1、第第6章觸發器和定時器章觸發器和定時器教學要求教學要求 掌掌 握：握：RS、JK、D、T、T觸發器的邏輯功能；邊觸發器的邏輯功能；邊沿觸發器的觸發特點。沿觸發器的觸發特點。 理理 解：解：觸發器邏輯功能的轉換。觸發器邏輯功能的轉換。 了了 解：解：主從觸發器的觸發特點；基本主從觸發器的觸發特點；基本RS 、同步、同步RS觸觸發器的工作原理。發器的工作原理。 概概 述述數字電路數字電路: : 分組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類分組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類組合邏輯電路的基本單元是基本門組合邏輯電路的基本單元是基本門時序邏輯電路的基本單元是觸發器。時序邏輯電路的基本單元是觸發器。觸發器是數字電

2、路中一種基本的單元電路，它具有觸發器是數字電路中一種基本的單元電路，它具有兩個兩個穩定狀態穩定狀態，能夠，能夠存儲存儲一位二進制信息，用于一位二進制信息，用于記憶記憶時序數字時序數字電路的狀態。電路的狀態。電路結構不同電路結構不同邏輯功能不同邏輯功能不同 1) 1) RSRS觸發器觸發器 3) 3) 主從觸發器主從觸發器1) 1) 基本觸發器基本觸發器二二. .觸發器的分類觸發器的分類2) 2) 同步觸發器同步觸發器 4) 4) 邊沿觸發器邊沿觸發器 2) 2) JKJK觸發器觸發器 3) 3) D D觸發器觸發器 4) 4) T T觸發器觸發器觸發器的必備特點觸發器的必備特點1.1.具有兩個

3、能自行保持的穩態具有兩個能自行保持的穩態(1(1態或態或0 0態態) )；2.2.外加觸發信號時，電路的輸出狀態可以翻轉；外加觸發信號時，電路的輸出狀態可以翻轉；3.3.在觸發信號消失后，也能將獲得的新態保存下來。在觸發信號消失后，也能將獲得的新態保存下來。5) 5) TT觸發器觸發器Q,Q觸發器有兩個輸出端觸發器有兩個輸出端 ：。：。正常正常時它們是互補的。時它們是互補的。, 01 QQ當當 稱觸發器為稱觸發器為“1”態；態； , 1 Q0Q當當 稱觸發器為稱觸發器為“0”態。態。輸入信號引起觸發器狀態改變叫輸入信號引起觸發器狀態改變叫觸觸 發發；Qn+1Qntn第第6章觸發器和定時器章觸發

4、器和定時器Q為觸發器的狀態為觸發器的狀態觸發前觸發器所處的狀態稱為觸發前觸發器所處的狀態稱為現態現態(或原狀態或原狀態)，記為，記為Qn；觸發后觸發器所處的狀態稱為觸發后觸發器所處的狀態稱為次態（或新狀態）次態（或新狀態），記為，記為Qn+1 。.電路組成邏、輯符號和工作原理電路組成邏、輯符號和工作原理信號輸入端低電平有效。信號輸入端低電平有效。6.1 6.1 基本基本RS觸發器觸發器6.1.1 與非門基本與非門基本RS觸發器觸發器 p32表表6.1.1 6.1.1 與非門基本與非門基本RSRS觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnRS功能說明功能說明010001101

5、0禁止禁止010110 10000Qn+1=1 置置1Qn+1=0 置置0Qn+1 =Qn保持101011010011111101100101.置置1功能功能 S=0， R=1時，無論觸發器之前處于何種狀時，無論觸發器之前處于何種狀態，觸發器置態，觸發器置1態，稱為態，稱為置置1或置位或置位；S（Set）端稱為置端稱為置1（置位置位）端，置位輸入信號（）端，置位輸入信號（S）低）低電平有效，在邏輯符號中用小圓指明。電平有效，在邏輯符號中用小圓指明。 當當R=0、S=1時，時，無論觸發器之前無論觸發器之前處于何種狀態，觸發器置為處于何種狀態，觸發器置為0態，態，稱為稱為置置0或或復位復位； R（

6、Reset）端稱）端稱為置為置0（復置位）輸入端，復位輸（復置位）輸入端，復位輸入信號（入信號（R）低電平有效，在邏輯）低電平有效，在邏輯符號中用小圓指明。符號中用小圓指明。 2.置置0功能功能3.保持功能保持功能Qn+1 =Qn保持即觸發器具有的存儲功能。即觸發器具有的存儲功能。4.禁止輸入禁止輸入禁止禁止R=S=0輸入。輸入。 邏輯功能歸納：邏輯功能歸納：S與與R相同，相同， R=S=0，禁用；，禁用； R=S=1，保持；保持； S與與R不同，不同， R S ，Q 隨隨 R 變。變。次態次態Qn+1的卡諾圖的卡諾圖特性方程特性方程觸發器的特性方程觸發器的特性方程: : 觸發器次態觸發器次態

7、Qn+1與輸入、現態與輸入、現態Qn之間的邏輯關系式。之間的邏輯關系式。1 110 001110011010000100功能功能Qn+1QnSR 基本RS觸發器特性表110Qn+1=1 置置10Qn+1=0 置置0 禁用禁用（不定）（不定）Qn+1 =Qn保持保持S RQntVVVDDDDDD=3ln=32ln0-. .觸發器的特性方程觸發器的特性方程p32觸發特點觸發特點: 輸入信號輸入信號R和和S直接改變觸發器的狀態，稱為直接觸發。直接改變觸發器的狀態，稱為直接觸發。 輸入信號的任何一次改變，都可能引起觸發器狀態變化。輸入信號的任何一次改變，都可能引起觸發器狀態變化。3. 3. 觸發特點和

