第章锁存器与触发器各详解
数电基础---锁存器,触发器与寄存器
数电基础---锁存器,触发器与寄存器你强任你强,清风过⼭岗你横任你横,明⽉照⼤江少说多做锁存器,触发器与寄存器在数字电路中需要具有记忆功能的逻辑单元。
能够存储1位⼆值信号的基本单元电路统称为触发器。
触发器具有两个基本特点: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。
(能保持)2,在触发信号的操作下,根据不同的输⼊信号可以置成1或0状态。
(能置位)这⾥定义⾥⾯的触发信号很重要,触发器重要的在于触发锁存器锁存器与触发器的区别在于触发信号的有⽆锁存器的置1和置0操作是由输⼊的置1或置0信号直接完成的,不需要触发信号的触发。
SR锁存器⽤两个或⾮门组成的SR锁存器结构SR锁存器也可以⽤两个与⾮门来组成SR锁存器的真值表这⾥拿与⾮门组成的SR锁存器来分析当S D′为0,R D′为1的时候,因为与⾮门的作⽤,Q为1,Q′为0。
(置位)当R D′为0,S D′为1的时候,因为与⾮门的作⽤,Q′为1,Q为0。
(复位)当R D′为1,S D′也为1的时候,因为与⾮门的作⽤,Q与Q′的值将保持不变。
(对于上⾯的与⾮门来说,1与Q′先进⾏与运算为Q′,再进⾏⾮运算得到的输出为Q)(保持)当R D′为0,S D′也为0的时候,因为与⾮门的作⽤,Q为1,Q′也为1。
如果下⼀时刻S D′为0,R D′为1的时候,Q为1,Q′为0,就⼜回到了置位的状态,这种情况下好像没什么事情,只不过中间出现Q与Q′全为1的情况,每个状态我们都是可以确定的。
但如果R D′为0,S D′也为0,下⼀时刻R D′为1,S D′也为1,因为两个门期间的输出延时不同,会造成输出结果的不确定性,⽐如两个器件的输出延时相同,则会导致输出都为0,之后输出都为1,之后反复震荡 ......如果上⾯的与⾮门输出⽐较快,则Q为0,下⾯的门电路再输出为1,如果下⾯的⽐较快也同理,这就会出现,如果输⼊全为0,再全为1,会导致输出结果的不确定性,在使⽤这种锁存器时,要注意不能出现这种情况,应该避免出现这种情况,即要遵守S D R D=0的条件。
电路中的触发器与锁存器的原理与应用
电路中的触发器与锁存器的原理与应用在电子学中,触发器和锁存器是两种重要的数字电路元件,常用于存储和控制信号。
它们的原理和应用是学习数字电路的基础内容。
一、触发器的原理与应用触发器是一种电子开关,可以通过外部输入信号改变其内部状态。
常见的触发器有RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
以RS触发器为例,其原理是基于反馈原理和逻辑门的工作方式。
RS触发器有两个输入端S和R,一个输出端Q和其反相输出端Q'。
当输入为特定状态时,触发器的输出会被保持。
当输入信号变化时,触发器的输出也会相应改变。
触发器的应用广泛,其中一个重要的应用领域是存储器的设计。
在计算机的存储器中,触发器被用来存储和读取信息。
例如,SRAM(静态随机存储器)就是使用了大量的触发器作为存储单元。
此外,触发器还可以用于时钟电路、序列电路以及数字系统中的状态控制。
二、锁存器的原理与应用锁存器是一种能够存储数据并将其保持不变的电路。
它能够在需要时暂停或延迟信号的传输。
常见的锁存器有D锁存器、JK锁存器和SR锁存器等。
以D锁存器为例,它的原理是将输入信号直接存储在锁存器中,并在时钟信号的控制下将其放大到输出端。
D锁存器可以用于时序电路和通信系统中的信息存储和传输。
锁存器的应用非常广泛。
在数字系统中,锁存器常被用于存储并行输入数据,延迟信号传输和数据同步。
在通信系统中,锁存器可以用于接收和发送信号的同步和缓冲。
此外,锁存器还可以用于编解码器、计数器和频率分频器等电路中。
三、触发器和锁存器的区别与联系虽然触发器和锁存器有相似之处,但它们也存在一些区别和联系。
首先,触发器和锁存器都是用来存储信息的电子元件,但触发器是有状态的,而锁存器是无状态的。
触发器的输出依赖于输入信号的变化,而锁存器的输出则保持在一个特定的状态。
其次,触发器和锁存器在应用方面也有区别。
触发器常用于时序电路和状态控制,可以用来实现各种逻辑功能。
而锁存器则主要用于存储和传输信号,用来实现数据的存储和延迟传输。
锁存器与触发器ppt课件.ppt
5.2 SR锁存器 SR是各种触发器的基本构成部分 一、电路结构与工作原理
图5.2.1 或非门构成的SR锁存器
’ ’
a.电路图
b.图形符号
图5.2.2 与非门构成的SR锁存器
5.2.1 SR锁存器
电路的初态与次态
VI1 1 VO1 Q 1 1
VI1 1 VO1 Q 0 0
1 VI2
G2
Q0 VO2
1 VI2
G2
Q1 VO2
3. 模拟特性分析
O1 = I2 I1 = O2
G1 VI1 1 VO1 Q
O1
e
稳态点
(dQ=1)
1 VI2
G2
Q VO2
c
介稳态
点
a
0
b 稳态点
(Q=I01)
概述
一、能用于记忆1位二进制信号的基本单元电 路统称为触发器
5)动作特点:E=1期间电路对信号敏感,并按S 、 R信号改变 锁存器的状态。
5.2.2 D 锁存器
1. 逻辑门控 D 锁存器
逻辑电路图
R
G4 & Q4
G2
≥1
E
1 G5
D S
≥1 &
Q3 G1 G3
国标逻辑符号
Q
D 1D
Q
E E1
Q
Q
该锁存器有几种工作状态?有非定义状态吗?
