《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件第5章

5.1基本RS觸發(fā)器5.2時(shí)鐘控制的觸發(fā)器5.3集成觸發(fā)器

5.4觸發(fā)器的邏輯符號(hào)習(xí)題

第5章觸發(fā)器前面章節(jié)介紹的由門電路組成的各種電路均屬于組合邏輯電路。在這些電路里，某一時(shí)刻的輸出僅由該時(shí)刻的輸入決定，而與以前的輸出狀態(tài)無(wú)關(guān)。該類電路不具有記憶功能。

在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，需要電路具有記憶功能。具有記憶功能的基本邏輯單元就是觸發(fā)器。觸發(fā)器具有兩個(gè)基本性質(zhì)：

(1)在一定條件下，觸發(fā)器可維持在兩種穩(wěn)定狀態(tài)(0或1狀態(tài))之一而保持不變。

(2)在一定的外加信號(hào)作用下，觸發(fā)器可從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。

觸發(fā)器按電路結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為基本觸發(fā)器、鐘控(同步)觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等；根據(jù)功能不同可分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器等。5.1.1與非門組成的基本RS觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)

基本RS觸發(fā)器是構(gòu)成各種觸發(fā)器的基本單元。圖5－1(a)是用兩個(gè)與非門的輸入和輸出交叉耦合構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器，它有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端Q和，一般用Q端的邏輯值來(lái)表示觸發(fā)器的狀態(tài)。Q=1，=0時(shí)，稱觸發(fā)器處于1狀態(tài)；Q=0，=1時(shí)，稱觸發(fā)器處于0狀態(tài)。為觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端(或稱激勵(lì)端)。稱為直接復(fù)位端或置0端，稱為直接置位端或置1端，它們上面的非號(hào)表示低電平有效，在邏輯符號(hào)中用小圓圈表示。5.1基本RS觸發(fā)器圖5－1與非門組成的基本RS觸發(fā)器當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，觸發(fā)器可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。我們把輸入信號(hào)作用前的觸發(fā)器狀態(tài)稱為現(xiàn)在狀態(tài)(簡(jiǎn)稱現(xiàn)態(tài))，用Qn表示，把在輸入信號(hào)作用后觸發(fā)器所進(jìn)入的狀態(tài)稱為下一狀態(tài)(簡(jiǎn)稱次態(tài))，用Qn+1表示。

2.邏輯功能

根據(jù)圖5－1(a)電路中的與非邏輯關(guān)系，分析如下：

(1)當(dāng)=0，=1時(shí)，無(wú)論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，其次態(tài)一定為0，即Qn+1=0，=1，稱觸發(fā)器處于置0(復(fù)位)狀態(tài)。

(2)當(dāng)=1，=0時(shí)，無(wú)論觸發(fā)器原來(lái)處于什么狀態(tài)，其次態(tài)一定為1，即Qn+1=1，=0，稱觸發(fā)器處于置1(置位)狀態(tài)。

(3)當(dāng)=1，=1時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不變，即Qn+1=Qn，=，稱觸發(fā)器處于保持(記憶)狀態(tài)。

(4)當(dāng)=0，=0時(shí)，兩個(gè)與非門輸出均為1，此時(shí)觸發(fā)器的輸出不是互補(bǔ)關(guān)系，而且當(dāng)、同時(shí)從0變化為1時(shí)，由于門的延遲時(shí)間不一致，使觸發(fā)器的次態(tài)不確定，可能是0狀態(tài)，也可能是1狀態(tài)。在實(shí)際中，這種情況會(huì)造成電路輸出不確定。因此,規(guī)定輸入信號(hào)、不能同時(shí)為0，它們應(yīng)遵循+

=1的約束條件。從以上分析可見，基本RS觸發(fā)器具有置0、置1和保持的邏輯功能，其邏輯符號(hào)如圖5－1(b)所示。5.1.2基本RS觸發(fā)器功能的描述方法

1.狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(狀態(tài)表)

將觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1、現(xiàn)態(tài)Qn和輸入信號(hào)之間的邏輯關(guān)系用表格形式表示出來(lái)，這種表格就稱為狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表，簡(jiǎn)稱狀態(tài)表。根據(jù)以上分析，圖5－1(a)基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表5－1所示，表5－2是它的簡(jiǎn)化表。表5－1基本RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表

表5－2基本RS觸發(fā)器簡(jiǎn)化真值表

2.特征方程(狀態(tài)方程)

描述觸發(fā)器邏輯功能的函數(shù)表達(dá)式稱為特征方程或狀態(tài)方程。對(duì)圖5－2所示的基本RS觸發(fā)器卡諾圖進(jìn)行化簡(jiǎn)，可得基本RS觸發(fā)器的特征方程為

(5－1)

其中，+

=1為約束條件。圖5－2基本RS觸發(fā)器卡諾圖

3.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(狀態(tài)圖)與激勵(lì)表

狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖是用圖形方式來(lái)描述觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)律。圖5－3為基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。圖中兩個(gè)圓圈分別表示觸發(fā)器的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，箭頭表示在輸入信號(hào)作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方向，箭頭旁的標(biāo)注表示轉(zhuǎn)移條件。

激勵(lì)表(也稱驅(qū)動(dòng)表)是表示觸發(fā)器由當(dāng)前狀態(tài)Qn轉(zhuǎn)至確定的下一狀態(tài)Qn+1時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)的要求?；綬S觸發(fā)器的激勵(lì)表如表5－3所示。圖5－3基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖表5－3基本RS觸發(fā)器的激勵(lì)表

4.波形圖

波形圖能夠直觀地反映觸發(fā)器的輸出狀態(tài)隨時(shí)間和輸入信號(hào)變化的規(guī)律。圖5－4所示為基本RS觸發(fā)器的工作波形，圖中虛線部分表示狀態(tài)不確定。圖5－4基本RS觸發(fā)器波形圖5.1.3或非門組成的基本RS觸發(fā)器

用或非門也可以組成基本RS觸發(fā)器，圖5－5所示是由兩個(gè)或非門組成的基本RS觸發(fā)器。與

由與非門組成的基本RS觸發(fā)器相比，其輸入端是高電平有效。請(qǐng)讀者自己分析圖5－5

所示電路的工作原理。圖5－5或非門組成的基本RS觸發(fā)器5.2.1鐘控RS觸發(fā)器

鐘控RS觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上加兩個(gè)與非門構(gòu)成的，其邏輯電路及邏輯符號(hào)分別如圖5－6(a)、(b)所示。圖中C、D兩個(gè)與非門構(gòu)成觸發(fā)引導(dǎo)電路，R為置0端，S為置1端，CP為時(shí)鐘輸入端。5.2時(shí)鐘控制的觸發(fā)器圖5－6鐘控RS觸發(fā)器從圖5－6(a)可以看出，其中基本RS觸發(fā)器的輸入函數(shù)為

(5－2)

當(dāng)CP=0時(shí)，C、D門被封鎖，=1，=1，由基本RS觸發(fā)器功能可知，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變。當(dāng)CP=1時(shí)，，觸發(fā)器狀態(tài)將發(fā)生轉(zhuǎn)移。將、代入基本RS觸發(fā)器的特征方程式(5－1)中，可得出鐘控RS觸發(fā)器的特征方程為

(5－3)

其中，RS=0為約束條件。

CP=1時(shí)，鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表、激勵(lì)表分別如表5－4和表5－5所示，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、時(shí)序圖分別如圖5－7(a)、(b)所示。表5－4鐘控RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表表5－5鐘控RS觸發(fā)器激勵(lì)表鐘控RS觸發(fā)器是在R和S分別為1時(shí)清“0”和置“1”，稱R、S高電平有效，所以邏輯符號(hào)的R、S輸入端不加小圓圈。它的特點(diǎn)是：在CP=1的全部時(shí)間內(nèi)，觸發(fā)器的狀態(tài)隨輸入信號(hào)的變化而改變。鐘控觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)的觸發(fā)器。圖5－7鐘控RS觸發(fā)器的狀態(tài)圖和波形圖5.2.2鐘控D觸發(fā)器

