這部分的內(nèi)容涉及到時(shí)序邏輯的知識(shí)點(diǎn):

這篇文章會(huì)對(duì)時(shí)序邏輯做簡(jiǎn)單的概述(具體內(nèi)容是下一篇文章的講解內(nèi)容),對(duì)時(shí)序邏輯有簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)后,才好理解觸發(fā)器:

時(shí)序邏輯簡(jiǎn)述

基本RS觸發(fā)器

同步觸發(fā)器

觸發(fā)器應(yīng)用

1. 時(shí)序邏輯簡(jiǎn)述

時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn)

先來(lái)回顧一下組合邏輯電路的工作特點(diǎn):

再看一下時(shí)序邏輯電路的結(jié)構(gòu)和工作特點(diǎn):
所謂時(shí)序,就是要看成一個(gè)時(shí)間軸:

上一個(gè)時(shí)刻的輸出會(huì)和下一個(gè)時(shí)刻的輸入一起影響下一個(gè)時(shí)刻的輸出

時(shí)序邏輯電路的分類

根據(jù)電路的工作方式劃分(電路中觸發(fā)器的工作時(shí)刻是否統(tǒng)一劃分):

• 同步時(shí)序邏輯電路
  
• 異步時(shí)序邏輯電路
  
  異步的接入方式有很多

根據(jù)電路輸出信號(hào)的決定關(guān)系(電路的輸出函數(shù))劃分:

• 米里型:輸出信號(hào)由輸入變量和現(xiàn)態(tài)共同決定
• 莫爾型:輸出信號(hào)只與電路的現(xiàn)態(tài)有關(guān)

根據(jù)邏輯功能劃分:

• 計(jì)數(shù)器
• 寄存器
• 特定信號(hào)發(fā)生器

根據(jù)集成度劃分:

• 中規(guī)模IC
• 大規(guī)模IC

時(shí)序邏輯電路的表示工具

組合邏輯電路有的5個(gè)工具,在時(shí)序邏輯電路上也有,在這基礎(chǔ)上,時(shí)序邏輯電路多了狀態(tài)表和狀態(tài)圖

狀態(tài)表和狀態(tài)圖

狀態(tài)表

以表格的形式表達(dá)了一個(gè)時(shí)序邏輯電路完整的狀態(tài)遷移關(guān)系
這兩張表描繪的其實(shí)是莫爾型電路

也就是說(shuō),可以用米里型狀態(tài)表去表達(dá)一個(gè)莫爾型時(shí)序電路

但是,不能用莫爾型狀態(tài)表去表達(dá)一個(gè)米里型時(shí)序電路

狀態(tài)圖

以圖形的形式表達(dá)了一個(gè)時(shí)序邏輯電路完整的狀態(tài)遷移關(guān)系

• 每個(gè)圈表示電路的一個(gè)可能的狀態(tài)
• 每一條帶箭頭的線表示一個(gè)狀態(tài)遷移關(guān)系
• 起點(diǎn)的狀態(tài):現(xiàn)態(tài)
• 終點(diǎn)的狀態(tài):次態(tài)

這里舉一個(gè)例子,相信大家就能明白了:

當(dāng)現(xiàn)態(tài)為Q2時(shí),輸入0,那么得到次態(tài)為Q2,輸出為0

對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:

狀態(tài)表和狀態(tài)圖之間的相互轉(zhuǎn)換

• 狀態(tài)表上有幾行,狀態(tài)圖上就有幾個(gè)圈:
  表示電路所有可能的狀態(tài)

• 狀態(tài)表上有幾個(gè)方格，狀態(tài)圖上就有幾條帶箭頭的線:
  表示電路全部的狀態(tài)遷移關(guān)系

[例] 已知一個(gè)時(shí)序電路的狀態(tài)表, 畫出狀態(tài)圖

先來(lái)看第一行:

• 現(xiàn)態(tài)是00時(shí),輸入0,次態(tài)是01,輸出1
• 現(xiàn)態(tài)是00時(shí),輸入1,次態(tài)是10,輸出1

以此類推得到完整的狀態(tài)圖:

各種表示工具之間的轉(zhuǎn)換

[例] 已知一個(gè)時(shí)序電路的真值表，寫出該電路的邏輯表達(dá)式、狀態(tài)表和狀態(tài)圖。

通過(guò)卡諾圖法得到邏輯表達(dá)式:

狀態(tài)表如下所示:

根據(jù)狀態(tài)表寫出狀態(tài)圖:

回顧一下:

2. 基本RS觸發(fā)器

觸發(fā)器是一種具有記憶功能，能夠存儲(chǔ)0和1這樣的數(shù)學(xué)信息的電路,是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯器件。

觸發(fā)器的輸入和輸出

觸發(fā)器的輸出端具有兩種狀態(tài):

• 0狀態(tài)
• 1狀態(tài)

輸入端收到有效激勵(lì)信號(hào)時(shí):

• 觸發(fā)器狀態(tài)可以發(fā)生翻轉(zhuǎn);

輸入激勵(lì)信號(hào)不是有效信號(hào)時(shí):