1. 逻辑门控 D 锁存器
逻辑功能
D 锁存器的功能表
E
R =D
G4 &
Q4
G2 ≥1
G5 1
≥1 & Q3
锁存器、触发器、寄存器和缓冲器原理
锁存器、触发器、寄存器和缓冲器一、锁存器锁存器(latch)---对脉冲电平敏感,在时钟脉冲的电平作用下改变状态。
锁存器是电平触发的存储单元,数据存储的动作取决于输入时钟(或者使能)信号的电平值,仅当锁存器处于使能状态时,输出才会随着数据输入发生变化。
(简单地说,它有两个输入,分别是一个有效信号EN,一个输入数据信号DATA_IN,它有一个输出Q,它的功能就是在EN有效的时候把DATA_IN的值传给Q,也就是锁存的过程)。
锁存器不同于触发器,它不在锁存数据时,输出端的信号随输入信号变化,就像信号通过一个缓冲器一样;一旦锁存信号起锁存作用,则数据被锁住,输入信号不起作用。
锁存器也称为透明锁存器,指的是不锁存时输出对于输入是透明的。
应用场合:数据有效迟后于时钟信号有效。
这意味着时钟信号先到,数据信号后到。
在某些运算器电路中有时采用锁存器作为数据暂存器。
缺点:时序分析较困难。
不要锁存器的原因有二:1、锁存器容易产生毛刺,2、锁存器在ASIC(专用集成电路)设计中应该说比ff(触发器)要简单,但是在FPGA的资源中,大部分器件没有锁存器这个东西,所以需要用一个逻辑门和ff来组成锁存器,这样就浪费了资源。
(用CPLD(复杂可编程逻辑器件)和FPGA(现场可编程逻辑阵列)来进行ASIC设计是最为流行的方式之一)优点:面积小。
锁存器比FF快,所以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。
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。
二、触发器触发器(Flip-Flop,简写为FF),也叫双稳态门,又称双稳态触发器。
是一种可以在两种状态下运行的数字逻辑电路。
触发器一直保持它们的状态,直到它们收到输入脉冲,又称为触发。
当收到输入脉冲时,触发器输出就会根据规则改变状态,然后保持这种状态直到收到另一个触发。
校招基础——锁存器和触发器
校招基础——锁存器和触发器基本概念1、名词解释锁存器(latch)是电平触发的存储单元,数据存储的动作取决于输⼊时钟(或者使能)信号的电平值,尽当锁存器处于使能状态时,输出才会随着数据输⼊发⽣变化。
触发器(flipflop)是边沿敏感的存储单元,数据存储的动作由某⼀信号的上升或者下降沿⾏同步的。
(钟控D触发器其实就是D锁存器,边沿D触发器才是真正的D触发器)寄存器(register)是⽤来暂时存放参与运算的数据和运算结果。
在实际的数字系统中,通常把能够⽤来存储⼀组⼆进制代码的同步时序逻辑电路称为寄存器。
2、锁存器和触发器的区别锁存器同其所有的输⼊信号相关,是电平触发,当输⼊信号变化时锁存器就变化,没有时钟端,属于异步电路设计,时序分析困难且浪费⼤量芯⽚资源。
触发器受时钟控制的边沿触发,只有在时钟触发时才采样当前的输⼊产⽣输出,当然因为锁存器和触发器⼆者都是时序逻辑,所以输出不但同当前的输⼊相关,还同上⼀时间的输出相关。
3、触发器、锁存器、寄存器的区别?由于触发器内有记忆功能,因此利⽤触发器可以⽅便地构成寄存器。
由于⼀个触发器能够存储⼀位⼆进制码,所以把n个触发器的时钟端⼝连接起来就能构成⼀个存储n位⼆进制码的寄存器。
从寄存数据的⾓度来讲,寄存器和锁存器的功能是相同的;它们的区别在于寄存器是同步时钟控制,⽽锁存器是电位信号控制。
4、锁存器有哪些缺点?锁存器在不锁存数据时,输出端的信号随输⼊信号变化,就像信号通过⼀个缓存器⼀样;⼀旦锁存信号起锁存作⽤,则数据被锁住,输⼊信号不起作⽤。
因此锁存器也称为透明锁存器,指的是不锁存时输出对输⼊是透明的。
