《模拟电路与数字电路 第2版 教学课件 ppt 作者 林捷 杨绪业 郭小娟 第8章 触发器和时序逻辑电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路与数字电路 第2版 教学课件 ppt 作者 林捷 杨绪业 郭小娟 第8章 触发器和时序逻辑电路（163页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第8章 触发器和时序逻辑电路,8.1概述,实际中的许多电路，任何时刻的输出信号不仅取决于当时的输入信号，而且与电路以前所处的状态也有关，具有这种特征的电路称为时序逻辑电路。 因时序逻辑电路的输出信号不仅与电路当时的输入信号有关，而且与电路以前所处的状态也有关。 所以，在时序逻辑电路中应包含能够记住电路以前所处状态的基本单元电路，该基本单元电路一般是触发器。,含有触发器是时序逻辑电路的特征，也是判断一个电路是属于时序逻辑电路或是属于组合逻辑电路的依据。 触发器是时序逻辑电路的记忆元件，为了实现记忆一位二值信号的功能，触发器必须具备两个基本的特点：一个是具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示二值信
2、号的“0”或“1”；另一个是不同的输入信号可以将触发器置成“0”或“1”的状态。,触发器的种类很多，根据触发器电路结构的特点，可以将触发器分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、CMOS边沿触发器等几种类型。 根据触发器逻辑功能的不同，又可以将触发器分为RS触发器、JK触发器、T触发器、D触发器等几种类型。,8.2触发器的电路结构与工作原理,8.2.1基本RS触发器 8.2.2同步RS触发器的电路结构与工作原理 8.2.3主从RS触发器的电路结构和工作原理 8.2.4由CMOS传输门组成的边沿触发器,8.2.1基本RS触发器,1. 电路结构与工作原理,本RS触发器电路如
3、图8-1（a）所示，图8-1（b）所示为RS触发器的符号。,图8-1基本RS触发器,在数字电路中，将包含状态变量Q的真值表称为特性表，用特性表可直观地描述触发器的动作特点，图8-1所示电路的特性表如表8-1所示。,表8-1 RS触发器的特性表,触发器的动作特点除了用特性表来描述外，还可以用工作波形图来描述。 图8-1（a）所示电路的工作波形图如图8-2所示。,2. 工作波形图,图8-2RS触发器的工作波形图,基本RS触发器除了可用与非门组成外，还可以用或非门来组成，用或非门组成的RS触发器电路如图8-3（a）所示，图8-3（b）所示为该电路的符号。 根据或非门的逻辑关系式也可列出图8-3所示触
4、发器的特性表如表8-2所示。 由表8-2可见，由或非门组成的RS触发器的触发信号是高电平有效的，所以，图8-3（b）所示触发器的符号中输入端旁边没有了小圆圈。,表8-2图8-3所示的基本RS触发器的特性表,图8-3用或非门组成的基本RS触发器,8.2.2同步RS触发器的电路结构与工作原理,1. 电路结构与工作原理,由图8-1和图8-3可见，基本RS触发器的输入信号是直接加在输出门电路的输入端，在输入信号存在期间，因触发器的输出状态Q直接受输入信号的控制，所以，基本RS触发器又称为直接复位、置位触发器。,直接复位、置位触发器不仅抗干扰能力差，而且不能实施多个触发器的同步工作。 为了解决多个触发器
5、同步工作的问题，引入同步RS触发器。 同步RS触发器的电路结构如图8-4（a）所示，图8-4（b）所示为同步RS触发器的符号。 同步RS触发器的特性表如表8-3所示。 根据表8-3可画出同步RS触发器的工作波形图。,图8-4同步RS触发器的结构和符号,表8-3同步RS触发器的特性表,同步RS触发器的工作波形图如图8-5所示。,2. 工作波形图,图8-5同步RS触发器的工作波形图,8.2.3主从RS触发器的电路结构和工作原理,1. 电路结构与工作原理,主从RS触发器的电路结构如图8-6（a）所示，图8-6（b）所示为主从RS触发器的符号。,图8-6主从RS触发器的电路结构和符号,由图8-6（a）
