第十章 触发器与时序逻辑电路

第十章 触发器与时序逻辑电路第一节 RS 触发器[本节重点]： 1、RS 触发器2、可控RS 触发器 [本节难点]：1、基本RS 触发器原理2、可控RS 触发器原理 [复习导入]： 从反馈作用引入 [讲授新课]：一、基本RS 触发器 1、电路结构与非门组成的基本RS 触发器 （a ）逻辑电路（b ）逻辑符号由两个与非门组成的基本RS 触发器。

图（b ）为其逻辑符号。

D S 和D R 为信号输入端，用它们上面的非号表示低电平有效，在逻辑符号中用小圆圈表示。

Q 和Q 为输出端。

2、工作原理①D R =D S =1（D R 和D S 都接高电位）设触发器的原状态为0，即Q =0，Q =1。

由图（a ）可知，Q 的0状态接到门G 2的输入端以确保门G 2的输出是1；Q 的1状态接到门G 1的输入端以确保门G 1的输出是0。

设触发器的原状态为1，即Q =1，Q =0。

由图 (a)可知，Q 的l 状态接到门G 2的输入端以确保门G 2的输出是0；Q 的0状态接到门G 1的输入端以确保门G 1的输出是1。

由上述分析可见，不论触发器的原状态是0还是1，只要D R =D S =1，触发器就能保持原状态不变，此时称触发器为记忆态。

1位基本RS 触发器可以记忆1位二进制数。

②D S =1，D R =0（D S 接高电位，D R 端加负脉冲）当D R 端加负脉冲时，D R =0，无论Q 的原状态如何都使Q =1。

Q 的1状态接到门G 1的输入端以确保Q =0；Q 的0状态接到门G 2的输入端以确保Q =1。

当负脉冲消失时，D R =D S =1，根据①的分析可知，触发器将保持Q =0的状态不变。

可见当D S 接高电位，D R 端加负脉冲时，可使触发器置0并保持。

③D R =1，D S =0（D R 接高电位，D S 端加负脉冲）当D S 端加负脉冲时，D S =0，无论Q 的原状态如何都使Q =1。

Q 的l 状态接到门G 2的输入端以确保Q =0；Q 的0状态接到门G 1的输入端以确保Q =1。

当负脉冲消失时，D R =D S =1，触发器保持Q =1的状态不变。

可见当D R 接高电位，D S 端加负脉冲时，可使触发器置1并保持。

④D R =D S =0（D S 和D R 端同时加负脉冲）当D R 和D S 端同时加负脉冲时，D R =D S =0，无论Q 的原状态如何，都使Q =Q =0，这违反了Q 与Q 状态相反的逻辑关系。

当负脉冲同时消失时，D R 和D S 端同时由0变为1，门G 1和G 2的输入全都为1。

理论上此时两个门的输出都应为0，但由于门G 1和G 2的传输延迟时间不同，或者门G 1先变为0，或者门G 2先变为0，只要有一个门先变为0，另一个门就不会再变为0了。

可见，D R 和D S 端同时由0变1时，触发器的状态是不确定的，所以要禁止这种状态出现。

综上所述，基本RS 触发器具有置0、置1并保持的功能。

需置0时，令D S =1，在D R 端加负脉冲；需置1时，令D R =1，在D S 端加负脉冲。

但不允许在D S 和D R 端同时加负脉冲。

3．逻辑功能的表示方法 （1）用真值表表示我们把触发器接收输入信号之前的状态称为现态，用nQ 表示。

把触发器接收输入信号之后所处的新的状态称为次态，用1n +Q 表示。

基本RS 触发器的逻辑功能可以用真值表来表示。

由与非门组成的基本RS 触发器真值表0 1 0 1 01置1 01 0111置11 11 111保持（2）用时序图来描述一般先设初始状态Q为0（也可以设为1），然后根据给定输入信号波形，相应画出输出端Q的波形，这种波形图称为时序图，可直观地显示触发器的工作情况。

在画波形图时，如遇到触发器输入条件D R=D S=0时，而此后又同时出现DR=D S=1，则Q和Q为不定状态，用斜实线或虚线注明，以表示触发器处于失效状态，直至下一个D S或D R使输出有确定的状态为止。

