、用两个电平触发D触发器组成的边沿触发器触发器组成的边沿触发器FF1和和FF2都是电平触发的都是电平触发的D触发器，也是通过时钟相连触发器，也是通过时钟相连一、电路结构和工作原理1、用两个电平触发D触发器组成的边沿触43工作原理：工作原理：当当CLK0，触发，触发器状态不变，器状态不变，FF1输输出状态与出状态与D相同；相同；010101当当CLK1，即，即 ，触发器触发器FF1状态与前沿到来之前的状态与前沿到来之前的D状态状态相同并保持（因为相同并保持（因为CLK10）。与此同时，。与此同时，FF

21、2输出输出Q的状态被的状态被置成前沿到来之前的置成前沿到来之前的D的状态，而与其它时刻的状态，而与其它时刻D的状态无关。的状态无关。工作原理：当CLK0，触发器状态不变，FF1输出状态与D44利用利用CMOS传输门的边沿触发器（实际电路结构）传输门的边沿触发器（实际电路结构）XX X0 X 01 X 1利用CMOS传输门的边沿触发器（实际电路结构）XXX0X0145二、动作特点二、动作特点（5）为了实现异步置位和复位功能，则引入了）为了实现异步置位和复位功能，则引入了SD和和RD置位端和复位端置位端和复位端二、动作特点（5）为了实现异步置位和复位功能，则引入了SD和46例例5.5.1 试画出图

22、试画出图5.5.4(a)所示电路的所示电路的Q1和和Q2的波形。的波形。设各触发器初态为设各触发器初态为0例5.5.1 试画出图5.5.4(a)所示电路的Q1和Q247边沿触发器也有边沿触发器也有JK触发器，它是在触发器，它是在CLK的下降沿动作的。的下降沿动作的。保持保持翻转翻转边沿触发器也有JK触发器，它是在CLK的下降沿动作的。保持翻48n在时钟控制的触发器中，由于输入方式不同（单在时钟控制的触发器中，由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（端，双端输入）、次态（）随输入变化的规）随输入变化的规则不同则不同n逻辑功能：逻辑功能：与输入及与输入及 在在CLKCLK作用后稳态之间的关系作用

23、后稳态之间的关系n按逻辑功能的不同划分按逻辑功能的不同划分,有有RS,JK,D,T,TRS,JK,D,T,T等等触发器触发器5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法5.6.1 触发器按逻辑功能的分类（时钟触发器）触发器按逻辑功能的分类（时钟触发器）在时钟控制的触发器中，由于输入方式不同（单端，双端输入）、次49一一、RS触发器触发器 1.定义定义：凡在时钟信号作用下，具有如表：凡在时钟信号作用下，具有如表5.6.1的功能的触发器称为的功能的触发器称为SR触发器触发器表表5.6.12.约束条件约束条件3.特性方程：特性方程：由特性表和约束条件画出输出端由特性表和约束条件画

24、出输出端Q*的的卡诺图为卡诺图为QR0100001111S100011一、RS触发器 1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如表550则可写出触发器输出端的方程为则可写出触发器输出端的方程为特性方程特性方程QR0100001111S1000114.状态转换图：状态转换图：将触发器的特性表用图形方式表现出来将触发器的特性表用图形方式表现出来则可写出触发器输出端的方程为特性方程QR0100001111515.逻辑符号图逻辑符号图触发器在时钟脉冲的下降沿动作触发器在时钟脉冲的下降沿动作主从结构主从结构5.逻辑符号图触发器在时钟脉冲的下降沿动作主从结构521.定义定义0 0 0 00 0 1 11 0 0

25、 11 0 1 10 1 0 00 1 1 01 1 0 11 1 1 0二、二、JK触发器触发器（以主从结构为例）（以主从结构为例）1.定义0000001110011011010001101153三、三、T触发器触发器1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如右定义：凡在时钟信号作用下，具有如右 特性表所示功能的触发器特性表所示功能的触发器000011101110（以边沿触发器为例）（以边沿触发器为例）三、T触发器1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如右0000154四、四、D触发器触发器1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如右特定义：凡在时钟信号作用下，具有如右特 性表所示功能的触发器性表所示功能的

