第四章 触发器(梁明理著电子线路课件)

第四章触发器触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。它有两个稳定的状态：0状态和1状态；在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。所以，触发器可以记忆1位二值信号。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T´触发器；按照结构形式的不同，又可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。4.1基本RS触发器4.2同步触发器4.3主从触发器4.4不同类型触发器间的转换4.1基本RS触发器1．用与非门组成的基本RS触发器1．用与非门组成的基本RS触发器电路组成和逻辑符号SRQQSRQQ(a)逻辑图(b)逻辑符号&&SR信号输入端，低电平有效。信号输出端，Q=0、Q=1的状态称0状态，Q=1、Q=0的状态称1状态，SRQQ&&工作原理RSQ1001010①R=0、S=1时：由于R=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成0状态，这种情况称将触发器置0或复位。R端称为触发器的置0端或复位端。SRQQ&&0110RSQ010②R=1、S=0时：由于S=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成1状态，这种情况称将触发器置1或置位。S端称为触发器的置1端或置位端。101SRQQ&&1110③R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记忆能力。RSQ01010111不变10SRQQ&&0011RSQ01010111不变00不定？④R=0、S=0时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除后，将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件。RSnQ1nQ功能000001不用不用不允许0100110001nQ置01001011111nQ置111011101nnQQ1保持特性表（真值表）现态：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态。次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。Qn000111100×0011×011　　RS次态Qn+1的卡诺图约束条件1)(1SRQRSQRSQnnn特性方程触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系式状态图描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图01×1/1×/10/01/①当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号＝01或11，触发器仍为0状态；RS②当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号＝10或11，触发器仍为1状态；RSRS若＝10，触发器就会翻转成为1状态。RS若＝01，触发器就会翻转成为0状态。波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图RSQQ置1置0置1置1置1保持不允许4.2同步触发器一、同步RS触发器二、同步JK触发器三、同步D触发器（D锁存器）一、同步RS触发器给触发器加一个时钟控制端CP，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能改变。这种触发器称为同步触发器。1．同步RS触发器的电路结构&&GGQQ12&&RSCP3G4GQQ1S1RC1CP2．逻辑功能当CP＝0时，控制门G3、G4关闭，触发器的状态保持不变。当CP＝1时，G3、G4打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。同步RS触发器的状态转换分别由R、S和CP控制，其中，R、S控制状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。&&GGQQ12&&RSCP3G4GQn+1RS功能Qn功能表0101输出状态同S状态11011010输出状态同S状态0001111101××不定0000保持01011001011013．触发器功能的几种表示方法触发器的功能除了可以用功能表表示外，还有几种表示方法：（1）特性方程由功能表画出卡诺图得特性方程：Qn+1RS功能Qn功能表0101输出状态同S状态11011010输出状态同S状态0001111101××不定0000保持0101nnQRSQ101Q1011R×S10101000×Qn+11n00RS（约束条件）卡诺图（2）状态转换图状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。Qn+1RS功能Qn功能表0101输出状态同S状态11011010输出状态同S状态0001111101××不定0000保持0101R=×S=01S=R=0S=×R=0S=01R=10（3）驱动表驱动表是用表格的方式表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。Qn+1RS功能Qn功能表0101输出状态同S状态11011010输出状态同S状态0001111101××不定0000保持010100011011Qn→Qn+1×001100×RSRS触发器的驱动表（4）波形图已知同步RS触发器的输入波形，画出输出波形图。SRCPQQ4．同步触发器存在的问题——空翻由于在CP=1期间,G3，G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以,如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。&&GGQQ12&&RSCP3G4GRSCPQ有效翻转空翻QQ1S1RC1CP4.3主从触发器1.主从RS触发器2、主从JK触发器1、主从RS触发器1、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。01RSQRSQnmnm10G5G6G1G2G7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。2、主从JK触发器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4.4D触发器1DC1RSRdCPDSdQQRDSD=01:使得Q=1;3、6门锁定，Q=0，无论CP和输入信号处于什么状态，都能保证触发器可靠置0。RDSD=10时，无论CP和输入信号处于什么状态，都能保证触发器可靠置1。,1,1''DDSRRDSD=11，CP=0时门34锁，Qn+1=Qn门56开DSDR'',RDSD=11，CP=1时门34开Qn+1=D特征方程Qn+1=D维持阻塞D触发器特性表DnQnQn+1输出状态说明000100输出状态与D端状态相同110111维持—阻塞式D触发器波形图CPRDSDDQ4.5不同类型触发器间的转换转换方法：利用令已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则，求出转换逻辑。转换步骤：（1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程。（2）变换待求触发器的特性方程，使之形式与已有触发器的特性方程一致。（3）比较已有和待求触发器的特性方程，根据两个方程相等的原则求出转换逻辑。（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。1、将JK触发器转换为D、T和T＇触发器JK触发器→D触发器1JC11KDQQ1CP写出D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JK触发器的特性方程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1与JK触发器的特性方程比较，得：DKDJ电路图1nnnQKQJQJK触发器→T触发器在数字电路中，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TCP1TQQC1T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1JC11KTQQCP1nnnQKQJQ01T=1/1/0/0/CPTQQ状态图时序图JK触发器→T＇触发器在数字电路中，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2、将D触发器转换为JK、T和T＇触发器2、将D触发器转换为JK、T和T＇触发器D触发器→JK触发器nnQKQJDJ1DC1QQCP≥1&&1KD触发器→T触发器nQTDT1DC1QQCP=1D触发器→T＇触发器nQDCP1DC1QQ本节小结：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。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＝0JK触发器：Qn+1=JQn+KQnD触发器：Qn+1=DT触发器：Qn+1=TQn+TQnT＇触发器：Qn+1=Qn同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种类型触发器。