数字电路逻辑设计笔记:chap5集成触发器

Posted 2021-12-12 临风而眠

数字电路逻辑设计笔记(5):chap5 集成触发器

本章关注的是触发器的功能

如同门是组合逻辑电路的基本单元一样，触发器是时序逻辑电路的基本单元

组合逻辑电路的输出仅仅取决于当时的输入

时序逻辑电路的输出不仅仅取决于当时的输入，还与过去的状态有关系，时序电路有记忆功能

时序逻辑电路相当于组合电路加存储单元

X：外部输入 Q：内部输入

Z: 外部输出 Y : 内部输出

文章目录

• 数字电路逻辑设计笔记(5):chap5 集成触发器
• • 时序逻辑电路简述
  • • • 时序逻辑电路的结构和工作特点
      • 时序逻辑电路的分类
      • 时序逻辑电路的表示工具--状态表和状态图
      • • 状态表和状态图的转换
        • 几种工具之间的转换
  • 触发器概述
  • • • 触发器的输入与输出
      • 触发器的分类
      • 触发器知识结构
• **§5.1** 基本RS触发器(RSFF )
• • 一.电路结构和工作原理
  • 二.基本RS触发器的功能描述
  • • 1.状态转移真值表
    • 2.特性方程
    • 3.状态转换图
    • 4.波形图
• §5.2 同步(钟控)触发器
• • 一.同步(钟控)RS触发器--RS锁存器(Latch)
  • 二.同步(钟控) D触发器--D锁存器
  • 三.同步T触发器
  • • • T'触发器
• §5.3 主从触发器
• • 一.主从RS触发器
  • • 1.电路结构和工作原理
    • 2.主从RS触发器的动作特点
  • 二.主从JK触发器
  • • 电路结构和工作原理
  • 三、集成主从触发器简介
• §5.4 边沿触发器（flip-flop）
• • 一.边沿D触发器电路结构和工作原理
  • 二.集成边沿触发器简介
• §5.5 触发器逻辑功能与描述方法汇总
• • 一.RS触发器
  • 二.JK触发器
  • 三.D触发器
  • 四.T触发器
  • • • T'触发器
• §5.6 不同类型触发器之间的转换
• • 一.D触发器->其他
  • • 1.D->JK
    • 2.D->T/T'
  • 二.JK触发器->其他
  • • 1.JK->D
    • 2.JK->T
• §5.7 触发器总结

时序逻辑电路简述

• 时序逻辑的基础：触发器

  

时序逻辑电路的结构和工作特点

1时刻的输入和1时刻的状态(现态)决定了1时刻的输出和2时刻的状态，在1时刻来看，2时刻的状态称为次态

2时刻的输入和2时刻的状态(现态)决定了2时刻的输出和3时刻的状态(次态)

时序逻辑电路的分类

• 根据电路的工作方式(电路中触发器的工作时刻是否统一)，可分为

  • 同步时序逻辑电路
  • 异步时序逻辑电路

• 根据电路输出信号的决定关系(电路的输出函数)，可分为

  • 米里型(Mealy)
  • 莫尔型(Moore)

  

• 逻辑功能划分

  • 计数器
  • 寄存器
  • 特定信号发生器

时序逻辑电路的表示工具–状态表和状态图

组合逻辑电路中有五大工具：

组合逻辑中也有那5个工具+2个新工具

其中函数表达式更加复杂

• 状态表

  

• 状态图

  

状态表和状态图的转换

几种工具之间的转换

• 例

  

  

  状态图标注可防止阅读时的混淆

触发器概述

​ 触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。是具有记忆功能，能存储1位二进制信息的逻辑电路。

触发器的输入与输出

• 触发器的特点

  

• 状态说明

  

触发器的分类

触发器知识结构

§5.1 基本RS触发器(RSFF )

FF:flip-flop

一.电路结构和工作原理

注意：

与门、与非门中起决定性作用的是0

活门、或非门中起决定性作用的是1

• 电路结构：

  

• 功能表

  

• 约束条件

  

$\overline{R}$和$\overline{S}$至少有一个为1

• 几种状态

  • 无效态

    

  • “1”态

    

  • “0”态

    

• 符号

  