8、工作波形圖觸發特點和工作波形圖 在忽略門電路的傳輸延時的情況下，繪制觸發器工作波在忽略門電路的傳輸延時的情況下，繪制觸發器工作波形的步驟是：形的步驟是： 1)根據輸入信號確定觸發時刻根據輸入信號確定觸發時刻tn（任何輸入信號的變化（任何輸入信號的變化沿都是可能的觸發時刻）；沿都是可能的觸發時刻）； 2)將時間區間將時間區間tn,tn+1）的輸入信號值和前一時間區間）的輸入信號值和前一時間區間 （tn-1,tn）觸發器的現態代入觸發器功能方程計算，或狀態表，）觸發器的現態代入觸發器功能方程計算，或狀態表，得到時間區間（得到時間區間（tn,tn+1）上的）上的次態次態，畫出波形圖。，畫出波形圖。工

9、作波形圖(時序圖）可直觀反映觸發器的觸發特點。工作波形圖及時序圖工作波形圖及時序圖保持保持置置0保持保持RSQQ置置1禁止禁止保持保持置置0RS0000010100011100110111001111nQ約束條件 01RSQRSQnn直接觸發抗干擾能力差直接觸發抗干擾能力差!例如例如,R的負窄脈沖。的負窄脈沖。 輸入信號的任何一次改變，輸入信號的任何一次改變，都可能引起觸發器狀態變化！都可能引起觸發器狀態變化！6.1.2或非門基本或非門基本RS觸發器觸發器211211+=7.0+7.07.0=RRRCRCRCR.電路組成邏、輯符號和工作原理電路組成邏、輯符號和工作原理表表6.1.2 或門基本或

10、門基本RS觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnRS功能說明功能說明00001101010110101 RSQRSQnn000101101Qn+1=Qn保持保持1101 011Qn+1=1置置1Qn+1=0置置0100100禁止禁止101 01.置置1功能功能 R=0，S=1 時，時，置置1或置位或置位；2.置置0功能功能 當當R=1、S=0時，置時，置0或或復位復位；R（Reset）端稱為置）端稱為置0（復位（復位）輸入端，復位輸入信號（）輸入端，復位輸入信號（R）高高電平有效，符號中電平有效，符號中無無小圓。小圓。 3.保持功能保持功能R=S=0時，保持不變，即觸發

11、時，保持不變，即觸發器的存儲功能。器的存儲功能。 4.禁止輸入禁止輸入破壞輸出端的互補狀態破壞輸出端的互補狀態 S（Set）端稱為置）端稱為置1（置位置位）端，）端，置位輸入信號（置位輸入信號（S）高高電平有效，在電平有效，在邏輯符號中邏輯符號中無無小圓。小圓。 邏輯功能歸納：邏輯功能歸納：S與與R相同，相同， R=S=0，保持；，保持； R=S=1，禁用；禁用； S與與R不同，不同， R S ，Q 隨隨 S變。變。次態次態Qn+1的卡諾圖的卡諾圖QQnn1特性方程特性方程 11SRRQSQnn表表6.1.2 或門基本或門基本RS觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnR

12、S功能說明功能說明000011010101101011Qn+1=Qn保持保持11Qn+1=1置置1Qn+1=0置置000禁止禁止SRQnP19. .觸發器的特性方程觸發器的特性方程觸發特點觸發特點: 輸入信號輸入信號R和和S直接改變觸發器的狀態，稱為直接觸發。直接改變觸發器的狀態，稱為直接觸發。 輸入信號的任何一次改變，都可能引起觸發器狀態變化。輸入信號的任何一次改變，都可能引起觸發器狀態變化。3. 3. 觸發特點和工作波形圖觸發特點和工作波形圖RCTW1.1RSQQ置置0置置1保持保持禁止禁止置置0保持保持直接觸發抗干擾能力差直接觸發抗干擾能力差!如如R的窄脈沖的窄脈沖基本基本RS觸發器的特

13、點觸發器的特點（1）觸發器的）觸發器的次態次態不僅與輸入信號狀態有關，而且與觸不僅與輸入信號狀態有關，而且與觸發器的發器的現態現態(原態）原態）有關。有關。（2）電路具有）電路具有兩個穩定狀態兩個穩定狀態，在無外來觸發信號作用時，在無外來觸發信號作用時，電路將保持原狀態不變。電路將保持原狀態不變。（3）在）在外加觸發信號有效時外加觸發信號有效時，電路可以觸發，電路可以觸發翻轉翻轉，實現，實現置置0或置或置1。（4）在穩定狀態下兩個輸出端的狀態，必須是互補關系，）在穩定狀態下兩個輸出端的狀態，必須是互補關系，且且有約束條件有約束條件。在數字電路中，凡根據輸入信號在數字電路中，凡根據輸入信號R、S

14、情況情況的不同，具有的不同，具有置置0、置、置1和保持和保持功能的電路，功能的電路，都稱為都稱為RS觸發器。觸發器。集成基本集成基本RS觸發器觸發器EN1時工作時工作EN0時禁止時禁止1S3S傳輸門的另一控傳輸門的另一控制端制端EN的反的反 (a) 74LS279的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 74LS279 1 2 3 4 5 6 7 8 VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q 1R 1 SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND 內內4個個RS (b) CC4044 的引腳圖 16 15 14 13 12 11 10 9 CC4044 1 2 3 4

15、 5 6 7 8 VDD 4S 4R 1Q 3R 3 S 3Q 2Q 4Q EN 1S 1R EN 2R 2S VSS 內內4個個RS基本基本RS觸發器：觸發器：直接觸發直接觸發(R、信號直接改變輸出狀態）、信號直接改變輸出狀態） 改變時間受同步信號控制的觸發方式統稱為改變時間受同步信號控制的觸發方式統稱為同步觸發同步觸發（廣義）。（廣義）。多數數字系統的工作都是在一個控制脈沖的作用下運行的。多數數字系統的工作都是在一個控制脈沖的作用下運行的。這個控制脈沖稱為這個控制脈沖稱為時鐘脈沖時鐘脈沖CPCP（ Clock PulseClock Pulse），一般為周期），一般為周期性矩形脈沖。性矩形脈

