D触发器教程.ppt

概述概述一、基本要求一、基本要求1.有两个稳定的状态有两个稳定的状态(0、1)，以表示存储内容；，以表示存储内容；2.能够接收、保存和输出信号。能够接收、保存和输出信号。二、现态和次态二、现态和次态1.现态：现态：触发器接收输入信号之前的状态。触发器接收输入信号之前的状态。2.次态：次态：触发器接收输入信号之后的状态。触发器接收输入信号之后的状态。三、分类三、分类1.按电路结构和工作特点：按电路结构和工作特点：基本、同步、边沿。基本、同步、边沿。2.按逻辑功能分：按逻辑功能分：RS、JK、D 和和 T(T )。3.其他：其他：TTL 和和 CMOS，分立和集成。，分立和集成。G24.1 基本触发器基本触发器4.1.1 由与非门组成由与非门组成一、电路及符号一、电路及符号QG1R&SQQQRSRSQ=0Q=10 态态Q=1Q=01 态态10010110G2QG1R&SQ二、工作原理二、工作原理Q=Q“保持保持”1001Q=0Q=10 态态“置置 0”或或“复位复位”(Reset)0110Q=1Q=01 态态“置置 1”或或“置位置位”(Set)Q和和Q 均为均为UHR 先撤消：先撤消：1 态态S 先撤消：先撤消：0 态态信号同时撤消：信号同时撤消：状态不定状态不定 (随机随机)简化波形图简化波形图状态翻转过程需要一定的延迟时间状态翻转过程需要一定的延迟时间,如如 1 0，延迟时间为延迟时间为 tPHL；0 1，延迟时间为延迟时间为 tPLH。由于实际中翻转延迟时间相对于脉由于实际中翻转延迟时间相对于脉冲的宽度和周期很小，故可视为冲的宽度和周期很小，故可视为0。QG1R&SQ设触发器初始状态为设触发器初始状态为0：QQSRQQ信号同时撤消信号同时撤消,出出现不确定状态现不确定状态信号不同时撤信号不同时撤消，状态确定消，状态确定三、现态、次态、特性表和特性方程三、现态、次态、特性表和特性方程1.现态和次态现态和次态现态现态Qn：触发器接收输入信号之前的状态。触发器接收输入信号之前的状态。次态次态Qn1：触发器接收输入信号之后的新状态。触发器接收输入信号之后的新状态。2.特性表和特性方程特性表和特性方程R S QnQ n+10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1011100不用不用不用不用特性表特性表简化特性表简化特性表R SQ n+10 00 11 01 1Q n保持保持1置置 10置置 0不用不用不允许不允许Q n+1011100Q n+1=S+RQ n约束条件约束条件特性方程特性方程4.1.2 由或非门组成由或非门组成一、电路及符号一、电路及符号QQSRSR二、工作原理二、工作原理“保持保持”“置置 0”“置置 1”“不允许不允许”若高电平同时撤消，则状态若高电平同时撤消，则状态不定不定。G2QG1RSQ11SRQQ三、特性表和特性方程三、特性表和特性方程R SQ n+10 00 11 01 1Q n保持保持置置 1置置 0不许不许10不用不用Q n+1=S+RQ n约束条件约束条件四、基本四、基本 RS 触发器主触发器主要特点要特点1.优点：优点：结构简单，结构简单，具有置具有置 0、置、置 1、保持功能。、保持功能。2.问题问题：输入电平直接控制输入电平直接控制输出状态，使用不便，抗干扰输出状态，使用不便，抗干扰能力差；能力差；R、S 之间有约束。之间有约束。G2QG1RSQ11波波形形图图4.1.3 集成基本触发器集成基本触发器一、一、CMOS 集成基本触发器集成基本触发器1.由与非门组成：由与非门组成：CC4044&1TGQ11三态三态 RS 锁存触发器特性表锁存触发器特性表R S EN Q n+1 注注 0 Z 高阻态高阻态0 0 10 1 11 0 11 1 1Q n保保 持持 置置 1 置置 0不允许不允许10不用不用内含内含 4 个个基本基本 RS 触发器触发器2.由或非门组成：由或非门组成：CC4043(略略)+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q4816742797427974LS27974LS279R1S11S12R2S2R3S31S32R4S4二、二、TTL 集成基本触发器集成基本触发器74279、74LS279QR&SQR&S1S2+VCC1R1SA1SB2R2S3R3SA3SB4R4S1Q2Q3Q4Q12356101112141547913Q1Q2Q3Q4816742797427974LS27974LS279R1S11S12R2S2R3S31S32R4S4同步触发器：同步触发器：触发器的工作状态不仅受输入端触发器的工作状态不仅受输入端(R、S)控制，而且还受时钟脉冲控制，而且还受时钟脉冲(CP)的控制。