• 觸發(fā)器輸出狀態(tài)長(zhǎng)期保持不變。即所謂“觸發(fā)器可以記憶(儲(chǔ)存)數(shù)字信息"

舉例說(shuō)明:

觸發(fā)器的分類

根據(jù)具體邏輯功能劃分:

• RS觸發(fā)器:置0、置1觸發(fā)器
• JK觸發(fā)器:置0、置1及翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器
• D觸發(fā)器:跟隨觸發(fā)器
• T觸發(fā)器:翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器

根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分:

• 基本觸發(fā)器
• 同步觸發(fā)器
• 主從觸發(fā)器
• 邊沿觸發(fā)器

這四種觸發(fā)器從上到下結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜,抗干擾能力逐次提高

基本RS觸發(fā)器的兩種結(jié)構(gòu)

用與非門組成的基本RS觸發(fā)器

激勵(lì)信號(hào)(控制信號(hào)):

• $\overline{\text{Sd}}$:直接置1端(置位端),低有效
• $\overline{\text{Rd}}$:直接置0端(復(fù)位端),低有效

真值表/狀態(tài)表:

其實(shí)以上的真值表可以寫成如下的形式:

甚至可以不用這么麻煩,直接簡(jiǎn)法狀態(tài)表:

如果把第三和第四列對(duì)調(diào),就可以得到卡諾圖:

畫卡諾圈得特征方程:

最后得到狀態(tài)圖:

用或非門組成的基本RS觸發(fā)器

或非門其實(shí)就是將輸入低有效變成了輸入高有效:

RS觸發(fā)器特征方程的理解

前面提到了兩種觸發(fā)器,特征方程是通過(guò)卡諾圖得來(lái)的

細(xì)心的你有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)得到的特征方程是一樣的?

如果RS觸發(fā)器的激勵(lì)端簡(jiǎn)單寫為R、S:

輸入激勵(lì)分別為高有效、低有效的兩個(gè)RS獨(dú)發(fā)器。特征方程中,激勵(lì)信號(hào)的表達(dá)相差一個(gè)非號(hào)。對(duì)其他觸發(fā)器特征方程的理解也類似。

3. 同步觸發(fā)器

同步觸發(fā)器也叫做帶有帶有時(shí)鐘控制的觸發(fā)器

增加了一個(gè)新的輸入控制信號(hào): 時(shí)鐘信號(hào)( CLOCK) , 一般標(biāo)記為CLK ,
也常稱作CP ,意為Clock Puise (時(shí)鐘脈沖)。

增加CLK信號(hào),既可以提高抗F擾能力,也便于使多個(gè)觸發(fā)器協(xié)調(diào)工作。

同步RS觸發(fā)器

• 當(dāng)CLK=0時(shí)，輸入激勵(lì)被封鎖，輸出狀態(tài)保持不變，次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)

• 當(dāng)CLK=1時(shí)，電路正常工作，完成RS觸發(fā)器功能

邏輯門符號(hào)：

狀態(tài)表\卡諾圖:

得到特征方程:
狀態(tài)圖:
最后來(lái)看一個(gè)新的內(nèi)容,波形圖:

同步D觸發(fā)器

在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上反向共接,引出一個(gè)輸入激勵(lì)D,這樣就形成了同步D觸發(fā)器:

其實(shí)也就是把同步RS觸發(fā)器同時(shí)為0和1的情況去掉,只保留01和10的情況

下面分析一下功能:

• 當(dāng)CLK=0時(shí)，輸入激勵(lì)被封鎖，輸出狀態(tài)保持不變，次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)

• 當(dāng)CLK=1時(shí)，電路正常工作,完成D觸發(fā)器功能

邏輯門符號(hào):

特征方式其實(shí)已經(jīng)很明顯了,就是:

狀態(tài)圖如下所示:

最后是波形圖:

同步JK觸發(fā)器

看出來(lái)有什么地方是不一樣的了嗎:

如果把中間這兩條線擦去,其實(shí)就是RS觸發(fā)器了

下面分析一下功能:

• 當(dāng)CLK=0時(shí)，輸入激勵(lì)被封鎖，輸出狀態(tài)保持不變，次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)

如果你是從前往后讀這篇文章的話,那么這一點(diǎn)應(yīng)該會(huì)非常有印象吧

• 當(dāng)CLK=1,即高電平時(shí)，電路正常工作,完成JK觸發(fā)器功能

中間那兩根線的作用其實(shí)也就是起到了翻轉(zhuǎn)的作用,當(dāng)輸入激勵(lì)相同時(shí)翻轉(zhuǎn)

得到卡諾圖:

寫出特征方程:

這是J,K均為高有效的JK觸發(fā)器的特征方程

下面是狀態(tài)圖:

輸入11,叫做翻轉(zhuǎn)為1;輸入10叫做置0為1

波形圖如下所示:

同步T觸發(fā)器

同步T觸發(fā)器就是在同步JK觸發(fā)器的基礎(chǔ)上在輸入級(jí)做了個(gè)變形:

