第五章 触发器Flip-Flop
基本RS触发器
5.2 同步触发器
5.2.1 同步RS 5.2.2 JK、D和T 5.2.3 同步JK 5.2.4 同步D触发器 5.2.5 同步T触发器
5.2.1 同步RS触发器
图5.2.1所示,是与非门和或非门构成的同步RS触 发器的原理电路。
00
0 1
0 保持 1 Qn+1 =Qn
01
0 1
1 1
置“1” Qn+1 =1
10
0 1
0 0
置“0” Qn+1 =0
11
0 1
1* 1*
不定态 1*
Qn+1=S + RQn RS=0(约束条件)
2.状态转换图
状态转换图如图5.1.7所示, 简称状态图。
3.时序波形图
基本RS触发器的时序图如图5.1.8所示,设电路初
⑶ 输入信号消失后,电路能保持获得的状态-- 具有“记忆” 能力。
2.触发器现态、次态和时序的概念 现态--输入信号作用的t 时刻,触发器所处的状 态,用Qn表示 。 次态-- t 时刻输入信号作用后,触发器获得的新 状态,用Qn+1表示。 时序--在输入信号作用下,触发器状态更新和演 化过程的时间序列。
显然,不应该出现Q=Q=0,或Q=Q=1的状态。
把这两种状态称为不定态,用“0*”或“1*”表示。
与非门和或非门构成的触
发器逻辑符号,如图5.1.2(a)、 Q Q
(b)所示。
SR
QQ SR
2. 基本特点
(a) 与非门 (b) 或非门
基本RS触发器是一 图5.1.2 基本RS触发器逻辑符号
触发器FLIPFLOP
R
0 0
S
0 1
Qn+1
Qn 1
置1 清0
1
1
0
1
0
×
1
1
1
×
(约束) 不定状态
3.次态卡诺图和次态方程
RS Qn
00 0 1
01 1 1
11 × ×
10 0 0
0 1
CP=0时,Qn+1 =Qn; CP=1时,Qn+1 =S+RQn RS=0;
4.激励表
Qn 0 0 1 Qn+1 0 1 0 R × 0 1 S 0 1 0
S R
Q Q
5.2 钟控触发器(同步、电平、电位)
5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5
钟控R-S触发器 钟控D触发器 钟控J-K触发器 钟控T触发器 钟控T'触发器
5.2.1 钟控R-S触发器
在基本RS触发器得基础上增加一个时钟控制端,1)提 高触发器的抗干扰能力,2)多个触发器在同一个控制 信号的作用下同步工作。
1.逻辑图和符号
Q
Q
& 2 & 4 S CP J
& 1
& 3 R K
Q
Q
J CP K
保持不 变
Q
Q
& 1
& 2
“1”
& 3 R
封锁3、 4门的输 入
“1”
& 4 S
“0”
1.逻辑图和符号
Q
& 1 & 2
Q
Q
Q
& 3
& 4
锁存器Latch和触发器Flip-flop有何区别
锁存器Latch和触发器Flip-flop有何区别锁存器Latch概述锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路,它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。
锁存,就是把信号暂存以维持某种电平状态。
锁存器的最主要作用是缓存,其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题,再其次是解决驱动的问题,最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。
锁存器是利用电平控制数据的输入,它包括不带使能控制的锁存器和带使能控制的锁存器。
锁存器Latch结构latch:锁存器,是由电平触发,结构图如下:锁存器latch的优缺点优点:1、面积比ff小门电路是构建组合逻辑电路的基础,而锁存器和触发器是构建时序逻辑电路的基础。
门电路是由晶体管构成的,锁存器是由门电路构成的,而触发器是由锁存器构成的。
也就是晶体管-》门电路-》锁存器-》触发器,前一级是后一级的基础。
latch完成同一个功能所需要的门较触发器要少,所以在asic中用的较多。
2、速度比ff快用在地址锁存是很合适的,不过一定要保证所有的latch信号源的质量,锁存器在CPU设计中很常见,正是由于它的应用使得CPU的速度比外部IO部件逻辑快许多。
缺点:1、电平触发,非同步设计,受布线延迟影响较大,很难保证输出没有毛刺产生2、latch将静态时序分析变得极为复杂触发器Flip-flop结构lip-flop:触发器,是时钟边沿触发,可存储1bitdata,是register的基本组成单位,结构图如下:flip-flop的优缺点优点:1、边沿触发,同步设计,不容易受毛刺的印象2、时序分析简单缺点:1、面积比latch大,消耗的门电路比latch多锁存器Latch和触发器flipflop的区别1、锁存器Latch和触发器flipflop锁存器能根据输。
第5章 锁存器与触发器
《数字电路与逻辑设计》
3) 状态转换图与激励表
将锁存器两个状态之间的转换及其所需要的输 入条件用图形的方式表示称为状态转换图(简称为 状态图),用表格的形式表示则称为激励表。
基本SR锁存器的状态图如下图所示,表5-2为 其激励表。
表5-2 基本SR锁存器的激励表