基本RS触发器波形图举例二、可控RS触发器1、电路结构同步RS触发器的组成和符号（a）逻辑电路（b）逻辑符号可控RS触发器的电路组成和符号图如图。

图 (a)中，Q与Q是触发器的输出端，CP是时钟脉冲（正脉冲）的输入端，R和S是信号输入端。

门G1和G2构成基本RS触发器。

D S和D R是直接置0端和置1端，在D S或D R端加负脉冲可将触发器直接置0或置1。

图（b）中，D S和D R端有小圆圈，表示在此处输入负脉冲时可使触发器状态置0或置1，当触发器开始工作时，这两个端子要接高电平。

框内的R、S为输入定义符号，C为控制关联符号，C右边和R、S左边的1为关联序号，它的含义是：当控制信号C的输入有效时，与C序号相同的R、S才能对电路起作用。

2、逻辑功能（1）R=S=0由于R=S=0时，无论有无CP到来，门G3和G4的输出均为1。

由于基本RS触发器的输入全为1，因而保持触发器的原状态不变。

（2）R=0，S=1由于S=l，当CP到来时，门G3输入全l而输出0。

此时不论门G1的其他输入端是什么状态，其必输出1，即Q=1；R=0使门4G输出1，此时门G2输入全1而输出0，这个0状态接到门G1的输入以确保Q=1。

当时钟消失，即CP=0时，门G 3和G4的输出均为1，使基本RS触发器的输入全为1而保持Q=1的状态不变。

（3）R=l，S=0由于R=l，当CP到来时，使门G4输入全1而输出0，此时门G2必输出1，即Q=1；由于S=0，当CP=l时，门G3输出1。

此时门G1输入全1而输出0，即Q=0，这个0状态接到门G2的输入以确保Q=1。

当时钟消失，即CP=0时，门G3和G4的输出均为1，使基本RS触发器的输入全为1而保持Q=0的状态不变。

（4）R=S=1由于R=S=1，当CP到来时，门G3和G4的输出均为0，则基本RS触发器处于输入为00的状态。

当时钟消失，即CP=0时，门G3和G4的输出均变为1，使基本RS触发器的输入同时由0变成1，所以Q的状态将不定。

表中的nQ是时钟没到时触发器的状态，1nQ是时钟作用之后触发器的状态。

R S 1n +Q说明 0 0 n Q记忆功能 0 1 1 输出状态同S 1 0 0 11状态不定应禁止出现此状态可控RS 触发器的工作波形举例如图所示。

图中触发器的初始状态=1。

在CP 没到来时，令D S =1，在D R 端加负脉冲使触发器复位。

可控RS 触发器的工作波形3、特性方程触发器次态1n +Q 与R 、S 及现态n Q 之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。

可控RS 触发器的特性方程为：n 1n Q R S Q +=+ (CP=1期间有效)RS =0（约束条件）第二节 边沿触发器[本节重点]： 1、边沿JK 触发器 2、边沿D 触发器 [本节难点]：1、边沿JK 触发器原理2、边沿D 触发器原理 [复习导入]：从如何消除可控RS 触发器的缺点引入 [讲授新课]：一、边沿触发JK 触发器1、边沿触发器可分为正边沿触发器（时钟脉冲的上升沿触发）和负边沿触发器（时钟脉冲脉冲的下降沿触发）两类。

2、逻辑符号3、JK 触发器的功能J=K=0时：Q n+1= Q n J=K=1 时：Q n+1= J=0，K=1时：Q n+1=0J=1，K=0时：Q n+1=1 二、D 触发器1、逻辑符号如图所示是维持阻塞D 触发器的逻辑符号。

D 是信号输入端，框内“>”表示用时脉冲CP 上升沿触发，所以维持阻塞D 触发器又称为边沿D 触发器。

CR DS DQQK J维持阻塞D 触发2、功能表输 入输 出 功能说明 D R D S D CP1n +Q 1n +Q 0 1 × × 0 1 异步置0 1 0 × × 1 0 异步置1 1 1 0 ↑ 0 1 置 0 1 1 1 ↑ 1 0置 1 1 1 × 0 n Q n Q保 持 0 0 × × 1 1不允许3、工作原理（1）异步置0。

当D R =0、D S =l 时，触发器置0，1n +Q =0，它与时钟脉冲CP 及D 端的输入信号没有关系，称为异步置0端。

（2）异步置1。

当D R =l 、D S =0时，触发器置l ，1n +Q =1。

它同样与时钟脉冲CP 及D 端的输入信号没有关系，称为异步置1端。

由此可见，D R 端和D S 端的信号对触发器的控制作用优先于CP 信号。

（3）置0。

取D R =D S =l ，如D=0，则在CP 由0正跃到1时，触发器置0，1n +Q =0。

由于触发器的置0和CP 同步到来，因此，又称为同步置0。

（4）置1。

取D R =D S =l ，如D=l ，则在CP 由0正跃到1时，触发器置l ，1n +Q =1。

由于触发器的置l 和CP 同步到来，因此，又称为同步置1。

（5）保持。

取D R =D S =l ，在CP=0时，这时不论D 端输入信号为0还是为1，触发器都保持原来的状态不变。

第三节 寄存器[本节重点]： 1、数码寄存器 2、移位寄存器 [本节难点]：1、数码寄存器原理2、移位寄存器原理 [复习导入]：从边沿触发的应用引入 [讲授新课]： 一、数码寄存器数码寄存器具有接收、保存和清除数码的功能，也称为基本寄存器，它可以用RS 、D 、JK 来实现。

按照接收数码的方式不同，数码寄存器有双拍工作和单拍工作两种方式。

1、双拍接收方式数码寄存器如图所示电路为基本RS 触发器组成的双拍工作方式数码寄存器。

双拍工作方式数码寄存器其工作过程如下： （1）清零（第一拍）在接收数码之前先在清零端加一个负脉冲把所有触发器复位到0状态，即0123Q Q Q Q =0000，第一拍清除原有数码，以保证正确接收数码。

（2）接收数码(第二拍)清零工作完成后，在接收端给出一个接收正脉冲，将与非门1~4打开，输入数码0123DD D D 通过与非门进入寄存器中，并保存起来。

例如待存的数码0123D D D D =1010，在接收正脉冲作用下，门4、门2的输出为0，使触发器FF 3、FF 1的S R =10，将触发器FF 3、FF 1置成1状态。

而门3、门1的输出为1，使触发器FF 2、FF 0的S R =11，触发器FF 2、FF 0保持原状态0，故寄存器的状态0123Q Q Q Q =1010，数据已存入寄存器。

可见第二拍是用来接收数据。

若没有第一拍清零信号，假设寄存器原来存放的信号为1110，此时要存入数据0123D D D D =1010，则因为FF 2、FF 0的状态不变，会出现错误结果1110，故第一拍清零非常重要。

双拍接收方式，虽然电路简单，但是每次接收数码必须给出两个控制脉冲，这样限制了电路的工作速度。

这种在一个脉冲作用下，各位数码是同时输入、各位输出也是同时建立起来的输入输出方式叫并行输入、并行输出2、单拍工作方式数码寄存器如图所示是一个由基本RS 触发器组成的4位数码寄存器。