意味著這時(shí)只有兩者均無(wú)效時(shí)(00)的保持和兩者均有效時(shí)(11)的翻轉(zhuǎn)了

• 當(dāng)CLK=0時(shí)，輸入激勵(lì)被封鎖，輸出狀態(tài)保持不變，次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)

• 當(dāng)CLK=1,即高電平時(shí)，電路正常工作,完成T觸發(fā)器功能

邏輯符號(hào)如下:

狀態(tài)圖:

因?yàn)镴=K=T,所以特征方程可以寫成:

即T與現(xiàn)態(tài)的亦或

若要求輸入激勵(lì)T始終為1，則這時(shí)可以叫做必翻觸發(fā)器

看，始終是次態(tài)等于現(xiàn)態(tài)非

四類功能觸發(fā)器的總結(jié)

邏輯符號(hào)

邏輯符號(hào)的閱讀與分析:
由JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)可知,這是一個(gè)在CLK信號(hào)低電平期間正常工作，且輸入激勵(lì)信號(hào)J,K均為低有效信號(hào)的JK觸發(fā)器，J為置 1 端，K為置 0 端。

時(shí)序邏輯電路的波形圖的畫法

時(shí)序邏輯電路的波形圖是一組輸入、輸出信號(hào)波形，根據(jù)時(shí)間（橫軸）的對(duì)應(yīng)關(guān)系，組成的波形對(duì)照?qǐng)D。

觸發(fā)器波形圖上的信號(hào)類型：

★ 輸入信號(hào)包括了時(shí)鐘 信號(hào)、觸發(fā)器的輸入激勵(lì)信號(hào)等；
★ 輸出信號(hào)是觸發(fā)器的輸出狀態(tài) 。

首先，根據(jù)RS觸發(fā)器的邏輯符號(hào)可知， CLK,S,R信號(hào)均為高有效信號(hào)，則可以根據(jù)CLK的輸入波形，確定觸發(fā)器的工作區(qū)，即CLK=1期間:

• CLK=1期間，輸出狀態(tài)根據(jù)輸入激勵(lì)S、R的對(duì)應(yīng)取值確定;
• CLK =0期間，輸入激勵(lì)波形失效，輸出狀態(tài)保持;

又已知觸發(fā)器的初狀態(tài)設(shè)為 0，根據(jù)上述原則，從起點(diǎn)開始，由左向右，畫出輸出狀態(tài)的波形:

4. 觸發(fā)器應(yīng)用

觸發(fā)器的直接置位、復(fù)位端

在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上加了兩個(gè)信號(hào)：

上面的S是直接置位端；下面的R是直接復(fù)位端

為什么說(shuō)他們直接呢?原因就在于他們的優(yōu)先級(jí)最高,只要他們的輸入是0,不管左邊的信號(hào)是什么,輸出都是1

最后來(lái)看一下邏輯符號(hào):

剛剛是低有效方式,現(xiàn)在我們來(lái)看一下高有效方式是怎么實(shí)現(xiàn)的:

邏輯符號(hào)的書寫上沒(méi)有圈了:

最后強(qiáng)調(diào)一下:
不論直接置位、復(fù)位端如何標(biāo)注，有效方式如何,其作用優(yōu)先于觸發(fā)器本身的作用,即優(yōu)先于觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)和輸入激勵(lì)信號(hào)。

觸發(fā)器的多輸入激勵(lì)

以JK觸發(fā)器為例:


J和K分別由三個(gè)激勵(lì)相與

另外,邏輯符號(hào)也可以這樣寫:

把內(nèi)置與邏輯直接刪掉,但是要記得默認(rèn)是與邏輯

[例] 根據(jù)圖示邏輯符號(hào),詳細(xì)說(shuō)明這些觸發(fā)器分別完成什么邏輯功能。

再來(lái)試試下面這張圖:

這是一個(gè)帶有低有效直接置位、復(fù)位端的(時(shí)鐘信號(hào))下降沿工作,(激勵(lì)信號(hào))高有效的多輸入RS觸發(fā)器

觸發(fā)器的綜合使用范例

[例1] 已知觸發(fā)器的邏輯符號(hào)和輸入波形,設(shè)初狀態(tài)從0開始,畫出完整的波形圖。

這里的S恒為0其實(shí)就是不使用的意思

因?yàn)镽d是直接復(fù)位端,他的優(yōu)先級(jí)最高,所以先看他:
只要Rd高有效,那么輸出Q必然置0

下面再來(lái)看上升沿處:

[例2] 已知觸發(fā)器的邏輯符號(hào)和輸入波形,設(shè)初狀態(tài)從0開始,畫出完整的波形圖。

直接置位端接高電平,這可是低有效的,也就是說(shuō)不使用直接置位端,只使用直接復(fù)位端

另外,這里有一個(gè)多輸入激勵(lì),與門的輸出才實(shí)現(xiàn)真正的激勵(lì)D

這里最好先解決D1和D2之間的與門,再去考慮輸出:

然后根據(jù)優(yōu)先級(jí),先看直接復(fù)位端為0時(shí),輸出為0:

結(jié)果如下:

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的数字电子技术之触发器的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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