6、可见，主从触发器是由两个同步触发器串联组成，其中与非门G1、G2、G3和G4组成主触发器，与非门G5、G6、G7和G8组成从触发器，且两个同步触发器CP脉冲的相位正好相反，其电路工作原理如下。 （1） 接收输入信号过程 （2） 输出信号过程 根据图8-6可列出主从RS触发器的特性表如表8-4所示。 根据表8-4可画出主从RS触发器的工作波形图。,表8-4主从RS触发器的特性表,主从RS触发器的工作波形图如图8-7所示。,2. 工作波形图及特性方程,图8-7主从RS触发器的工作波形图,由上面的讨论过程可见，图8-6（a）所示的主从RS触发器输入变量还必须受约束条件RS=0的约束，按照如图8-8（
7、a）所示的反馈方法改进电路，即将Q、 交叉反馈到主触发器的输入控制端，这样可以解决触发器输入变量RS受约束条件约束的问题。,图8-8主从JK触发器的电路结构和符号,为了与原来的RS触发器相区别，将触发器的输入端改称为JK输入端，触发器称为主从JK触发器，图8-8（b） 所示为主从JK触发器的符号。 由图8-8（a）分析可得主从JK触发器的特性表如表8-5所示，根据表8-5可得主从JK触发器在初态Qn=0条件下的工作波形图如图8-9所示。,表8-5主从JK触发器的特性表,图8-9主从JK触发器的工作波形图,根据表8-5可得主从JK触发器的特性方程为 （8-2） 主从JK触发器虽然解决了RS触发器
8、的约束条件和多次翻转问题，但在个别输入状态下仍存在着一次翻转的问题，因此要求在CP=1期间要保持J、K输入状态不变，否则由于一次翻转现象仍会造成输出的误动作，而利用边沿触发器可解决这个问题。,8.2.4由CMOS传输门组成的边沿触发器,由CMOS传输门组成的边沿触发器如图8-10（a）所示，图8-10（b）所示为边沿触发器的符号。,图8-10由CMOS传输门组成的边沿触发器,D触发器的特性表如表8-6所示，D触发器初态Qn=1的工作波形图如图8-11所示。,表8-6 D触发器的特性表,图8-11D触发器的工作波形图,8.3触发器逻辑功能的描述方法,8.3.1RS触发器 8.3.2JK触发器 8
9、.3.3D触发器 8.3.4T触发器 8.3.5触发器逻辑功能的转换,触发器的电路结构和种类繁多，在数字电路中，将各种各样的触发器按其能够实现的逻辑功能进行分类，并用统一的方法对触发器的逻辑功能进行描述。 对一个触发器来说，我们可以分别通过五种方法来描述其逻辑功能，即逻辑图、特性方程、特性表、工作波形图和状态转换图。 下面介绍特性方程、特性表和状态转换图。,8.3.1RS触发器,1. 特性方程,RS触发器的特性方程为式（8-1），即,根据RS触发器的特性方程可得RS触发器的特性表如表8-7所示。,2. 特性表,表8-7RS触发器的特性表,触发器的输出有“0”和“1”两个稳定的状态，规定用小圆圈
10、内标注0表示触发器的状态“0”；用小圆圈内标注1表示触发器的状态“1”，并用箭头表示触发器状态转换的过程，箭头旁边的式子表示触发器状态转换的条件，根据这些规定制作的触发器状态转换的过程图称为触发器的状态转换图。 RS触发器的状态转换图如图8-12所示。,3. 状态转换图,图8-12 RS触发器的状态转换图,8.3.2JK触发器,凡在时钟信号的作用下，状态方程满足式（8-2）的触发器统称为JK触发器。可利用上面介绍的方法对JK触发器的逻辑功能进行描述。,JK触发器的状态方程为式（8-2），规定用Q来表示触发器的初态Qn，则JK触发器的状态方程为,1. 特性方程,根据JK触发器的状态方程可得JK触
11、发器的特性表如表8-8所示。,2. 特性表,表8-8JK触发器的特性表,根据画触发器状态转换图的方法可得JK触发器的状态转换图如图8-13所示。,3. 状态转换图,图5-31由四个单向传输门组成的数据总线,8.3.3D触发器,凡在时钟信号的作用下，特性方程满足式（8-3）的触发器统称为D触发器。 对D触发器逻辑功能的描述也可利用上面介绍的方法。,D触发器的特性方程为式（8-3），即D触发器的特性方程为,1. 特性方程,根据D触发器的状态方程可得D触发器的特性表如表8-9所示。,2. 特性表,表8-9D触发器的特性表,根据画触发器状态转换图的方法可得D触发器的状态转换图如图8-14所示。,3.
