1、第5章 锁存器与触发器 数字逻辑设计数字逻辑设计5.1 概述概述 触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种具有记忆功能具有记忆功能，能储存，能储存1位二进制位二进制信息的逻辑电路。信息的逻辑电路。触发器的特点触发器的特点具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态；具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态；在输入信号作用下，可以被置成在输入信号作用下，可以被置成“0”状态或状态或“1”状态；状态；当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。状态说明状态说明输入信号作用输入信号作用前前的触发器状态
2、称为的触发器状态称为现态现态，用，用Qn和和Qn表示。表示。输入信号作用输入信号作用后后触发器的状态称为触发器的状态称为次态次态，用，用Qn+1和和Qn+1表示。表示。5.2 锁存器（锁存器（Latch） 一、基本一、基本RS锁存器锁存器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理SRQQRSQQ说明说明n 功能表功能表n 逻辑符号逻辑符号010101置置“0”置置“1”1010保持原值保持原值11不变不变不允许不允许0010100111输出状态输出状态自行保持自行保持1111约束条件：约束条件：1 SR1, 0QQ称为称为“0”态。态。0, 1QQ称为称为“1”态。态。001, 1QQ当有效信
3、号撤消时，即当有效信号撤消时，即 ， 的状态不能自行保持，称为的状态不能自行保持，称为无效态无效态。1 SR（1）状态转移真值表）状态转移真值表2. 基本基本RS锁存器锁存器的功能描述的功能描述n 基本基本RS锁存器的状态表锁存器的状态表 将锁存器的次态将锁存器的次态Qn+1与现态与现态Qn，以及输入信号之间，以及输入信号之间的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表状态转移真值表，简称简称状态表状态表。nQ（2）特性方程）特性方程 描述锁存器逻辑功能的函数表达式称为描述锁存器逻辑功能的函数表达式称为特性方程特性方程，又称又称状态方程状态方程或或次态
4、方程次态方程。n 次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图约束条件 11SRQRSQRSQnnnn 基本基本RS锁存器锁存器的特性方程的特性方程（3）状态转换图）状态转换图 描述锁存器的状态转换关系及转换条件的图形称为描述锁存器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态转换图，简称状态转换图，简称状态图状态图。01R=S=1R=1S=R=0, S=1R=1, S=0圆圈表示状态圆圈表示状态箭头表示转移方向箭头表示转移方向标注为转移条件标注为转移条件（4）波形图）波形图 工作波形图又称为工作波形图又称为时序图时序图，是描述锁存器输出状态，是描述锁存器输出状态随时间和输入信号变化规律的图形。随时间和输入信号变
5、化规律的图形。RSQQ置1置0置1置1置1保持不允许1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理二、同步二、同步（钟控）（钟控） RS锁存器锁存器 所谓所谓同步锁存器同步锁存器就是要求只有在就是要求只有在同步信号同步信号到达时，锁到达时，锁存器的状态才能发生变化。而这个同步信号叫做存器的状态才能发生变化。而这个同步信号叫做时钟信号时钟信号（时钟脉冲），用（时钟脉冲），用CP表示。表示。CP0时，时，R= S =1，锁存器锁存器保持原来状态不变保持原来状态不变。CP1时，工作情况与时，工作情况与基本基本RS锁存器锁存器相同。相同。n 逻辑符号逻辑符号SRQQSRCPCP1期间，输入信号期间，输入信
6、号R、S起作用，起作用，因此称为因此称为电平触发电平触发。三、同步三、同步D锁存器锁存器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理SRQQDCPCP0时，时， ，锁存器锁存器保持原来状态不变保持原来状态不变。1 SRCP1时，时， ，DRDS,代入到代入到基本基本R-S锁存器锁存器的的特性方程中，可得：特性方程中，可得：DDQDQRSQnn1nn D锁存器锁存器的特性方程的特性方程DQ1nn 逻辑符号逻辑符号QQD CPn 注意：注意：2. 带有异步控制端的带有异步控制端的D锁存器锁存器dRdSQQDCP, 1,0时ddRS1, 0, 1置QQ, 0, 1时ddRS0, 1,0置QQn 异步控
7、制端的功能异步控制端的功能; (1)不能同时有效和ddRS;CP (2)控制不受和ddRSn 逻辑符号逻辑符号QQD CPdRdSn 8D锁存器锁存器74LS373作用：作用：高电平接收，低电平锁存高电平接收，低电平锁存。作用：作用：控制三态门输出，低电平有效控制三态门输出，低电平有效。D0D1D2D3D4D5D6D7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7LE OE74LS373 8位数据输入位数据输入8位数据输出位数据输出LE: 锁存允许。锁存允许。 上升沿开启。上升沿开启。高电平接收。高电平接收。下降沿锁存。下降沿锁存。OE: 输出允许。输出允许。 上升沿开启。上升沿开启。下降沿封锁，下降沿封锁
