05-1-0 第五章 触发器-1

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0
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(3) 波形图
设初始状态Q=0
1
小结：
优点：解决了基本FF的直接触发问题。 缺点：1）对触发信号的取值仍有限制，使用不方便。
当S=R=1时，会出现逻辑功能混乱。
2）钟控RSFF需要二根数据输入线，不便于锁存一位
二进制信号。 由此，引入钟控DFF。 二､钟控DFF 钟控DFF称为延迟FF。 优点：1）没有输出不定的情况； 2）输入信号不受限制； 3）数据输入端只有一个，可以方便地锁 存一位二进制数。
3､功能表
4､状态转移图
解释：圆圈表示FF所处的状态，箭头表示FF转 移的方向。
5､激励表
0
1
1
6､工作波形
0
工作波形图又称为时序图，是描述触发器的 输出状态随时间和输入信号变化的规律的图形。 SD RD
× × × × × ×
Q Q
四､或非门构成的基本RSFF 1､电路的构成
用两个二输入或非门交叉耦合构成一个基本 的RSFF。
0
1 1
下面根据与非门的工作特点分别进行讨论如下：
在“0”态中，起决定的信号是RD端。因此， RD 端被称为清零端。
0 1 1
1
0
在“1”态中，起决定的信号是SD端。因此， SD 端被称为置数端。 由以上分析可知，RD和SD都是低电平有效。
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0
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1
0
1
根据与非门的工作特点，它违反了FF的Q 和Q端为互反的定义。
由以上分析可以看出: 在钟控FF中,S､R决定FF转移到什么状态,而CP决 定状态转移的时刻。从而实现对触发器状态转移时刻 的控制。 3､逻辑功能 （1）特征方程 1）CP=1， S 和 R为高电平有效。
2） CP = 0 ， Qn+1 = Qn
(2) 功能表和激励表
(3) 波形图
设初始状态Q=0
1､基本特点
1､基本特点
（1）具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻 辑状态的0和1，或二进制数的0和1。
0
1
（2）根据不同的输入信号可以把FF置成1和0状态。
2､功能
可记忆一位二进制数。
3､分类
FF的分类按电路结构､采用器件和逻辑功能进行 分类。
（1）按电路结构分类
基本FF､主从FF､维持阻塞FF､边沿FF （2）采用器件分类 TTL（双极型指晶体管）､ CMOS（单极型指场效应管）。
分析一：如tpd1=tpd2时，当RD=SD由同时 为 “0”变为同时“1”时，FF将产生振荡，
这是违反FF的稳定状态。
分析二：如tpd1≠tpd2时，无法判断Q和Q所 处的状态。
结论：由于门的延迟时间是由芯片的制造工艺带来 的，人们无法判断Q和Q所处的状态。结果导致当RD ､SD同时由“00”→“11”时，将使Q端的输出产生不稳 定状态。 解释：这是由于生产中工艺的离散性，tpd1和 tpd2 的微小差异是一个无法预知的未知数。所以 ，触发器 的次态是不确定的，故用∅来表示。在实际应用中， R=S=0是不允许出现的输入。
2､状态转移表
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2､状态转移表
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2､状态转移表
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2､状态转移表
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分析一：如tpd1=tpd2时，当RD=SD由同时为
“1”变为同时“0”时，FF将产生振荡，
这是违反FF的稳定状态。
分析二：如tpd1≠tpd2时，无法判断Q和Q所
处的状态。 解释：这是由于生产中工艺的离散性，tpd1和 tpd2 的微小差异是一个无法预知的未知数。所以 ，触发器 的次态是不确定的，故用∅来表示。在实际应用中， RD=SD=1是不允许出现的输入。
六､钟控FF的触发方式与空翻 FF的触发方式称为FF的工作方式,它是用触 发器输出状态的变化在时钟脉冲CP中的所在阶 段来命名的。 1､触发方式 电位触发：高电平触发，低电平触发。 边沿触发：上升沿触发，下降沿触发。 （后面详细介绍） 脉冲触发：主从触发。(不介绍)
