數(shù)字電路 第4章 (觸發(fā)器)

第4章觸發(fā)器學(xué)習(xí)要點(diǎn)：觸發(fā)器的觸發(fā)方式和邏輯功能觸發(fā)器的使用觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理4.1基本RS觸發(fā)器4.2同步觸發(fā)器4.3主從觸發(fā)器4.4邊沿觸發(fā)器4.5不同類型觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的基本邏輯部件。它有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：0狀態(tài)和1狀態(tài)；在不同的輸入情況下，它可以被置成0狀態(tài)或1狀態(tài)；當(dāng)輸入信號(hào)消失后，所置成的狀態(tài)能夠保持不變。所以，觸發(fā)器可以記憶1位二值信號(hào)。根據(jù)邏輯功能的不同，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T和T′觸發(fā)器；按照結(jié)構(gòu)形式的不同，又可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。觸發(fā)器通常還有一個(gè)觸發(fā)控制脈沖，用于控制觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)刻，因此研究觸發(fā)器應(yīng)著重觸發(fā)器的：邏輯功能觸發(fā)方式4.1基本RS觸發(fā)器（電平控制觸發(fā)）1.與非門構(gòu)成，低電平有效基本RS觸發(fā)器由輸入信號(hào)直接決定觸發(fā)器的狀態(tài)：

—reset，復(fù)位、置0

—set，置位、置1又稱置0置1觸發(fā)器、置位復(fù)位觸發(fā)器。電路組成和邏輯符號(hào)信號(hào)輸入端，低電平有效。信號(hào)輸出端，Q=0、Q=1的狀態(tài)稱0狀態(tài)，Q=1、Q=0的狀態(tài)稱1狀態(tài)，工作原理Q10011

00①R=0、S=1時(shí)：由于R=0（復(fù)位信號(hào)有效），不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。0110Q100②R=1、S=0時(shí)：由于S=0（置位信號(hào)有效），不論原來(lái)Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。0

111110③R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來(lái)的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲(chǔ)起來(lái)，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。Q1000111