  圆圈和非号就是强调低电平有效

  圆圈和非号同时出现不是抵消，就是强调低电平有效

  出现任意一个都是强调低电平有效

  都不出现才表示高电平有效

二.基本RS触发器的功能描述

1.状态转移真值表

​

• 基本RS触发器的状态表

  

  电路的次态可以理解为初态和输入信号的函数

2.特性方程

​ 描述触发器或逻辑功能的函数表达式称为特性方程，又称状态方程或次态方程。

R：reset 清零

S: set 置一

R有效输出为0 R是清零端

S有效输出为1 S是置一端

• 次态$Q^{n+1}$的卡诺图

  

• 基本RS触发器的特性方程

  

3.状态转换图

• 描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态转换图，简称状态图

  

4.波形图

​ 工作波形图又称为时序图，是描述触发器输出状态随时间和输入信号变化规律的图形
​

从 0 0 变成 1 1的状态，不确定，要看门的延迟时间

§5.2 同步(钟控)触发器

★ 锁存器

CP: clock plus

一.同步(钟控)RS触发器–RS锁存器(Latch)

置0置1触发器

触发器和锁存器稍微有一点区别

触发器靠脉冲

锁存器靠电平

• 电路结构和工作原理

• 逻辑符号

• 功能表

  

• 状态表/卡诺图

  

• 特征方程

  

• 状态图

  

• 波形图

  

  设一个初状态，一般设为0

二.同步(钟控) D触发器–D锁存器

跟随触发器

• 电路结构和工作原理

• 功能表

  

  次态跟随激励D变化

• 状态图

  

  输入激励是什么，就跟随成为什么

• 波形图

  

三.同步T触发器

• 逻辑电路图

  

• 工作原理

  

• 功能表

  

• 逻辑符号

  

  此处T触发器的T激励是高有效

• 状态图

  

• 特征方程

  

T’触发器

(必翻触发器)

是T触发器的简单应用变形

• 令T始终为1

• 

• 逻辑电路图

  

• 特征方程

  

§5.3 主从触发器

一.主从RS触发器

1.电路结构和工作原理

• 逻辑电路图

  

• 工作原理

  

• 逻辑符号

  

• 特征方程

  

  

2.主从RS触发器的动作特点

​ CLK=1期间,主触发器的状态$Q_m$随输入信号$R,S$的变化而变化；而输出端Q的状态更新发生在下降沿到来的时刻,但输出的状态不一定按此刻输入信号的状态来确定

• 脉冲触发方式

  

• 主从RS触发器的特点

  

二.主从JK触发器

电路结构和工作原理

• 逻辑电路图

  

  由于两根返回线的存在，保证了等效的R与等效的S不可能出现同时为1的状态(因为两根返回线肯定有一个是0)

  这个讲的超好:B站新手小牛

• 逻辑符号

  

• 状态表(卡诺图)

  

• 特征方程

  

  

• JK触发器功能表

  
  • J端 置1端(置位端)
  • K端 置0端(复位端)

• 状态图(8个箭头！)

  

• 波形图

  设初状态为0

  

• JK触发器，00不变,11翻转；01，10 同 J

三、集成主从触发器简介

§5.4 边沿触发器（flip-flop）

​ 触发器的状态更新仅发生在CP的边沿，且输出状态仅取决于该时刻输入信号的状态

一.边沿D触发器电路结构和工作原理

• 逻辑电路图

  

• 工作原理

  

• 逻辑符号

  有圈表示下降沿触发

二.集成边沿触发器简介

§5.5 触发器逻辑功能与描述方法汇总

一.RS触发器

• 特性方程

  

• 状态表

  

• 状态转换图

  

二.JK触发器

形象记忆：J像1 ，置1

口诀：JK触发器，00不变,11翻转；01，10 同 J

• 特征方程

  

• 状态表

  

• 状态转换图

  

三.D触发器

• 特性方程

  

• 状态表

  

• 状态转换图

  

四.T触发器

​ 将JK触发器的J和K相连作为T输入端就构成了T触发器

• 特征方程

  

• 状态表

  

• 状态转换图

  

T’触发器

§5.6 不同类型触发器之间的转换

一.D触发器->其他

1.D->JK

2.D->T/T’

二.JK触发器->其他

1.JK->D

2.JK->T

§5.7 触发器总结

• 电路结构、逻辑功能、触发方式的关系

  

• 锁存器与触发器的区别

  

• 触发器的动作特点归纳