实验六触发器及其应用 、实验目的 1.掌握基本RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器的逻辑功能。 2.熟悉各类触发器之间逻辑功能的相互转换方法。 二、实验原理 触发器具有两个稳定状态,用以表示逻辑状态“1”和“0”,在一定的外加 信号的作用下,可以从一个稳定状态转变为另一个稳定状态,它是一个具有记 忆功能的二进制信息存贮器件,是组成时序逻辑电路的基本逻辑单元。按逻辑 功能的不同特点,触发器可分RS、JK、D、T触发器;按电路结构不同,又 可分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从型触发器、维持阻塞型触发器和 边沿型触发器等。 1.RS触发器 图1所示电路为由两个“与非”门交叉耦合而成的基本RS触发器,它是无 时钟控制低电平直接触发的触发器,有直接置位、复位的功能,是组成各种功 能触发器的最基本单元。 R S R S R R S (a)逻辑图 (b)逻辑符号 (c)逻辑符号 图1基本RS触发器 2.JK触发器 JK触发器是一种逻辑功能完善,通用性强的集成触发器,在结构上可分为 主从型K触发器和边沿型JK触发器,在产品中应用较多的是下降边沿触发的 边沿型JK触发器。JK触发器的逻辑符号如图2所示,它有三种不同功能的输 入端第一种是直接置位、复位输入端,用R和SD表示。当R=1、S。=0或R。=0
1 实验六 触发器及其应用 一、实验目的 1．掌握基本 RS 触发器、 JK 触发器、 D 触发器和T 触发器的逻辑功能。 2．熟悉各类触发器之间逻辑功能的相互转换方法。 二、实验原理 触发器具有两个稳定状态，用以表示逻辑状态“1”和“0”，在一定的外加 信号的作用下，可以从一个稳定状态转变为另一个稳定状态，它是一个具有记 忆功能的二进制信息存贮器件，是组成时序逻辑电路的基本逻辑单元。按逻辑 功能的不同特点，触发器可分 RS 、 JK 、 D 、T 触发器；按电路结构不同，又 可分为基本 RS 触发器、同步 RS 触发器、主从型触发器、维持阻塞型触发器和 边沿型触发器等。 1． RS 触发器： 图 1 所示电路为由两个“与非”门交叉耦合而成的基本 RS 触发器，它是无 时钟控制低电平直接触发的触发器，有直接置位、复位的功能，是组成各种功 能触发器的最基本单元。 图 1 基本 RS 触发器 2． JK 触发器： JK 触发器是一种逻辑功能完善，通用性强的集成触发器，在结构上可分为 主从型 JK 触发器和边沿型 JK 触发器，在产品中应用较多的是下降边沿触发的 边沿型 JK 触发器。JK 触发器的逻辑符号如图 2 所示，它有三种不同功能的输 入端。第一种是直接置位、复位输入端，用 RD 和 S D 表示。当 RD =1、S D =0 或 RD =0
S=1时,触发器将不受其它输入端状态影响,使触发器强迫置“1”(或置“0”), 如果不强迫触发器置“1”(或置“0”),则R、SD都应置高电平。第二种是 时钟脉冲输入端,用来控制触发器触发翻转(或称作状态更新),用CP表示(在 国家标准符号中称作控制输入端,用C表示),逻辑符号中CP端处若有小圆圈, 则表示触发器在时钟脉冲下降沿(或负边沿)发生翻转,若无小圆圈,则表示触 发器在时钟脉冲上升沿(或正边沿)发生翻转。第三种是数据输入端,它是触发 器状态更新的依据,用J、K表示。仄触发器的特征方程为Q"=JQ"+KQ 本实验采用74LSl12型双JK触发器,下降边沿触发的边沿触发器,是即 在CP脉冲下降沿(“1→0”)触发翻转。触发器的次态Q取决于它的状态方程 Q"=J"+KQ",可见它具有置1、置0、保持和翻转四种功能。其引脚排列 如图2所示,其真值表见表一。 Vcc IRD 2Rp 2CP 2k 2 2D 20 g 74LS112 p1 lISP ICP lk 1J ISp 10 10 20 GND J CP K S (a)管脚排列 (b)逻辑符号 图274LS112管脚排列图 3.D触发器: 在输入信号为单端的情况下,D触发器用起来极为方便,其特征方程为 Ol=D。其状态的更新发生在CP脉冲的上升边沿,触发器的状态取决于CP脉 冲到来之前D端的状态。D触发器应用很广,具有计算、记忆和分频功能。本 实验中采用74LS74双D触发器其引脚排列如图3