2､空翻
空翻：在CP=1期间，R､S或Ｄ发生变化，引起Q值 发生两次或两次以上翻转的现象，称为空翻现象。 在实际应用中，要求CP=1期间，不允许输入信 号R､S或D发生变化，以免产生空翻。
（3）逻辑功能分类 RSFF､DFF､TFF､JKFF､T’FF。
5.2 基本RSFF
基本RSFF是各种触发器电路中结构形式最 简单的一种。
一､电路结构
对于一个单纯的二输入与非门来说，它是 没有任何记忆功能。
如果将二输入与非门的输出反馈到一个输 入端,电路将产生振荡,也不能形成记忆功能。 即：
产生振荡，不能形成记忆功能
而这种受时钟信号控制的触发器统称为钟控触发 器，以区别于像基本RSFF那样的直接置位､复位FF。
一､RS钟控电位触发器 1､电路结构 ① G1､ G2构成基本RSFF；
② G3､ G4构成触发控制电路； ③ S､R是触发器输入端； ④ CP是时钟脉冲输入端， 简称钟控端； ⑤ Q､Q是钟控RSFF的输 出端；
第五章
5.1 概述
触发器(Flip — Flop)
在各种复杂的数字电路中,不但需要对二值信号 进行算术运算和逻辑运算,还经常需要将这些信号和 运算结果保存起来。为此，需要使用具有记忆功能 的基本单元。能够存储一位二值信号的单元电路被 称为触发器。用“FF”表示。 为了实现记忆一位二值信号的功能，触发器必须 具备以下两个基本特点。
5､tw（触发脉冲的持续时间或脉冲工作特性）
为使FF能够可靠地工作，触发器脉冲的 持续时间为: tw>2tpd
∴tw>2tpd
三､逻辑功能的表示方法 基本FF的逻辑功能可以用图､表或方程来 表示。它们之间还可以互相进行转换。 1､状态转移表
2､特征方程(重点)
强调： ① SD 和RD 为外部输入信号，Qn为内部反 馈信号。 ② SD 和RD 是低电平有效， SD =RD =0时， 输出不定。
2､锁存器
触发方式：电平触发 具有空翻：不能用于设计计数器和移位寄存器， 只能锁存数据。
作业： 5.1 , 5.4 ，5.5
5.2 图P5.2电路，在开关S由A 点拨到B点，再由B点拨回A点 过程中，A、B两点电压波形如 图中所示。试作出 Q 和 Q 端 的波形。
图 P5.2
2､钟控原理
作用: 在CP的作用下控制R､S端,以达到影响基 本FF的触发输入端SD､RD的逻辑电平。
讨论： （1）CP=0，G3､ G4门被封锁，S､R 不能通过控制电路，使SD=RD=1，从而使FF 的状态不变，即：Qn+1= Qn
(2) CP=1
即：S•R=0 (约束条件)
——特征方程
3､特征方程
由以上分析可知，RD和SD都是高电平有效。
4､功能表
5､波形图 SDRD = 11 → 00 时，Q 和 Q 产生 竞争（不定）。
小结：基本RS FF 优点：电路简单。 缺点：输入信号的取值有限制，使用不方便。 5.3 钟控电位触发器 在数字系统中,为协调各部分的动作,常常要 求某些触发器在同一时刻动作。为此，必须引 入同步信号，使这些FF只有在同步信号到达时， 才按输入信号改变状态。通常把这个同步信号 叫做时钟脉冲，或称为时钟信号，简称为时钟。 用CP (Clock Pulse 的缩写)表示。
但是，如果将二个二输入与非门交叉耦合而成， 电路就形成了一个具有记忆功能的基本RSFF。
说明：根据与非门的功能“有低出高，全高出低”， 可知 为低电平有效。其中下标“D”表示直接置 数、直接置清零。
二､工作原理
在这里我们通常把FF的原状态——接受信号前的 状态称为现态，用Qn表示。把FF接受信号后变化成新 1 0 的状态称为次态，用Qn+1表示。 即： 现态 Qn 次态 Qn+1
[例]：因干扰而引起的误动作，波形图如下 CP
S 0 0
R
Q
0
避免空翻的方法：数据改变发生在CP的非有效 电平（CP=0），在CP的有效电平（CP=1）期 间，输入数据保持不变，则可避免空翻现象。 同时，可以采用边沿触发的触发器。
七､触发器与锁存器 1､触发器（FF）
没有空翻：
它可以用于设计计数器和移位寄存器。 触发方式：边沿触发 或 脉冲触发。
1､DFF的组成
2､特征方程
R•S=D•D=0
特点：Qn+1 跟随 D 信号变化
3､功能表和激励表
4､状态转移图
[例] 试对应输入波形画出下图中 Q 端波形(设触 发器初始状态为 0)。
Q Q
CP 1D C1 D CP D
CP = 1，同步 D 触发 器次态跟随 D 信号
解：
Q
同步触发器在 CP = 1 期间能发 生多次翻转，这种现象称为空翻