此外锁存器还有以下⼀些缺点:(1)对⽑刺敏感,不能异步复位,所以上电后处于不确定的状态。
(2)锁存器会使静态时序分析变得⾮常复杂。
(3)在 FPGA 中,基本的单元时由查找表和触发器组成的,若⽣成锁存器反⽽需要更多的资源。
5、触发器有哪些类型?根据逻辑功能不同:RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T'触发器等。
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
电路中的触发器与锁存器
电路中的触发器与锁存器电路中的触发器和锁存器是数字电子电路中非常重要的组件。
它们在计算机、通信设备和各种数字系统中起着关键的作用。
触发器和锁存器可以存储和传输二进制数据,是数字电路中的存储单元。
一、触发器触发器是一种多稳态逻辑电路,可以存储和处理二进制数据。
它可以将输入信号通过时钟脉冲的触发而切换到输出端。
触发器有两个稳态,即使时钟信号停止,触发器的输出也会保持不变。
在数字电路中,常用的触发器有SR触发器、D触发器、JK触发器和T触发器等。
SR触发器是最简单的触发器之一,它有两个输入端,分别是S (Set,设定)和R(Reset,复位)。
当S和R都为低电平时,输出保持不变;当S为高电平,R为低电平时,输出为高电平;当S为低电平,R为高电平时,输出为低电平;而当S和R都为高电平时,则为禁止状态。
D触发器也是一种常用的触发器,它只有一个输入端D。
当时钟信号到来时,输入端的值被传送到输出端。
这使得D触发器非常适用于数据存储、寄存器和移位寄存器等应用。
JK触发器是一种可改变输出状态的触发器。
它有两个输入端,分别是J(Set)和K(Reset)。
当时钟信号到来时,JK触发器的输出将根据J、K的状态进行切换。
当J和K同时为1时,输出反转;当J和K同时为0时,输出保持上一个状态不变;当J为1,K为0时,输出为1;而当J为0,K为1时,输出为0。
T触发器是一种特殊的JK触发器,它只有一个输入端T(Toggle,翻转)。
当时钟信号到来时,T触发器的输出将根据输入端的状态进行翻转。
如果T为1,输出翻转;如果T为0,输出保持不变。
二、锁存器锁存器是一种用来存储和传输二进制数据的电路。
它可以在时钟信号的作用下,将数据保持在输出端,并在时钟信号改变时刷新数据。
常用的锁存器有RS锁存器、D锁存器和JK锁存器等。
RS锁存器和SR触发器的工作原理类似,有两个输入端R和S,用于设置和复位。
当R和S同时为0时,输出保持不变;当R为1,S为0时,输出为1;当R为0,S为1时,输出为0;而当R和S同时为1时,则为禁止状态。
《数字逻辑设计》第8章 锁存器与触发器
0
↑
1
1
1
1
0,1,↓ X
1
1
Qn
CK
ClrN
1
PreN
D
设1
Q
清0
保持
Example Flip-Flops with Additional Inputs
例1:写出JK触发器的次态方程
+
CP AB
Qn+1 = J Qn + K Qn
JQ CP KQ
TTL电路: 悬空相当于 接高电平1
= J Qn = A Qn + B Qn Qn
Edge-Triggered D Flip-Flop
(5).驱动表
驱动表
Qn
Qn+1 D
00
0
01
1
10
0
11
1
Latches and Flip-Flops
2. S-R 触发器
(1). 逻辑符号
QQ R CK S QQ
R CK S
(2). 功能表
R S Qn Qn+1 000 0 001 1 010 1 011 1 100 0 101 0 110 × 111 ×
♦ 时序电路当前时刻的状态是什么? ♦ 在输入信号的作用下,下一时刻的状态是什么?