SD=0
RD=´
0
SD=1 RD=0
《数字电路与逻辑设计》
第5章 锁存器与触发器
本章主要内容
5.1 基本锁存器及其描述方法 5.2 门控锁存器 5.3 脉冲触发器 5.4 边沿触发器 5.5 逻辑功能和动作特点
《数字电路与逻辑设计》
本章重点:
掌握锁存器与触发器的电路结构、逻辑 功能和动作特点
本章难点:
触发器的工作原理
《数字电路与逻辑设计》
此外,锁存器的功能还可以用状态转换图和激 励表表示。
《数字电路与逻辑设计》
1) 特性表(真值表) 基本锁存器的特性表如表5-1所示。
表5-1 基本SR锁存器特性表 与非门构成的锁存器 或非门构成的锁存器 SD RD Q Q* SD RD Q Q* 1 1 0 0 0000 1 1 1 1 0011 1 0 0 0 0100 1 0 1 0 0110 0 1 0 1 1001 0 1 1 1 1011 0 0 0 × 1 1 0× 0 0 1 × 1 1 1×
《数字电路与逻辑设计》
(2) CLK为高电平时, 由于SD=(S·CLK)=S、RD=(R·CLK)=R,因 此门控锁存器将根据输入信号S和R实现其相应的 功能。
将SD=S、RD=R代入到基本锁存器的特性方 程Q*=SD+RD·Q,可得到门控锁存器的特性方程为
Q*=S+R·Q
触发器Flip-Flops和时序电路
组合逻辑电路组成,能够将输入信号向左或向右移动指定的位数。
时序电路的应用
数字逻辑控制
时序电路在数字逻辑控制中有着 广泛的应用,例如在计算机、数 字交换机、数控机床等设备中, 都需要使用时序电路来实现数字
逻辑控制。
通信技术
在通信技术中,时序电路被广泛 应用于数字信号处理、调制解调、
信道编码等领域。
自动控制
寄存器
寄存器是一种常见的触发器与时序电 路的组合,它由多个触发器组成,用 于存储二进制数据。
计数器
计数器是一种能够自动计数输入脉冲 个数的时序电路,它由多个触发器和 门电路组成。
05 触发器Flip-flops和时序 电路的优化与挑战
触发器Flip-flops的优化策略
减少功耗
通过降低时钟频率、使用低功耗设计 和工艺、以及优化时钟网络来降低功 耗。
触发器Flip-flops是数字逻辑电路 中的基本存储单元,用于存储二进 制状态(0或1)。
工作原理
触发器Flip-flops采用双稳态电路 ,通过时钟信号控制数据输入和 输出,实现状态的存储和切换。
触发器Flip-flops的类型
01
02
03
JK触发器
具有置0、置1、翻转和保 持四种功能,通过改变时 钟信号的相位实现不同操 作。
提高速度
通过优化触发器的结构、减少内部延 迟和传播延迟,以及采用更快的时钟 源来提高速度。
减小面积
通过优化设计、采用更小的单元尺寸 和更高效的布局布线技术来减小面积。
提高可靠性
通过采用冗余设计、错误检测和纠正 技术以及容错逻辑来提高可靠性。
时序电路的优化策略
优化时钟网络
通过减少时钟源的数量、降低时钟频率、 优化时钟分布和减少时钟偏斜来优化时钟
触发器的逻辑功能
项目一 初步认识Protel 99 SE
• 任务一:创建设计数据库及设计文件 • 任务二:如何在protel99 se中进行文件
变化与控制输入之间的关系,也称状态转换图。SR触发器的 状态图如图5-7所示。 状态图中的一个圆圈代表触发器的一个状态,对一个SR触发 器来说,它只有“0”、“1”两个状态,因此状态图中只有 二个圆圈。即“0”表示Qn+1=0状态,“1”表示Qn+1=1状 态;状态图中的弧线表示状态变化的方向,箭头所指的状态 为次态,没有箭头的一端状态为初态,弧线上标明了控制输 入S和R应有的取值,实际上状态图以图形的形式表示了触发 器的激励表。
状态S D均保持R“D 0”状态。
当 =1、 =0时,不管触发器原来为什么状态,触发器
状态均保持“1”状态。
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5.2 基本触发器
当 S D =0、RD =0时,因此门1、门2输出“1”,但在S D R、D
同时回到“1”以后,基本触发器的新状态要看G1、G2门翻
转的速度谁快谁慢,从逻辑关系来说是不能确定的,因此在 正常工作时输入信号应遵守S D + RD =1的约束条件,亦即 不允许输入 S D = RD =0的信号。 将上述逻辑关系列出真值表,就得到表5-1。其中,触发器 新的状态(也叫做次态),不仅与输入状态有关,而且还与 触发器原来的状态(也叫初态)有关,所以把也作为一个输 入变量列入了真值表,并将称作状态变量,把这种含有状态 变量的真值表叫做触发器的功能真值表(或称为特性表)。 表中的、上加非号是因为输入信号在低电平起作用。
因此,同步式JK触发器和T型触发器是根本不能使用的,而 同步式D触发器和SR触发器只有在CP=1期间时,D输入或 SR输入状态不变时才能使用。
第五章 触发器Flip Flop 优质课件
第五章触发器Flip-Flop1、触发器的定义和分类2、常用的触发器3、触发器的分析触发器(Flip-Flop):能够存储一位二进制数字信号的基本单元电路叫做触发器。
(P179引言部分)特点:具有“记忆”功能。
分析下面的电路:当A=0时,F=0某一时刻,由于外界的干扰使得A信号突然消失,此时,相当于A输入端悬空由电路结构得:F=1。