2 S D =1 时，触发器将不受其它输入端状态影响，使触发器强迫置“1”(或置“0”)， 如果不强迫触发器置“1”(或置“0”)，则 RD 、 S D 都应置高电平。第二种是 时钟脉冲输入端，用来控制触发器触发翻转(或称作状态更新)，用CP表示(在 国家标准符号中称作控制输入端，用 C 表示)，逻辑符号中CP端处若有小圆圈， 则表示触发器在时钟脉冲下降沿(或负边沿)发生翻转，若无小圆圈，则表示触 发器在时钟脉冲上升沿(或正边沿)发生翻转。第三种是数据输入端，它是触发 器状态更新的依据，用 J 、 K 表示。 JK 触发器的特征方程为 n n n Q = JQ + KQ +1 本实验采用 74LS112 型双 JK 触发器，下降边沿触发的边沿触发器，是即 在 CP 脉冲下降沿（“1→0”）触发翻转。触发器的次态 n+1 Q 取决于它的状态方程 n n n Q = JQ + KQ +1 ，可见它具有置 1、置 0、保持和翻转四种功能。其引脚排列 如图 2 所示，其真值表见表一。 图 2 74LS112 管脚排列图 3． D 触发器： 在输入信号为单端的情况下， D 触发器用起来极为方便，其特征方程为 Q D n = +1 。其状态的更新发生在CP脉冲的上升边沿，触发器的状态取决于CP脉 冲到来之前 D 端的状态。 D 触发器应用很广，具有计算、记忆和分频功能。本 实验中采用 74LS74 双 D 触发器其引脚排列如图 3
Vcc 2Rp 2D 2CP 2S p 2g 2Q 4LS74 1Rn 1D 1CP 1Sp 1010 GND 图374LS74管脚排列图74LS74型双D触发 器,是上升边沿触发的边沿触发器。表二为其功能表。它采用维持阻塞结构, 是上升边沿触发的边沿触发器,即在CP脉冲上升沿(“0→1”)触发翻转。触发 器的次态取决于CP脉冲的上升来到之前D的状态,即O=D。由于电路具有 维持阻塞作用,所以在CP=1期间,D端的状态变化不会影响触发器输出的状 态。R和SD分别是直接置“0”和置“1”端。当不需要直接置“0”和置“1” 时,R和S都应置高电平 表一JK触发器真值表 表二D触发器真值表 输入 输出 输入 输出 spRD 9 sp on 0××1×01 10××01 1100”a ↑001 01 oo 注:×—任意态;↓高到低电平跳变:↑低到高电平跳变 Q—现态;Q—次态;q保持 4.触发器之间的转换
3 图 3 74LS74 管脚排列图 74LS74 型双 D 触发 器，是上升边沿触发的边沿触发器。表二为其功能表。它采用维持阻塞结构， 是上升边沿触发的边沿触发器，即在CP脉冲上升沿（“0→1”）触发翻转。触发 器的次态取决于CP脉冲的上升来到之前 D 的状态，即Q D n = +1 。由于电路具有 维持阻塞作用，所以在CP=1 期间， D 端的状态变化不会影响触发器输出的状 态。 RD 和 S D 分别是直接置“0”和置“1”端。当不需要直接置“0”和置“1” 时， RD 和 S D 都应置高电平。 表一 J K 触发器真值表 表二 D 触发器真值表 注：×⎯⎯任意态；↓⎯⎯高到低电平跳变；↑⎯⎯低到高电平跳变 n Q ⎯⎯现态； n+1 Q ⎯⎯次态；ϕ⎯⎯保持 4．触发器之间的转换 输 入 输出 S D RD CP J K n+1 Q n+1 Q 0 1 × × × 1 0 1 0 × × × 0 1 0 0 × × × ϕ ϕ 1 1 ↓ 0 0 n Q n Q 1 1 ↓ 1 0 1 0 1 1 ↓ 0 1 0 1 1 1 ↓ 1 1 n Q n Q 1 1 ↑ × × n Q n Q 输 入 输出 S D RD CP D n+1 Q n+1 Q 0 1 × × 1 0 1 0 × × 0 1 0 0 × × ϕ ϕ 1 1 ↑ 1 1 0 1 1 ↑ 0 0 1 1 1 ↓ × n Q n Q