的控制。CP(Clock Pulse):等周期、等幅的脉冲串。等周期、等幅的脉冲串。基本基本 RS 触发器：触发器：S 直接置位端；直接置位端；R 直接复位端。直接复位端。(不受不受 CP 控制控制)同步触发器：同步触发器：同步同步 RS 触发器触发器同步同步 D 触发器触发器4.2 同步触发器同步触发器4.2.1 同步同步 RS 触发器触发器 一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理1.电路及逻辑符号电路及逻辑符号QG1R&SQG3R&SG2G4CPCP曾用符号曾用符号QQRSRS CPCP国标符号国标符号QQRSRS CPC12.工作原理工作原理当当 CP=0保持保持当当 CP=1与基本与基本 RS 触发器功能相同触发器功能相同特性表：特性表：CP R S Q nQ n+1注注 0 Q n保持保持 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1011100不用不用不用不用保持保持置置1置置0不许不许特性方程特性方程:约束条件约束条件CP=1期间有效期间有效二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制时钟电平控制CP=1 期间接受输入信号；期间接受输入信号；CP=0 期间输出保持不变。期间输出保持不变。（抗干扰能力有所增强）（抗干扰能力有所增强）2.RS 之间有约束之间有约束4.2.2 同步同步 D 触发器触发器 一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理QG1R&SQG3R&SG2G4CPCP1D D（CP=1期间有效）期间有效）简化电路：省掉反相器。简化电路：省掉反相器。二、主要特点二、主要特点1.时钟电平控制，无约束问题；时钟电平控制，无约束问题；2.CP=1 时跟随。时跟随。下降沿到来时锁存下降沿到来时锁存三、集成同步三、集成同步 D 触发器触发器1.TTL 74LS375CPCPD DQG1QG3R&SG2G4111G5RS+VCC74LS37574LS3751D01LE1D12D02LE2D11Q01Q01Q11Q12Q02Q02Q12Q114791215236510111413Q1Q1Q2Q2Q3Q3Q4Q4D1CP1、2D2D3CP3、4D48164.3 边沿触发器边沿触发器4.3.1 边沿边沿 D 触发器触发器 一、电路组成及工作原理一、电路组成及工作原理QMQMCPRSQQS C1 R R S C1111D DG7CPCPQ&QG3&DG2G4&G6G81G1G511QMQM从从从从主主主主曾用曾用符号符号国标国标符号符号QQCPC11D D D QQCPCp1D D D QQ1.电路组成及逻辑符号电路组成及逻辑符号2.工作原理工作原理(1)接收信号：接收信号：CP=1主触发器接收输入信号主触发器接收输入信号主触发器跟随主触发器跟随D变化变化(2)输出信号：输出信号：CP=0主触发器保持不变；主触发器保持不变；从触发器由从触发器由CP到来之前的到来之前的 QnM 确定。确定。QMQMCPRSQQS C1 R R S C1111D D从从从从主主主主即：即：下降沿时刻有效下降沿时刻有效3.异步输入端的作用异步输入端的作用G7CPCPQ&QG3&DG2G4&G6G81G1G511D 同步输入端同步输入端受时钟受时钟 CP 同步控制同步控制SDRD 异步输入端异步输入端不受时钟不受时钟 CP 控制控制10直直接接置置位位端端直直接接复复位位端端异异步步置置位位端端异异步步复复位位端端国标符号国标符号曾用符号曾用符号SD D CP RD QQ111010100100110111 SD RDD CP QQ二、二、集成边沿集成边沿D 触发器触发器1.CMOS 边沿边沿 D 触发器触发器CC4013(双双 D 触发器触发器)符号符号引出端引出端功能功能Q1 Q1VDD SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2VSS6 