干扰发生前后, F的输出值发生的变化,故该电路没有“记忆”功能再看下面的电路:当A=0时,F=0。
某一时刻,由于外界的干扰使得A信号突然消失,此时,相当于A输入端悬空,但F端反馈回来的值仍然为0,由电路结构得:F=0。
说明该电路具有“记忆”功能。
其根本原因在于,该电路带有反馈。
触发器的分类:P179①按稳定工作状态分:双稳态、单稳态和无稳态(多谐振荡器)触发器。
本章仅讨论双稳态触发器。
②按结构分:主从结构和维持阻塞型(边沿结构)触发器。
本章仅讨论边沿触发器。
③按逻辑功能分:RS、JK、D、T和T’触发器。
本章重点讨论后四种。
常用触发器1、基本RS触发器①电路组成和逻辑符号基本RS触发器有两种:由与非门构成的和由或非门构成的。
我们以前者为例:输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态,即两个稳态。
当Q=0时,称为“0态”;当Q=1时,称为“1态”。
②逻辑功能分析:A)当R=S=0时)(即1==SR11 QQQQ==⋅1可以保证门1的输出值不变。
QQQ=⋅1可以保证门2的输出值不变。
此时,门1和2的输出值均保持不变,称为:触发器的保持功能。
B)当S=0,R=1时)(即0,1==RS1111==⋅可以保证门1的输出值为0。
Q10==⋅Q可以保证门2的输出值为11此时,触发器的Q端始终输出低电平0,称为:触发器复位或触发器清0。
C)当S=1,R=0时)(即1,0==RS1111==⋅可以保证门1的输出值为1。
10==⋅Q可以保证门2的输出值为01此时,触发器的Q端始终输出高电平1,称为:触发器置位或触发器置1。
数电知识
5.3 触发器的电路结构与工作原理
触发器的电路结构种类: 主从触发器 维持阻塞触发器 利用传输时延的触发器
触发器的工作特点是什么呢? 触发器的工作特点是什么呢?
23
主从触发器
例:由两个D锁存器级联构成的主从D触发器
主锁存器 从锁存器
时钟脉冲
CP
主、从锁存器分别受 互补时钟脉冲控制
CP=0时:主锁存器状态随D变化(QM=D), 从锁存器状态Q保持不变。 CP从0跳变到1时: 主锁存器状态QM停止变化,从锁存器状态Q = 此时 的主锁存器状态QM 主锁存器和从锁存器状态均保持不变。 CP=1后:
Q n +1 = Q n
≥1
状态保持
输出不互补,且当R 输出不互补,且当R、S同 时回到0 时回到0时,由于两个或 非门的延迟时间无法确 定,使得输出状态也不 能确定。 能确定。
7
S
Q
S=1 R=1: Q n +1 = 0
工作约束条件: 工作约束条件 SR = 0
Q n +1 = 0
符号/功能表(状态转换表) 符号/功能表(状态转换表)
G1 & Q1 & G2 CP G3 Q3 R & & G6 D & G4 Q4 Q Q2 S G5 &
逻辑符号: 逻辑符号
Q
CP
上升沿触发
(分析过程参见5版P220或4版P189)
26
利用传输延迟的触发器
例:一种利用传输延迟实现的JK触发器
&
C K
& G & D
≥1
A
Q
逻辑符号: 逻辑符号
J Q
20
集成D 集成D锁存器
数字电子技术第五章 触发器
0
1
10 0 0
10 1 0
11 0 0
11 1 1
与非门SR锁存器的约束条件: R’D+S’D =1即 RDSD =0 。
SD ' RD ' Q Q *
0 0 0 1① 0 0 1 1① 10 00 10 10 01 01 01 11 11 00 11 11
不允许
置0 置1 保持
激励信号输入端低电平有效。
反相器
0
门电路不具备记忆功能
用G2门将VO1反相,并接G1的 另一个输入端;则VI1信号消 失,VO1的低电平和VO2的高
电平也能保持。
SR锁存器
SR锁存器 原理图
符号
SR锁存器:是各种触发器的基本组成部分,有两个
能自行保持的稳定状态。
SD、RD为激励输入端,定义输出端的Q=1、Q’=0 为锁存器的1状态,Q=0、Q’=1为锁存器的0状态。
1 0 01 1 1 1 00 1
Q*=1 置1 1 1 01 1
1 0 10 0 Q*=0 置0
1 0 11 0
1 1 1 0 1①
1
1 1 1 1①
不允许
约束条件SR=0。否则当S、R同时由1变为0,或者S=R=1 时CLK回到0,触发器的次态将无法确定。
图形符号:C1表示编号为1的一个CLK控制信号。1S和 1R表示受C1控制的两个输入信号,只有在C1为有效电平
时,1S和1R信号才起作用。输入端处没有小圆圈表示CLK高
电平有效,有小圆圈则低电平有效。
SD’ 异步置1输入端和RD’ 异步置0输入端,可立即将触
发器置1或置0,不受时钟信号的控制。异步置位复位输入 端低电平有效,正常工作时应使其无效(处于高电平)。
5 第五章触发器Flip-Flop解读
1
1 1
0
1 1
1
0 1
0 1
1 1
0 X
0 X
Q
n 1
S RQ
考虑到要避免不定状态发生,(即R、S不能同时为1)故加上一个 约束条件:SR=0。所以,基本RS触发器的逻辑函数表达式(特征 方程)为:
Q S RQ SR 0
n 1
与基本RS触发器完全相同
下面,我们分析一下同步RS触发器的波形。P277