在集成触发器的产品中,虽然每一种触发器都有固定的逻辑功能,但可以 利用转换的方法得到其它功能的触发器。如果把I触发器的JK端连在一起(称 为T端)就构成T触发器,状态方程为 在CP脉冲作用下,当T=0时Q+=Q;T=1时,Q叫=Q”。工作在T= 时的K触发器称为T'触发器,即每来一个CP脉冲,触发器便翻转一次。同样, 若把D触发器的ρ端和D端相连,便转换成T触发器。T和T触发器广泛应用 于计算电路中。值得注意的是转换后的触发器其触发方式仍不变。 三、实验仪器及设备 1.数字逻辑实验箱 1台 2.元器件:74LS001片、74LS1124片、74LS741片、导线若干 四、实验内容 1.基本RS触发器的逻辑功能测试 按图1用与非门构成基本RS触发器,输入端R、S接逻辑开关,输出端Q、 ρ接电平指示器(发光二极管),按表3要求测试逻辑功能,观察并记录输出端 O的状态变化,总结基本RS触发器的逻辑功能。 2.集成双JK触发器74LS1l2的逻辑功能测试 (1)测试的R、SD复位、置位功能 任取74LS112芯片中一组J-K触发器,R、S。、J、K端接逻辑开关, CP端接单次脉冲源,Q、Q端接电平指示器,参照表要求改变R、SD、(J、 K、CP处于任意状态),并在RD=0(SD=1)或RD=1(SD=0)作用期间任意 改变J、K及CP的状态,观察Q、Q状态,记录实验结果 (2)测试JK触发器的逻辑功能 在R=1,SD=1的情况下,按表三要求改变J、K、CP状态,观察Q、Q
4 在集成触发器的产品中，虽然每一种触发器都有固定的逻辑功能，但可以 利用转换的方法得到其它功能的触发器。如果把 JK 触发器的 JK 端连在一起(称 为 T 端)就构成 T 触发器，状态方程为 n n n Q = TQ + TQ +1 在 CP 脉冲作用下,当 T=0 时 n+1 Q = n Q ；T =1 时， n n Q = Q +1 。工作在T =1 时的 JK 触发器称为T′触发器，即每来一个CP脉冲,触发器便翻转一次。同样， 若把 D 触发器的Q端和 D 端相连，便转换成T′触发器。T 和T ′触发器广泛应用 于计算电路中。值得注意的是转换后的触发器其触发方式仍不变。 三、实验仪器及设备 1．数字逻辑实验箱 1 台 2．元器件：74LS00 1 片、74LS112 4 片、74LS74 1 片、导线若干 四、实验内容 1．基本 RS 触发器的逻辑功能测试 按图 1 用与非门构成基本 RS 触发器，输入端 R 、S 接逻辑开关，输出端Q、 Q接电平指示器（发光二极管），按表 3 要求测试逻辑功能，观察并记录输出端 Q的状态变化，总结基本 RS 触发器的逻辑功能。 2．集成双 JK 触发器 74LS112 的逻辑功能测试 （1）测试的 RD 、 D S 复位、置位功能 任取 74LS112 芯片中一组 J-K 触发器， RD 、 D S 、 J 、 K 端接逻辑开关， CP 端接单次脉冲源，Q、Q端接电平指示器，参照表要求改变 RD 、 D S 、( J 、 K 、CP 处于任意状态)，并在 RD =0（ D S =1）或 RD =1（ D S =0）作用期间任意 改变 J、K 及 CP 的状态，观察Q、Q状态，记录实验结果。 （2）测试 JK 触发器的逻辑功能 在 RD =1， D S =1 的情况下，按表三要求改变 J 、K 、CP 状态，观察Q、Q
状态变化,观察触发器状态更新是否发生在CP脉冲的下降沿(即CP由1→>0) 记录到表三。 3.测试双D触器74LS74的逻辑功能 (1)测试的复位RD、置位S功能:测试方法同实验内容2的(1) (2)测试D触发器的逻辑功能 按表四要求进行测试,并观察触发器状态更新的是否发生在CP脉冲的上升 沿(即由0→1),记录并分析实验结果,判断是否与D触发器的工作原理一致。 4.触发器的功能转换 (1)将J触发器转换成D、T、T'触发器,并测试其功能 (2)将D触发器的D端和Q端相连,就转换为计数触发器T′。CP端加点动正 脉冲,观察ρ端翻转次数和CP端输入脉冲个数之间的关系,把结果填入表五中 其特性方程Q=Q Q Q J触发器转换成D)触发器、T触发器和T′触发器 (aD触发器;(b)I)触发器;(c)T’触发器 图4K触发器转换成D、T、T'触发器 ID CP K (a)