為了解決R、S之間有約束問題，可以將圖5－6(a)所示鐘控RS觸發(fā)器的R端接至D門的輸出端，并將S改為D，便構(gòu)成了圖5－8(a)所示的鐘控D

觸發(fā)器，其邏輯符號(hào)如圖5－8(b)所示。圖5－8(a)中，門A和B組成基本觸發(fā)器，門C和D組成觸發(fā)引導(dǎo)門?；居|發(fā)器的輸入為

(5－4)當(dāng)CP=0時(shí)，=1，=1，觸發(fā)器狀態(tài)維持不變。圖5－8鐘控D觸發(fā)器當(dāng)CP=1時(shí)，=，=D，代入基本RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控D觸發(fā)器的特征方程為

Qn+1=D

(5－5)

同理可以得到鐘控D觸發(fā)器在CP=1時(shí)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5－6)、激勵(lì)表(表5－7)和狀態(tài)圖(圖5－9)。表5－6D觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表表5－7D觸發(fā)器激勵(lì)表圖5－9D觸發(fā)器狀態(tài)圖5.2.3鐘控J－K觸發(fā)器

鐘控J－K觸發(fā)器的邏輯電路及符號(hào)分別如圖5－10(a)、(b)所示。它是在鐘控RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，從輸出端Q和

引出兩條反饋線加到門G4和G3的輸入端，并把S和R分別用J和K來(lái)表示而得到的。這時(shí)等效的R、S輸入信號(hào)為

(5－6)代入同步RS觸發(fā)器的特征方程得出鐘控J－K觸發(fā)器的特征方程為

(5－7)

同理可以得到鐘控J－K觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5－8)、激勵(lì)表(表5－9)和狀態(tài)圖(圖5－11)。圖5－10鐘控J－K觸發(fā)器表5－8J－K觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表表5－9J－K觸發(fā)器激勵(lì)表圖5－11J－K觸發(fā)器狀態(tài)圖5.2.4鐘控T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器

鐘控T觸發(fā)器的邏輯電路及符號(hào)分別如圖5－12(a)、(b)所示。從圖中可以看出，它是將鐘控J－K觸發(fā)器的J和K連在一起，改作T，作為輸入信號(hào)而構(gòu)成的。代入J－K觸發(fā)器的特征方程得出鐘控T觸發(fā)器的特征方程為

(5－8)

同理可以得到鐘控T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表(表5－10)、激勵(lì)表(表5－11)和狀態(tài)圖(圖5－13)。圖5－12鐘控T觸發(fā)器表5－10T觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表表

5－11T觸發(fā)器激勵(lì)表圖5－13T觸發(fā)器狀態(tài)圖如果T觸發(fā)器的輸入端恒接高電平1，則成為T′觸發(fā)器。顯然T′觸發(fā)器的特征方程為

(5－9)

它的邏輯功能只有一種，即翻轉(zhuǎn)。T′觸發(fā)器又稱為1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。5.2.5電位觸發(fā)方式的工作特點(diǎn)

以上介紹的鐘控觸發(fā)器均為電位觸發(fā)方式的觸發(fā)器。它們的特點(diǎn)是在約定鐘控信號(hào)電平(CP=1或0)期間，觸發(fā)器的狀態(tài)對(duì)輸入信號(hào)敏感，輸入信號(hào)的變化都會(huì)引起觸發(fā)器的狀態(tài)變化;而在非約定鐘控信號(hào)電平(CP=0或1)期間，不論輸入信號(hào)如何變化，都不會(huì)影響輸出，觸發(fā)器的狀態(tài)維持不變。但是必須指出，這種電位觸發(fā)方式，對(duì)于T′觸發(fā)器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移為Qn+1=，當(dāng)在CP=1且脈沖寬度較寬時(shí)，T′觸發(fā)器將在CP=1的期間一直發(fā)生翻轉(zhuǎn)，直至CP=0為止，這種現(xiàn)象稱為空翻。

