電工電子技術(shù)及應(yīng)用任務(wù)5-3集成觸發(fā)器原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)目的與要求能力目標1、能識別、測試集成觸發(fā)器功能；2、能正確選擇、使用集成觸發(fā)器。知識目標1、能寫出各常用觸發(fā)器的邏輯符號及特性表；2、能畫出各種觸發(fā)器波形圖。

在組合邏輯電路中，任一時刻的輸出信號，僅由當前的輸入信號決定，當輸入信號發(fā)生變化時，輸出信號就相應(yīng)地發(fā)生變化。而在時序邏輯電路（簡稱時序電路）中，任一時刻的輸出信號不僅與當時的輸入信號有關(guān)，還與電路原來的狀態(tài)有關(guān)，也可以說時序邏輯電路具有記憶功能。時序邏輯電路的組成不光包括各種邏輯門電路，還包括各種不同類型的觸發(fā)器。本任務(wù)主要學(xué)習(xí)常用觸發(fā)器的邏輯功能及應(yīng)用。任務(wù)5-3集成觸發(fā)器原理及應(yīng)用

觸發(fā)器是構(gòu)成時序電路的基本器件，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，在外加觸發(fā)信號的作用下，電路狀態(tài)會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即輸出端由一種穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為另一種狀態(tài)，然后保持不變；如果再來一個觸發(fā)信號，再翻轉(zhuǎn)，稱為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)器的種類很多，按邏輯功能分類，可分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器等等；按觸發(fā)器電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類，有基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和維持阻塞型觸發(fā)器等。我們主要學(xué)習(xí)各種觸發(fā)器的邏輯功能和應(yīng)用方法，掌握各種時序邏輯電路的基本設(shè)計方法和分析方法。任務(wù)5-3集成觸發(fā)器原理及應(yīng)用

基本RS觸發(fā)器是任何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的觸發(fā)器必須包含的一個最基礎(chǔ)的組成單元，它可以由兩個與非門或兩個或非門交叉連接構(gòu)成。例如由兩個與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器：&QRSQ門1&門2正常情況下，兩個輸出端子應(yīng)保持互非狀態(tài)。一對互非的輸入端子字母上面橫杠表示低電平有效觸發(fā)器的兩個穩(wěn)定狀態(tài)：輸出端Q=1時，觸發(fā)器為1態(tài)；輸出端Q=0時，觸發(fā)器處0態(tài)。一、基本RS觸發(fā)器1.基本RS觸發(fā)器的電路構(gòu)成&QRSQ門1&門20次態(tài)Qn+1=0,Qn+1=1

11110觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，R=0,S=1有0出1全1出00觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，R=0,S=1次態(tài)Qn+1=0,Qn+1=1

觸發(fā)器狀態(tài)由1變?yōu)?，置0功能！觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍為置0功能！1歸納：基本的RS觸發(fā)器的兩個與非門通過反饋線交叉組合在一起。只要兩個輸入端狀態(tài)不同且輸入端R=0，無論輸出現(xiàn)態(tài)如何，次態(tài)總是為0，因此通常把R稱作清零端。2.基本RS觸發(fā)器的邏輯功能&QRSQ門1&門21次態(tài)Qn+1=1,Qn+1=0

00011觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，R=1,S=0有0出1全1出01觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，R=1,S=0次態(tài)Qn+1=1,Qn+1=0

觸發(fā)器狀態(tài)由0變?yōu)?，置1功能！觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍為置1功能！2歸納：只要基本RS觸發(fā)器的兩個輸入端狀態(tài)不同且輸入端S=0處低電平有效態(tài)，無論輸出現(xiàn)態(tài)如何，次態(tài)總是為1，因此通常把S稱作置1端。2.基本RS觸發(fā)器的邏輯功能&QRSQ門1&門21次態(tài)Qn+1=0,Qn+1=1

10100觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，R=1,S=1全1出0有0出11觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，R=1,S=1次態(tài)Qn+1=1,Qn+1=0

觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！3歸納：當基本RS觸發(fā)器的兩輸入端狀態(tài)相同均為1時，都處無效狀態(tài)。輸出不會發(fā)生改變，繼續(xù)保持原來的狀態(tài)。因此在兩個輸入端同時為高電平時觸發(fā)器起保持功能。111全1出000有0出12.基本RS觸發(fā)器的邏輯功能&QRSQ門1&門20次態(tài)Qn+1=1,Qn+1=1

0011觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，R=0,S=0有0出1

觸發(fā)器的兩個互非輸出端出現(xiàn)相同的邏輯混亂情況，顯然這是觸發(fā)器正常工作條件下不允許發(fā)生的，因此必須加以防范。4歸納：當基本RS觸發(fā)器的兩輸入狀態(tài)相同均為0時，都處有效狀態(tài)，（但當R、S由00狀態(tài)變?yōu)?1狀態(tài)時，Q輸出不確定，因為RS不可能絕對同時變化）此時互非輸出無法正確選擇指令而發(fā)生邏輯混亂。我們把兩輸入同時為0的狀態(tài)稱為禁止態(tài)，電路正常工作時不允許此情況發(fā)生。有0出12.基本RS觸發(fā)器的邏輯功能