Q
0
1
0 =R 1
Q’
1
对输入信 号高电平 敏感
2
0 S= 0
(2) 功能表
置0端 R
0
0
置1端 S
0
0
现态 Qn 0
1
次态 Qn+1
0
1
保持
0
1
01
锁存器和D触发器
锁存器和D触发器锁存器和D触发器2010-10-05 09:34 D触发器是指由时钟边沿触发的存储器单元,锁存器指一个由信号而不是时钟控制的电平敏感的设备。
锁存器通过锁存信号控制,不锁存数据时,输出端的信号随输入信号变化,就像信号通过缓冲器一样,一旦锁存信号起锁存作用,则数据被锁住,输入信号不起作用。
锁存器和D触发器实现的逻辑功能基本相同,都是暂存数据。
由与非门搭建的话,锁存器所耗用的逻辑资源比D触发器少,所以使用锁存器有更高的集成度,但锁存器有一下缺点:(1)对毛刺敏感,毛刺信号会传递下去,无异步复位端,不能在芯片上电时处在一个确定的状态;(2)会使静态时序分析变得复杂,可测性不好,不利于设计的可重用,所以当今的ASIC设计中除了CPU这种甚高速电路,一般不提倡使用锁存器;(3)FPGA器件中有大量的D触发器结构而没有锁存器这种现成的结构,使用锁存器会更耗资源,如何避免使用锁存器:(1)时序逻辑电路中,可用带使能端的D触发器实现;(2)在组合进程中赋默认值;(3)对所有输入条件赋输入值,以覆盖所有条件分支(特别是if.else.和case结构);(4)避免产生组合电路反馈,组合电路反馈会引起精确静态时序分析难以实现等一系列问题。
在有些设计中,不可避免的需要用到锁存器,如在PCI接口设计中要完成PCI规范中对Reset功能的定义。
可以通过多位选择器,有测试模式管脚做选择控制位来使设计是可测试的。
"触发器"泛指一类电路结构,它可以由触发信号(如:时钟,置位,复位等)改变输出状态,并保持这个状态直到下一个或另一个触发信号来到时,触发信号可以用电平或边沿操作.锁存器是触发器的一种应用类型.在CMOS电路中典型的锁存器(LATCH)是由两个反相器和两个数据开关组成,其中输入数据开关在闸门(GATE)电平操作下开启送入数据.当闸门关闭后,另一个数据开关开启,使两个反相器的串联闭合,形成RS触发器类型的正反馈电路,数据保持在这个RS触发器中,以达到锁存的目的,直到下一个闸门周期.由两个这样的锁存器可以级联成主从结构,并执行互补的操作.即前一个送入数据时,后一个保持先前的数据,而前一个锁存数据时,后一个送入这个新数据到输出端.形成一个边沿触发的D触发器,而闸门控制信号成为触发器的时钟.也可以认为D触发器是用时钟边沿锁存数据的,但习惯上不称其为锁存器LATCH.在CMOS芯片内部经常使用锁存器,但是在PCB板级结构上,建议用触发器在时钟边沿上锁存数据.这是因为在锁存器闸门开启期间数据的变化会直接反映到输出端,所以要注意控制闸门信号的脉冲宽度.而对于触发器,只考虑时钟的边沿latch和flip-flop都是时序逻辑,区别为:latch同其所有的输入信号相关,当输入信号变化时latch就变化,没有时钟端;flip-flop受时钟控制,只有在时钟触发时才采样当前的输入,产生输出。
数电知识之锁存器和触发器
5.3 触发器的电路结构和工作原理
CP RD 1
0 0 0
0
1
G1
&
D
0
Q5
0 0 0
&
0
D Q3
0 0 0
&
0
Q
D
0 0 0
G5 G6
&
G3 G4
D Q6
0
0 0 0
&
D
0
Q4
0 0 0
&
0
Q
D
G2
SD
1
• 当CP由0变1时触发器 翻转。这时G3和G4门 打开,它们的输出Q3 和Q4的状态由G5和G6 的输出状态决定。 G4输出的 D一方面使Q 的状态为D,另一方面 使G3的输出为D避免使 触发器臵零;另外G4 至G6的反馈线使G6输 出维持D,继续维持G4 的输出为 D 。
5.2 锁存器
• A、SR锁存器 1、基本SR锁存器 I、由与非门构成的SR锁存器
Q Q Q Q
&
&
S
R
S (a) 逻辑图
R (b)
S
R 逻辑符号
5.2 锁存器
• 根据与非门的逻辑特点,锁存器的逻辑表达式为:
Q Q
Q SQ
Q RQ
R
&
&
S
5.2 锁存器
• 工作原理:
Q
0
1
Q
R 0
S 1
1 b)当CP由1变成0后, 情况则相反,G1和G2封 锁,R、S不影响主触发 器的状态,而这时从触 发器的G5和G6则打开, 从触发器可以翻转。此 时从触发器是在CP的下 降沿发生翻转,CP一旦 达到0电平后,主触发 器被封锁,其状态不受 RS的影响。从触发器的 状态也不可能再改变。
锁存器和触发器
CP
CP
2、双稳态存储单元电路
介稳态
G1 1 Q
稳态 0 0
稳态 1 1
G2 1 Q
双稳态的物理模型
双稳态存储单元电路
VI1
G1 1
VO1
Q
VI2
1 G2 VO2
Q
第一种稳态: Q=0,Q =1; 第二种稳态: Q =0. Q=1,