如果要求每來(lái)一個(gè)CP脈沖，觸發(fā)器僅發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，則對(duì)鐘控信號(hào)約定電平(通常CP=1)的寬度要求是極為苛刻的。為了避免空翻現(xiàn)象，必須采用其它的電路結(jié)構(gòu)。5.3.1主從觸發(fā)器

為了避免空翻現(xiàn)象可以采用具有存儲(chǔ)功能的觸發(fā)引導(dǎo)電路，主從結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器就是這類電路。圖5－14為主從J－K觸發(fā)器結(jié)構(gòu)框圖。5.3集成觸發(fā)器圖5－14主從J－K觸發(fā)器框圖

1.主從J－K觸發(fā)器工作原理

主從J－K觸發(fā)器電路如圖5－15所示。它由兩個(gè)鐘控RS觸發(fā)器構(gòu)成，其中1門~4門組成從觸發(fā)器，5門~8門組成主觸發(fā)器。當(dāng)CP=1時(shí)，=0，從觸發(fā)器被封鎖，輸出狀態(tài)不變。此時(shí)主觸發(fā)器輸入門打開，接收J(rèn)、K端的輸入信息，

代入式(5－1)得出狀態(tài)方程為

(5－10)圖5－15主從J－K觸發(fā)器當(dāng)CP=0時(shí)，=1，主觸發(fā)器被封鎖，輸入J、K的變化不會(huì)引起主觸發(fā)器狀態(tài)變化；從觸發(fā)器輸入門被打開，從觸發(fā)器按照主觸發(fā)器的狀態(tài)(即主觸發(fā)器維持在CP下降沿前一瞬間的狀態(tài))變化，其中：

則

(5－11)即將主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到從觸發(fā)器的輸出端，從觸發(fā)器的狀態(tài)和主觸發(fā)器一致。將代入式(5－10)可得

(5－12)這就是主從J－K觸發(fā)器的狀態(tài)方程，說(shuō)明CP=1時(shí)，可按J－K觸發(fā)器的特性來(lái)決定主觸發(fā)器的狀態(tài)，在CP下降沿(1→0時(shí))從觸發(fā)器的輸出才發(fā)生改變。

綜上所述，主從J－K觸發(fā)器防止了空翻，其工作特點(diǎn)是：

(1)輸出狀態(tài)變化的時(shí)刻在時(shí)鐘的下降沿。

(2)輸出狀態(tài)如何變化，則由時(shí)鐘CP下降沿到來(lái)前一瞬間的J、K值按J－K觸發(fā)器的特征方程來(lái)決定。

2.主從J－K觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)

主從J－K觸發(fā)器雖然防止了空翻現(xiàn)象，但還存在一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可能會(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。所謂一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象是指在CP=1期間，主觸發(fā)器接收了輸入激勵(lì)信號(hào)發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)后，主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變，它不再隨輸入激勵(lì)信號(hào)J、K的變化而變化。在CP=1期間主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為

(5－13)

由于在主觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生改變之前，即CP=0時(shí)，

。在CP由0正向跳變?yōu)?或CP=1期間，主觸發(fā)器接收激勵(lì)信號(hào)發(fā)生狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，即，將它代入式(5－13)，則主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為

(5－14)由式(5－14)可見，在CP=1期間，一旦主觸發(fā)器發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)后，主觸發(fā)器狀態(tài)就一直保持不變，而與J端和K端的狀態(tài)無(wú)關(guān)。這就是主從J－K觸發(fā)器一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