16、沖。6.2 6.2 同步同步RSRS觸發器觸發器 可用同步信號的可用同步信號的邊緣邊緣（上升沿、下降沿）或（上升沿、下降沿）或電平電平（高、低電（高、低電平）實現同步觸發，前者稱為平）實現同步觸發，前者稱為邊沿觸發邊沿觸發；后者稱為；后者稱為電平觸發電平觸發，習慣上稱為習慣上稱為同步觸發（狹義）同步觸發（狹義）。1) 1) 電路的組成及工作原理電路的組成及工作原理CP0時，時，R=S=1，觸發器保持原來狀態不變。，觸發器保持原來狀態不變。CP1時，工作情況與與非門基本時，工作情況與與非門基本RS觸發器相同。觸發器相同。C1R1uo18 47 3 6 5552 5 10.01 Fuo1VCCR2

17、(a) 電 路(b) 工 作 波 形C2R3uo28 47 3 6 5552 5 10.01 Fuo2R4C同步脈沖同步脈沖無非圈，高無非圈，高電平有效電平有效C(Control)C(Control)控制控制信號，信號，1 1表示控表示控制制1R1R和和1S1S特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRSQnnCP=1期間有效期間有效CP R S QnQn+1功能0 Qn 保持1 0 0 01 0 0 101 保持保持1 0 1 01 0 1 111 置置11 1 0 01 1 0 100 置置01 1 1 01 1 1 1不用不用不用不用不允許不允許nnQQ1nnQQ111nQ01nQP13

18、邏輯功能歸納：邏輯功能歸納：S與與R相同，相同， R=S=0，保持；，保持； R=S=1，禁用；禁用； S與與R不同，不同， R S ，Q 隨隨 S變。變。主主要要特特點點波波形形圖圖（1）時鐘控制。在）時鐘控制。在CP1期間接收輸入信號，期間接收輸入信號，CP0時狀態保持不變。這是與基本時狀態保持不變。這是與基本RS觸發器的顯著不同。觸發器的顯著不同。（2）R、S之間有約束。不能允許出現之間有約束。不能允許出現R和和S同時為同時為1的的情況，否則會使觸發器處于不確定的狀態。情況，否則會使觸發器處于不確定的狀態。C PRSQQ不不變變不不變變不不變變不不變變不不變變不不變變置置1置置0置置1置

19、置0不不變變CP=1, 由由RS決定決定CP=0, 不不變變 例例 已知同步已知同步RS觸發器的觸發器的CP、R、S的波形及的波形及觸發器的初態，畫出輸出端的波形。觸發器的初態，畫出輸出端的波形。 問題問題:在在CP=1期間，期間，R、S狀態改變，或者引入了干擾，輸出狀態改變，或者引入了干擾，輸出Q是否變化？是否變化？答答:都可能改變輸出都可能改變輸出Q，此時，時鐘控制無效。，此時，時鐘控制無效。0010010010 0011例例6.2.1試分析圖試分析圖6.2.3所示的所示的4位二進制數碼寄存器的工作原理。位二進制數碼寄存器的工作原理。解：數碼從數據端解：數碼從數據端D3D2D1D0輸入，從

20、觸發器的輸入，從觸發器的Q3Q2Q1Q0輸出，輸出，LD（Laod）是寄存器裝載控制信號，即同步信號。）是寄存器裝載控制信號，即同步信號。3 , 2 , 1 , 01iDQRSQDRDSiniiiniiiii當當LD=0時，時，4個同步個同步RS觸發器的觸發器的Q不變，存儲已裝入的數據。不變，存儲已裝入的數據。 當當LD=1時，時，輸入數據裝入同步輸入數據裝入同步RS觸發器。觸發器。1 0同步觸發器的另一個缺點是直通現象。同步觸發器的另一個缺點是直通現象。例如，圖例如，圖6.2.4電路中的電路中的3個同步個同步RS觸發器級聯。觸發器級聯。當當CP=1時，時，3個觸發器的輸出完全相同個觸發器的輸

21、出完全相同；為了消除直通現象，級聯觸發器必須是邊沿觸發器（見為了消除直通現象，級聯觸發器必須是邊沿觸發器（見6.3節）。節）。當當CP=0時，時，3個觸發器存儲相同的值。個觸發器存儲相同的值。1101110 邊沿觸發器邊沿觸發器: 利用同步信號的利用同步信號的邊沿邊沿（上升沿或下降（上升沿或下降沿）實現同步的觸發器。沿）實現同步的觸發器。6.3 6.3 邊沿觸發器邊沿觸發器 實現邊沿觸發的方式有實現邊沿觸發的方式有: 主從型、主從型、 傳輸延時型傳輸延時型 維持阻塞型。維持阻塞型。 各種觸發方式都可以實現不同功能的觸發器，即各種觸發方式都可以實現不同功能的觸發器，即: RS觸發器、觸發器、 J

22、K觸發器、觸發器、 D觸發器、觸發器、 T觸發器觸發器 T觸發器。觸發器。 6.3.1 6.3.1 主從型主從型RS觸發器觸發器1）電路組成及工作原理）電路組成及工作原理（1）接收輸入信號過程接收輸入信號過程CP=1CP=1期間：期間：主（主（M,masterM,master）觸發器）觸發器控制門打開，接收輸入信號控制門打開，接收輸入信號R R、S S。 從（從（S,slaveS,slave）觸發器）觸發器控制門封鎖，其狀態保持不變。控制門封鎖，其狀態保持不變。0=+=1+RSQRSQnmnm主（主（mastermaster）觸發器）觸發器從（從（slaveslave）觸發器）觸發器主從觸發器