5 3 4 8 9 11 101 2 13 12147特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 101Qn 10不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持(无效无效)异步置异步置1异步置异步置0不允许不允许CP 上升沿触发上升沿触发QQCPC11D D D S RSD RD2.TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474 (双双 D 触发器触发器)符号符号引出端引出端功能功能特性表特性表CP D RD SDQn+1注注 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 101Qn 01不用不用同步置同步置0同步置同步置1保持保持(无效无效)异步置异步置0异步置异步置1不允许不允许Q1 Q1VCC SD1 CP1 SD2 CP2 D1 RD1 D2 RD2Q2 Q2地4 2 3 1 10 12 11 135 6 9 8147 3.主要特点主要特点 CP 的的上升沿上升沿(正正边沿边沿)或或下降沿下降沿(负负边沿边沿)触发；触发；抗干扰能力极强；抗干扰能力极强；只有置只有置 1、置、置 0 功能。功能。QQCPC11D D D S RSD RD4.3.2 边沿边沿 JK 触发器触发器一、电路组成及符号一、电路组成及符号二、工作原理二、工作原理QMQMCPRSQQS C1 R R S C1111D D11&J JK K冗余项冗余项国国标标符符号号QQCPC11J IK J J K KQQCPCP J K J J K K曾曾用用符符号号CP 下降沿下降沿有效有效二、二、集成边沿集成边沿 JK 触发器触发器1.CMOS 边沿边沿 JK 触发器触发器CC4027国国标标符符号号曾曾用用符符号号QQCPC1 1J IK J J K KS RSD RDQQCPCP J K J J K KSD RD SD RD引出端功能引出端功能Q1 Q1VDD J1 K1 SD2 CP2 RD2SD1 CP1 RD1 J2 K2 Q2 Q2VSS7 6 3 5 4 9 10 13 11121 2 15 14168 J K Qn RD SD CPQn+1注注 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 01001110保保 持持同步置同步置0同步置同步置1翻翻 转转 0 0 0 1 0 0 01不不 变变 0 1 1 0 1 1 10不用不用异步置异步置1异步置异步置0不允许不允许特特 性性 表表2.TTL 边沿边沿 JK 触发器触发器 CP 下降沿触发下降沿触发 异步复位端异步复位端 RD、异步置位端、异步置位端 SD 均为低电平有效均为低电平有效74LS112(双双 JK 触发器触发器)3.主要特点主要特点 CP 的上升沿或下降沿触发；的上升沿或下降沿触发；抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，抗干扰能力极强，工作速度很高，在触发沿瞬间，按按 的规定更新状态；的规定更新状态；功能齐全功能齐全(保持、置保持、置 1、置、置 0、翻转、翻转)，使用方便。，使用方便。4.波形图波形图设输出端设输出端初态为初态为 0QJ=K=0保持保持J=K=1翻转翻转4.3.3 边沿触发器功能分类、功能表示方法及转换边沿触发器功能分类、功能表示方法及转换一、边沿触发器功能分类一、边沿触发器功能分类定义定义在在CP作用下，作用下，J、K取值不同时，取值不同时，具有具有保持保持、置置0、置置1、翻转、翻转功能的电路，都叫做功能的电路，都叫做JK型时钟型时钟触发器触发器。1.JK 型触发器型触发器符号符号特性表特性表J KQ n+1功能功能 0 0 0 1 1 0 1 1Q n01保持保持置置0置置1翻转翻转特性方程特性方程CP下降沿下降沿 时刻有效时刻有效QQCPC11J IK J J K KQ n2.D 型触发器型触发器符号符号特性表特性表特性方程特性方程CP 上升沿上升沿 时刻有效时刻有效QQCPC11D D D DQ n+1功能功能 0 0 1 1置置 0置置 1定义定义 在在CP作用下，作用下，D 取值不同时，取值不同时，具有具有置置0、置置1功能的电路，都叫做功能的电路，都叫做 D 型时钟型时钟触发器触发器。