圖5－16為主從J－K觸發(fā)器的工作波形。在下降沿時(shí)刻，從觸發(fā)器狀態(tài)變成與此刻主觸發(fā)器狀態(tài)一致。由于存在一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，盡管在CP=1期間J、K狀態(tài)發(fā)生多次變化，如第2、3個(gè)CP脈沖期間，但是此時(shí)主觸發(fā)器只翻轉(zhuǎn)一次。這樣就造成在第2、3個(gè)CP脈沖下降沿的時(shí)刻觸發(fā)器狀態(tài)與狀態(tài)方程描述的結(jié)果不一致。為了使CP下降沿時(shí)輸出值和當(dāng)時(shí)的J、K信號(hào)一致，要求在CP=1的期間J、K信號(hào)不變化。但實(shí)際上由于干擾信號(hào)的影響，主從觸發(fā)器的一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍會(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作，因此主從J－K觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入端抗干擾能力較弱。為了減少接收干擾的機(jī)會(huì)，應(yīng)使CP=1的寬度盡可能窄。圖5－16主從J－K觸發(fā)器的工作波形圖

3.主從觸發(fā)器的脈沖工作特性

以圖5－15所示電路為例，來(lái)說(shuō)明觸發(fā)器工作時(shí)，對(duì)時(shí)鐘CP及激勵(lì)信號(hào)J、K的要求。

(1)時(shí)鐘CP由0上跳至1及CP=1的準(zhǔn)備階段，要完成主觸發(fā)器狀態(tài)的正確轉(zhuǎn)移，則要求：第一，在CP上跳沿到達(dá)時(shí)，J、K信號(hào)已處于穩(wěn)定狀態(tài)，且在CP=1期間，J、K信號(hào)不發(fā)生變化；第二，從CP上升沿抵達(dá)到主觸發(fā)器狀態(tài)變化穩(wěn)定，需要經(jīng)歷兩級(jí)與非門的延遲時(shí)間，即2tpd，因此要求CP=1的持續(xù)期tCPH≥2tpd。

(2)CP由1下跳至0時(shí)，主觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移至從觸發(fā)器。從CP下跳沿開始，到從觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)變完成，也需經(jīng)歷三級(jí)與非門的延遲時(shí)間，即3tpd，因此要求CP=0的持續(xù)期tCPL≥3tpd。此間主觸發(fā)器已被封鎖，因而J、K信號(hào)可以變化。(3)為了保證觸發(fā)器能可靠地進(jìn)行狀態(tài)變化，允許時(shí)鐘信號(hào)的最高工作頻率為

(5－15)由于各種集成主從觸發(fā)器結(jié)構(gòu)有所不同，故最高工作頻率也有所不同。主從觸發(fā)器在CP=1時(shí)為準(zhǔn)備階段。CP由1下跳變至0時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)移，因此它是一種脈沖觸發(fā)方式；而狀態(tài)的轉(zhuǎn)移發(fā)生在CP下降沿時(shí)刻。5.3.2邊沿觸發(fā)器

采用主從觸發(fā)方式雖然可以克服電位觸發(fā)方式的多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，但是主從觸發(fā)器有一次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象仍會(huì)使觸發(fā)器產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作，降低了其抗干擾能力。邊沿觸發(fā)器不僅可以克服電位觸發(fā)方式的多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，而且僅在CP上升沿或下降沿才對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)，這樣大大提高了抗干擾能力，工作更為可靠。邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器有兩種類型：一種是維持—阻塞式觸發(fā)器，它是利用直流反饋來(lái)維持翻轉(zhuǎn)后的新狀態(tài)，阻塞觸發(fā)器在同一時(shí)鐘內(nèi)再次產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)；另一種是邊沿觸發(fā)器，它是利用觸發(fā)器內(nèi)部邏輯門之間延遲時(shí)間的不同，使觸發(fā)器只在約定時(shí)鐘跳變時(shí)才接收輸入信號(hào)。

1.維持—阻塞式D觸發(fā)器

1)電路工作原理

維持—阻塞式D觸發(fā)器由鐘控RS觸發(fā)器，引導(dǎo)門，置0、1維持和置0、1阻塞4條連線組成，如圖5－17所示。圖中，、為直接置0、置1端，其工作不受CP控制，因此也稱異步置0、置1端。圖5－17維持—阻塞式D觸發(fā)器當(dāng)=01時(shí)，2門輸出=1，3門輸出=1，這樣，1門輸入均為1,因而Q=0，無(wú)論CP和輸入信號(hào)處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器置0。