23、的主從觸發器的CPCP反相，消除了直通。反相，消除了直通。1 10 0（2）輸出信號過程輸出信號過程 CPCP下降沿（下降沿（ ）到來時，）到來時，主觸發器主觸發器控制門封鎖，在控制門封鎖，在CP=1CP=1期間接收的內容被存儲起來。期間接收的內容被存儲起來。 同時，同時，從觸發器從觸發器控制門被打開，接收主觸發器的輸入信號，控制門被打開，接收主觸發器的輸入信號，輸出端隨之改變狀態輸出端隨之改變狀態。 在在CP=0CP=0期間，由于主觸發器保持狀態不變，因此從觸發期間，由于主觸發器保持狀態不變，因此從觸發器的狀態即器的狀態即Q Q的值當然不變的值當然不變。01RSQRSQnnCP時時有效有效特

24、性特性方程方程0 01 1表表6.3.1 主從主從RS觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnCPRS功能功能0000保持保持110101置置1111000置置010110禁止禁止12）觸發特點）觸發特點CP=1CP=1期間接收輸入信號；期間接收輸入信號；CPCP下降沿到來時下降沿到來時輸出狀態發生輸出狀態發生改變。即改變。即：主從主從RSRS觸發器的輸入數據是觸發器的輸入數據是CP=1CP=1期間的期間的R R、S S值，值，觸發器的輸出則相對于輸入信號延遲到觸發器的輸出則相對于輸入信號延遲到CPCP的下降沿變化。的下降沿變化。 采樣采樣觸發觸發2 2個階段個階段當干擾

25、出現在當干擾出現在CP=1CP=1期間，則仍會影響觸發器的狀態。期間，則仍會影響觸發器的狀態。表示這種延遲作用。表示這種延遲作用。“三角三角”表示邊沿觸發。表示邊沿觸發。小圓則進一步指明是小圓則進一步指明是下降沿觸發。下降沿觸發。 圖圖6.3.26.3.2主從主從RSRS觸發器的波形圖觸發器的波形圖QQRSCP 雖然主從觸發器克服了觸發器間的直通，但由于它們雖然主從觸發器克服了觸發器間的直通，但由于它們在在CP=1CP=1期間接收輸入信號，導致期間接收輸入信號，導致抗干擾能力差抗干擾能力差。 0010010001116.3.2 6.3.2 傳輸延時型傳輸延時型JKJK觸發器觸發器 在傳輸延時（

26、在傳輸延時（tpd）內門電路的輸出不能跟隨其輸入變化，）內門電路的輸出不能跟隨其輸入變化，即其即其輸出具有保持作用輸出具有保持作用。利用門電路的這一保持作用可構成。利用門電路的這一保持作用可構成傳輸延時型邊沿觸發器傳輸延時型邊沿觸發器。 1）電路組成及工作原理）電路組成及工作原理RS（2 2）時鐘）時鐘CP=1(CP=1(包括上升沿包括上升沿) )瞬時瞬時，觸發器仍然保持不變觸發器仍然保持不變工作原理：工作原理：（1 1）CP=0CP=0時，時，觸發器保持不觸發器保持不變變L L1 1=L=L2 2=1 1, ,并且第二級的并且第二級的2 2個個與或非門與或非門等效為等效為1 1個個與非門與非

27、門基本基本RSRS觸發器，其觸發器，其復位端為復位端為L L1 1, , 置位置位端為端為L L2 2，輸入低電平有效。，輸入低電平有效。從時鐘從時鐘CP的上升沿開始，的上升沿開始，超過超過1個與非門的傳輸延時個與非門的傳輸延時（tpd）之后）之后，01110tpd與非門輸出改變，但觸發器輸出保持。與非門輸出改變，但觸發器輸出保持。1RS如：如：L L1 1=0,=0,與或非門的下與非門輸出為與或非門的下與非門輸出為0,0,但上與非門輸出為但上與非門輸出為1 1,Q,Q與與QQ均不變均不變. .CP=0,CP=0,等效為等效為1 1個與非門個與非門00011(3)(3)時鐘時鐘CPCP下降沿到

28、（下降沿到（ ），觸發器狀態變化觸發器狀態變化112121LLRSQLLRQSQnnn從從CPCP的下降沿開始的下降沿開始（1010瞬間），在瞬間），在1 1個與非門個與非門的傳輸延時的傳輸延時（t tpdpd）內）內，2 2個與個與非門保持其輸出非門保持其輸出 ,與或非門為與或非門為與非門基本與非門基本RSRS觸發器：觸發器： 超過超過1個與非門的傳輸延時（個與非門的傳輸延時（tpd）之后）之后，L1=L2=1,觸發觸發器保持前述變化的結果。器保持前述變化的結果。1RS0QLnK=1DRDSJKJK可以任意取值，沒有約可以任意取值，沒有約束束. .因因QQn n與與QQn n互補，且互補，且

29、引入引入J J、K K門，門，無論無論JKJK如如何取值，不會出現何取值，不會出現R=S=0R=S=00101110CP=0,CP=0,等效為等效為1 1個與非門個與非門00P6與非門圖與非門圖 P8公式公式特性方程：特性方程： nnnQKQJQ1J、K是距是距CP下降沿之前下降沿之前tpd秒的任意邏輯值。秒的任意邏輯值。tpd是納秒級，可以認為是納秒級，可以認為J、K是是CP下降沿前瞬時的任意下降沿前瞬時的任意邏輯值邏輯值。表表6.3.2 JK觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnCPJK功能功能000011001001110110邏輯功能歸納：邏輯功能歸納：J與與K