5 状态变化，观察触发器状态更新是否发生在CP 脉冲的下降沿(即CP 由 1→0)， 记录到表三。 3．测试双 D 触器 74LS74 的逻辑功能 （1）测试的复位 RD 、置位 D S 功能:测试方法同实验内容 2 的（1） （2）测试 D 触发器的逻辑功能 按表四要求进行测试，并观察触发器状态更新的是否发生在CP 脉冲的上升 沿(即由 0→1)，记录并分析实验结果，判断是否与 D 触发器的工作原理一致。 4．触发器的功能转换 (1)将 JK 触发器转换成 D 、T 、T′触发器，并测试其功能。 (2）将 D 触发器的 D 端和Q端相连，就转换为计数触发器T′。CP 端加点动正 脉冲，观察Q 端翻转次数和CP 端输入脉冲个数之间的关系，把结果填入表五中。 其特性方程 n+1 Q = n Q 图 4 JK 触发器转换成 D 、T 、T′触发器
T D Q CI (b) D触发器转换成J触发器、T触发器和T′触发器 (a)触发器;(b)触发器;(c)T′触发器 图5D触发器转换成、T、T'触发器 5.竞赛抢答电路 电路如图4所示。图中FF~FF为四D四个边沿J触发器74LS112,图 中S1、S2、S3和S4为四个抢答开关,S2为主持人控制的复位开关。抢答前主 持人操作开关S使抢答有效显示灯LED~LED4熄灭,当S1~S四人中有人抢 答有效时,其对应的显示灯LED亮,此时其余的开关S不起作用,即其对应的 显示灯LED灭。G1为双4输入与非门74LS20,G2为双六反相器74LS04。连接 电路并进行操作,观测抢答器的工作情况。 sioa 510 510 5101 LEDIY LED2平 L上D3 LED4Yy 「 山s 图6四人智力竞赛抢答电路 五、实验记录 基本RS触发器的逻辑功能测试 输入 输出
6 图 5 D 触发器转换成 JK 、T 、T′触发器 5.竞赛抢答电路 电路如图 4 所示。图中 FF1～ FF4 为四 D 四个边沿 JK 触发器 74LS112，图 中 1 S 、 S2 、 S3和 4 S 为四个抢答开关，SR 为主持人控制的复位开关。抢答前主 持人操作开关 SR 使抢答有效显示灯 LED1～ LED4 熄灭，当 1 S ～ 4 S 四人中有人抢 答有效时，其对应的显示灯 LED 亮，此时其余的开关 S 不起作用，即其对应的 显示灯 LED 灭。G1为双 4 输入与非门 74LS20，G2 为双六反相器 74LS04。连接 电路并进行操作，观测抢答器的工作情况。 图 6 四人智力竞赛抢答电路 五、实验记录 表一 基本 RS 触发器的逻辑功能测试 输入 输出
Q 0 0 0 1 表二JK触发器异步复位和置位端的测试 CP K × 0 × × 表 丿K触发器的逻辑功能 Q CP 功能说明 0 O=1 0→>1 00 1→>0 0→>1 1->0 0→>1 1->0 表四D触发器的逻辑功能 O 功能说明 O"=1 0→1
7 R S n Q n+1 Q 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 表二 JK 触发器异步复位和置位端的测试 CP J K RD D S n+1 Q × × × 0 1 × × × 1 0 表三 JK 触发器的逻辑功能 n+1 Q J K CP n Q =0 n Q =1 功能说明 0→1 0 0 1→0 0→1 0 1 1→0 0→1 1 0 1→0 0→1 1 1 1→0 表四 D 触发器的逻辑功能 n+1 Q D CP n Q =0 n Q =1 功能说明 0 0→1
1→>0 0→>1 1→>0 表五 0→11→00→11→00→11→00→11→00→11→0 O 六、预习要求 复习基本RS触发器、JK触发器、D触发器的逻辑功能 2.熟悉触发器功能测试表格 3.掌握JK触发器和D触发器的真值表及其转换的基本方法。 七、实验报告 1.整理实验表格。 2.总结触发器功能及测试方法。 3.总结触发器之间的转换方法,画出实验中触发器转换原理图。 4.分析抢答器的工作原理
8 1→0 0→1 1 1→0 表五 1 2 3 4 5 CP 0 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0 0→1 1→0 n+1 Q 0 六、预习要求 1．复习基本 RS 触发器、 JK 触发器、 D 触发器的逻辑功能。 2．熟悉触发器功能测试表格。 3．掌握 JK 触发器和 D 触发器的真值表及其转换的基本方法。 七、实验报告 1．整理实验表格。 2．总结触发器功能及测试方法。 3．总结触发器之间的转换方法，画出实验中触发器转换原理图。 4．分析抢答器的工作原理