同理，=10時(shí)，無(wú)論CP和輸入信號(hào)處于什么狀態(tài)，都能保證觸發(fā)器置1。

當(dāng)=11時(shí)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由CP上升沿到達(dá)前瞬間的輸入信號(hào)D來(lái)決定。其工作原理如下：

(1)當(dāng)D=0時(shí)，在CP=0時(shí)，3門和4門輸出為1，1門和2門組成的基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。

此時(shí)，6門輸出為1，這樣使5門輸出為0，從而使3門的輸出為1。在CP由0→1時(shí)刻，4門的輸入端和CP均為1，所以4門輸出為0，而此時(shí)3門由于仍然受到封鎖輸出為1，所以

=1，Q=0，即觸發(fā)器為0狀態(tài)。

4門輸出0通過①線送到6門，此時(shí)即使D的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，6門輸出仍然為1不變，所以將①線稱為置0維持線。維持置0信號(hào)經(jīng)6門反相后，再經(jīng)連線④使S′保持0，從而封鎖3門，使保持1，這樣觸發(fā)器不會(huì)再翻向1狀態(tài)，故④線稱為置1阻塞線。

(2)同理，當(dāng)D=1時(shí)，在CP=0時(shí)，3門和4門輸出為1，1門和2門組成的基本RS觸發(fā)器處于保持狀態(tài)。此時(shí)，6門輸出為0，此低電平封鎖了4門，5門輸出為1。在CP由0→1時(shí)刻，3門的輸入端和CP在內(nèi)均為1，所以3門輸出為0，而此時(shí)4門由于仍然受到封鎖輸出為1，所以=0，Q=1，即觸發(fā)器為1狀態(tài)。

3門輸出0通過②線送到5門，此時(shí)即使D的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，5門輸出仍然為1不變，所以將②線稱為置1維持線。3門輸出0經(jīng)連線③送至4門，將4門封鎖，使保持1，這樣觸發(fā)器不會(huì)再翻向0狀態(tài)，故③線稱為置0阻塞線。綜上所述，維持—阻塞式D觸發(fā)器是在CP上升沿到達(dá)前接收輸入信號(hào)；上升沿到達(dá)時(shí)刻觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；上升沿到達(dá)以后輸入被封鎖。因此，維持—阻塞式D觸發(fā)器具有邊沿觸發(fā)的功能，并有效地防止了空翻。

2)脈沖工作特性

由圖5－17可知，維持—阻塞式D觸發(fā)器的工作分兩個(gè)階段：

CP=0期間為準(zhǔn)備階段；CP由0變至1時(shí)為觸發(fā)器的狀態(tài)變化階段。為了使觸發(fā)器可靠工作，必須要求：

(1)CP=0期間，必須把輸入信號(hào)送至5門、6門的輸出，在CP上升沿到達(dá)之前建立穩(wěn)定狀態(tài)，它需要經(jīng)歷兩個(gè)與非門的延遲時(shí)間，稱為建立時(shí)間tset，tset=2tpd。在tset內(nèi)要求D信號(hào)保持不變，且CP=0的持續(xù)時(shí)間tCPL≥2tpd。

(2)在CP由0變至1及CP脈沖前沿到達(dá)后，要達(dá)到維持—阻塞作用，必須使或由1變?yōu)?，需要經(jīng)歷一個(gè)與非門延遲時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)信號(hào)D不應(yīng)變化，這段時(shí)間稱為保持時(shí)間th，th=tpd。

(3)從CP由0變至1開始，直至觸發(fā)器狀態(tài)穩(wěn)定建立，需要經(jīng)歷或信號(hào)的建立和基本觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)間，這需要三級(jí)與非門的延遲時(shí)間，因此要求CP=1的持續(xù)時(shí)間tCPH≥3tpd。