30、相同，相同， J=K=0，保持；，保持； J=K=1，翻轉；翻轉； J與與K不同，不同， Q 隨隨J變。變。保持保持1=+,0=+0=SRSRSR01置置0振蕩周期：T tp 1tp 20 . 7 ( R12 R2) C10置置1tp 2 0 .7 R2C11NoImage翻轉翻轉電路特點電路特點時序圖時序圖 只要窄脈沖干擾只要窄脈沖干擾不出現在不出現在CP的下降的下降沿，則不影響觸發沿，則不影響觸發器的輸出狀態。器的輸出狀態。 由本例推廣，由本例推廣，傳傳輸延時型邊沿觸發輸延時型邊沿觸發器抗干擾能力強器抗干擾能力強。狀態圖狀態圖 狀態圖是反映時序數字電路狀態圖是反映時序數字電路狀態轉換及狀態

31、轉換條狀態轉換及狀態轉換條件件的圖形，它可以描述時序電路的功能。的圖形，它可以描述時序電路的功能。 觸發器有觸發器有2個狀態：個狀態：0和和1，用圓圈表示；箭頭表示狀態轉，用圓圈表示；箭頭表示狀態轉換的方向和一個有效的時鐘（例如，邊沿換的方向和一個有效的時鐘（例如，邊沿JK觸發器的下降觸發器的下降沿），旁邊注明狀態轉換條件。沿），旁邊注明狀態轉換條件。 例如，觸發器由例如，觸發器由0態轉換態轉換為為1態的條件是：態的條件是：J=1，K=（0或或1）。）。 0 J=1 K=1 J= K=1 1 J=0 0 K= J= K= 0 0nQ約束條件 01RSQRSQnnCPJK功能功能0000保持保持

32、110100置置0101001置置1111101翻轉翻轉10&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0維持線維持線CPABRSQQRDSDD置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞線0101111) t () ()() 0 (VVeVVCCtCC1）CP=0時，時，1.電路結構電路結構2.工作原理工作原理6.3.3 6.3.3 維持阻塞維持阻塞D觸發器觸發器&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0維持線維持線CPABRSQQRDSDD置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞

33、線0101111DDQDQRSnn1nQ1100 D=0, G3=0，有3個作用。 (1)置0 ：使Q=0。 (2)置0維持： G3=0通過 線，D無論如何變化維持Q=0。 (3)阻塞置1： G5=1，使G6=0，阻塞了G4=0，也就阻塞了Q=1。2）在CP=1的前端（上跳沿）（ ）設D=0Q=0&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0維持線維持線CPABRSQQRDSDD 置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞線設D=1.11(1)置1：使Q=1。111101G4=0，也有3個作用。001010(2)置1維持： G4=0通過 線

34、，使G6維持置1。D無論如何變化維持Q=1。(3)阻塞置0： G4=0，阻塞了G3置0，也阻塞了Q=0。&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0維持線維持線CPABRSQQRDSDD置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞線01011111003）在）在CP=1的后端（的后端（ ）,維持阻塞保證基本維持阻塞保證基本RS觸發器的觸發器的RS端不隨端不隨D端變化，因此端變化，因此Q端不端不變化。變化。11DQn1上升沿時刻有效上升沿時刻有效上升沿時上升沿時,無圈無圈特特 點點:抗干擾能力極強，工作速度很高。抗干擾能力極強，工作速度很高。

35、表表6.3.3維持阻塞型維持阻塞型D觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ表中表中“”表示表示CP由由0跳變為跳變為1的上升沿的上升沿;D是是CP上升沿前上升沿前瞬時的輸入邏輯值。瞬時的輸入邏輯值。約束條件 01RSQRSQnnCPD功能功能000置置01101置置11 在時鐘脈沖在時鐘脈沖CP作用下，作用下，D觸發器僅具有置觸發器僅具有置0和置和置1功能，功能，常用于存儲常用于存儲1位二進制碼，故稱為位二進制碼，故稱為數碼（數碼（Digit）觸發器。觸發器。異步復位和置位異步復位和置位 表表6.3.4維持阻塞型維持阻塞型D觸發器的狀態表觸發器的狀態表nQ約束條件 01RSQRSQnnRdSdCPD

36、功能功能00禁止禁止010異步復位異步復位101異步置位異步置位11000置置0111101置置110101 0110異步：其作用與異步：其作用與CP無關，故無關，故名異步。名異步。如圖，異步復位如圖，異步復位Sd和置位和置位Rd是低電平有效控制，其作用優是低電平有效控制，其作用優先，不受時鐘控制。先，不受時鐘控制。 同樣，其他功能的觸發器也可以有多個同步輸入和異步復同樣，其他功能的觸發器也可以有多個同步輸入和異步復位、異步置位信號。位、異步置位信號。 只要窄脈沖干擾不出現在只要窄脈沖干擾不出現在CP的上升沿，則不影響觸發器的輸出的上升沿，則不影響觸發器的輸出狀態。此外，異步輸入端的作用優先（

37、見狀態。此外，異步輸入端的作用優先（見Sd=0處）。處）。由本例推廣，維持阻塞型邊沿觸發器抗干擾能力強。由本例推廣，維持阻塞型邊沿觸發器抗干擾能力強。觸發特點：觸發特點： 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引腳排列圖 (b) CC4013引腳排列圖集成邊沿集成邊沿D

