触发器讲义

第四章触发器讲义·组合逻辑电路的特点：电路的输出惟一的由输入决定，电路中不含记忆单元，输出、输入之间没有反馈延迟通路，因而当输入信号消失后，电路的输出也随之消失，与原来状态无关。

·时序电路的特点：输出不仅与当前的输入信号有关，还取决于电路原先的输出状态，所以时序电路中含有记忆单元。

触发器是时序电路的基本单元电路，也是数字电路中极其重要的单元电路。

·触发器的特点：(1) 具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和l ――1态、0态；(2) 在输入信号作用下，两个稳定状态可以互相转换(由l状态变为0状态，或由0状态变为1状态)。

·触发器的现态、次态·分类：按照结构形式的不同－－基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器；根据逻辑功能的不同－－RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T´触发器。

4.1 基本RS触发器基本RS触发器是结构形式最简单的—种。

同时，它又是实用触发器的—个组成部分。

一、电路结构与工作原理1．电路结构－－两个或非门交叉耦合，它可以是TTL门，也可以是CMOS门。

·信号、状态说明R D、S D是信号输入端，字母上面无反号，表示高电平有效，既R D、S D端为高电平时表示有信号，为低电平时表示无信号，Q和是两个输出端。

正常情况下，Q、是互补的，一个有小圆圈，一个无小圆圈，并且定义Q = 1、= 0为触发器的1状态，Q = 0、= 1为触发器的0状态。

2．工作原理①当S D = 1、R D = 0时，Q = 1、= 0，触发器置1。

S D=1信号消失后，1态仍保持→记忆功能。

②当S D = 0、R D = 1时，Q = 0、= 1，触发器置0。

R D=1信号消失后，0态得以保持。

③当S D = R D = 0时，触发器维持原来的状态不变。

④当S D = R D = 1时，Q == 0，不是正常的状态。

而且，如果S D、R D同时下跳，最终稳定状态不能确定。

因此，在正常工作时输入信号应遵守S D R D = 0 的约束条件，亦即不允许输入S D = R D = 1的信号。

小结：有两个或非门交叉耦合构成的基本RS 触发器具有置1、置0及保持的功能。

因为S D = 1时触发器被置1，通常称S D 端为置1端，是高电平有效。

因为R D = 1时触发器被置0，通常称R D 端为置0端，也是高电平有效。

基本RS 触发器属于电平触发。

·基本RS 触发器也可用与非门构成，输入低电平有效。

二、逻辑功能描述描述触发器的逻辑功能，通常采用特性表、特性方程、状态转换图、驱动表和波形图等几种方法。

1．特性表表明触发器在输入信号作用下，触发器下一稳定状态(次态)Q n +1与触发器的原稳定状态(现态)Q n及输入信号之间的关系。

并将Q n称为状态变量，把这种含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表。

用或非门组成的基本RS 触发器的特性表 用与非门组成的基本RS 触发器的特性表* S D 、R D 的1状态同时消失后状态不定 *、的0状态同时消失后状态基本RS 触发器的特性表 简化特性表2．特性方程描述触发器次态Q n+1与输入信号及现态Q n之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。

通过卡诺图简化，可得基本RS触发器的特性方程为&, nbsp;R D S D=0 （约束条件）·基本RS触发器Q n+1的卡诺图·基本RS触发器的状态转换图3．状态转换图描述触发器的逻辑功能还可以采用图形的方法，即状态转换图来描述。

两个圆圈分别代表触发器的两个稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转换的方向，由现态指向次态。

箭头线旁标注的R D、S D值表示状态转换时的条件，其中的“×”号表示任意值，可以为0也可以为1。

4．驱动表驱动表是用表格的方式表示触发器由当前状态Q n转换至所要求的下一个状态Q n+1(或维持原状态不变)时，对输入信号的要求。

基本RS触发器的驱动表5．波形图工作波形图又称时序图，它直观地反映了触发器的输出状态随时间和输入信号变化的规律。

例在图4.2.1所示的基本RS触发器中，已知输入R、S的波形，试画出输出Q 、对应的波形图。

设触发器的初始状态为Q=0，=1。

4.2 同步触发器加入同步控制－－时钟脉冲信号(CP)，使FF：转换方向由输入决定，而转换时刻由CP决定。

根据逻辑功能不同，同步触发器可分为RS、D、JK和T几种类型。

一、同步RS触发器当CP = 0时，=1，=1，由基本RS触发器功能可知，触发器状态Q维持不变。

当CP = 1时，=，=，触发器状态跟随输入信号的变化而转换。

同步RS触发器的特性方程为在CP = 1时有效RS = 0 （约束条件）它表明在CP = 1时，同步RS触发器的状态按式(4.3.1)的描述进行转换。

同理可以得到在CP = 1时同步RS触发器的特性表、驱动表和状态转换图。

同步RS触发器的特性同步RS触发器的驱动表例已知CP、R、S的波形，试画出输出Q对应的波形图。

设触发器的初始状态为Q=0。

二、同步D触发器工作原理①当CP = 0时，=1，=1，触发器状态Q 维持不变。

②当CP = 1时，=，=，触发器状态跟随输入信号的变化而转换。

根据基本RS 触发器的特性方程式，可以得到当CP = 1时， 同步D 触发器的特性方程为= D 在CP = 1时有效由于和互补，永远不会出现FF 状态不定的情况，去掉约束条件。