3、锁存器
3.1 SR锁存器
(1)基本SR锁存器(或非门)
R G1 ≥1 Q
数字电路 --锁存器和触发器
1、锁存器与触发器
相同点:
都具有0和1两个稳定状态,一旦状态被确定,就能自行保持,即 长期存储一位二进制码,直到通过外部信号的作用才有可能改变。
不同点:
锁存器---对脉冲电平敏感,它们 可以在特定输入脉冲电平作用下改 变状态。 触发器---对脉冲边沿敏感的存储电 路,其状态只有在被称作时钟脉冲 的上升沿或下降沿的变化瞬间才能 改变。
L L H H L L ×
DN
L H L* H* ×
内部锁存 器状态
L H L H ×
输出 QN
L H L H 高阻
锁存和读锁存器 锁存和禁止输出
L L H
传输门电路及其工作原理
C TP VI/VO +5V 0V TN C VO/VI
C VI/VO TG C VO/VI
CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成,如图所示。 TN和TP是结构对称的器件,它们的漏极和源极是可互换的,因而传输门的输入和输出 端可以互换使用,即为双向器件。
1 G2 Q
E=1时的等效电路: C =0,C=1 G1 TG1导通 1 D Q TG2断开 TG1
锁存器与触发器总结
1、S-R 类 类型 S-R
S 非-R 非
具有使 能端的 S-R 锁 存器
类型 主从式 S-R 触 发器
结构 S 0 0 1 1 0 0 1 1
S 0
0 1 X
结构
说明:负边沿触发式 D 触发器用 S-R 锁存器代替
主从式 J-K 触 发器
边沿触 发式 JK 触发 器
功能表
功能说明
0
0
1
用时,锁存器的两个输出信号都为
1 上一个 Q 值 上一个 QN 值 1,而不是像 S-R 锁存器那样,输出同
时为 0。
RC
Q
QN
在使能输入 C 有效时才对输入敏感。
0 1 上一个 上一个
Q值
QN 值
11
0
1
01
1
0
X 0 上一个 上一个
Q值
QN 值
功能表
功能说明
SRC
Q
QN
输出也只能在控制信号 C 的
边
第一个锁存器称为主锁存器,当 CLK 为 0 时主
沿
锁存器打开并且跟踪输入信号的变化。当 CLK
触
从 0 变 1 时,主锁存器关闭,并且它的输出传
发
送到第 2 个锁存器,这第二个锁存器称为从锁
式
存器。从锁存器在 CLK 为 1 期间始终保持打开,
D
但是由于主锁存器在此期间处于关闭状态并
触
且其输出保持不变,因此从锁存器的输出只在
具有使能
D
EN
CLK
Q
端的边沿
触发式 D
0
1
0
触发器
QN
如果 EN 有效,则选择了外部的 D 端输入;如
数字电子技术 第四章 锁存器和触发器
4.2 锁存器
锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元 电路,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。锁存器最主要 作用是缓存,不仅可以解决高速的控制器与慢速的外设不同 步、驱动异常等问题,还可以解决一个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 源自控制的锁存器和带使能控制的锁存器。
0 状态
1 状态
具有0、1两种逻辑状态,一旦进入其中一种状态,就能 长期保持不变的单元电路,称为双稳态存储电路,简称 双稳态电路。
4.1 基本双稳态电路
缺点: 在接通电源后,随机进入0状态或1状态,由于没有 控制电路,所以无法在运行中改变和控制它的状态, 从而不能作为存储电路使用。 但是,该电路是各种锁存器、触发器等存储单元的 基础。
第四章 锁存器和触发器
第4章 锁存器和触发器
4.1 基本双稳态电路 4.2 锁存器 4.3 触发器
第4章 锁存器和触发器
教学基本要求
1、熟练掌握锁存器的工作特征、逻辑功能 2、熟练掌握触发器的工作特征、逻辑功能 3、熟练掌握触发器逻辑电路的分析和应用
4.1 基本双稳态电路
G1 Q
Q G2
4.1 基本双稳态电路
4.3 触发器
4.3.1 RS触发器
4.3 触发器
4.3.1 RS触发器
A
SS
Q
C
B
RR
Q
CP
4.3 触发器
4.3.1 RS触发器
A
SS
Q
C
B
RR
Q
CP
代入可得:
CP A (a) B
S R (b) Q
数字电子技术基础第5章锁存器与触发器PPT课件
分立元件触发器和集成触发器。
按工作方式分类
边沿触发器和电平触发器。
触发器的工作原理
触发器在输入信号的作用下,通过内部逻辑门电路的开关特性,实现状态的翻转。
触发器的状态翻转通常发生在时钟脉冲的边沿,此时触发器的输出状态将根据输入 信号和内部状态而改变。
触发器具有置位、复位和保持三种基本功能,这些功能可以通过组合不同的逻辑门 电路来实现。