38、觸發器觸發器：CC4013的異步輸入端的異步輸入端RD和和SD為高電平有效。為高電平有效。CP上升沿觸發上升沿觸發6.4.1 D觸發器轉換為觸發器轉換為T和和T觸發器觸發器 T觸發器：觸發器：在有效時鐘作用下，具有觸發在有效時鐘作用下，具有觸發翻轉和保持翻轉和保持2種功能種功能的觸發器；的觸發器；用用1個維持阻塞個維持阻塞D觸發器和觸發器和1個異或門可組成維持阻塞個異或門可組成維持阻塞T觸發器。觸發器。 nnQTDQ16.4 觸發器邏輯功能的轉換觸發器邏輯功能的轉換令已有觸發器和待求觸發器的令已有觸發器和待求觸發器的特性方程相等特性方程相等，求出，求出轉換邏輯電路。轉換邏輯電路。下下P481D

39、C1Q=1T1TC1QQNoImage當當T恒為恒為1時，時，D觸發器轉化為觸發器轉化為T觸發器觸發器可見，可見，T觸發器僅具有翻轉功能。觸發器僅具有翻轉功能。 nnnQQQ1=1+T特性方程特性方程DQQnn=1+NoImageT觸發器：觸發器：僅具有觸發僅具有觸發翻轉功能翻轉功能的觸發器稱為的觸發器稱為T觸發器。觸發器。6.4.2 觸發器的邏輯功能轉換方法觸發器的邏輯功能轉換方法邏輯功能RSJKDTT特性方程特性方程6.4.2 6.4.2 觸發器的觸發器的邏輯功能QQQnnnKJ+=1+0=+=1+RSRSQQnnDQn=1+QQQnnnTT+=1+QQnn=1+令已有觸發器和待求觸發器的

40、特性方程相等，求出令已有觸發器和待求觸發器的特性方程相等，求出轉換邏輯電路。轉換邏輯電路。上上P46例如，將維持阻塞例如，將維持阻塞D觸發器轉換為維持阻塞觸發器轉換為維持阻塞JK觸發器觸發器 nnQKQJDQQQnnnKJ+=1+DQn=1+T觸發器特性方程：觸發器特性方程：nnnnQTQTQTQ1與與JK觸發器的特性方程比較，得：觸發器的特性方程比較，得：TKTJ電電路路圖圖1J C11KTQQCPJK觸發器觸發器T觸發器觸發器將將JK觸發器轉換為觸發器轉換為T和和T觸發器觸發器JK觸發器的特性方程觸發器的特性方程:nnnQKQJQ1nQ約束條件 01RSQRSQnn011011100100

41、110000功能功能KJCP保持保持1=+,0=+0=SRSRSR10置置0振蕩周期：T tp 1tp 20 . 7 ( R12 R2) C01置置1tp 2 0 .7 R2C11NoImage翻轉翻轉NoImageT 觸發器特性方程：觸發器特性方程：與與JK觸發器的特性方程比較，得：觸發器的特性方程比較，得：84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P電電路路圖圖1J C11K1QQCPnnQQ1變換變換T觸發器的特性方程：觸發器的特性方程：nnnnQQQQ111JK觸發器觸發器T觸發器觸發器JK觸發器的特性方程觸發器的特性方程:nnnQKQJQ1TKTJ1.

42、JK觸發器觸發器T觸發器觸發器84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P2.JK觸發器觸發器T觸發器觸發器5.D觸發器觸發器T觸發器觸發器nQTD6.D觸發器觸發器T觸發器觸發器n1nQQDKDJ3.JK觸發器觸發器D觸發器觸發器4.JK觸發器觸發器RS觸發器觸發器7. D觸發器觸發器JK觸發器觸發器8.D觸發器觸發器RS觸發器觸發器11QnnQRSDTKTJ84762153555+VCCRLR100kC100C10.01(+6V)P9.RS觸發器觸發器T觸發器觸發器10.RS觸發器觸發器T觸發器觸發器11. RS觸發器觸發器JK觸發器觸發器12.RS觸發器觸

43、發器D觸發器觸發器uo&uiuAuo( a ) 電 路 示 意 圖( b ) 波 形 圖單 穩 態 觸 發 器uououiuAtpuiuotp*6.5觸發器的觸發器的動態特性動態特性觸發器由門電路組成，每個門都存在傳輸延時。因此，觸觸發器由門電路組成，每個門都存在傳輸延時。因此，觸發器的輸入信號、時鐘信號必須在時間順序上恰當配合，才能發器的輸入信號、時鐘信號必須在時間順序上恰當配合，才能保證觸發器穩定可靠地實現其邏輯功能。保證觸發器穩定可靠地實現其邏輯功能。設每個與非門的傳輸時間為設每個與非門的傳輸時間為tpd。 觸發器觸發器同步輸入信號與時鐘信號之間的時間關系同步輸入信號與時鐘信號之

44、間的時間關系稱為觸發稱為觸發器的動態特性。器的動態特性。 一、一、輸入信號的建立時間和保持時間輸入信號的建立時間和保持時間( (一一) ) 建立時間建立時間 tset要求觸發器輸入信號要求觸發器輸入信號 先于先于 CP 信號的時間。信號的時間。( (二二) ) 保持時間保持時間 th 指保證觸發器可靠翻轉，指保證觸發器可靠翻轉， CP 到來后輸入信號需保到來后輸入信號需保持的時間。持的時間。邊沿邊沿 D 觸發器的觸發器的 tset 和和 th 均在均在 10 ns 左右。左右。1nQQLnJ=21nQQLnJ=20 1 01 0 1二、時鐘觸發器的傳輸延遲時間二、時鐘觸發器的傳輸延遲時間 指從

