知識(shí)資料第二十一章觸發(fā)器(一)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第21章觸發(fā)器大綱要求：了解RS、D、JK、T觸發(fā)器的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)及工作原理了解RS、D、JK、T觸發(fā)器的觸發(fā)方式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（時(shí)序圖）了解各種觸發(fā)器邏輯功能的轉(zhuǎn)換了解CMOS觸發(fā)器結(jié)構(gòu)和工作原理21.1基本RS觸發(fā)器（1）電路結(jié)構(gòu)。由兩個(gè)與非門的輸入輸出端交錯(cuò)耦合。它與組合電路的根本區(qū)別在于，電路中有反饋線。圖與非門組成的基本RS觸發(fā)器（a）邏輯圖（b）邏輯符號(hào)它有二個(gè)輸入端R、S，有兩個(gè)輸出端Q、。普通情況下，Q、是互補(bǔ)的。定義：當(dāng)Q＝1，＝0時(shí)，稱為觸發(fā)器的1狀態(tài)；當(dāng)Q＝0，＝1時(shí)，稱為觸發(fā)器的0狀態(tài)。（2）邏輯功能表。RSQnQn+1功能說明000001××不穩(wěn)定狀態(tài)01010100置0（復(fù)位）10100111置1（置位）11110101保持原狀態(tài)可見，觸發(fā)器的新狀態(tài)Qn+1（也稱次態(tài)）不僅與輸入狀態(tài)有關(guān)，也與觸發(fā)器本來的狀態(tài)Qn（也稱現(xiàn)態(tài)或初態(tài)）有關(guān)。觸發(fā)器的特點(diǎn)：①有兩個(gè)互補(bǔ)的輸出端，有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)。②有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能。③R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，該電路為低電平有效。④因?yàn)榉答伨€的存在，無論是復(fù)位還是置位，有效信號(hào)只須作用很短的一段時(shí)光。即“一觸即發(fā)”。（3）波形分析。綜上所述，基本RS觸發(fā)器具有復(fù)位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原狀態(tài)三種功能，R為復(fù)位輸入端，S為置位輸入端，可以是低電平有效，也可以是高電平有效，取決于觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)。21.2同步RS觸發(fā)器在實(shí)際應(yīng)用中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由R、S端的信號(hào)來決定，而且還希翼觸發(fā)器按一定的節(jié)拍翻轉(zhuǎn)。為此，給觸發(fā)器加一個(gè)時(shí)鐘控制端CP，惟獨(dú)在CP端上浮上時(shí)鐘脈沖時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才干變化。具偶爾鐘脈沖控制的觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時(shí)鐘脈沖同步，所以稱為同步觸發(fā)器。1．同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)2．邏輯功能當(dāng)CP＝0時(shí)，控制門G3、G4關(guān)閉，都輸出1。這時(shí)，不管R端和S端的信號(hào)如何變化，觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP＝1時(shí)，G3、G4打開，R、S端的輸入信號(hào)才干通過這兩個(gè)門，使基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，其輸出狀態(tài)由R、S端的輸入信號(hào)決定。見表。圖同步RS觸發(fā)器（a）邏輯圖（b）邏輯符號(hào)表同步RS觸發(fā)器的功能表RSQnQn+1功能說明00000101保持原狀態(tài)01010111輸出狀態(tài)與S狀態(tài)相同10100100輸出狀態(tài)與S狀態(tài)相同111101××輸出狀態(tài)不穩(wěn)定由此可以看出，同步RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分離由R、S和CP控制，其中，R、S控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，即轉(zhuǎn)換為何種次態(tài)；CP控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，即何時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換。3．觸發(fā)器功能的幾種表示主意（1）特性方程。觸發(fā)器次態(tài)Qn+1與輸入狀態(tài)R、S及現(xiàn)態(tài)Qn之間關(guān)系的邏輯表達(dá)式稱為觸發(fā)器的特性方程。按照表可畫出同步RS觸發(fā)器Qn+1的卡諾圖，如圖所示。由此可得同步RS觸發(fā)器的特性方程為：RS=0（約束條件）（2）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀不變時(shí)，對輸入信號(hào)的要求。（3）驅(qū)動(dòng)表驅(qū)動(dòng)表是用表格的方式表示觸發(fā)器從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時(shí)，對輸入信號(hào)的要求。表所示是按照表畫出的同步RS觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表。驅(qū)動(dòng)表對時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)是很實(shí)用的。（4）波形圖觸發(fā)器的功能也可以用輸入輸出波形圖直觀地表示出來，圖所示為同步RS觸發(fā)器的波形圖。4．