若SR=11,则G3和G4均输出0,触发器不定。
因此,可得出同步RS触发器的功能表:P276
S
S R Qn+1
R 0
0 1
Q 0
1 0
Qn+1 0
1 0 0 1 1 X X 置1 不定 清0 保持
0
0 0
0
0 1 1
0
1 0 1
保持
清0 置1 不定
0
1
1
0
1
0
R、S均为高电平有效,分 别称为:复位端和置位端 进一步得出真值表 再由真值表填卡诺图
n 1
两式若要相等,则必有:
D T Q TQ T Q
作图得:
⑥用D触发器实现T’触发器功能。
分析:D触发器是现有触发器,而T’触发器为待求。
先作出T触发器,再令T为1即得T’触发器。 解:利用上题结论得:
⑦用T触发器实现JK触发器功能。
分析:T触发器是现有触发器,而JK触发器为待求。
常用触发器
1、基本RS触发器
①电路组成和逻辑符号 基本RS触发器有两种:由与非门构成的和由或非门构成的。 我们以前者为例:
输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态,即两个稳态。
5-第五章触发器Flip-Flop解析
称为:不定状态。
此情形应尽量避免。
因此我们得到了基本RS触发器的功能表如下:
S
R
Q
0
0 不定
0
1 置1
1
0 清0
1
1 保持
S 和 R 均为低电平有效,故: S 称为:置1输入端或置位输入端 R 称为:清0输入端或复位输入端
如果我们规定触发器原来的状态称为“现态”(用Qn表示,简记为
Q),将触发器由于输入值的影响后的输出状态称为“次态”(用 Qn+1
将输入值代入特征方程得:
Qn1 TQ T Q 0 Q 0 Q Q
Qn1 TQ T Q 1 Q 1 Q Q
真值表 TQ 00 01 10 11
Qn+1
0 保持 1
1 翻转 0
状态图
6、T’触发器 将T触发器的T端接高电平即为T’触发器。 T’触发器的特征方程为:
Qn1 TQ T Q 1 Q 1 Q Q
1
1Q Q
B)当S=0,R=1时(即S 1, R 0)
1 1
11 1 0 可以保证门1的输出值为0。
Q
0
可以保证门2的输出值为1
0Q 0 1
此时,触发器的Q端始终输出低电平0,称为:触发器复位或触发器
清0。
C)当S=1,R=0时(即S 0, R 1)
0Q 0 1
0
可以保证门1的输出值为1。
1 翻转 反过来使用,即: 当触发器状态保持时,T=0 当触发器状态翻转时,T=1
1101 1
填卡诺图,化简得:
1110 1
0 01 0 1 01 1
作图得:
Qn1 J Q KQ
⑧用T触发器实现D触发器功能。 分析:T触发器是现有触发器,而D触发器为待求。 所以应求出用D来表示T的表达式。 解:比较两种触发器的特征方程得:
5 第五章触发器Flip-Flop解析
若SR=11,则G3和G4均输出0,触发器不定。
因此,可得出同步RS触发器的功能表:P276
S
S R Qn+1
R 0
0 1
Q 0
1 0
Qn+1 0
1 0 0 1 1 X X 置1 不定 清0 保持
0
0 0
0
0 1 1
0
1 0 1
保持
清0 置1 不定
0
1
1
0
1
0
R、S均为高电平有效,分 别称为:复位端和置位端 进一步得出真值表 再由真值表填卡诺图
R 称为:清0输入端或复位输入端
如果我们规定触发器原来的状态称为“现态”(用Qn表示,简记为
Q),将触发器由于输入值的影响后的输出状态称为“次态”(用 Qn+1
n 1 或Qn+1表示),可推导出基本RS触发器的真值表如下:
S
R
Q
0
Q
0
0
X X 1 1 0 0 0 1
不定
0
0 0 1 1 1 1
0
n 1
由真值表还可以推导出触发器的状态变化情况,以图形表示时,称
为状态转换图,简称状态图。
图例
用圆圈表示触发器的状态,用箭头表示状态的变化方向,发生变化 的条件则按顺序标明在箭头旁边。
另外,若已知输入信号的波形,则可以作出触发器的波形图。如:
求在输入作用下的输出波形。
首先,将输入波形分段(作辅助线),再根据触发器的功能表作出
再看下面的电路:
当A=0时,F=0。 某一时刻,由于外界的干扰使得A信号突然消失,此时,相当于A输
入端悬空,但F端反馈回来的值仍然为0,由电路结构得:F=0。
触发器 基本 RS 触发器 数电课件
之间相互关系
Qn1 S RQn
约束条件
R RS
S
0
1
(公式5.1.1)
Ⅳ. 激励表(驱动表)
激励表是用表格的形式来表示触发器从一个状态变化到另一个 状态或状态保持不变时,对输入信号(激励信号)的要求。
用与非门组成的基本RS触发器的激励表如表5.1.1—3所示。
用与非门组成的基本RS触发器的真值表如表5.1.1—1所示。
表5.1.1—1
5. 触发器逻辑功能的表示方法
现态:触发器在输入信号作用之前所处的状态,也就是触发器原来的稳定状态,称为触发
器的现态,用 来表示。
Qn
次态:触发器在输入信号作用之后所处的新的稳定状态,称为触发器的次态,用
示。
Q n1
来表
用与非门组成的基本RS触发器的激励表如表5.1.1—3所示。
表5.1.1—3
Ⅴ. 状态转换图 状态转换图是用图形的方式来表示触发器从一个状态变化到另一个状态或状态保持不