45、指從 CP 觸發沿到達開始，到輸出端觸發沿到達開始，到輸出端 Q、Q 完成狀態改變完成狀態改變所經歷的時間。所經歷的時間。(一一) tCPLHCPCP有效沿后，輸出端由低電有效沿后，輸出端由低電平變為高電平的傳輸延遲時平變為高電平的傳輸延遲時間。間。QtCPLHtCPHLQTTL 邊沿邊沿 D 觸發器觸發器7474， tCPLH =2tpd 。0&G1&G2&G4&G3&G5&G6置置0維持線維持線CPABRSQQRDSDD 置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞線11111101001010一一 由于每一級門電路的傳輸延遲，使時鐘

46、觸發器的由于每一級門電路的傳輸延遲，使時鐘觸發器的最高工作頻率受到限制。最高工作頻率受到限制。7474， fmax 15 MHz。三、時鐘觸發器的最高時鐘頻率三、時鐘觸發器的最高時鐘頻率 fmax(二二) tCPHLCPCP有效沿后，輸出有效沿后，輸出端由高電平端由高電平變為低電平變為低電平的傳輸延遲時間。的傳輸延遲時間。TTL 邊沿邊沿 D 觸發器觸發器7474， tCPHL =3tpd 。(三三)觸發器傳輸延遲時間觸發器傳輸延遲時間tfCPCP有效沿后，輸出狀態到達穩有效沿后，輸出狀態到達穩定需要的時間。定需要的時間。tf=maxtCPLH, tCPHL D 觸發器觸發器7474， tf

47、=3tpd&G1&G2&G4&G3&G5&G6CPABRSQQRDSDD置置1維持線維持線置置1阻塞線阻塞線置置0阻塞線阻塞線0101110111小小 結結觸發器是數字電路的極其重要的基本單元。觸發器有兩個觸發器是數字電路的極其重要的基本單元。觸發器有兩個穩定狀態，在外界信號作用下，可以從一個穩態轉變為另一個穩定狀態，在外界信號作用下，可以從一個穩態轉變為另一個穩態；無外界信號作用時狀態保持不變。因此，觸發器可以作穩態；無外界信號作用時狀態保持不變。因此，觸發器可以作為二進制存儲單元使用。為二進制存儲單元使用。觸發器的邏輯功能可以用觸發器的邏輯功

48、能可以用真值表、卡諾圖、特性方程、狀真值表、卡諾圖、特性方程、狀態圖和波形圖態圖和波形圖等等5種方式來描述。種方式來描述。 觸發器的觸發器的特性方程特性方程是表示其邏輯功能的重要邏輯函數，時是表示其邏輯功能的重要邏輯函數，時常用來作為判斷電路狀態轉換的依據。常用來作為判斷電路狀態轉換的依據。 同一種功能的觸發器，可以用不同的電路結構形式來實現；同一種功能的觸發器，可以用不同的電路結構形式來實現；反過來，同一種電路結構形式，可以構成具有不同功能的各種反過來，同一種電路結構形式，可以構成具有不同功能的各種類型觸發器。類型觸發器。 各種不同邏輯功能的觸發器的特性方程為：各種不同邏輯功能的觸發器的特性

49、方程為： RS：Qn+1=S+RQn，其約束條件為：，其約束條件為：RS0 0 JK： Qn+1=JQn+KQn D： Qn+1=D T： Qn+1=TQn+TQn T： Qn+1=Qn 555定時器是一多用途的數字模擬混合集成電定時器是一多用途的數字模擬混合集成電路，最大的優點是電源電壓范圍大，為路，最大的優點是電源電壓范圍大，為3V18V. 可以和可以和TTL和和CMOS器件兼容，同時驅動電流器件兼容，同時驅動電流大約為大約為200mA. 可以構成可以構成單穩態觸發器單穩態觸發器、 多諧振蕩器多諧振蕩器、 壓控振蕩器壓控振蕩器等多種應用電路，并直接等多種應用電路，并直接驅動負載。驅動負載。

50、 6.6 6.6 555定時器定時器電阻分壓器電阻分壓器2個電壓個電壓比較器比較器RS觸發器觸發器反相器反相器CH7555定時器電路框圖定時器電路框圖放電管放電管VDD32VDD31555555定時器的構成定時器的構成電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+2VDD/3VDD/32VDD/3VDD/3CC31VCC32V100110高電平高電平高電平高電平高電平高電平10低電平低電平導通導通VDD/32VDD/32VDD/30保持保持保持保持VDD/3高電平高電平VDD/310101截止截止555555定時器的工作原理定時器的工作原理6.6.2 由由555定時器構成的施密特觸發器定時器構

51、成的施密特觸發器 施密特觸發器是一種能夠把輸入波形施密特觸發器是一種能夠把輸入波形整形整形成為適合于成為適合于數字電路需要的數字電路需要的矩形脈沖矩形脈沖的電路。由集成運放構成的施密的電路。由集成運放構成的施密特觸發器（滯環比較器）的特觸發器（滯環比較器）的傳輸特性傳輸特性如下。如下。vIvO1vIvOuoui0VT+VT-傳輸特性傳輸特性+6V-6V上閾值電壓上閾值電壓2VDD/3下閾值電壓下閾值電壓VDD/3反相傳輸特性反相傳輸特性同相傳輸特性同相傳輸特性反相施密特觸發器的傳輸特性反相施密特觸發器的傳輸特性 6.6.2 由由555定時器構成的施密特觸發器定時器構成的施密特觸發器反相施密特觸

52、發器的構成反相施密特觸發器的構成vovi08V4V傳輸特性傳輸特性VDD上閾值電壓上閾值電壓下閾值電壓下閾值電壓VDD=12V時時施密特觸發器的工作原理施密特觸發器的工作原理 (a) 40106的引腳排列圖 14 13 12 1 1 10 9 840106 1 2 3 4 5 6 7VDD 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y VSS 14 13 12 1 1 10 9 84093 1 2 3 4 5 6 7(b) 4093的引腳排列圖VDD 3A 3B 3Y 4Y 4B 4A 1A 1B 1Y 2Y 2B 2A VSS0電源vi1/3VDD2/3VDDCC5

