触发器原理

基本RS触发器同步触发器边沿触发器维持阻塞D(又称维阻D触发器)第5章触发器触发器（FlipFlop，简写为FF）是具有记忆功能的单元电路，由门电路构成，专门用来接收存储输出0、1代码。它有双稳态、单稳态和无稳态触发器（多谐振荡器）等几种。§5.1概述上升沿、下降沿触发器和高电平、低电平触发器。触发器的两个特点它有两个稳定状态，“0”和“1”。在输入信号作用下，两个稳态可相互转换。RS、JK、D、T和T′型触发器基本、同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器按功能分按结构分按触发方式分触发器的逻辑功能的描述状态表特征方程式状态转换图激励表波形图一、电路组成它由两个与非门（或者或非门）的输入和输出交叉连接而成，如图5.2.1所示，有两个输入端R和S（又称触发信号端）；R为复位端，当R有效时，Q变为0，故也称R为置0端；S为置位端，当S有效时，Q变为1，称S为置“1”端；还有两个互补输出端Q和Q。当Q=1，Q=0；反之亦然。§5.2基本RS触发器&&QSRSRQQQSRSRQQSR(a)(b)(c)（a）逻辑图;（b）逻辑符号；（c）逻辑符号图5.2.1RS触发器触发器有两个稳定状态。Qn为触发器的原状态（现态），即触发信号输入前的状态；Qn+1为触发器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。其功能可采用状态表、特征方程式、逻辑符号图以及状态转换图、波形图或称时序图来描述。二、功能分析1.状态表输入输出逻辑功能RSQnQn+1000×不定1×0100置0101001置1111100保持不变11表5.2状态表根据表5.2画出卡诺图如图5.2.2所示，化简得：2.特征方程式nnRQSQ1SQnR××0001010011101110R+S=1(约束条件)图5.2.2卡诺图如图5.2.3所示，画图时应根据功能表来确定各个时间段Q与Q的状态。状态不定QQSR图5.2.3波形图3、波形图1.电路组成一、同步RS触发器同步RS触发器的电路组成如图5.3.1所示。图中,RD、SD、是直接置0、置1端，用来设置触发器的初状态。2.功能分析同步RS触发器的逻辑电路图和逻辑符号如图5.3.1所示§5.3同步触发器&&QSRQ&&CPR′S′SDRDSRCPRDSDQQ(a)(b)图5.3.1同步RS（a）逻辑电路;（b）逻辑符号代入基本RS触发器的特征方程得：Qn+1=S+QnR·S=0(约束条件)QRCP当CP=0，R′=S′=1时，Q与保持不变.当CP=1，R′=,S′=，SCPRCPRSQn+1功能111100011011Qn10×保持置1置0不定同步RS触发器的CP脉冲、R、S均为高电平有效，触发器状态才能改变。与基本RS触发器相比，对触发器增加了时间控制,但其输出的不定状态直接影响触发器的工作质量。表5.3.1功能表主要特点波形图（1）时钟电平控制。在CP＝1期间接收输入信号，CP＝0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。CPRSQQ不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变二、同步JK触发器&&QSRQ&&CPSDJKCPRDSDQQ(a)(b)KJ图5.3.2同步JK（a）逻辑电路;（b）逻辑符号1、电路组成SD按图5.3.2(a)的逻辑电路，同步JK触当CP=0时，R=S=1，Qn+1=Qn触发器的状态保持不变。当CP=1时，将R=KCPQn=KQn,S=JCPQn=JQn代入Qn+1=S+RQn,可得:特性方程Qn+1=JQn+KQn2.功能分析表5.3.2状态表CPJKQn+1功能111100011011Qn01Qn保持置0置1翻转（计数）从表5.3.2中可知:(1)当J=0，K=1时，Qn+1=JQn+KQn，置“0”。(2)当J=1，K=0时,Qn+1=JQn+KQn，置“1”。(3)当J=0，K=0时，Qn+1=Qn，保持不变。(4)当J=1，K=1时，Qn+1=Qn,翻转或称计数。所谓计数就是触发器状态翻转的次数与CP脉冲输入的个数相等,以翻转的次数记录CP的个数。波形图如图5.3.3所示。3、波形图图5.3.3.波形图CPJKQQ三、同步D触发器（D锁存器）G3G4G1G2SRDG1G2CPQQ(a)D触发器的构成1DDCP1DC1QQ(c)逻辑符号CPG3G4&&QQ(b)D触发器的简化电路SR&&&&&&DQDDQRSQnnn1CP=1期间有效将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：01D=1/0/0/1/状态图波形图在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。CPDQQ四、同步触发器存在的问题空翻现象。空翻现象就是在CP=1期间，触发器的输出状态翻转两次或两次以上的现象。如图5.3.4所示，第一个CP=1期间Q状态变化的情况“0”“0”“1”CPJKQ图5.3.4空翻波形图≥1&A&B≥1&C&D&&QSRQCPKJQ3Q4G1G2G4G3CPQQKJJKCP(a)(b)图5.4.1负边沿JK（a）逻辑电路;(b）逻辑符号一、TTL边沿JK触发器§5.4边沿触发器电路组成1(1)CP=0期间，与非门G3、G4输出结果Q4=Q3=1，此时触发器的输出Qn+1将保持状态不变。（2）CP=1期间，与或非门输出Qn+1保持状态不变（3）CP↓到来，CP=0，由于tpd1tpd2,则与或非门中的A、D与门结果为0，与或非门变为基本RS触发器Qn+1=S+RQn=JQn+KQn2.功能分析(4)CP↑到来，CP=1，则与或非门恢复正常，Qn+1=Qn，保持状态不变。由上述分析得出此触发器是在CP脉冲下降沿按Qn+1=JQn+KQn，特征方程式进行状态转换，故称此触发器，为负边沿触发器。其状态表、状态图与同步JK触发器相同，只是逻辑符号和时序图不同。3.集成边沿JK触发器74LS11274LS112为双下降沿JK触发器，其管脚排列图及符号图如图5.4.2所示。