存储器
触发器还可以用于构建更复杂的存储器,如静态随机存取存储器(SRAM)等。在这些存储器中,触发器 用于存储二进制数据,并在需要时提供数据输出。
两者结合的应用实例
• 数字系统:在数字系统中,锁存器和触发器经常结合使用。 例如,在微处理器或数字信号处理系统中,锁存器和触发器 用于实现数据的存储、传输和控制。这些系统中的锁存器和 触发器通常以大规模集成(LSI)或超大规模集成(VLSI) 的形式存在。
VS
中规模集成电路
在中规模集成电路中,我们将学习一些常 见的数字集成电路,例如译码器、编码器 和比较器等。这些集成电路在数字系统中 有着广泛的应用,例如在计算机、通信和 控制系统等。我们将学习这些集成电路的 工作原理、特性和应用。
THANKS
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04
锁存器与触发器的比较
工作原理比较
锁存器
在时钟信号的控制下,实现数据的存 储和传输。当控制信号处于高电平时 ,数据被写入锁存器;当控制信号处 于低电平时,数据保持不变。
触发器
具有记忆功能的基本逻辑单元,能够 在时钟信号的控制下,实现数据的存 储和传输。在时钟脉冲的上升沿或下 降沿时刻,数据被写入触发器。
锁存器和触发器在数字电路中有着广 泛的应用,例如在寄存器、计数器和 时序逻辑电路中。在本章中,我们学 习了这些应用的具体实现和原理。
锁存器和触发器
锁存器和触发器锁存器(Latch)和触发器(Flip-flop)是数字电路中常用的存储元件。
它们能够存储一个或多个位的信息,并将其在需要的时候保持下去。
在数字电路中,锁存器和触发器常用于存储、传输和操作数据。
本文将介绍锁存器和触发器的基本原理、特性和应用。
1. 锁存器锁存器是一种能够存储和保持输入信号状态的元件。
它可以通过一个控制信号来控制存储和保持动作。
常见的锁存器有SR锁存器、D锁存器和JK锁存器。
1.1 SR锁存器SR锁存器是由两个交叉连接的与非门构成的。
它有两个输入信号:S(Set)和R(Reset)。
当S=1、R=0时,输入Q=1,输出Q’=0;当S=0、R=1时,输入Q=0,输出Q’=1;当S=0、R=0时,保持前一状态不变;当S=1、R=1时,无效。
SR锁存器的真值表如下:S R Q Q’0 0 Q Q’0 1 0 11 0 1 01 1 禁止禁止1.2 D锁存器D锁存器是由一个与非门和一个与门构成的。
它只有一个输入信号D(Data)。
当D=0时,输入Q=0,输出Q’=1;当D=1时,输入Q=1,输出Q’=0。
D锁存器的真值表如下:D Q Q’0 0 11 1 01.3 JK锁存器JK锁存器是由两个与非门和一个与门构成的。
它有两个输入信号J(Jump)和K(Kill)。
当J=1、K=0时,输入Q=1,输出Q’=0;当J=0、K=1时,输入Q=0,输出Q’=1;当J=0、K=0时,保持前一状态不变;当J=1、K=1时,输入Q’=Q’的反相。
JK锁存器的真值表如下:J K Q Q’0 0 Q Q’0 1 0 11 0 1 01 1 翻转翻转2. 触发器触发器是一种特殊的锁存器,它能够根据时钟信号进行同步操作。
触发器有很多种类,其中最常见的是D触发器、JK触发器和T触发器。
2.1 D触发器D触发器是一个带有使能端的触发器,它只有一个输入信号D(Data),一个时钟信号CLK(Clock)和一个使能信号EN(Enable)。
触发器分类描述
它信号端如何连接,比较两种触发器的次态方程 可得到D=T ⊕ Q,转换图如图1-6所示:
T
J
Q
CP
K
Q
图1.5 由JK触发器组成的T触发器
T
=1
D
Q
CP
Q
图1.6 由D触发器组成的T触发器
(5) T’触发器
T’触发器是在每个CP脉冲作用下,都会翻转。对于T触发器,当T=1时,就变成了T’ 触发器。这种触发器非常适合于用作计数触发器。当D=Q时,原D触发器就成了T’ 触 发器,由CP脉冲上升沿触发;而当J=K=1时,原J-K触发器也成了T’ 触发器,由CP脉 冲下降沿触发。用J-K触发器、D触发器构成的 T’ 触发器分别如图1-7(a)、(b)所示。
解 此题信号K的某些跳变与CP脉冲的跳变发生在同一时刻,这是初学者容易感到疑惑的 地方,所以要注意到,画Q次态波形时应看CP脉冲下降沿前一刻的J、K值。画波形时, 从第1个CP脉冲开始分析,看它的下降沿前的J、K为何值,再依据J-K触发器真值表所述 的功能,确定Q的次态,也就是CP脉冲下降沿触发以后Q的新状态。例如图(a)中第1个 CP脉冲下降沿前一刻,J、K同为1,经CP脉冲触发后Q必然翻转,所以在第1个CP脉冲 下降沿后Q由1变为0。这样分析下去,直到最后一个CP脉冲为止。故该题正确的Q端工 作波形如图2-1(b)所示.