变时,对输入信号的要求。 用与非门组成的基本RS触发器的状态转换图如图5.1.1—4所示。
图5.1.1—4
Ⅵ. 波形图(时序图)
2. 逻辑符号
用与非门组成的基本RS触发器的逻辑符号如图5.1.1—2所示。
图5.1.1—2
由图5.1.1—2可知
Ⅰ. 两个输入端
S、R
①. S称为置“1”输入端(置位端);
②. 称为置“0”输入端(复位端);
③. 均R为低电平输入有效。
Ⅱ. 两个输出端
Q、Q
①. 正常情况下,
Q的、输出Q是互反的。
Ⅳ. 当 RS 时0,0
8触发器-第五章(latch-flipflop)
0x/0
0x/1
Q=0
11/1 Q=1
10/0
24
• 用锁存器作为 (+1)的存储器件 :
+1
S
X
+
G
Q Latches
D C
• 假设:锁存器存有被加数: – + 读锁存器的当前值,即被加数. – 作G = X + 1 运算 – 结果存回锁存器.
• ?锁存器是否从+中取到了陈旧的数.(采样太快) • ?是否需要在必要的时候禁止锁存器。 • 采样过慢则工作效率低
6
时序电路设备的实例
– 密码锁. – 电梯控制器 – 交通灯的控制
计算机本身也是时序电路: 当你按下键盘和鼠标时,计算机的响应不同,
这取决于当前运行的程序和程序所处的状态。
7
时序电路 :具有记忆功能的硬件电路.
学习内容 :
– 基本的记忆单元. – 时序电路的分析与设计. – 常用的时序部件.
8
什么是存储器(单元,内存)?
3
Clocks 在数字系统中普遍使用
• 处理器在一个内部时钟下工作. – 当代处理器芯片的时钟 3.2 GHz. – 时钟周期为0.31 ns!
• 内存模块也以时钟作为分类:
—如 “PC133” , “DDR400”
• 注意:高的时钟不一定运行更快! – 还应该考虑在一个clock cycle 里究竟完成了那些工作
2. Q’的变化以及 R=0, 使得Q在1个门延迟后 变为1 .
3. 锁存器状态保持稳定直到S , R 发生变化。
Qnext = (R + Q’current)’ Q’next = (S + Qcurrent)’
simulink flip-flop模块用法
simulink flip-flop模块用法
在Simulink中,Flip-flop模块用于实现触发器或锁存器等时序电路的功能。
要使用Flip-flop模块,可以按照以下步骤进行操作:
1. 打开Simulink模型,并在模型中找到Flip-flop模块。
可以
通过在Simulink库浏览器中搜索"Flip-flop"来找到该模块。
2. 将Flip-flop模块拖放到模型中,并连接输入和输出信号。
3. 根据需要,设置Flip-flop模块的参数。
常见的参数包括时
钟触发的上升沿或下降沿、重置信号和使能信号等。
4. 根据实际需求,连接模型中的其他模块或信号到Flip-flop
模块。
5. 调整模型中其他模块的参数,以便正确地配置整个系统的功能。
6. 运行模型,观察Flip-flop模块的输出,验证其是否按预期
工作。
需要注意的是,Flip-flop模块的具体使用方法可能会因
Simulink版本或使用的工具箱而有所不同。
因此,在实际使用过程中,可以参考Simulink的帮助文档或示例模型,以获得更详细的信息。
什么是电路中的触发器
什么是电路中的触发器触发器(Flip-Flop)是数字电路中最基本的存储器件之一,用于存储和操控二进制信息。
在电子计算机和其他数字系统中,触发器广泛应用于寄存器、计数器、存储器等关键电路中。
一、触发器的定义触发器是一种具有两个稳定状态的存储器件,能够在特定的时钟脉冲作用下,改变其输出状态。
它能够将输入的数字信号,根据特定的逻辑功能,进行记忆、延迟和放大,输出到下一个触发器或其他逻辑门电路。
二、触发器的原理1. RS触发器(RS Flip-Flop)RS触发器是最简单的触发器类型之一,由两个互补的反馈环路和两个输入端组成。
它可以通过两个输入信号(S和R)的不同组合设置和复位。
2. D触发器(D Flip-Flop)D触发器是最常见的触发器类型之一,由一个数据输入端D、一个时钟输入端CLK以及一个输出端Q组成。
D触发器的输出Q始终与输入信号D的状态保持一致,直到时钟脉冲到达。
3. JK触发器(JK Flip-Flop)JK触发器是基于RS触发器演化而来的一种触发器。
它使用两个输入端J和K,可以通过不同的输入状态实现设置、复位和翻转。
4. T触发器(T Flip-Flop)T触发器是特殊的JK触发器,只有一个输入端T(Toggle)。
当时钟脉冲到来时,T触发器的输出状态进行翻转,即从低位变为高位,或从高位变为低位。
三、触发器的应用触发器在数字系统中有着广泛的应用。
以下是触发器的一些常见应用场景:1. 计数器计数器是一种基于触发器的电路,用于计量输入脉冲的数量。
触发器被用于储存和更新计数值,并在特定条件下进行复位和循环。
2. 寄存器寄存器是由多个触发器组成的存储器件,用于存储和传输二进制数据。
它被广泛应用于CPU、RAM等计算机组件中,用于暂存和处理数据。
3. 存储器存储器是一种用于存储大量数据的设备,触发器被用于实现存储单元,将数据在内部进行存储和访问。
4. 数据传输与锁存在串行通信或并行数据传输中,触发器被用于实现数据的存储与传输,以及数据同步和时序控制。