(4)為使維持—阻塞式D觸發(fā)器可靠工作，CP的最高工作頻率為

(5－16)

由于維持—阻塞式D觸發(fā)器只要求輸入信號(hào)D在CP上升沿前后很短時(shí)間(tset+th=3tpd)內(nèi)保持不變，而在CP=0及CP=1的其余時(shí)間內(nèi)，無(wú)論輸入信號(hào)如何變化，都不會(huì)影響輸出狀態(tài)。

因此，它的數(shù)據(jù)輸入端具有較強(qiáng)的抗干擾能力，且工作速度快，故應(yīng)用較廣泛。圖5－18為維持—阻塞式D觸發(fā)器工作波形圖。圖5－18維持—阻塞式D觸發(fā)器工作波形圖

2.邊沿觸發(fā)器

圖5－19所示為利用門傳輸延遲時(shí)間構(gòu)成的負(fù)邊沿J－K觸發(fā)器邏輯電路。圖中的兩個(gè)與或非門構(gòu)成基本RS觸發(fā)器，兩個(gè)與非門(1門、2門)作為引導(dǎo)門，在制作時(shí)已保證與非門的延遲時(shí)間大于基本RS觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間。、

為直接置0、置1端，不用時(shí)應(yīng)使=11。圖5－19負(fù)邊沿J－K觸發(fā)器工作原理如下：

當(dāng)CP=0穩(wěn)定時(shí)，輸入信號(hào)J、K被封鎖，=1，

觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變；而當(dāng)CP=1時(shí)，由于：

(5－17)

觸發(fā)器狀態(tài)維持不變，這時(shí)觸發(fā)器處于一種“自鎖”狀態(tài)。當(dāng)CP由1變?yōu)?時(shí)，由于CP信號(hào)是直接加到與或非門的其中一個(gè)與門輸入端，首先解除了觸發(fā)器的“自鎖”，但和還要經(jīng)過一個(gè)與非門延遲時(shí)間tpd，在CP=0作用下才能變?yōu)?。

在沒有變?yōu)?以前，仍維持CP下降沿前的值，即

，代入與或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器特征方程中，有Qn+1=。也就是說(shuō)，在CP由1變?yōu)?的下降沿時(shí)刻，觸發(fā)器接收了輸入信號(hào)J、K，并按J－K觸發(fā)器的特征規(guī)律變化。此后

和經(jīng)過一個(gè)與非門延遲時(shí)間tpd變?yōu)?，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變，不會(huì)發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

負(fù)邊沿J－K觸發(fā)器在CP下降沿產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)方向決定于CP下降前瞬間的J、K輸入信號(hào)。它只要求輸入信號(hào)在CP下降沿到達(dá)之前，在與非門1、2轉(zhuǎn)換過程中保持不變，而在

CP=0及CP=1期間，J、K信號(hào)的任何變化都不會(huì)影響觸發(fā)器的輸出。因此，這種觸發(fā)器比維持—阻塞式觸發(fā)器具有更強(qiáng)的抗干擾能力，其波形圖如圖5－20所示。圖5－20邊沿J－K觸發(fā)器的理想波形圖

這種負(fù)邊沿觸發(fā)的J－K觸發(fā)器，僅要求在CP下降沿到達(dá)之前有信號(hào)到達(dá)。

的建立時(shí)間tset由于要求與非門延遲時(shí)間大于基本RS觸發(fā)器的傳輸延遲時(shí)間，故一般取tset=2tpd。由于此過程在CP=1期間進(jìn)行，因此tCPH≥2tpd。

CP下降沿到達(dá)時(shí)，CP封鎖了1門、2門，故負(fù)邊沿觸發(fā)器基本上不需要保持時(shí)間。但在CP=0持續(xù)期tCPL內(nèi)一定要保證基本RS觸發(fā)器能可靠翻轉(zhuǎn)，因此tCPL≥2tpd，因而觸發(fā)器最高工作頻率為