同步觸發(fā)器存在的問題——空翻在一個(gè)時(shí)鐘周期的囫圇高電平期偶爾囫圇低電平期間都能接收輸入信號(hào)并改變狀態(tài)的觸發(fā)方式稱為電平觸發(fā)。由此引起的在一個(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。造成空翻現(xiàn)象的緣故是同步觸發(fā)器結(jié)構(gòu)的不完美，下面將研究的幾種無空翻的觸發(fā)器，都是從結(jié)構(gòu)上采取措施，從而克服了空翻現(xiàn)象。21.3D觸發(fā)器在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，再加兩個(gè)門G5、G6，將輸入信號(hào)D變成互補(bǔ)的兩個(gè)信號(hào)分離送給R、S端，即R=，S=D，如圖所示，就構(gòu)成了同步D觸發(fā)器。很容易驗(yàn)證，該電路滿意D觸發(fā)器的邏輯功能，但有同步觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象。為了克服空翻，并具有邊沿觸發(fā)器的特性，在圖（a）電路的基礎(chǔ)上引入三根反饋線L1、L2、L3，如圖(b)所示，其工作原理從以下兩種情況分析。圖D觸發(fā)器的邏輯圖（a）同步D觸發(fā)器（b）維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器（1）輸入D=1。在CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，Q3＝1、Q4＝1，G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。因D=1，G5輸入全1，輸出Q5=0，它使Q3=1，Q6=1。當(dāng)CP由0變1時(shí)，G4輸入全1，輸出Q4變?yōu)?。繼而，Q翻轉(zhuǎn)為1，翻轉(zhuǎn)為0，完成了使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)的全過程。同時(shí)，一旦Q4變?yōu)?，通過反饋線L1封鎖了G6門，這時(shí)倘若D信號(hào)由1變?yōu)?，只會(huì)影響G5的輸出，不會(huì)影響G6的輸出，維持了觸發(fā)器的1狀態(tài)。因此，稱L1線為置1維持線。同理，Q4變0后，通過反饋線L2也封鎖了G3門，從而阻塞了置0通路，故稱L2線為置0阻塞線。（2）輸入D=0。在CP=0時(shí)，G3、G4被封鎖，Q3＝1、Q4＝1，G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。因D=0，Q5=1，G6輸入全1，輸出Q6=0。當(dāng)CP由0變1時(shí)，G3輸入全1，輸出Q3變?yōu)?。繼而，翻轉(zhuǎn)為1，Q翻轉(zhuǎn)為0，完成了使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為0狀態(tài)的全過程。同時(shí)，一旦Q3變?yōu)?，通過反饋線L3封鎖了G5門，這時(shí)無論D信號(hào)再怎么變化，也不會(huì)影響G5的輸出，從而維持了觸發(fā)器的0狀態(tài)。因此，稱L3線為置0維持線?？梢?，維持—阻塞觸發(fā)器是利用了維持線和阻塞線，將觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)控制在CP上跳沿到來的一眨眼，并接收CP上跳沿到來前一眨眼的D信號(hào)。維持—阻塞觸發(fā)器因此而得名。3．觸發(fā)器的直接置0和置1端直接置0端RD。直接置1端SD。該電路RD和SD端都為低電平有效。RD和SD信號(hào)不受時(shí)鐘信號(hào)CP的制約，具有最高的優(yōu)先級(jí)。RD和SD的作用主要是用來給觸發(fā)器設(shè)置初始狀態(tài)，或?qū)τ|發(fā)器的狀態(tài)舉行異常的控制。在使用時(shí)要注重，任何時(shí)刻，只能一個(gè)信號(hào)有效，不能同時(shí)有效。圖帶有RD和SD端的維持—阻塞D觸發(fā)器輸入輸出DDCPDQn＋1n＋101××1010××0100××φφ11↑11011↑00111↓×Qnn注：×—隨意態(tài)↓—高到低電平跳變↑—低到高電平跳變Qn（Qn）—現(xiàn)態(tài)Qn+1（Qn+1）—次態(tài)φ—不定態(tài)（2）集成JK觸發(fā)器在輸入信號(hào)為雙端的情況下，JK觸發(fā)器是功能完美、使用靈便和通用性較強(qiáng)的一種觸發(fā)器。雙下降沿JK觸發(fā)器74LS112，在時(shí)鐘脈沖CP的后沿（負(fù)跳變）發(fā)生翻轉(zhuǎn)，它具有置0、置1、計(jì)數(shù)和保持功能。74LS112引腳羅列如圖。功能如表所示。JK觸發(fā)器的狀態(tài)方程為J和K是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的根據(jù)，若J、K有兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入端時(shí)，組成“與”的關(guān)系。Q與為兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。通常把Q＝0、的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把Q＝1、定為“1”狀態(tài)。JK觸發(fā)器常被用作緩沖存儲(chǔ)器，移位寄存器和計(jì)數(shù)器。JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器普通都有異步置位、復(fù)位端，作用是預(yù)置觸發(fā)器初態(tài)。當(dāng)不使用時(shí)，必須接高電平（或接到電源+5V上），不允許懸空，否則容易引入干擾信號(hào)，使觸發(fā)器誤動(dòng)作。２．基本工作原理在、條件下，因?yàn)椋|發(fā)器狀態(tài)保持不變。此時(shí)觸發(fā)導(dǎo)引電路輸出為、，為觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移決定條件。當(dāng)CP由1負(fù)向跳變到0時(shí)，因?yàn)殚TG和H平均延遲時(shí)光比基本觸發(fā)器平均延遲時(shí)光長，所以CP=0首先封鎖門C和門F，這