数字电子技术之锁存器和触发器

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了数字电子技术之锁存器和触发器。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、组合电路设计的一般步骤:

        逻辑抽象=>列出真值表=>逻辑表达式=>逻辑电路图

Notes:

        a、可以先对逻辑表达式进行化简得到最简与或式、最简或与式、与非、或非,再对电路进行建模,从而提高电路的运行效率和可读性;

        b、最基本的逻辑化简公式有很多,最有效的也是最基本的比如反演和对偶;

        c、异或和同或的关系也很重要;

二、 电路的基本组成:

1、存储电路:保存电路当前的状态;(如触发器、锁存器等)

2、组合逻辑电路:电路的输出仅与当前的输入有关;

3、时序逻辑电路:电路任一时刻的输出不仅取决于当前的输入,而且与电路原来的状态相关;

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 由图可见:时序逻辑电路是包含组合逻辑电路的,本质上都是元器件的组合。

 三、锁存器:构成时序逻辑电路的基本部件,是电平触发且输出跟随输入变化。

1、基本双稳态电路:能够长期保存某种逻辑状态的电路

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在双稳态电路中,存储的逻辑状态是随机的,并且无法改变和控制工作状态,有很大的局限性。

 2、用或非门组成的SR锁存器:

        (1)电路原理和结构:

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        Notes:当SR从00变到11时,输出Q的波形是不确定的,因为不确定该保持什么状态。

        (2)动态特性分析:(用于某些时序逻辑电路的时序分析)

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3、用与非门组成的SR锁存器:

        (1)电路结构与原理:

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         (2) 应用:去抖动电路

4、门控SR锁存器:

         (1)电路结构与原理:

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        Notes:a、当E=0时,锁存器被禁止;                      

                     b、当E=1时,接收输入信号;

                     c、禁止输入S=R=1;

5、D锁存器:

         (1)分类:逻辑门控D锁存器、传输门控D锁存器;

         (2)逻辑门控D锁存器:

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         Notes:a、E=0,保持;

                      b、E=1,Q=D;

                      c、D锁存器有两个稳定状态,如果输入满足一定的条件,输出就会发生翻转;

         (3)传输门控D锁存器:由基本双稳态电路和传输门组成                                                                   

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        Notes:a、A和B导通的电平条件是上低下高;

                     b、同一逻辑功能可以用不同的电路实现;

         (4)典型D锁存器集成电路:74HC/HCT373

         (5)D锁存器的动态特性:未完待续,会结合FPGA的时序分析来讲解。

四、触发器:状态只在CP信号的上升沿或者下降沿更新,属于是边沿触发。 

1、分类:

         (1)按照逻辑功能分类:SR触发器、JK触发器、D触发器、T触发器

         (2)按照电路结构分类:主从触发器、维持阻塞触发器、利用传输延迟的触发器

2、主从D触发器:

         (1)电路结构与原理:

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        Notes:a、CP=0时,则Em=1,Es=0;Qm跟随输入D变化,使Qm=D。从锁存器维持原状不变;

                     b、CP由0跳变到1时,则Em=0,Es=1;

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          (2)例题:

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          (3)有其他控制端的D触发器:异步输入端(直接置1端/异步置1端、直接置0端/异步清零端/异步复位端)

                         

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        Notes:a、如果CP没有上升沿的话,触发器的输出只取决于S和R的输入;

                     b、如果CP有上升沿的话,触发器的输出和D相同;

         (4)应用:

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          (5)有使能端的D触发器

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          (6)主从D触发器的动态特性:FPGA的时序分析

3、维持阻塞D触发器:在TTL集成电路中,常常使用维持阻塞结构形式。是在3个电平触发的SR锁存器上改进得到。

          (1)电路的结构与原理:

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        Notes:a、上升沿触发

           (2)有异步输入端的维持阻塞D触发器:

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        Notes:a、由于直接置1和清零和CP信号无关,所以称置1、清零操作是异步的;

                     b、上下为10时Q输出为0,上下当为01时Q输出1;

五、触发器的逻辑功能:特性表、特性方程、状态图、时序波形图等

1、D触发器:

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2、JK触发器:

           (1)电路的原理和结构:

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           (2)用D触发器构成JK触发器:

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3、T触发器:

            (1)电路原理与结构:

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              (2)用D触发器构成T触发器:

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 4、T ’ 触发器:

                (1)电路结构与原理:

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                 (2)用D触发器构成T ’触发器:

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5、SR触发器:

                  (1)电路结构与原理:

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