3.T 型触发器型触发器QQCPC11TT T TQ n+1功能功能 0 Q n 1 Q n保持保持翻转翻转CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效4.T 型触发器型触发器QQCPC1Q n Q n+1功能功能 0 1 1 0翻转翻转 CP 下降沿下降沿时刻有效时刻有效 在在CP作用下，当作用下，当T=0时时保持保持状态不变，状态不变，T=1 时状时状态态翻转翻转的电路，叫的电路，叫T 型时钟型时钟触发器触发器。每来一个每来一个CP就就翻转翻转一次的电路叫一次的电路叫T 型时钟触发器型时钟触发器.二、边沿触发器逻辑功能表示方法二、边沿触发器逻辑功能表示方法1.1.特性表、卡诺图、特性方程特性表、卡诺图、特性方程特性表、特性表、卡诺图卡诺图、特性方程、特性方程、状态图状态图和时序图。和时序图。(1)(1)特性表特性表(真值表真值表)DQ n+1功能功能 0 0置置 0 1 1置置 1J KQ nQ n+1功能功能 0 0 0 001Q n保持保持 0 1 0 101 0置置 0 1 0 1 0011置置 1 1 1 1 101 Q n翻转翻转(2)卡诺图卡诺图D 触发器：触发器：单变量的函数，其卡诺图无意义。单变量的函数，其卡诺图无意义。JK 触发器：触发器：10011100Qn+1Qn J K0100 01 11 10(3)特性方程特性方程D 触发器：触发器：JK 触发器：触发器：2.状态图和时序图状态图和时序图(1)(1)状态图状态图D 触发器：触发器：01D=0 D=1 D=1D=0JK 触发器触发器:01J=0 K=J=1，K=J=K=0 J=，K=1(2)时序图时序图D 触发器：触发器：特点：特点：表述了表述了CP 对输入和触发器状态在时间上的对应对输入和触发器状态在时间上的对应 关系和控制或触发作用。关系和控制或触发作用。CP 上升上升沿触发沿触发JK 触发器：触发器：CP 下降下降沿触发沿触发三、三、边沿边沿触发器逻辑功能表示方法间的转换触发器逻辑功能表示方法间的转换1.1.特性表特性表 卡诺图、特性方程、状态图和时序图卡诺图、特性方程、状态图和时序图Qn+1Qn J K0100 01 11 10J K Q n+1功能功能 0 0 Q n保持保持 0 0 10 0置置0 0 1 1 01 1置置1 1 1 1 Q n翻转翻转0100111001 0 /1 /0/1/(1)特性表特性表 卡诺图、状态图卡诺图、状态图(2)特性表特性表 特性方程特性方程向时序图的转换向时序图的转换(略略)2.状态图状态图 特性表、卡诺图、特性方程和时序图特性表、卡诺图、特性方程和时序图01 0 /1 /0/1/00/01/10/11/00/10/01/11/J KQ nQ n+1Qn+1Qn JK01 00 01 11 100 00 0010101 0 1 0 1 0 1 0000 1 0 1 0011111 1 1 1 1011010状态图状态图 时序图时序图 例例 4.3.1 已知已知 CP、J、K 波形，波形，画输出波形。画输出波形。假设初始状态为假设初始状态为 0。CPJK01 00/01/10/11/01/11/00/10/1001110000Q0100114.4 触发器的电气特性触发器的电气特性4.4.1 静态特性静态特性一、一、CMOS 触发器触发器 由于由于 CMOS 触发器的输入、输出以触发器的输入、输出以 CMOS反相器反相器作为缓冲级，故特性与作为缓冲级，故特性与 CMOS 反相器相同，不赘述。反相器相同，不赘述。二、二、TTL 触发器触发器与与 TTL 反相器相同，不赘述。反相器相同，不赘述。4.4.2 动态特性动态特性一、一、输入信号的建立时间和保持时间输入信号的建立时间和保持时间1.建立时间建立时间 tset指要求触发器输入信号指要求触发器输入信号 先于先于 CP 信号的时间。信号的时间。2.保持时间保持时间 th 指保证触发器可靠翻转，指保证触发器可靠翻转，CP 到来后输入信号需保到来后输入信号需保持的时间。持的时间。边沿边沿 D 触发器的触发器的 tset 和和 th 均在均在 10 ns 左右。左右。CPCPD D0 1 01 0 1二、时钟触发器的传输延迟时间二、时钟触发器的传输延迟时间 指从指从 CP 触发沿到达开始，到输出端触发沿到达开始，到输出端 Q、Q 完成状完成状态改变所经历的时间。