触发器和定时器.ppt
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1、第6章触发器和定时器,触发器是数字电路中一种基本的单元电路,它具有两个稳定状态,能够存储一位二进制信息,用于记忆时序数字电路的状态。,II. 电路结构不同,逻辑功能不同,1). RS触发器,1).基本触发器,2).同步触发器,3).边沿触发器,2). JK触发器,4). D触发器,3). D触发器,5). T触发器,数字电路需要规则的脉冲信号:一致的逻辑电平和陡峭的边沿。定时器可以将不规则的信号整形为规则的脉冲信号,还可以产生规则的脉冲信号。此外,定时器电路包含有触发器。,6.2 同步RS触发器,6.4 触发器逻辑功能的转换,6.6 555定时器,6.3 边沿触发器,6.1 基本RS触发器,第
2、6章触发器和定时器,6.5 触发器的动态特性,以触发方式为主线介绍触发器的工作原理、功能和特性, 最后,介绍定时器。,教学要求 掌 握:RS、JK、D、T、T触发器的逻辑功能;边沿触发器的触发特点。 理 解:正确理解触发器的现态和新状态 了 解:主从触发器的触发特点;基本RS 、同步RS触发器的工作原理。触发器逻辑功能的转换。,6.1 基本RS触发器,6.1.1 与非门基本RS触发器 6.1.2 或非门基本RS触发器,6.1.1 与非门基本RS触发器,电路组成和工作原理,触发器有两个输出端 :,正常时它们是互补的。,当 称触发器为“1”态;,当 称触发器为“0”态。,输入信号引起触发器状态改变
3、叫触 发; 触发前触发器所处的状态称为现态(或原状态),记为Qn; 触发后触发器所处的状态称为次态(或新状态),记为Qn+1 。,Qn+1,Qn,tn,低电平有效,置位输入端,复位输入端,与非门基本RS触发器的状态表,1)保持功能:R=1,S=1,2)置1功能:R=1,S=0,3)置0功能:R=0,S=1,4)禁止输入:R=0,S=0,恢复R=S=1,触发器存储1。,恢复R=S=1,触发器存储0。,约束条件!,且R、S同时由0变1,后面的状态不确定,2. 特性方程,触发器的特性方程: 触发器次态Qn+1与输入、现态Qn之间的逻辑关系式。,次态Qn+1的卡诺图,触发特点: 输入信号R和S直接改变
4、触发器的状态,称为直接触发。 输入信号的任何一次改变,都可能引起触发器状态变化。,3. 触发特点和工作波形图,在忽略门电路的传输延时的情况下,绘制触发器工作波形的步骤是: 1)根据输入信号确定触发时刻tn(任何输入信号的变化沿都是可能的触发时刻); 2)将时间区间tn,tn+1)的输入信号值和前一时间区间 (tn-1,tn)触发器的现态代入触发器特性方程计算,或状态表,得到时间区间(tn,tn+1)上的次态,画出波形图。,工作波形图(时序图)可直观反映触发器的触发特点。,工作波形图或时序图,保持,置0,保持,Q,Q,置1,禁止,保持,置0,直接触发抗干扰能力差!例如,R的负窄脉冲。,输入信号的
5、任何一次改变,都可能引起触发器状态变化!设现态为1,6.1.2或非门基本RS触发器,高电平有效,1)保持功能:R=0,S=0,2)置1功能:R=0,S=1,3)置0功能:R=1,S=0,4)禁止输入:R=1,S=1,恢复R=S=0,触发器存储1。,恢复R=S=0,触发器存储0。,约束条件!,1.工作原理,且R、S同时由1变0,后面的状态不确定,2. 特性方程,触发器的特性方程: 触发器次态Qn+1与输入、现态Qn之间的逻辑关系式。,次态Qn+1的卡诺图,或门基本RS触发器的状态表,触发特点: 输入信号R和S直接改变触发器的状态,称为直接触发。 输入信号的任何一次改变,都可能引起触发器状态变化。
6、,3. 触发特点和工作波形图,R,S,Q,Q,置0,置1,保持,禁止,置0,保持,直接触发抗干扰能力差!如R的窄脉冲,基本RS触发器的特点,(1)触发器的次态不仅与输入信号状态有关,而且与触发器的现态有关。 (2)电路具有两个稳定状态,在无外来触发信号作用时,电路将保持原状态不变。 (3)在外加触发信号有效时,电路可以触发翻转,实现置0或置1。 (4)在稳定状态下两个输出端的状态和必须是互补关系,即有约束条件。,在数字电路中,凡根据输入信号R、S情况的不同,具有置0、置1和保持功能的电路,都称为RS触发器。,边沿触发:同步信号的边缘(上升沿、下降沿)实现同步触发 电平触发:电平(高、低电平)实
7、现同步触发;习惯上称为同步触发(狭义)。,同步信号称为时钟脉冲CP( Clock Pulse),一般为周期性矩形脉冲。,6.2 同步RS触发器,对于多位二进制信息,需要多个触发器同时存储其每一位。 方法是:引入同步信号使触发器同步存入数据。,触发器的状态改变时间受同步信号控制的触发方式统称为同步触发(广义)。,6.2 同步RS触发器,CP1时,,时钟信号CP仅控制触发器状态改变的时间区间(CP=1)。 触发器的次态值由输入信号R、S和现态确定。 R、S作用的效果受同步信号的控制,故称为同步输入信号。,电路组成和工作原理,CP0时,,控制信号,受控信号,特性方程,同步RS触发器的状态表,CP=1