第五章触发器Flip-Flops触发器具有记忆功能的基本逻辑
特征方程 Q* =S+R’Q
CLK=1
约束条件 RS=0 Q* = Q CLK=0 在S=R=1时,CP↓0,输出状态不确定。
简化真值表 S R 0 0 1 1 0 1 0 1 Q* Q 0 1 1*
输出波形
异步置位端S’D、异步复位端R’D,置0、置1 不受CLK 、S 、R影响,预置成指定的状态。
主从J-K触发器的一次翻转问题: 0 主触发器在CLK=1期间随J、 0 K输入变化。 从触发器的输出Q、Q’反 馈到J、K端, 0 1 0
1
0
1 1 由于Q、Q’在CLK=1期间不变, 所以J、K变化只能引起主触发器的一次翻转。
多输入端的主从JK触发器符号
J K
0 0 1 1 0 1 0 1
Q*
特性表、真值表 (Truth table)
S’D R’D Q Q*
0
S’D =0,R’D =1时Q*=1,置1信号,与Q无关。 S’D =1,R’D =0时Q*=0,置0信号,与Q无关。 置1端set,清0端、复位端Reset。 S’D =1,R’D =1时Q*= Q。 S’D =0,R’D =0时Q*=1*,不确定。 S’D,R’D不能同时为0, 约束条件S’D + R’D =1
D触发器 The Gated D Latch
D 0 1 Q* 0 1
CP=0 Q保持不变 CP=1 Q* =D
5.3 脉冲触发的主从RS触发器 The Master-slave R-S Flip-Flops
G1--G4门从触发器, G5—G8门主触发器, CLK=1,G3、G4封锁, G7、G8打开,主触发器翻转, 从触发器保持不变。 CLK↓=0,G7、G8封锁, S、R输入变化不会引起主触发器 状态变化,G3、G4打开, 从触发器按照主触发器相同状态翻转。 在CLK↓,从触发器只变化一次。 真值表、特性方程、约束条件与钟控RS触发器一样。 CLK=1期间,主触发器状态随SR可以改变多次, 从触发器只在CP↓下降沿时改变一次。 已知CP、S和R的电压波形,初态为0,求Q和Q’的输出波形:
flip flop时序逻辑电路-触发器
n+1
保持 置1 置0 不允许
Q
n+1
RS Qn 0 1
n+1
00
01
11
10
不用 不用
0 1
1 1
n
0 0
2. 简化特性表
Q
= S + RQ RS = 0 约束条件
[ 例]
R
S
Q Q
问题: 问题:不确定状态 RS直接影响输出 直接影响输出
R
S
Q
Q
4.2 同步触发器
4.2.1 同步 RS 触发器 同步触发器: 同步触发器: 触发器的工作状态不仅受输入端 (R、S) 、 控制,而且还受时钟脉冲(CP) 的控制。 的控制。 控制,而且还受时钟脉冲 等周期、等幅的脉冲串。 CP (Clock Pulse): 等周期、等幅的脉冲串。 触发器: 直接置位端; 基本 RS 触发器:S — 直接置位端; (不受 CP 控制) 不受 控制 R — 直接复位端。 直接复位端。 同步触发器: 同步触发器: 同步 RS 触发器 同步 D 触发器
0 1
G4
1
1 0
& G6
1
& G8
Q C1 Q S 1S R SDD 1RRDD S R – – SDSS CP R RD CP R 曾用符号 国标符号
R
CP
4.3.2 主从 JK 触发器 一、电路组成及工作原理 (解决 R、S 之间有约束的问题) 、 之间有约束的问题) Q Q S = JQn R = KQ n
SD RD CP J K RD J CP K
引出端功能
J
K
Qn
RD
特性表 SD CP Qn+1
触发器(Flip Flop)
基本RS触发器
信号输出端,Q=0、Q=1的状态称0
状态,Q=1、Q=0的状态称1状态,
电
路
Q
Q
Q
Q
组
成
和
&
&
S
R
逻
辑
S
符
R (a) 逻辑图
S
R
(b) 逻辑符号
号
信号输入端,低电平有效。
5
工作原理
Q
0
Q
1
RS
Q
01
0
&
&
S1
0R
①R=0、S=1时:由于R=0,不论原来Q为0还是1,都有Q=1; 再由S=1、Q=1可得Q=0。即不论触发器原来处于什么状态都 将变成0状态,这种情况称将触发器置0或复位。R端称为触发 器的置0端或复位端。
9
特性表(真值表)
态现 ,态 也: 就触 是发 触器 发接 器收 原输 来入 的信 稳号 定之 状前 态的 。状
R S Qn
00 0 0 01 01 0 01 1 10 0 10 1
11 0 11 1
Q n1
不用 不用
0 0 1 1
0 1
功能
不允许
Q n1 0
置0
Q n1 1
置1
Q n1 Q n
JQ n KQn
CP=1期间有效
19
特性表
CP J K Qn 0 ×××
1 000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
Qn+1
功能
Qn Q n1 Q n 保持
0 Q n1 Q n 保持
1
0 Q n1 0 置 0
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两式若要相等,则必有:
T J;T K
作图得: 同一个信号既要等于J又要等于K, 这是不可能的!