态改变所经历的时间。1.tPHL为输出端由高电平变为低电平的传输延迟时间。为输出端由高电平变为低电平的传输延迟时间。TTL 边沿边沿 D 触发器触发器7474，tPHL 40 ns。2.tPLH为输出端由低电平变为高电平的传输延迟时间。为输出端由低电平变为高电平的传输延迟时间。7474，25 ns。三、时钟触发器的最高时钟频率三、时钟触发器的最高时钟频率 fmax 由于每一级门电路的传输延迟，使时钟触发器的由于每一级门电路的传输延迟，使时钟触发器的最高工作频率受到限制。最高工作频率受到限制。7474，fmax 15 MHz。第四章第四章 小小 结结 一、触发器一、触发器和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基和门电路一样，也是组成数字电路的基本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有本逻辑单元。它有两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：两个基本特性：1.有两个稳定的状态有两个稳定的状态（0 状态和状态和 1 状态）。状态）。2.在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换；没有外信号作用时，保持原状态不变。有外信号作用时，保持原状态不变。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。因此，触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。二、触发器的逻辑功能二、触发器的逻辑功能 指触发器输出的次态指触发器输出的次态 Qn+1 与输出的现态与输出的现态 Qn 及输入及输入信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要信号之间的逻辑关系。触发器逻辑功能的描述方法主要有有特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图特性表、卡诺图、特性方程、状态转换图和波形图（时序图）。（时序图）。二、触发器的分类二、触发器的分类1.根据电路结构不同，触发器可分为根据电路结构不同，触发器可分为（1）基本触发器：输入信号电平直接控制。）基本触发器：输入信号电平直接控制。特性方程特性方程（2）同步触发器：时钟电平直接控制。）同步触发器：时钟电平直接控制。特性方程特性方程同步同步 RS 触发器触发器CP=1（或（或 0）时有效）时有效同步同步 D 触发器触发器（约束条件）（约束条件）二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类1.根据根据电路结构电路结构不同，触发器可分为不同，触发器可分为（3）主从触发器：主从控制脉冲触发。）主从触发器：主从控制脉冲触发。CP 下降沿（或上升沿）到来时有效下降沿（或上升沿）到来时有效特性方程特性方程主从主从 RS 触发器触发器主从主从 JK 触发器触发器（4）边沿触发器：时钟边沿控制。）边沿触发器：时钟边沿控制。CP上升沿（或下降沿）时刻有效上升沿（或下降沿）时刻有效特性方程特性方程边沿边沿 D 触发器触发器边沿边沿 JK 触发器触发器2.根据根据逻辑功能逻辑功能不同，时钟触发器可分为不同，时钟触发器可分为二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类二、触发器的分类（1）RS 触发器触发器（约束条件）（约束条件）（3）D 触发器触发器（4）T 触发器触发器（5）T 触发器触发器 利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。相互转换。（2）JK 触发器触发器 练习练习 在图中所示的在图中所示的 CC4013 边沿边沿 D 触发器中，触发器中，CP、D、SD、RD的波形见图，试画出的波形见图，试画出 Q、Q 的波形。的波形。解解QQCPC11D D D S S SD D R R RD D SD、RD 异步置位（置异步置位（置1）、复位（置）、复位（置0）端。）端。CP 上升沿触发。上升沿触发。CPDSDRDQQ