26、触发器000010101111（以边沿触发器为例）（以边沿触发器为例）四、D触发器1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如右特00055作业:P254:5.18;5.19;5.27作业:P254:56数电第五章-触发器ppt课件57数电第五章-触发器ppt课件58tCLKtttttCLKtttt59数电第五章-触发器ppt课件60数电第五章-触发器ppt课件61例例5.6.1 利用利用JK触发器构成触发器构成D触发器和触发器和T触发器。触发器。解：解：三个触发器的状态方程为三个触发器的状态方程为其电路如图其电路如图5.6.9所示所示5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法例

27、5.6.1 利用JK触发器构成D触发器和T触发器。解：三个625.6.2 触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系的关系5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法一、电路结构和逻辑功能一、电路结构和逻辑功能 触发器的电路结构和逻辑功能之间不存在固定的触发器的电路结构和逻辑功能之间不存在固定的对应关系对应关系 如如SR触发器可以是电平触发的同步结构，也有脉触发器可以是电平触发的同步结构，也有脉冲触发的主从结构冲触发的主从结构同步同步SR触发器触发器5.6.2 触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系5.663主从结构的主从结构的SR触

28、发器触发器图图5.4.15.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法同样的同样的JK触发器有主从结构的和维持阻塞结构的触发器有主从结构的和维持阻塞结构的主从结构的SR触发器图5.4.15.6 触发器的逻辑功能及64二、电路结构和触发方式二、电路结构和触发方式5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 触发器的触发方式是由电路结构决定的，即电路触发器的触发方式是由电路结构决定的，即电路结构形式与触发方式之间有固定的对应关系结构形式与触发方式之间有固定的对应关系如如同步同步同步同步SR触发器属于电平触触发器属于电平触发，在发，在CLK1触发器动作触发器动作

29、二、电路结构和触发方式5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法65采用主从结构的触发器，属于脉冲触发方式，是在采用主从结构的触发器，属于脉冲触发方式，是在CLK的下降沿（的下降沿（）触发器随输入动作如主从）触发器随输入动作如主从SR触发器触发器和主从和主从JK触发器触发器5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法采用主从结构的触发器，属于脉冲触发方式，是在CLK的下降沿（66主从主从JK 触发器：触发器：5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法主从JK 触发器：5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法67采用两个电平触发采用两个电平触发D触发器构成的触发器

30、、维持阻塞结触发器构成的触发器、维持阻塞结构的触发器以及利用门传输延迟时间构成的触发器都构的触发器以及利用门传输延迟时间构成的触发器都输入边沿触发方式输入边沿触发方式5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法如维持阻塞如维持阻塞D触发器属触发器属于上升沿触发于上升沿触发图图5.5.8采用两个电平触发D触发器构成的触发器、维持阻塞结构的触发器以68边沿边沿JK 触发器触发器5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法边沿JK 触发器5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法695.7 触发器的动态特性触发器的动态特性为确保触发器可靠翻转为确保触发器可靠翻转,对

31、输入信号、时钟信号及它们间的对输入信号、时钟信号及它们间的互相配合关系有一定的要求互相配合关系有一定的要求5.7.1 SR5.7.1 SR锁存器动态特性锁存器动态特性 5.7.2 5.7.2 电平触发电平触发SRSR触发器动态特性触发器动态特性一、输入信号宽度一、输入信号宽度:t tW W二、传输延迟时间二、传输延迟时间设各门的平均传设各门的平均传输延迟时间均为输延迟时间均为t tpdpdtW2tpdtPLH=tpdtPHL=2tpdtW(SCLK)2tpdtPLH=2tpdtPHL=3tpd5.7 触发器的动态特性为确保触发器可靠翻转,对输入信70作 业题题5.19(Q4)题题5.23 题题5.25 题题5.27 作 业题5.19(Q4)题5.23 71