8、，输出高阻。输出高阻。5.3 触发器（触发器（flip-flop） 一、主从一、主从RS触发器触发器主主从从1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理CLK=1时时主主触发器触发器接收接收输入信号；输入信号；从从触发器触发器被封锁被封锁，输出状态保持不变。，输出状态保持不变。CLK=0时时主主触发器触发器被封锁被封锁，保持不变；，保持不变；从从触发器触发器接收接收主触发器的状态送往输出端。主触发器的状态送往输出端。n1nmmQRSQCLKmmmSSQQQQQRSQnn1nn 逻辑符号逻辑符号QQSCPR2. 主从主从RS触发器的动作特点触发器的动作特点n1nQRSQ主从主从R-S触发器的特性方
9、程：触发器的特性方程：mQ“0”CLKSRQ“0”“0”“0”“0”输出端输出端Q的状态更新取决于整个的状态更新取决于整个脉冲期间输入信号的变化，称为脉冲期间输入信号的变化，称为脉冲触发方式脉冲触发方式。 CLK=1期间，需保持期间，需保持R、S不变。不变。 仍然存在仍然存在RS=0 的约束条件。的约束条件。 CLK=1期间，主触发器的状态期间，主触发器的状态Qm随输入信号随输入信号R、S的的变化而变化；而输出端变化而变化；而输出端Q的状态更新发生在的状态更新发生在下降沿下降沿到来的到来的时刻，但时刻，但输出的状态不一定按此刻输入信号的状态来确定输出的状态不一定按此刻输入信号的状态来确定。n
10、主从主从RS触发器的缺点：触发器的缺点：二、主从二、主从JK触发器触发器1. 电路结构和工作原理电路结构和工作原理nQJS nKQR n 在主从在主从RS触发器的基础上演变而来触发器的基础上演变而来0nnQJKQRSJ、K 无约束条件无约束条件nnnnnn1nQKQJQKQQJQRSQ主从主从JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：n 逻辑符号逻辑符号QQJCPK2. 集成集成主从触发器简介主从触发器简介 （1）74LS71 （2）74LS72K =K1K2K3J =J1J2J3n 功能特点功能特点l 下降沿触发下降沿触发l多输入端，单多输入端，单RS触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异
11、步复位、置位端 低电平有效低电平有效n 功能特点功能特点l 下降沿触发下降沿触发l 多输入端，单多输入端，单JK触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异步复位、置位端 低电平有效低电平有效R =R1R2R3S =S1S2S3 触发器的状态更新仅发生在触发器的状态更新仅发生在CP的的边沿边沿，且输出状态，且输出状态仅取决于该时刻输入信号的状态仅取决于该时刻输入信号的状态。三、边沿触发器三、边沿触发器QQDCPQQDCPD-LatchD-LatchCLKDQQsQmQ1. 边沿边沿D触发器触发器电路结构和工作原理电路结构和工作原理nCLK = 0 期间期间 主锁存器保存主锁存器保存 CLK下降沿
12、时下降沿时D的取值的取值，其输出端，其输出端Qm保持此值不变。保持此值不变。从锁存器被选通从锁存器被选通，其输出端，其输出端 Qs 跟随跟随 Qm 。n CLK = 1 期间期间主锁存器被选通主锁存器被选通，其输出端，其输出端Qm跟随输入端跟随输入端D的变化而变化。的变化而变化。从锁存器被封锁从锁存器被封锁，Qs保持原值。保持原值。CLKDQmmsQQQ作为一个整体，作为一个整体，可视为可视为下降沿下降沿触触发的发的D触发器。触发器。n 逻辑符号逻辑符号QQDCP2. 集成边沿集成边沿触发器简介触发器简介 （1）74LS74 （2）CC4013n 功能特点功能特点l 上升沿触发上升沿触发l 双
13、双D触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异步复位、置位端 低电平有效低电平有效n 功能特点功能特点l 上升沿触发上升沿触发l 双双D触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异步复位、置位端 高电平有效高电平有效2. 集成边沿集成边沿触发器简介触发器简介 （3）74LS112 （4）CC4027n 功能特点功能特点l 下降沿触发下降沿触发l 双双JK触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异步复位、置位端 低电平有效低电平有效n 功能特点功能特点l 上升沿触发上升沿触发l 双双JK触发器触发器l 带有异步复位、置位端带有异步复位、置位端 高电平有效高电平有效5.4 触发器的逻辑功能与描述方法