功能真值表以表格的形式反映了觸發(fā)器從現(xiàn)態(tài)Qn向次態(tài)Qn+1轉(zhuǎn)移的規(guī)律。這種方法很適合在時序邏輯電路的分析中使用。Qn+1000禁止態(tài)001禁止態(tài)0100

“置0”0110

“置0”1001

“置1”1011

“置1”1100

保持1111

保持3.基本RS觸發(fā)器的特性表

反映觸發(fā)器輸入信號取值和狀態(tài)之間對應(yīng)關(guān)系的線段圖形稱為時序波形圖。置0置1置1禁止保持置1置1QQ不定

具有時鐘脈沖控制端的RS觸發(fā)器稱為鐘控RS觸發(fā)器，也稱同步RS觸發(fā)器。鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)變化不僅取決于輸入信號的變化，還受時鐘脈沖CP的控制。二、可控RS觸發(fā)器&&門2門1門1和門2構(gòu)成基本的RS觸發(fā)器SDRD&門3&門4直接置“0”端直接置“1”端門3和門4構(gòu)成RS引導(dǎo)觸發(fā)器RS置“0”輸入端高電平有效置“1”輸入端高電平有效CPQQCP端子稱為時鐘脈沖控制端。CP=0時無論RS何態(tài)，觸發(fā)器均保持原態(tài)；CP=1時觸發(fā)器輸出狀態(tài)由R和S狀態(tài)決定。1.可控RS觸發(fā)器的基本結(jié)構(gòu)CP當時鐘脈沖CP=0時的情況：1

設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，Qn=1。正常情況下，直接置0、置1端懸空為“1”。&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ001門3和門4因CP=0而有0出111110門1有0出1101門2全1出0觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=0，Qn+1=1觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！2.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析當時鐘脈沖CP=0時的情況：1CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ0若觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，Qn=0時：1010門3和門4仍因CP=0而有0出11111門1全1出0010門2有0出1觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=1，Qn+1=0觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！歸納：當鐘控RS觸發(fā)器的時鐘脈沖控制端狀態(tài)為低電平“0”時，無論兩輸入狀態(tài)或輸出現(xiàn)態(tài)如何，觸發(fā)器均保持原來的狀態(tài)不變！換句話說：在CP=0期間鐘控RS觸發(fā)器不能被觸發(fā)，因此狀態(tài)無法改變，為保持功能。12.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ10101此時門3有0出11110門1全1出001門2有0出1觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=1，Qn+1=0觸發(fā)器狀態(tài)由0翻轉(zhuǎn)為1，置1功能！歸納：當時鐘脈沖控制端狀態(tài)為高電平“1”時，電路被觸發(fā)，輸出次態(tài)隨著兩輸入狀態(tài)及輸出現(xiàn)態(tài)發(fā)生改變。此時只要輸入R=0、S=1，無論輸出現(xiàn)態(tài)如何，鐘控RS觸發(fā)器均為置1功能。為此把S稱為置1端，高電平有效。101門4全1出01)當輸入R=0，S=1時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，Qn=12.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ11010此時門4有0出11101門2全1出010觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=0，Qn+1=1觸發(fā)器狀態(tài)由1改變?yōu)?，置0功能！110門3全1出02)當輸入R=1，S=0時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，Qn=0門1有0出12.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2歸納：當時鐘脈沖控制端狀態(tài)為高電平“1”時，電路被觸發(fā)，輸出次態(tài)隨著兩輸入狀態(tài)及輸出現(xiàn)態(tài)發(fā)生改變。此時只要輸入R=1、S=0，無論輸出現(xiàn)態(tài)如何，鐘控RS觸發(fā)器均為置0功能。為此把R稱為置0端，高電平有效。CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ10101此時門4有0出11101門2全1出010觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=0，Qn+1=1觸發(fā)器狀態(tài)不變，仍為置0功能！110門3全1出02)當輸入R=1，S=0時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，Qn=1門1有0出12.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ11010此時門4有0出11111門2有0出101觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=1，Qn+1=0觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！000門3也是有0出13)當輸入R=0，S=0時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，Qn=0門1全1出012.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ10101此時門4有0出11111門2全1出010觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=0，Qn+1=1觸發(fā)器狀態(tài)不變，保持功能！100門3也是有0出13)當輸入R=0，S=0時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=0，Qn=1門1有0出10歸納：當時鐘脈沖控制端狀態(tài)為“1”時，電路被觸發(fā)。但是，當R和S均等于0為無效態(tài)時，則無論輸出現(xiàn)態(tài)如何，輸出次態(tài)均不發(fā)生改變，此時稱觸發(fā)器為保持功能。2.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析時鐘脈沖CP=1時的情況：2CP&&門2門1SDRD&門3&門4RSQQ11010此時門4全1出01100門2有0出111觸發(fā)器次態(tài)Qn+1=1，Qn+1=1