1不變100011Q10001111不變0

0不定？④R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。波形圖反映觸發(fā)器輸入信號(hào)取值和狀態(tài)之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖形稱為波形圖QQ置1置0置1置1置1保持不允許2.與非門構(gòu)成高電平有效基本RS觸發(fā)器11SQRQSR&&QQ3.或非門構(gòu)成高電平有效基本RS觸發(fā)器SQRQSR≥1QQ≥1基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)是加在R、S端的高低電平，是一種電平控制觸發(fā)器。電路翻轉(zhuǎn)后的穩(wěn)定狀態(tài)并不需要由觸發(fā)脈沖來(lái)維持。4.基本RS觸發(fā)器的應(yīng)用控制電機(jī)起停：I1—電機(jī)起動(dòng)信號(hào)I2—電機(jī)停止信號(hào)SQRQI1I2S=I1R=I2Q初值置1維持置0維持基本RS觸發(fā)器的特點(diǎn)（1）觸發(fā)器的次態(tài)不僅與輸入信號(hào)狀態(tài)有關(guān)，而且與觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)有關(guān)。（2）電路具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在無(wú)外來(lái)觸發(fā)信號(hào)作用時(shí)，電路將保持原狀態(tài)不變。（3）在外加觸發(fā)信號(hào)有效時(shí)，電路可以觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)置0或置1。（4）在穩(wěn)定狀態(tài)下兩個(gè)輸出端的狀態(tài)必須是互補(bǔ)關(guān)系，即有約束條件。在數(shù)字電路中，凡根據(jù)輸入信號(hào)R、S情況的不同，具有置0、置1和保持功能的電路，都稱為RS觸發(fā)器。集成基本RS觸發(fā)器EN＝1時(shí)工作EN＝0時(shí)禁止1S=SASB3S4.2同步觸發(fā)器（脈沖控制觸發(fā)）1、同步RS觸發(fā)器R’S’CP＝0時(shí)，R’=S’=1，觸發(fā)器保持原來(lái)狀態(tài)不變。CP＝1時(shí)，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。觸發(fā)器邏輯功能的描述方式：1、特性表表明觸發(fā)器下一個(gè)輸出狀態(tài)（次態(tài)Qn+1）與輸入信號(hào)及現(xiàn)在輸出狀態(tài)（現(xiàn)態(tài)Qn）關(guān)系的表格。2、特性方程由狀態(tài)真值表寫(xiě)出的表明次態(tài)（Qn+1）與輸入信號(hào)及現(xiàn)態(tài)（Qn）關(guān)系的邏輯函數(shù)表達(dá)式。3、狀態(tài)（轉(zhuǎn)換）圖用表示狀態(tài)和“/”表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換方向和輸入/輸出取值關(guān)系的圖形。4、時(shí)序圖（波形圖）特性表（真值表）現(xiàn)態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)：觸發(fā)器接收輸入信號(hào)之后所處的新的穩(wěn)定狀態(tài)。次態(tài)Qn+1的卡諾圖特性方程觸發(fā)器的特性方程就是觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入及現(xiàn)態(tài)Qn之間的邏輯關(guān)系式0001111000111100××RSQnQn+1狀態(tài)圖描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系及轉(zhuǎn)換條件的圖形稱為狀態(tài)圖010×/×0/SR=10/01/①當(dāng)觸發(fā)器處在0狀態(tài)，即Qn=0時(shí)，若輸入信號(hào)SR＝01或00，觸發(fā)器仍為0狀態(tài)；②當(dāng)觸發(fā)器處在1狀態(tài)，即Qn=1時(shí)，若輸入信號(hào)SR＝10或00，觸發(fā)器仍為1狀態(tài)；若SR＝10，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為1狀態(tài)。若SR＝01，觸發(fā)器就會(huì)翻轉(zhuǎn)成為0狀態(tài)。主要特點(diǎn)波形圖（1）時(shí)鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號(hào)，按觸發(fā)器的邏輯功能進(jìn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。CP＝0時(shí)狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對(duì)觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?cè)黾恿藭r(shí)間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時(shí)為1的情況，否則會(huì)使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變2、同步D觸發(fā)器（D鎖存器）CP=1期間有效將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號(hào)D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。動(dòng)作特點(diǎn)電平觸發(fā)：CP=1的全部時(shí)間內(nèi)S和R的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化。所以，如果在CP=1期間R、S發(fā)生多次變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也可能發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)。在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻?？辗且环N有害的現(xiàn)象，它使得時(shí)序電路不能按時(shí)鐘節(jié)拍工作，造成系統(tǒng)的誤動(dòng)作。

CPSRQ有效翻轉(zhuǎn)空翻同步RS觸發(fā)器的空翻波形同步觸發(fā)器：邏輯功能：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器。觸發(fā)器狀態(tài)改變被控制在一個(gè)時(shí)間段里。CP=1（或0）期間，觸發(fā)器按照相應(yīng)的邏輯功能和輸入信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，CP=0（或1）期間，保持狀態(tài)不變。觸發(fā)方式：脈沖（控制）觸發(fā)4.3主從觸發(fā)器1、主從RS觸發(fā)器工作原理（1）接收輸入信號(hào)過(guò)程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開(kāi)，接收輸入信號(hào)R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。1001（2）輸出信號(hào)過(guò)程CP下降沿到來(lái)時(shí)，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲(chǔ)起來(lái)。同時(shí)，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開(kāi)，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。CP下降沿到來(lái)時(shí)有效特性方程