14、触发器的逻辑功能与描述方法 一、一、RS触发器触发器2. 状态表状态表约束条件, 0n1nRSQRSQ1. 特性方程特性方程3. 状态转换图状态转换图二、二、JK触发器触发器2. 状态表状态表nn1nQKQJQ1. 特性方程特性方程3. 状态转换图状态转换图三、三、D触发器触发器2. 状态表状态表DQ1n1. 特性方程特性方程3. 状态转换图状态转换图D Qn+10011四、四、T触发器触发器2. 状态表状态表1. 特性方程特性方程3. 状态转换图状态转换图 将将JK触发器的触发器的J和和K相连作为相连作为T输入端就构成了输入端就构成了T触发器。触发器。n 当当T触发器的输入端为触发器的输入端
15、为T=1时，称为时，称为T 触发器。触发器。特性方程为：特性方程为：nnQQ1nnnQTQTQ 1T 触发器也称为触发器也称为“翻转器翻转器”。5.5 不同类型触发器之间的转换及应用不同类型触发器之间的转换及应用一、由一、由D触发器转换为其他类型触发器触发器转换为其他类型触发器1. D触发器转换为触发器转换为JK触发器触发器D触发器的特性方程：触发器的特性方程：DQ1nnn1nQKQJQJK触发器的特性方程：触发器的特性方程：令：令：nnQKQJDQQDCPJKQQ2. D触发器转换为触发器转换为T和和T 触发器触发器D触发器的特性方程：触发器的特性方程：DQ1nnnn1nQTQTQTQT触发
16、器的特性方程：触发器的特性方程：令：令：nQTDn1nQQT 触发器的特性方程：触发器的特性方程：QQDCPQQQQDCPTQQ二、由二、由JK触发器转换为其他类型触发器触发器转换为其他类型触发器1. JK触发器转换为触发器转换为D触发器触发器JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：DQ1nnn1nQKQJQD触发器的特性方程：触发器的特性方程：令：令：DKDJ , QQKCPJD2. JK触发器转换为触发器转换为T触发器触发器JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：nn1nQKQJQT触发器的特性方程：触发器的特性方程：nn1nQTQTQ令：令：TKJQQKCPJT 74LS74-1 74L
17、S74-2三、触发器应用实例三、触发器应用实例1. 分频器分频器CLK TQ1 TQ2 TCLK1Q02Q02. 四路抢答器四路抢答器 以以四四D触发器触发器74LS175为核心设计一个四路抢答电为核心设计一个四路抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中最先按下按钮路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中最先按下按钮者，相应的指示灯亮；其他人再按按钮不起作用。者，相应的指示灯亮；其他人再按按钮不起作用。74LS175引脚及内部结构图引脚及内部结构图n 四路抢答器电路构成四路抢答器电路构成抢答前电路先清零。抢答前电路先清零。11111CLK脉冲被封锁。脉冲被封锁。10110CLK连续脉冲输入。连续
18、脉冲输入。基本基本RS结构结构同步同步RS结构结构主从结构主从结构维持阻塞结构维持阻塞结构边沿结构边沿结构RS触发器触发器D触发器触发器JK触发器触发器T触发器触发器T触发器触发器电平触发电平触发脉冲触发脉冲触发边沿触发边沿触发n电路结构电路结构n逻辑功能逻辑功能n触发方式触发方式5.6 关于触发器的总结关于触发器的总结一、电路结构、逻辑功能、触发方式的关系一、电路结构、逻辑功能、触发方式的关系 触发器作为一个独立的功能模块，使用者主要关注触发器作为一个独立的功能模块，使用者主要关注触发器的触发器的逻辑功能和触发方式逻辑功能和触发方式。二、锁存器与触发器的区别二、锁存器与触发器的区别n 二者的
19、触发方式不同二者的触发方式不同l 锁存器采用电平触发方式。锁存器采用电平触发方式。l 触发器采用脉冲触发方式和触发器采用脉冲触发方式和边沿边沿触发方式。触发方式。n 二者的适用场合不同二者的适用场合不同l 锁存器适用于多路信号同步锁存的场合。锁存器适用于多路信号同步锁存的场合。l 触发器适用于可靠动作、抗干扰的场合。触发器适用于可靠动作、抗干扰的场合。三、触发器的动作特点归纳三、触发器的动作特点归纳 触发器状态更新发生在触发脉冲边沿时刻；触发器状态更新发生在触发脉冲边沿时刻； 触发器更新后的状态由特性方程决定。触发器更新后的状态由特性方程决定。触发器的现态和次态是相对于触发脉冲边沿而言的。触发
20、器的现态和次态是相对于触发脉冲边沿而言的。1. 正确理解常用触发器的工作原理。正确理解常用触发器的工作原理。2. 熟练掌握触发器的逻辑功能及动作特点。熟练掌握触发器的逻辑功能及动作特点。3. 重点掌握各种触发器的波形图的画法。重点掌握各种触发器的波形图的画法。本章小结本章小结练习：1、由或非门组成的RS触发器如图所示，请根据输入信号的波形画出输出端的波形。2已知双门锁存器如图所示，试写出该锁存器的特性方程。4、试写下图中各个触发器的特性方程Qn+1 ，并画出在所示CP作用下的输出波形。（各触发器的初态均为“0”,为边沿触发）QQCP 1 1QDQQ2QCPJKQQ3QCPJKQQ4QCP1Q3Q2QCP4QT“0” 1 3.电路如图所示，能实现 的电路是 。AQQn1n