本該互非的兩個輸出端狀態(tài)相同，出現(xiàn)了邏輯混亂，這顯然在正常工作中視為禁止態(tài)！11門3也是全1出03)當輸入R=1，S=1時設(shè)觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn=1，Qn=0門1也有0出1歸納：鐘控RS觸發(fā)器輸入狀態(tài)均為1時，都處有效狀態(tài)，此時互非輸出無法正確選擇指令而發(fā)生邏輯混亂。我們把兩輸入同時為1的狀態(tài)稱為禁止態(tài)。2.可控RS觸發(fā)器的邏輯功能分析

RSQnQn+10000

保持0011

保持0101“置1”0111“置1”1000“置0”1010“置0”110禁止態(tài)111禁止態(tài)3.可控RS觸發(fā)器的特性表CPRSQ在時鐘脈沖CP=1期間，設(shè)Qn=0CP=1期間引導(dǎo)門打開置1置0狀態(tài)不變置1

輸出隨輸入發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為空翻。空翻易造成觸發(fā)器的可靠性降低，甚至無法判定觸發(fā)器工作狀態(tài)。置0狀態(tài)不變置0保持置1狀態(tài)不變其中CP=0期間引導(dǎo)門關(guān)閉4.可控RS觸發(fā)器的波形圖

可控觸發(fā)器的邏輯功能比較多一些，它不但可以實現(xiàn)記憶和存儲，而且具有計數(shù)功能。如果將可控RS觸發(fā)器的端聯(lián)到S端，Q端聯(lián)到R端，在時鐘脈沖端CP上加一個計數(shù)脈沖，如圖所示。這樣的觸發(fā)器具有計數(shù)的功能，來一個脈沖它能翻轉(zhuǎn)一次，翻轉(zhuǎn)的數(shù)目等于脈沖的數(shù)目（要求CP脈沖寬度小于與非門的傳輸延遲時間），所以能用它構(gòu)成計數(shù)器。二、可控RS觸發(fā)器SRC1DRDSDCPDQQD觸發(fā)器電路圖符號不加圈表示上升沿觸發(fā)三、D觸發(fā)器D觸發(fā)器的邏輯符號如圖所示，它的輸出狀態(tài)僅僅取決于時鐘脈沖到達瞬間，如果觸發(fā)器的狀態(tài)變化發(fā)生在時鐘脈沖的上升沿就稱為上升沿觸發(fā)或正邊沿觸發(fā)；反之，如果觸發(fā)器的狀態(tài)變化發(fā)生在時鐘脈沖的下降沿，則稱為下降沿或負邊沿觸發(fā)。三、D觸發(fā)器D觸發(fā)器邏輯功能是：在時鐘脈沖的作用下，有置0和置1兩種功能。輸入信號D=0，時鐘脈沖CP到來后，Qn+1=0，——置0；輸入信號D=1，時鐘脈沖CP到來后，Qn+1=1，——置1；D觸發(fā)器的特性如表。CPDQn+1功能↑00置0↑11置1D觸發(fā)器的功能真值表D觸發(fā)器具有置“1”和置“0”功能，且輸出隨輸入的變化只在時鐘脈沖上升沿到來時觸發(fā)（見下圖左）。常用的集成D觸發(fā)器有雙D觸發(fā)器74LS74、四D觸發(fā)器74LS75和六D觸發(fā)器74LS176等。下圖（右）所示為74LS74的管腳排列圖。

D觸發(fā)器波形圖

三、D觸發(fā)器

邊沿觸發(fā)的主從型JK觸發(fā)器是目前功能最完善、使用較靈活和通用性較強的一種觸發(fā)器。(1)電路組成KJCPQ1Q1&&門6門5&門7&門8RDSDRDSD&&門2門1&門3&門4QQ1

圖示為主從型JK觸發(fā)器邏輯電路結(jié)構(gòu)圖。其中門1~門4構(gòu)成主觸發(fā)器，輸入通過一個非門和CP控制端相連。

門5~門8構(gòu)成從觸發(fā)器，從觸發(fā)器直接與CP控制端相連。

主觸發(fā)器Q端與門7的一個輸入相連，Q端和門8的一個輸入端相連，構(gòu)成兩條反饋線。主觸發(fā)器從觸發(fā)器四、JK觸發(fā)器四、JK觸發(fā)器當輸入信號J=0，K=1，時鐘脈沖CP到來后，Qn+1=0，——置0；當輸入信號J=1，K=0，時鐘脈沖CP到來后，Qn+1=1，——置1；當輸入信號J=0，K=0，時鐘脈沖CP到來后，——保持；當輸入信號J=1，K=1，時鐘脈沖CP到來后，

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