數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)第4章ppt課件.ppt

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1、第4章觸發(fā)器本章要求如下：（1）了解觸發(fā)器的種類(lèi)；（2）掌握各類(lèi)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、邏輯功能及描述方法；（3）掌握不同觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換方法；（4）了解觸發(fā)器的電氣特性；（5）了解用Multisim分析觸發(fā)器的方法。4.1概述在數(shù)字系統(tǒng)中，不僅要對(duì)二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還要把運(yùn)算的結(jié)果保存起來(lái)，這就需要具有記憶功能的邏輯單元電路。把能夠存儲(chǔ)1位二值數(shù)碼的基本單元電路統(tǒng)稱(chēng)為觸發(fā)器（Flip-Flop）。為了實(shí)現(xiàn)記憶1位二值數(shù)碼的功能，觸發(fā)器必須具有以下兩個(gè)基本特征：第一，具有兩個(gè)能自行保持的穩(wěn)定狀態(tài)，用來(lái)表示邏輯狀態(tài)0和1，或二進(jìn)制數(shù)0和1；第二，在不同

2、輸入信號(hào)的作用下，觸發(fā)器可以被置成1狀態(tài)或0狀態(tài)。觸發(fā)器的種類(lèi)很多根據(jù)電路結(jié)構(gòu)和觸發(fā)方式的不同分：基本觸發(fā)器同步觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器根據(jù)觸發(fā)器邏輯功能的不同分：RS觸發(fā)器D觸發(fā)器JK觸發(fā)器T觸發(fā)器4.2基本觸發(fā)器4.2.1基本觸發(fā)器電路組成和工作原理基本RS觸發(fā)器是各種觸發(fā)器中電路結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，也是構(gòu)成各種功能觸發(fā)器的基本單元。基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)輸入、輸出交叉連接的“與非”門(mén)或“或非”門(mén)組成，“與非”門(mén)構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器如圖4-2（a）所示，圖4-2（b）是基本RS觸發(fā)器的圖形符號(hào)。圖4-2（b）中，為基本RS觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，也稱(chēng)為觸發(fā)端，低電平有效；為基

3、本RS觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端，也稱(chēng)為狀態(tài)輸出端。在正常工作的情況下，和總是處于互補(bǔ)的狀態(tài)。通常定義端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)，當(dāng)時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器處于1狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，稱(chēng)觸發(fā)器處于0狀態(tài)。為了分析問(wèn)題方便，定義觸發(fā)器接收到輸入信號(hào)之前的狀態(tài)為現(xiàn)態(tài)，用表示；觸發(fā)器接收到輸入信號(hào)之后進(jìn)入的狀態(tài)為次態(tài)，用表示。下面根據(jù)圖4-2（a）討論基本RS觸發(fā)器的工作原理。（1）當(dāng)時(shí)，，。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于何種狀態(tài)，此時(shí)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱(chēng)將觸發(fā)器置0或復(fù)位。端稱(chēng)為觸發(fā)器的直接置0端或直接復(fù)位端。（2）當(dāng)時(shí)，，。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，此時(shí)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱(chēng)將觸發(fā)器置1或置位。端稱(chēng)為觸發(fā)

4、器的直接置1端或直接置位端。（3）當(dāng)時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)不能直接確定，和觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)有關(guān)系。如果觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)為0，即，則由，決定了；再由決定了，即觸發(fā)器保持0狀態(tài)不變。反之，若觸發(fā)器原來(lái)的狀態(tài)為1，則觸發(fā)器保持1狀態(tài)不變?？梢?jiàn)，當(dāng)時(shí)，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變，即原來(lái)的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。（4）當(dāng)時(shí)，，觸發(fā)器既不是0狀態(tài)，也不是1狀態(tài)，破壞了觸發(fā)器的互補(bǔ)輸出關(guān)系。而且當(dāng)和同時(shí)由0變?yōu)?時(shí)，由于兩個(gè)“與非”門(mén)的延遲時(shí)間不可能完全相等，使觸發(fā)器的次態(tài)不確定，這種情況是不允許的。在正常工作的條件下，用（或者）來(lái)約束兩個(gè)輸入端，稱(chēng)為約束條件。4.2.2

5、基本觸發(fā)器的功能描述觸發(fā)器是最簡(jiǎn)單的時(shí)序邏輯電路，其功能描述方法與組合邏輯電路不同，通常用特性表、特性方程、狀態(tài)圖和時(shí)序圖來(lái)描述。1.特性表表示觸發(fā)器的次態(tài)與現(xiàn)態(tài)和輸入信號(hào)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的表格叫做觸發(fā)器的特性表。根據(jù)對(duì)基本RS觸發(fā)器工作原理的分析，可列出其的特性表，如表4-1所示。圖4-1基本RS觸發(fā)器的特性表【提示】觸發(fā)器的特性表就是把現(xiàn)態(tài)當(dāng)成輸入變量時(shí)的真值表。2.特性方程由表4-1所示的基本RS觸發(fā)器特性表可以看出：的值不僅與和有關(guān)，與也有關(guān)，即、和都是決定取值的變量。正常情況下、、三個(gè)變量的取值中000、001是不允許出現(xiàn)的，即最小項(xiàng)、是無(wú)關(guān)項(xiàng)。根據(jù)表4-1可以畫(huà)出基

6、本RS觸發(fā)器的次態(tài)的卡諾圖，如圖4-3所示。圖4-3基本RS觸發(fā)器的卡諾圖通過(guò)對(duì)卡諾圖化簡(jiǎn)，可以得到式（4-1），這種能高度概括地描述觸發(fā)器次態(tài)輸出與現(xiàn)態(tài)和輸入之間關(guān)系的邏輯表達(dá)式，稱(chēng)為觸發(fā)器的特性方程（也稱(chēng)為狀態(tài)方程或次態(tài)方程）。因此，式（4-1）為基本RS觸發(fā)器的特性方程。（4-1）式（4-1）中的約束條件表明和不能同時(shí)為0。3.狀態(tài)圖狀態(tài)圖是觸發(fā)器邏輯功能的圖形描述法，是能更形象直觀地表示出觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系和轉(zhuǎn)換條件的圖形?；綬S觸發(fā)器的狀態(tài)圖如圖4-4所示。圖中兩個(gè)圓圈表示基本RS觸發(fā)器的兩種可能的狀態(tài)，即狀態(tài)0和狀態(tài)1。箭頭線表示觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)換方向，箭頭根

7、部為現(xiàn)態(tài)，箭頭頭部為次態(tài)。箭頭線旁邊標(biāo)注的是狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件，標(biāo)注中的“×”符號(hào)表示取值0或1均可。圖4-4基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖4.時(shí)序圖時(shí)序圖是觸發(fā)器邏輯功能的另外一種圖形描述法。時(shí)序圖又稱(chēng)為工作波形圖，是描述觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時(shí)間和輸入信號(hào)變化規(guī)律的圖形。舉例說(shuō)明觸發(fā)器時(shí)序圖的畫(huà)法。例4-1已知圖4-2（a）所示基本RS觸發(fā)器的和波形如圖4-5中所示，試畫(huà)出和的電壓波形。解：根據(jù)表4-1中每個(gè)時(shí)間段里的和狀態(tài)，可以查出對(duì)應(yīng)的和的狀態(tài)，并畫(huà)出它們的波形。其中陰影部分表示不確定的狀態(tài)，這是因?yàn)檩斎胄盘?hào)同時(shí)由0翻轉(zhuǎn)成