·它表明在CP = 1时，同步D 触发器的次态仅决定于输入D ，与现态无关，且无状态不定的问题。

－－存在直通现象：CP=1期间，D 变则Q 变。

同理可以得到在CP =1时同步D 触发器的特性表、驱动表和状态转换图。

D 触发器特性表 D 触提示：同步D 触发器在CP = 1作用下，将D 端数据送入触发器，使Q n +1=D 。

CP=0时，Q n +1= Q n ，状态保持不变，故D 触发器常称为数据锁存器。

三、同步JK 触发器 工作原理①当CP = 0时，=1，=1，由基本RS 触发器功能可知，状态Q 维持不变。

②当CP = 1时，，，根据基本RS 触发器的特性方程式，可以得到当CP = 1时，同步JK 触发器的特性方程为CP = 1时有效同理可以得到在CP = 1时同步JK 触发器的特性表、驱动表和状态转换图。

JK 触发器在J = 0、K = 0时具有状态保持功能；在J = 0、K = 1时具有置0功能；在J = 1、K = 0时具有置1功能；在J = 1、K = 1时具有状态翻转功能。

四、脉冲触发方式的工作特性当同步信号CP为低电平(CP = 0)时，输入信号被封锁，状态保持不变；当同步信号CP为高电平(CP = 1)时，触发器接收输入信号，状态发生转换。

这种同步方式称为脉冲触发方式。

脉冲触发方式的特点是，在约定同步信号电平(CP = 1或0)期间，触发器接收输入信号，输入信号的任何变化都会引起触发器状态的改变。

而在非约定电平期间，不论输入信号如何变化，都不会影响触发器的状态。

必须指出，这种脉冲触发方式，对于T触发器T=1时及JK触发器J=K=1时，触发器的状态转换均为。

当在CP=1且脉冲宽度较宽时，触发器将在CP=1的期间不断地接收输入驱动信号而发生翻转，直至CP = 0为止，这种现象称为空翻。

4.3 主从触发器为克服同步触发器的空翻现象，使每一个时钟脉冲到来时触发器只变化一次，在同步触发器的基础上又设计出了主从触发器。

一、主从JK触发器CP=1时，主FF接受信号、从FF被封，Q状态不变；CP=0时，主FF被封、从FF接受主FF输出，更新状态（从FF跟随主FF）。

将代入，即可得主从JK触发器的特性方程为CP下降沿出现时有效所不同的是同步JK触发器在CP=1期间都可能改变状态，而主从JK触发器只在CP下降沿触发翻转。

例4.4.2 已知CP、J、K的波形如图所示，试画出输出Q对应的波形图。

设触发器的初始状态为Q=0。

二、主从触发器的一次翻转现象·关于主从RSFF主FF的空翻和主从JKFF主FF的一次变化主从RSFF没有Q、端接到输入端的反馈线，所以CP = 1期间主FF状态会随R、S状态多次翻转。

主从JKFF则由于输出端到输入的反馈线，主FF跟随作用消失。

在Q n = 1时主触发器只能接受置0信号，即Q’n+1= 0，从触发器状态Q n = 1不变。

其结果就是在CP = 1期间主触发器只能根据输入信号翻转—次，—旦翻转了就不会翻回到原来的状态，即不再随输入驱动信号J、K的变化而变化，这种现象称为一次翻转现象。

·对输入信号的要求：输入信号在CP = 1期间保持稳定。

否则无法保证次态正确。

－－主从触发器的严重缺陷，抗干扰能力低。

例在主从JK触发器中，已知CP、J、K的波形如图4.4.6中所示，试画出输出Q对应的波形图。

设触发器的初始状态为Q=0。

解：4.4 边沿触发器边沿触发器仅在CP触发沿到来的前一瞬间接收输入信号，大大提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力。

是常用FF。

一、用CMOS传输门构成的边沿触发器由于引入了传输门，该电路虽为主从结构，却没有一次翻转现象，具有边沿触发器的特点。

①当CP = 1、0时，TG1通、TG2止，D信号送入主FF中，使。

但这时主触发器尚未形成反馈连接，不能自行保持，随D而变。

同时，由于TG3止、TG4导通，所以从触发器维持原状态不变。

②当CP的下降沿到达时，TG1止、TG2通。

由于门G1的输入电容存储效应，G1输入端的电压不会立刻消失，于是在TG1切断前的状态被保存下来。

同时，由于TG3通、TG4止，主FF的状态通过TG3和G3送到了输出端，使CP下降沿到达时有效注意与同步D触发器的区别：边沿D触发器只在CP下降沿触发翻转，而同步D触发器在CP=1期间都可能触发翻转。

如果将传输门的控制信号CP和互换，触发器变为CP上升沿触发。

二、维持–阻塞边沿触发器用与非门组成的维持–阻塞边沿D触发器如图4.5.2(a)所示，其中G1和G2构成基本RS触发器。

图4.5.2(b)所示是其逻辑符号。

下面分析其工作原理。

和－－直接置1端和直接置0端。

低电平有效。

分析工作原理时，设= 1、= 1(1) CP = 0时，G3和G4被封，g3 = g4 = 1，Q不变。

同时，G5和G6门打开，因此可接收输入信号D ，g6 =，g5 == D 。

(2) 当CP由0变1时，G3和G4接收g5、g6状态，g3 ==g6 =，g4 == D 。

这样由G1、G2组成的基本RS 触发器，g3起信号作用，g4起信号作用，故由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q n+1 ==D。