两种状态的转换叫“翻转”。
②发. 除器了演基变本而来RS的触T发触器发外器,,其不它光触有发控器制,输如入J信K触号发(J器,,K,DD触,发T器),,还以有及触由发这信两号种,触称
5、锁存器和触发器
SD
1
74HC/HCT74的功能表
输 入
SD L RD CP H × D ×
输 出
Q H Q L SD H
输 入
RD H CP D L*
输 出
Q L Q H
SD
D CP
S
1D C1
Q
H
L
L
L
×
×
×
×
L
H
H
H
H
H
Q
H*
H
L
RD
R
逻辑符号
注:L*和H*表示CP脉冲上升沿到来之前瞬间的电平
维持阻塞触发器
特性方程: Qn+1=D
D CP
1D C1
Q Q
逻辑符号
CP
特性表 D Qn Qn+1
D=1
0
0 1 1
0
1 0 1
0
0 1 1
D=0
0
D=0
1
D=1
CP
激励表 Qn Qn+1 0 0 0 1 1 0 1 1
D 0 1 0 1
双D触发器74HC/HCT74芯片
74F系列TTL电路74F112利用传输延迟的JK触发器逻辑图,与上述电路现比, 增加了直接置1、置0端 G12 G11
&
G4
SD
K CP
&
Q4
G13
>1
Q
&
&
G23
RD
J
&
G3
Q3
&
G22
>1
G21
锁存器与触发器各详解.pptx
1
≥1
0
1
≥1
0 0
≥1
1
3
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3)S=R=0时 Q 和 Q 互锁,保持不变。 这是锁存器的特点:当输入处于某一状态时,输出保持。
两个稳定状态:
S=0,R=0,Q=1: S=0,R=0,Q=0:
0
1
≥1
≥1
锁Q 存=0 器的存储 Q 记=1 忆功能
1
0
≥1
≥1
0
0
2. T 3、状态转换图
Qn1 TQnTQn
TJ ==11
K=×
T=KJ0==×0
0
1
KJT==×0=0
TKJ===×11
当T触发器的输入控制端为T=1时,称为T’触发器。
T’触发器的特性方程为: Qn1 Qn
46
第47页/共69页
四、 RS触发器
1. 状态真值表
S
R
S CP R
(b) 曾用符号
CP
S
R
置为为““?1””状状态态
CP
Q F主 Q
S CP R
1
J .K
CP
第31页/共69页
(4) J=0,K=0
保持原态 保持原态
Q
.
Q.
Q F从 Q
CP
S
R
CP
Q F主 Q S 0 CP R0
0
0
J .K
1
CP 0
0
第32页/共69页
保持原态
1
真 值 表
CP↓
J K Qn 000 001 010 011 100 101 110 111
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门控RS锁存器是在基本锁存器的基础上增加两个与门G3 和G4,由锁存使能信号E控制。
≥1
G4
≥1
G3
E
E = 0 时, G3和G4 被封
锁,Q3和Q4都为 0 ,S、
R端的电平不影响输出,
基本锁存器保持;
E
E = 1 时, G3和G4开放,
输出由S、R决定,完成基
(主锁存器工作,从锁存器保持)
②CP↓时,从锁存器工作,在此刻之前主锁存 器的输出Q’如发生了变化,从锁存器CP有效 时,其输出将产生相应的变化;
(从锁存器向主锁存器看齐)
21
③ CP=0时,主锁存器禁止,S、R不影响Q’,从 锁存器输入信号不变,其输出稳定后不再变化 。 特点
◆触发器的总输出Q只在CP由 1 变 0 时刻可能 发生翻转,称之为下降沿触发。
CP上升沿前接收信号,上升沿时触发器翻转, 上升沿后输入 D不再起作用,触发器状态保持。
40
例:D 触发器工作波形图
上升沿触发翻转
CP D Q
41
2、利用传输延迟的触发器
两个与或非门构成的SR锁存器作为触发器的输出,与非门 构成触发器的输入电路,用来接收输入J、K的值。在集成电路 工艺上保证G3、G4 的传输延迟时间大于SR锁存器的翻转时间。
同时为1
CP Q DQ
16
D触发器状态表 D Qn+1 00 11
传输门控D锁存器,常用型号八D锁存器74373。
17
3、门控锁存器存在的问题——空翻
CEP
S R
Q 有效翻转 空翻
由于在E=1期间,都能接收R、S信号,此时如R、S发生 多次变化,锁存器的状态也可能发生多次翻转,这种现象 叫做空翻。
使锁存器置1(置位) 。 S 为置位端Set 。
1 1
≥1
0
1
≥1
0 0
≥1
1
5
3)S=R=0时 Q 和 Q 互锁,保持不变。 这是锁存器的特点:当输入处于某一状态时,输出保持。
两个稳定状态:
S=0,R=0,Q=1: 锁Q 存=0 器的存储 S=0,R=0,Q=0: Q 记=1忆功能
0
1
1
0
≥1
≥1
K= 1
(c) 国标符号
46
三、T 触发器
如果把JK触发器的两个输入端J2 和K连在一起, 并把这个连在一起的输入端用T表示,这样就 构成了T触发器。
1.
T
1T
Q
n+1
TQ
0 Qn
CP
C1
Q
1 Qn
47
2. T 3、状态转换图
T=KJ==0×0
Qn1 TQnTQn
TKJ===1×1
0
1
KJT==×0=0
翻为转“为?“”0状”状态态
状态不变
Q
.
1 0
Q.
0 1
Q F从 Q
S CP R
01 0 CP 1
Q F主 Q S 0 CP R1
01
11
J .K
1
CP 0
0
状态不变
主从状 态一致
01 1
(2)J=0,K=1
Q1
.0
Q.