53、k5k5k12VDDV-C(2)(6)(5)(8)1111RSGvO(4)(3)(7)(1)DISO1vTHTRIGRRD1vovi0VT+VT-100101011010002/3VDD100112VDD/3VDD/3高電平高電平高電平高電平高電平高電平低電平低電平導通導通VDD/32VDD/3保持保持保持保持VDD/3高電平高電平截止截止VDD32VDD31圖圖6.6.3 脈沖幅度和邊沿整形脈沖幅度和邊沿整形圖圖6.6.4 三角波變換成矩形波三角波變換成矩形波vItO1vt1/3VDD2/3VDD(a) 整形電路的輸入、輸出波形整形電路的輸入、輸出波形輸入輸出UT+UT1輸入輸出UT+UT(

54、b) 幅度鑒別的輸入、輸出波形(c) 多諧振蕩器CRucuouoUiUi0 0t t0 0UoUot tT+T+U UT-T-U U單穩態觸發器在數字電路中一般用于單穩態觸發器在數字電路中一般用于（產生一（產生一定寬度的矩形波）、定寬度的矩形波）、（把不規則的波形轉換成寬度、（把不規則的波形轉換成寬度、幅度都相等的波形）以及幅度都相等的波形）以及（把輸入信號延遲一定時（把輸入信號延遲一定時間后輸出）等。間后輸出）等。（1）電路有一個穩態和一個暫穩態。）電路有一個穩態和一個暫穩態。（2）在外來觸發脈沖作用下，電路由穩態翻轉到暫穩）在外來觸發脈沖作用下，電路由穩態翻轉到暫穩態。態。（3）暫穩態是一

55、個不能長久保持的狀態，經過一段時）暫穩態是一個不能長久保持的狀態，經過一段時間后，電路會自動返回到穩態。間后，電路會自動返回到穩態。 暫穩態的持續時間與觸發脈沖無關，僅決定于電路暫穩態的持續時間與觸發脈沖無關，僅決定于電路本身的參數。本身的參數。特點：特點：6.6.3 由由555定時器構成的單穩態觸發器定時器構成的單穩態觸發器nnTQQTRS電路構成電路構成 （1）接電源穩態時）接電源穩態時 當無輸入時，當無輸入時，即即VI=VDD，如，如 NMOS管截止，管截止，C充充電。當電。當VC上升到上升到2/3VDD時，時，NMOS管導通，管導通， C放電到放電到0，輸出低電平。輸出低電平。工作原理

56、工作原理2Ov3C COtVOtCvOItv圖7.4.5 單穩態電路波形圖TTWVDDDISvoTH放電管(NMOS)輸出閾值輸入閾值輸入復位導通00導通01 /3VDD2 /3VDD1不變不變1 /3VDD 2 /3VDD1截止1 1 /3VDD1RDTRIG穩態暫穩態0 （2）當輸入）當輸入負負跳變時，則輸出跳變時，則輸出1， NMOS管截止，管截止， C充電，電路充電，電路進入暫穩進入暫穩態。態。當當VC上升到上升到2/3VDD時，時，NMOS管導通，管導通， C放電到放電到0，輸出低電平。，輸出低電平。1001RviCC5k5k5k12VDDV-C(2)(6)(5)(8)1111RSG

57、vO(4)(3)(7)(1)DISO1vTHTRIGRDR1CvC110110 電路要求：電路要求： TITW ,否則電否則電路轉化為反相器。路轉化為反相器。TInnKQQJRS暫穩態持續時間（暫穩態持續時間（TW）的計算）的計算起始值起始值 Vc(0+)=0, VC()=VDD， VC(t)=VDD2/3, =RC( a ) 7414的引腳排列圖 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9 87414 1 2 3 4 5 6 7VCC 4A 4Y 5A 5Y 6A 6Y 1A 1Y 2A 2Y 3A 3Y GND 1 4 1 3 1 2 1 1 1 0 9 874132 1 2 3 4 5

58、6 7( b) 74132的引腳排列圖VCC 3A 3B 3Y 4A 4B 4Y 1A 1B 1Y 2A 2B 2Y GND因為因為nnnQKQJQ+=1+NoImageRCVVVRCTDDDDDDW1.1320lnTKJ=VDD單穩態觸發器的應用單穩態觸發器的應用 sett圖圖6.6.7 脈沖延遲脈沖延遲 圖圖6.6.8 脈沖鑒寬脈沖鑒寬 2.脈沖延時脈沖延時 3.脈沖寬度鑒別脈沖寬度鑒別 4.定時定時 1.脈沖整形脈沖整形 11C充電充電+001RCRC微分電路微分電路, ,對輸對輸入的上跳沿產入的上跳沿產生脈沖生脈沖01延時為延時為1級的級的TW=TW-TI00111101010應用舉例

59、：觸摸定時控制開關應用舉例：觸摸定時控制開關 手觸摸一下金屬片手觸摸一下金屬片P，由于人體感應電壓相當于在觸發，由于人體感應電壓相當于在觸發輸入端（管腳輸入端（管腳2）加入一個）加入一個負脈沖負脈沖， 555輸出端輸出高電平，輸出端輸出高電平， 燈泡（燈泡（RL）發光。）發光。ht 當暫穩態時間（當暫穩態時間（tW）結束）結束時，時，555輸出端恢復低電平，輸出端恢復低電平，燈泡熄滅。燈泡熄滅。該觸摸開關可用于該觸摸開關可用于夜間定時照明，定時時間可由夜間定時照明，定時時間可由RC參數調節。參數調節。TKJ=nnQQRSnnQKQJD2111+=TTTTTq電機轉速的電機轉速的測定測定tp1S計數計數