從觸發(fā)器只能輸出CP=1期間，主觸發(fā)器最后一次變化所得到的狀態(tài)。

在

CP=1期間，主觸發(fā)器隨R、S端狀態(tài)的改變而多次改變，但在CP下降沿到來(lái)時(shí)，從觸發(fā)器最多只能改變一次。為使主從RS

觸發(fā)器按其特性表正常工作，必須在

CP=1期間，使R、S

端的狀態(tài)保持不變。帶來(lái)的問(wèn)題：特別注意：動(dòng)作特點(diǎn)：2、主從JK觸發(fā)器代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒(méi)有約束。特性表時(shí)序圖電路特點(diǎn)①主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號(hào)直接控制的問(wèn)題，具有CP＝1期間接收輸入信號(hào)，CP下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。②輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。③存在一次變化問(wèn)題。一次變化現(xiàn)象：而在CP=1期間，輸入J出現(xiàn)正向干擾，就有：在Qn=0，CP=1期間，若J=0，K=×，則Qn+1=0J=0，K=×→Qm=0J=1，K=×→Qm=1干擾J=0，K=×→Qm=1干擾過(guò)去CP時(shí)，Qn+1=1

錯(cuò)誤01=1=×=0→1→0在Q=0時(shí)，J端出現(xiàn)正向干擾，在Q=1時(shí)，K端出現(xiàn)正向干擾，觸發(fā)器的狀態(tài)只能根據(jù)輸入端的信號(hào)（正向干擾信號(hào)）改變一次的現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。一次變化現(xiàn)象降低了主從JK觸發(fā)器的抗干擾能力。主從JK觸發(fā)器在使用時(shí)要求J、K信號(hào)在CP上升沿前加入，CP=1期間保持不變，CP下降沿時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生改變。帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置110001111帶清零端和預(yù)置端的主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)

SDJCPKRD

QQSDRD

JKJCPKQQ曾用符號(hào)國(guó)標(biāo)符號(hào)CPRDSD

S1J1KR

QQC1集成主從JK觸發(fā)器低電平有效低電平有效CP下降沿觸發(fā)與輸入主從JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)器功能完善，并且輸入信號(hào)J、K之間沒(méi)有約束。但主從JK觸發(fā)器還存在著一次變化問(wèn)題，即主從JK觸發(fā)器中的主觸發(fā)器，在CP＝1期間其狀態(tài)能且只能變化一次，這種變化可以是J、K變化引起，也可以是干擾脈沖引起，因此其抗干擾能力尚需進(jìn)一步提高。

1J2K

SRSD

J1

J2

J3

CPK1

K2K3RDQQCP&&在畫(huà)主從觸發(fā)器的波形圖時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：①觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)沿（這里是下降沿）②判斷觸發(fā)器次態(tài)的依據(jù)是時(shí)鐘脈沖下降時(shí)主觸發(fā)器的狀態(tài)。

已知主從JK觸發(fā)器的輸入信號(hào)波形如圖所示，試畫(huà)出輸出端電壓波形。設(shè)觸發(fā)器初始狀態(tài)為Q=02.動(dòng)作特點(diǎn)無(wú)論是主從RS觸發(fā)器還是主從JK觸發(fā)器，都有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)分兩步動(dòng)作。第一步，CP=1期間主觸發(fā)器接收輸入端（S、R或J、K）信號(hào)，被置成相應(yīng)的狀態(tài)，而從觸發(fā)器不動(dòng)；第二步，CP下降沿到來(lái)時(shí)從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，所以Q、端狀態(tài)的改變發(fā)生在CP的下降沿。(2)CP=1的全部時(shí)間里輸入信號(hào)都將對(duì)主觸發(fā)器起控制作用。對(duì)于主從JK觸發(fā)器，存在“一次變化”效應(yīng)。邊沿觸發(fā)器特點(diǎn)：觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制在CP觸發(fā)沿到來(lái)的一瞬間，而且將接收輸入信號(hào)的時(shí)間也控制在CP觸發(fā)沿到來(lái)的前一瞬間。因此，邊沿觸發(fā)器既沒(méi)有空翻現(xiàn)象，也沒(méi)有一次變化問(wèn)題，從而大大提高了觸發(fā)器工作的可靠性和抗干擾能力。

包括:

利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器 維持阻塞觸發(fā)器 利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器4.4邊沿觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）1.利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器由CMOS邏輯門和CMOS傳輸門組成主從D觸發(fā)器觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)分為兩個(gè)節(jié)拍：(1)當(dāng)CP為0時(shí)，TG1開(kāi)通，TG2關(guān)閉。主觸發(fā)器接收D信號(hào)。同時(shí)，TG3關(guān)閉，TG4開(kāi)通，從觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。(2)當(dāng)CP由0變?yōu)?時(shí)，TG1關(guān)閉，TG2開(kāi)通，主觸發(fā)器自保持。同時(shí)，TG3開(kāi)通，TG4關(guān)閉，從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器的狀態(tài)。由于引入了傳輸門，該電路雖為主從結(jié)構(gòu)，卻沒(méi)有一次變化問(wèn)題，具有邊沿觸發(fā)器的特性。CPDQnQn+1x上升沿上升沿上升沿上升沿x0011x0101Qn0011異步置位端異步復(fù)位端上升沿觸發(fā)端CMOS邊沿觸發(fā)器特性表2.維持阻塞觸發(fā)器G3、G5和G4、G6形成兩個(gè)基本RS觸發(fā)器，或的低電平輸入信號(hào)（置1或置0信號(hào)）被存入這兩個(gè)基本RS觸發(fā)器中。置1維持線置0維持線置0阻塞線置1阻塞線維持阻塞D觸發(fā)器維持阻塞D觸發(fā)器的特點(diǎn)：上升沿觸發(fā)觸發(fā)后電路次態(tài)同輸入信號(hào)D輸入信號(hào)D必須先于CP上升沿前送到3.利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)：

下降沿觸發(fā)利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿JK觸發(fā)器特性表CPJ

KQnQn+1功能說(shuō)明xxxxQn無(wú)影響下降沿下降沿00000101保持原狀態(tài)下降沿下降沿10100111置1下降沿下降沿01010100置0下降沿下降沿11110110變?yōu)橄喾礌顟B(tài)集成邊沿D觸發(fā)器注意：CC4013的異步輸入端RD和SD為高電平有效。CP上升沿觸發(fā)邊沿JK觸發(fā)器的邏輯符號(hào)邊沿JK觸發(fā)器的特點(diǎn)①邊沿觸發(fā)，無(wú)一次變化問(wèn)題。②功能齊全，使用方便靈活。③抗干擾能力極強(qiáng)，工作速度很高。集成邊沿JK觸發(fā)器①74LS112為CP下降沿觸發(fā)。②CC4027為CP上升沿觸發(fā)，且其異步輸入端RD和SD為高電平有效。注意邊沿觸發(fā)器：邏輯功能：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器。觸發(fā)器狀態(tài)改變被控制在某一時(shí)刻。CP脈沖上升沿（或下降沿）前，觸發(fā)器接收信號(hào)，上升沿（或下降沿）時(shí)刻觸發(fā)器按照相應(yīng)的邏輯功能和輸入信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，之后，保持新?tīng)顟B(tài)不變。觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)﹥CQQ﹥CQQCP上升沿翻轉(zhuǎn)CP下降沿翻轉(zhuǎn)4.5不同類型觸發(fā)器之間的轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換步驟：（1）寫(xiě)出已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程。（2）變換待求觸發(fā)器的特性方程，使之形式與已有觸發(fā)器的特性方程一致。（3）比較已有和待求觸發(fā)器的特性方程，根據(jù)兩個(gè)方程相等的原則求出轉(zhuǎn)換邏輯。（4）根據(jù)轉(zhuǎn)換邏輯畫(huà)出邏輯電路圖。轉(zhuǎn)換方法：利用令已有觸發(fā)器和待求觸發(fā)器的特性方程相等的原則，求出轉(zhuǎn)換邏輯。1、將JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T和T＇觸發(fā)器JK觸發(fā)器→RS觸發(fā)器RS觸發(fā)器特性方程變換RS觸發(fā)器的特性方程，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方程一致：比較，得：電路圖JK觸發(fā)器→D觸發(fā)器寫(xiě)出D觸發(fā)器的特性方程，并進(jìn)行變換，使之形式與JK觸發(fā)器的特性方