0 1
设触发器原态为“1”态
Q F从 Q
S CP R
0
1
翻转为“0”态
CP
本锁存器的功能。
13
E=1时
S 0 0 1 1
RS =0
(约束条件)
R
Q n+1
0
Qn(保持)
1
0(置0)
0
1(置1)
1
Ø(不定)
Q
Q
1R C 1 1S C EP
功能波形图 CEP
R S Q Q
不 置 不 置 不置 不置 不 不 不 变 1 变 0 变1 变 0 变变变
15
2、门控D锁存器
逻保辑证门SR控不
18
5.4 主从触发器
1、主从RS触发器
≥1
≥1
≥1
≥1
主锁存器
从锁存器
Q
Q
┌
┌
1R C 1 1S
CP
19
Q
Q
┌
┌
1R C 1 1S
CP
主从触发器的逻辑结构为主从结构,分别由两 个互补的时钟控制。
20
工作原理 ①CP=1时,主锁存器工作,S、R影响主锁存
器的输出Q’(信息写入主锁存器),但从 锁存器禁止,状态不变;
TKJ===×11
当T触发器的输入控制端为T=1时,称为T’触发器。
T’触发器的特性方程为: Qn1 Qn
48
四、 RS触发器 1. 状态真值表
S
R
S CP R
(b) 曾用符号
1S C1 1R S CP R
(c) 国标符号
49
RS 触发器功能表
S
R
Qn Qn+1
说明
0
0
00
保持
0
0
11
设触发器原态为“0”态
Q F主 Q S 0 CP R1
1
保为持““?0””态
00
11
J .K 1
CP 0
0
Q
.
Q.
(3) J=1,K=0
Q F从 Q
S CP R
置为为““?1””状状态态
CP
Q F主 Q
S CP R
1
J .K
CP
(4) J=0,K=0
保持原态 保持原态
Q
.
Q.
Q F从 Q
◆有两个互补的输出端,有两个稳定的状态 ◆有复位(Q=0)、置位(Q=1)、保持原状态三种功能 ◆ R为复位输入端,S为置位输入端,可以是低电平有效, 也可以是高电平有效,取决于锁存器的结构 ◆由于反馈线的存在,无论是复位还是置位,有效信号只 需要作用很短的一段时间,即“一触即发”
12
5.3 门控锁存器
42
5.6 触发器逻辑功能及其描述
按照逻辑功能的不同特点,通常将时钟控制的触 发器分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器 等几种类型。
逻辑功能描述即描述触发器的次态与原态、输入信 号之间的逻辑关系,描述方法有特性表(真值表)、特 性方程、状态转移图、波形图等。
关于电路结构和逻辑功能 关于触发方式及其表示方法
1、维持-阻塞D触发器
RD D CP SD
逻辑符号
38
D1
பைடு நூலகம்
D
1D
D
1
1D
0
D1
D1 D1
D D1
D1
Q D Q D D Q D D Q D
D Q Q 状态不变
触发器被封锁
D QQ
由与非门构成的 基本RS锁存器
(低有效)
39
工作原理 (1) CP=0时,Qn+1= Qn ,保持; (2) CP↑到时,则 Qn+1= D ,触发翻转; (3) CP=1时,无论D是否变化,Qn+1=Qn ,保持 (4) CP 到时,则 Qn+1= Qn,保持
43
一、 D触发器
1. D触发器状态真值表
SD
RD
2、特征方程 Q n+1=D
3、
描述触发器的状态转换关 D= 0 系及转换条件的图形称为 状态图
CP D
(b) 曾用符号
D= 1
0
1
D= 1
D= 0
44
二、 JK触发器
1. JK触发器真值表
J
K
Qn
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
1
8
4、波形图
反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为 波形图
S
R Q
Q
不 置1 允 置1 置0
许
置1
保不 持允
许
不 确 定
9
5、与非门组成的基本RS锁存器
Q G1 &
R
Q
&
G2
S
Q
Q
RS
RS
10
这种触发器的触发信号是低电平有效,因此在逻 辑符号的输入端处有小圆圈。
11
基本锁存器的特点总结
在输入信号取消后,能将获得的新状态保存下来。
3
5.2 基本RS锁存器
1、逻辑符号 R、S为触发脉冲输入端,
R为复位(Reset)端,S为置位(Set)端 Q、Q 为两个互补的输出端 2、电路结构:由两个“或非”门构成的R-S锁存器电路 图
由门电路组成的,它 与组合逻辑电路的根本区 别在于,电路中有反馈线,
1
1
Qn+1
0 1 0 0 1 1 1 0
说明
保持 (Qn+1=Qn)
置0 (Qn+1=0)
置1 (Qn+1=1)
翻转 (Qn+1= Q n )
2.特征方程
JK触发器的特征方程为 Qn1 JQnKQn
3、状态转换图
J=1 K =×
J= 0 K =×
0
1
J=× K =0
1J C1 1K
J=×
J CP K
36
主从触发器的一次翻转现象
触发器的状态与 真值表不对应
0
主从触发器: CP=1, 若J、K多