12、状态转换图,图8-14D触发器的状态转换图,8.3.4T触发器,凡在时钟信号的作用下，特性方程满足式 的触发器统称为T触发器。 用上面介绍的方法对T触发器的逻辑功能进行描述。,T触发器的逻辑符号如图8-15（a）所示，该符号也用来表示T触发器的逻辑图。,1. 逻辑图,图8-15T触发器的逻辑图、时序图和状态转换图,T触发器的特性方程为 （8-4）,2. 特性方程,根据T触发器的状态方程可得T触发器的特性表如表8-10所示。,3. 特性表,表8-10T触发器的特性表,设T触发器的初态 Q=0，根据式（8-4）得T触发器的时序图如图8-15（b）所示。,4. T触发器的时序图,图8-15T触发器的
13、逻辑图、时序图和状态转换图,根据画触发器状态转换图的方法可得T触发器的状态转换图如图8-15（c）所示。,5. 状态转换图,图8-15T触发器的逻辑图、时序图和状态转换图,输入信号T恒等于1的T触发器称为T触发器，根据式（8-4）可得T触发器的状态方程为 （8-5） 由式（8-5）可见，T触发器的动作特点是，每输入一个触发脉冲，触发器的状态翻转一次。,6. T触发器,8.3.5触发器逻辑功能的转换,因JK触发器和D触发器分别是双端输入和单端输入功能最完善的触发器，所以，集成电路产品大多是JK触发器（CC4027，74LS112等）和D触发器（CC4013，7474等）。 下面来讨论触发器逻辑功
14、能转换的问题。,1. 将JK触发器转换为D触发器,图8-16JK转D触发器的连接图,2. 将JK触发器转换为T触发器,图8-17JK转T触发器的连接图,3. 将JK触发器转换为RS触发器,图8-18JK转RS的连接图,4. 将D触发器转换为JK触发器,图8-19D转JK触发器的连接图,5. 将D触发器转换为T触发器,图8-20D转T触发器的连接图,8.4时序逻辑电路的分析方法和设计方法,8.4.1同步时序电路的分析方法 8.4.2异步时序逻辑电路的分析方法及举例 8.4.3同步时序电路的设计方法,由前面的知识已知，包含触发器的电路是时序逻辑电路。 研究时序逻辑电路的问题与组合逻辑电路相类似也是
15、两大类：一类是给定电路，分析该电路所具有的逻辑功能；另一类是给定逻辑问题，设计能够实现该逻辑问题的电路。,8.4.1同步时序电路的分析方法,要分析时序逻辑电路，必须先了解时序逻辑电路的组成框图，图8-21所示为时序逻辑电路的组成框图。,图8-21时序逻辑电路的组成框图,【例8-1】分析如图8-22所示电路所具有的逻辑功能。,图8-22例8-1电路图,解由图8-22可见，该时序逻辑电路由三个触发器组成，且这三个触发器的CP控制端接在一起，说明这三个触发器的状态翻转同时进行。 在数字电路中，将CP控制端接在一起的时序逻辑电路称为同步时序逻辑电路。 根据图8-22可列出该时序逻辑电路的驱动方程为,表
16、8-11图8-22所示电路的特性表,图8-23例8-1所示电路的状态转换图,图8-24例8-1电路的时序图,设图8-22所示电路的初态为 ，根据前面介绍的画时序图的方法可得图8-22所示电路的时序图如图8-24所示。,【例8-2】分析如图8-25所示电路所具有的逻辑功能。,图8-25例8-2电路图,解因图8-25所示电路的触发脉冲输入端接在一起，触发器的状态同时翻转，所以，该电路是同步时序逻辑电路。 根据前面所述分析时序逻辑电路的步骤，有如下分析过程。 根据图8-25可得电路的驱动方程为,表8-12 图8-25所示电路的特性表,根据表8-12所画的状态转换图如图8-26所示。,图8-26例8-2所示电路的状态转换图,在给定电路的初始状态后，根据状态表及状态图，可以画出电路的时序图。图8-27所示为初态Q2Q1=00时的时序图。,图8-27例8-2电路的时序图,8.4.2异步时序逻辑电路的分析方法及举例,在异步时序逻辑电路中，由于没有统一的时钟脉冲，分析时必须注意触发器只有在加到其CP端上的信号有效时，才有可能改变状态。 否则，触发器将保持原有的状态不变。