8、,CP0,主要特点,2)触发特点和波形图,(1)时钟控制。在CP1期间接收输入信号,CP0时状态保持不变。这是与基本RS触发器的显著不同。 (2)R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况,否则会使触发器处于不确定的状态。,R,S,Q,CP,保持,保持,置1,置0,置0,禁止,1.CP=1期间,R、S同时由1变0,后面的状态不确定; 2.R=S=1期间,CP由1变0,后面的状态不确定;,例6.1 试分析下图所示的4位二进制数码寄存器的工作原理。,解:数码从数据端D3D2D1D0输入,从触发器的Q3Q2Q1Q0输出, LD (Laod)是寄存器装载控制信号,即同步信号。,当LD=0时,4
9、个同步RS触发器的Q不变,存储已装入的数据。,当LD=1时,,输入数据装载入同步RS触发器。,同步触发器的另一个缺点是直通现象。,当CP=1时,3个触发器的输出完全相同; 当CP=0时,3个触发器存储相同的值。,为了消除直通现象,级联触发器必须是边沿触发器(见6.3节)。,例如,,边沿触发器: 利用同步信号的边沿(上升沿或下降沿) 实现同步的触发器。,6.3 边沿触发器,实现边沿触发的方式有主从型、传输延时型和维持阻塞型。,各种触发方式都可以实现不同功能的触发器,即: RS触发器 JK触发器 D触发器 T触发器 T触发器,本节介绍主从型RS触发器 、传输延时型JK触发器和维持阻塞型D触发器。,
10、6.3.1 主从型RS触发器 6.3.2 传输延时型JK触发器 6.3.3 维持阻塞型D触发器,6.3.1 主从型RS触发器,工作原理,当CP=1时,反相器使从(S,slave)触发器状态保持不变;主(M,master)触发器接收输入信号R、S。,电路组成和工作原理,从触发器,主触发器,CP反相,当CP=0时,主触发器保持在CP=1期间内接收的信息;同时,从触发器在CP由1变0后的短暂时间内接收主触发器的状态(CP的下降沿);而在CP=0的后期不再变化(因主触发器不变)。,特性方程,主从RS触发器的状态表,CP=,CP无,2)电路特点和波形图,采用主从控制结构,从根本上解决了输入信号直接控制的
11、问题。但仍然存在着约束问题,即在CP1期间,输入信号R和S不能同时为1。,CP=1期间接收输入信号;CP下降沿到来时输出状态发生改变。即:主从RS触发器的输入数据是CP=1期间的R、S值,触发器的输出则相对于输入信号延迟到CP的下降沿变化。,在逻辑符号中,用“”表示这种延迟作用。 此外,逻辑符号中CP的“三角”表示边沿触发,小圆则进一步指明是下降沿触发。,R,S,CP,保持,保持,置1,置0,置0,禁止,Q,S,CP时Q=Qm,不定,6.3.2 传输延时型JK触发器,在传输延时(tpd)内门电路的输出不能跟随其输入变化,即其输出具有保持作用。利用门电路的这一保持作用可构成传输延时型边沿触发器。
12、,2个与非门在传输延时内可暂存信息,2个与或非门交叉反馈组成RS触发器,电路组成和工作原理,工作原理:,(1)CP=0时,触发器保持不变,0,0,0,1,1,RS 触发器,1,1,1,(3) 时钟CP下降沿到( ) ,触发器状态变化,0,0,0,1,1,ttpd:,ttpd:,ttpd:,ttpd:,ttpd:,ttpd:,保持,特性方程:,J、K是距CP下降沿之前tpd秒的任意逻辑值。 tpd是纳秒级,可以认为J、K是CP下降沿前瞬的任意逻辑值。,JK触发器的状态表,对J、K无约束!,CP=,CP无,2)时序图和触发特点,只要窄脉冲干扰不出现在CP的下降沿,则不影响触发器的输出状态。 由本例
13、推广,传输延时型边沿触发器抗干扰能力强。,(CP=),教材图6.3.4有错,3)状态图,状态图是反映时序数字电路状态转换及状态转换条件的图形,它可以描述时序电路的功能。,各种触发器的功能都可用状态图表示。触发器的状态图仅反映其功能,与触发方式(工作原理)无关。,例如,JK触发器的状态:,触发器有2个状态:0和1,用圆圈表示;箭头表示状态转换的方向和一个有效的时钟(例如,边沿JK触发器的下降沿),旁边注明状态转换条件。,例如,触发器由0态转换为1态的条件是:J=1,K=(0或1)。,1)电路结构和工作原理,(1)CP=0时,,6.3.3 维持阻塞D触发器,(2)在CP的上升沿到,与非门基本 RS
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