首先,我们列出JK触发器的真值表: 再根据T触发器的功能表:
J K Q Qn+1 T
TQ
0000 0
0 保持
0011 0 0100 0 0110 1 1001 1 1011 0
两式若要相等,则必有:
D TQ TQ T Q
作图得:
⑥用D触发器实现T’触发器功能。 分析:D触发器是现有触发器,而T’触发器为待求。 先作出T触发器,再令T为1即得T’触发器。 解:利用上题结论得:
⑦用T触发器实现JK触发器功能。 分析:T触发器是现有触发器,而JK触发器为待求。 所以应求出用J、K来表示T的表达式。 解:比较两种触发器的特征方程得:
第五章 触发器Flip-Flop
1、触发器的定义和分类 2、常用的触发器 3、触发器的分析
触发器(Flip-Flop):能够存储一位二进制数字信号的基本单元电
路叫做触发器。(P179引言部分)
特点:具有“记忆”功能。
分析下面的电路:
当A=0时,F=0
某一时刻,由于外界的干扰使得A信号
突然消失,此时,相当于A输入端悬空
Qn1 S RQ
考虑到要避免不定状态发生,(即R、S不能同时为1)故加上一个
约束条件:SR=0。所以,基本RS触发器的逻辑函数表达式(特征
方程)为:
Qn1 S RQ
与基本RS触发器完全相同
SR 0
下面,我们分析一下同步RS触发器的波形。P277
首先,按CP的值分段,当CP=0时,触发器状态保持;当CP=1时, 触发器的输出由当时的R、S决定。 若已知触发器的初值为0,则输出波形如下:
无论触发沿为何值,JK触发器的特征方程只有一个:
Qn1 J Q KQ
由特征方程,我们可以推导出JK触发器的功能表和真值表
功能表 JK 00 01 10 11
Qn+1 保持
清0 置1 翻转
将输入值代入特征方程得:
Qn1 J Q KQ 0 Q 0 Q Q
Qn1 J Q KQ 0 Q 1 Q 0 Qn1 J Q KQ 1 Q 0 Q Q Q 1 Qn1 J Q KQ 1 Q 1 Q Q
或Qn+1表S示),可R推导出基Q 本RSQ触n发1 器的真值表如下:
0
0
0
0
0
1
0
1
1
0
1
不定
0
1
1
1
置1功能
0
0
1
0
复位功能
1
1
1
1
0
0 保持功能
1
1
由真值表,利用卡诺图化简得:
XX1 1 0010
Qn1 S RQ
考虑到要避免不定状态发生,(即R、S不能同时为1)故加上一个
约束条件:SR=0。所以,基本RS触发器的逻辑函数表达式(特征
由电路结构得:F=1。
干扰发生前后, F的输出值发生的变化,故该电路没有“记忆”功 能
再看下面的电路:
当A=0时,F=0。 某一时刻,由于外界的干扰使得A信号突然消失,此时,相当于A输 入端悬空,但F端反馈回来的值仍然为0,由电路结构得:F=0。 说明该电路具有“记忆”功能。 其根本原因在于,该电路带有反馈。
3、JK触发器 由于RS触发器存在不定状态,所以应用时有局限性,为了克服这个 问题,人们更多情况下使用其他的触发器。 JK触发器的输入端有三个:时钟脉冲输入端C,控制输入端J和K。 其元件符号为:
对于边沿触发器,触发时刻有两种情形:CP的上升沿(即由0变1 的时刻)和下降沿(即由1变0的时刻)。 上面的符号分别与之对应,C端前带圈的为下降沿触发。
通过上面的分析,我们得知触发器的描述至少有下面的几种方法: 1、逻辑图 2、功能表 3、真值表 4、卡诺图 5、特征方程 6、状态图 7、波形图
2、钟控RS触发器(同步RS触发器)P276 基本RS触发器由输入信号的组合决定输出,实际中往往需要触发器 在某些特定时候(或时刻)才响应输入,因此,必须加入所谓的控 制信号,一般是时钟脉冲。 ①电路组成及元件符号
首先,将输入波形分段(作辅助线),再根据触发器的功能表作出 输出波形。
12
3 4 5 67
8
9
Q
Q
功能表:S R 00 不定;01置1;10清0;11保持。
第1段:输入为01,输出置1; 第2段:输入为11,输出保持; 第3段:输入为01,输出置1; 第4段:输入为11,输出保持; 第5段:输入为10,输出清0; 第6段:输入为11,输出保持; 第7段:输入为01,输出置1; 第8段:输入为11,输出保持; 第9段:输入为01,输出置1; 然后作 Q 的波形
方程)为:
Qn1 S RQ