1691874LS1121CP2CPVCC1RD2RD2K2J2SD2Q1K1J1SD1Q1Q2QGND1RD1J1K1SD1CPQQRDJCPKSD(a)(b)图5.4.274LS112（a）管脚排列;（b）逻辑符号图5.4.2维持阻塞D触发器的波形图“0”“0”“1”123CPDQ二、维持阻塞D触发器01D=1/0/0/1/状态图波形图在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。CPDQQ在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号T取值的不同，具有保持和翻转功能的电路，即当T＝0时能保持状态不变，T＝1时一定翻转的电路，都称为T触发器。TQnQn+1功能000101nnQQ1保持101110nnQQ1翻转特性表逻辑符号TCP1TQQC1三、T触发器和T‘触发器1、JK触发器→T触发器T触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1与JK触发器的特性方程比较，得：TKTJ电路图1JC11KTQQCP01T=1/1/0/0/CPTQQ状态图时序图在数字电路中，凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称为T＇触发器。特性表逻辑符号CPQQC1QnQn+1功能0110nnQQ1翻转2、JK触发器→T＇触发器T＇触发器特性方程：与JK触发器的特性方程比较，得：TKTJ电路图1JC11K1QQCPnnQQ1变换T＇触发器的特性方程：nnnnQQQQ111CPQQ01状态图时序图nQTDT1DC1QQCP=13、D触发器→T触发器nQDCP1DC1QQ4、D触发器→T＇触发器一、主从RS触发器G5G6G1G2G7主触发器G8QmQmG3从触发器G4&&QQ&&1SRCPCPG9(a)逻辑电路&&&&工作原理（1）接收输入信号过程CP=1期间：主触发器控制门G7、G8打开，接收输入信号R、S，有：从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。01RSQRSQnmnm10§5.5主从触发器G5G6G1G2G7主触发器G8QmQmG3从触发器G4&&QQ&&1SRCPCPG9&&&&01（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门G7、G8封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门G3、G4被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在CP=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、Q的值当然不可能改变。01RSQRSQnnCP下降沿到来时有效特性方程QQSRSCPRQQ(b)曾用符号1S1RSCPRQQ(c)国标符号CPC1逻辑符号电路特点主从RS触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP＝1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。但其仍然存在着约束问题，即在CP＝1期间，输入信号R和S不能同时为1。G1G2JKCPG7主G8G5G6G3从G4QQ1G9QmQm&&&&&&&&2、主从JK触发器nnKQRQJS下降沿到来时有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn1代入主从RS触发器的特性方程，即可得到主从JK触发器的特性方程：将主从JK触发器没有约束。JKQnQn+1功能00000101nnQQ1保持0100110001nQ置01001011111nQ置111011110nnQQ1翻转特性表CPJKQ时序图QQJKJCPKQQ曾用符号1J1KJCPKQQ国标符号CPC1电路特点逻辑符号①主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP＝1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。②输入信号J、K之间没有约束。③存在一次变化问题。G1G2JKCPG7G8G5G6G3G4QQ1G9RDSD&&&&&&&&带清零端和预置端的主从JK触发器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置1G1G2JKCPG7G8G5G6G3G4QQ1G9RDSD&&&&&&&&10001111SDJCPKRDQQSDRDJKJCPKQQ曾用符号国标符号CPRDSDS1J1KRQQC1带清零端和预置端的主从JK触发器的逻辑符号集成主从JK触发器14131211109874721234567VCCSDRDK3K2K1Q(b)7472的引脚图(a)74LS76的引脚图16151413121110974LS76123456781K1Q1QGND2K2Q2Q2J1CP1SD1RD1JVCC2CP2SD2RDNCCPJ1J2J3QGND321KKKK321JJJJ低电平有效低电平有效CP下降沿触发触发器是数字电路的极其重要的基本单元。触发器有两个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变为另一个稳态；无外界信号作用时状态保持不变。因此，触发器可以作为二进制存储单元使用。触发器的逻辑功能可以用真值表、卡诺图、特性方程、状态图和波形图等5种方式来描述。触发器的特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，在分析和设计时序电路时常用来作为判断电路状态转换的依据。本章小结JK触发器：Qn+1=JQn+KQn各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：RS触发器：Qn+1=S+RQn其约束条件为：RS＝0T＇触发器：Qn+1=QnT触发器：Qn+1=TQn+TQnD触发器：Qn+1=D