SR 0
由真值表还可以推导出触发器的状态变化情况,以图形表示时,称 为状态转换图,简称状态图。
图例
用圆圈表示触发器的状态,用箭头表示状态的变化方向,发生变化 的条件则按顺序标明在箭头旁边。
另外,若已知输入信号的波形,则可以作出触发器的波形图。如: 求在输入作用下的输出波形。
称为:不定状态。
此情形应尽量避免。
因此我们得到了基本RS触发器的功能表如下:
S
R
Q
0
0 不定
0
1 置1
1
0 清0
1
1 保持
S 和 R 均为低电平有效,故: S 称为:置1输入端或置位输入端 R 称为:清0输入端或复位输入端
如果我们规定触发器原来的状态称为“现态”(用Qn表示,简记为
Q),将触发器由于输入值的影响后的输出状态称为“次态”(用 Qn+1
Q
1
1
可以保证门2的输出值为0
11 1 0
此时,触发器的Q端始终输出高电平1,称为:触发器置位或触发器
置1。
D)当S=R=1时 (即S 0, R 0)
0Q 0 1
0
可以保证门1的输出值为1。
Q
1
0
可以保证门2的输出值为1
01 0 1
此时,触发器的两个输出端都输出高电平1,出现逻辑混乱。
触发器的分类:P179 ①按稳定工作状态分: 双稳态、单稳态和无稳态(多谐振荡器)触发器。 本章仅讨论双稳态触发器。 ②按结构分: 主从结构和维持阻塞型(边沿结构)触发器。 本章仅讨论边沿触发器。
③按逻辑功能分: RS、JK、D、T和T’触发器。 本章重点讨论后四种。
常用触发器 1、基本RS触发器 ①电路组成和逻辑符号 基本RS触发器有两种:由与非门构成的和由或非门构成的。 我们以前者为例:
对于边沿触发器,触发时刻有两种情形:CP的上升沿(即由0变1 的时刻)和下降沿(即由1变0的时刻)。 上面的符号分别与之对应,C端前带圈的为下降沿触发。
无论触发沿为何值,T触发器的特征方程只有一个:
Qn1 T Q TQ T Q
由特征方程,我们可以推导出D触发器的功能表和真值表
功能表
T Qn+1 0 保持 1 翻转
输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态,即两个稳态。 当Q=0时,称为“0态”;当Q=1时,称为“1态”。
②逻辑功能分析:
A)当R=S=0时(即R S 1)
可以保证门1的
此时,门1和2的 1
1Q Q Q 输出值不变。
输出值均保持不
变,称为:触发
Q
可以保证门2的
器的保持功能。 Q
输出值不变。
D : Qn1 D JK : Qn1 J Q KQ
两式若要相等,则必有:
D J Q KQ
作图得:
⑤用D触发器实现T触发器功能。 分析:D触发器是现有触发器,而T触发器为待求。 所以应求出用T来表示D的表达式。 解:比较两种触发器的特征方程得:
D : Qn1 D T : Qn1 T Q TQ
真值表
J
K
Q
Qn+1
00
0
0 保持
00 1 1
状态图
01
0
0 清0
01 1 0
10
0
1 置1
10 1 1
11
0
1 翻转
11 1 0
4、D触发器 D触发器的输入端有两个:时钟脉冲输入端C,控制输入端D。 其元件符号为:
对于边沿触发器,触发时刻有两种情形:CP的上升沿(即由0变1 的时刻)和下降沿(即由1变0的时刻)。 上面的符号分别与之对应,C端前带圈的为下降沿触发。
1
1Q Q
B)当S=0,R=1时(即S 1, R 0)
1 1
11 1 0 可以保证门1的输出值为0。
Q
0
可以保证门2的输出值为1
0Q 0 1
此时,触发器的Q端始终输出低电平0,称为:触发器复位或触发器
清0。
C)当S=1,R=0时(即S 0, R 1)
0Q 0 1
0
可以保证门1的输出值为1。
无论触发沿为何值,D触发器的特征方程只有一个:
Qn1 D
由特征方程,我们可以推导出D触发器的功能表和真值表
功能表
D Qn+1 0 清0 1 置1
将输入值代入特征方程得:
Qn1 D 0
Qn1 D 1
真值表 DQ 00 01 10 11
Qn+1
0 清0 0
1 置1 1
状态图
5、T触发器 T触发器的输入端有两个:时钟脉冲输入端C,控制输入端T。 其元件符号为:
1 翻转 反过来使用,即: 当触发器状态保持时,T=0 当触发器状态翻转时,T=1
1101 1
填卡诺图,化简得: