第五章_触发器

1、基本概念基本概念触发器：触发器：是具有记忆功能的基本逻辑单元，一个触发器能够是具有记忆功能的基本逻辑单元，一个触发器能够 存贮一位二值信号。存贮一位二值信号。触发器输出：触发器输出： 有两种可能的状态：有两种可能的状态：0、1； 输出状态在触发信号作用之下可以发生转变。输出状态在触发信号作用之下可以发生转变。 输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关； 记忆：记忆：有外触发时有外触发时, ,触发器状态改变触发器状态改变; ; 触发信号撤除触发信号撤除, ,维持状态不变维持状态不变。第五章 集成触发器触发器分类：触发器分类：电平触

2、发电平触发脉冲触发脉冲触发边沿触发边沿触发按结构分：按结构分：基本基本RSRS触发器触发器钟控钟控RSRS触发器触发器主从触发器主从触发器边沿触发器边沿触发器按功能分：按功能分：RSRS触发器触发器JKJK触发器触发器D D触发器触发器T T触发器触发器T T 触发器触发器按触发方式分：按触发方式分： 基本基本RSRS触发器，又称触发器，又称RSRS锁存器，是各种触发器电锁存器，是各种触发器电路中结构形式最简单的一种，也是各种复杂电路结构路中结构形式最简单的一种，也是各种复杂电路结构触发器的基本组成部分。触发器的基本组成部分。一、电路结构一、电路结构1 1 基本基本RSRS触发器触发器由两个与

3、非门首尾相接，交叉耦由两个与非门首尾相接，交叉耦合构成。合构成。DRDS。和和有两个互补输出端有两个互补输出端。和和有两个触发输入端有两个触发输入端 Q Q S DDRDRDS 在触发器中，通常用在触发器中，通常用Q Q的状态表示的状态表示触发器的状态，即触发器的状态，即: :0, 11, 0QQQQ 为触发器的为触发器的0 0状态；状态；为触发器的为触发器的1 1状态。状态。SR也可由或非门构成也可由或非门构成RSRS触发器触发器输入输入RD=1, SD=1时时1011100101QQ01QQ若原状态：若原状态：输出：输出：保持原态保持原态&G1&G2QQDRDS二、工作原理

4、二、工作原理输入输入RD=1, SD=1时时1101QQ01QQ若原状态：若原状态：输出：输出：保持原态保持原态&G1&G2QQDRDS若原状态：若原状态：输出：输出：保持原态保持原态10QQ10QQ010110态。态。输出维持原输出维持原时时结论：结论： ,11DDSR&G1&G2QQDRDS输入输入RD=0, SD=1时时若原状态若原状态：10QQ11001010输出：输出：10QQ保持原态保持原态若原状态若原状态：01QQ01101010输出：输出：10QQ&G1&G2QQDRDS输入输入RD=0, SD=1时时 若原状态若原状态：10QQ

5、输出：输出：10QQ保持原态保持原态态。态。触发器为触发器为，输出输出时时结论：结论： 0 01 10,QQSRDD输入输入RD=1, SD=0时时若原状态：若原状态：10QQ10101001输出输出：01QQ&G1&G2QQDRDS输入输入RD=1, SD=0时时若原状态：若原状态：10QQ输出输出：01QQ&G1&G2QQDRDS若原状态：若原状态：01QQ输出：输出：01QQ保持原态保持原态01010110态态。触触发发器器为为，输输出出时时结结论论： 1 1 01,0QQSRDD输入输入RD=0, SD=0时时0011不论原态如何，输出全是不论原态如何，

6、输出全是1&G1&G2QQDRDS1.当当RD=SD=0时时, Q = Q = 1 违背互补输出的条件违背互补输出的条件, 故不允许故不允许RD=SD=0同时输入。同时输入。2.当当RD=SD=0同时变为同时变为1时，翻转快的门输出变为时，翻转快的门输出变为0， 另一个维持为另一个维持为1,不得翻转。不得翻转。基本基本RSRS触发器小结触发器小结11) 1 (DDSR 电路维持原状态不变。电路维持原状态不变。10)2(DDSR R RD D 触发，触发，Q=0Q=0，Q=1Q=1。在。在R RD D =0=0信号消失后，信号消失后，电路保持电路保持0 0状态不变。状态不变。R

7、RD D 端称为端称为置置0 0输入端输入端或或复位端复位端。01)3(DDSR 00)4(DDSR S SD D 触发，触发，Q=1Q=1，Q=0Q=0。在。在SD SD =0=0信号消失后，信号消失后，电路保持电路保持1 1状态不变。状态不变。S SD D 端称为端称为置置1 1输入端输入端或或置位端置位端。Q=Q=1Q=Q=1，不是定义的，不是定义的1 1状态和状态和0 0状态。而状态。而且且 R RD D 、S SD D同时回到同时回到1 1以后，无法确定触以后，无法确定触发器是发器是1 1状态还是状态还是0 0状态。因此，正常工状态。因此，正常工作时，输入信号应遵守作时，输入信号应遵

8、守R RD D + + S SD D =1=1的约的约束条件，即不允许输入束条件，即不允许输入R RD D = =S SD D =0=0的信号。的信号。注：注： 称触发器的新状态或次态为称触发器的新状态或次态为Q Qn+1n+1； 称触发器的原状态或初态为称触发器的原状态或初态为Q Qn n 。基本触发器的基本触发器的真值表真值表 1 1 1 1 不变不变0 1 0 10 1 0 11 0 1 01 0 1 00 0 0 0 不定不定 1nQDRDS1nQ 输入信号直接加在输出门上，在输入信号全输入信号直接加在输出门上，在输入信号全部作用时间内，都能直接改变输出端的状态。故部作用时间内，都能直

9、接改变输出端的状态。故又称基本又称基本RSRS触发器为直接复位、置位触发器。为触发器为直接复位、置位触发器。为电平触发方式电平触发方式。三、动作特点三、动作特点约束条件约束条件: :R RD D + + S SD D =1=1DRDS 在数字信号系统中，为协调各部分的动作，常常要在数字信号系统中，为协调各部分的动作，常常要求某些触发器于求某些触发器于同一时刻动作同一时刻动作。为此，必须引入。为此，必须引入同步同步信号信号，使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入，使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常把这个同步信号叫做信号改变状态。通常把这个同步信号叫做时钟脉冲时钟脉冲，或

10、称为或称为时钟信号时钟信号，简称，简称时钟时钟，用，用cpcp表示。这种受时钟表示。这种受时钟信号控制的触发器称为信号控制的触发器称为时钟触发器时钟触发器、钟控钟控RSRS触发器触发器、同步同步RSRS触发器触发器。2 2 同步同步RSRS触发器触发器由由G G1 1、G G2 2组成基本组成基本RSRS触发器触发器, ,由由G G3 3、G G4 4组成输入控制组成输入控制( (导引导引) )电路。电路。 cpcp控制翻转时间，控制翻转时间，R R、S S决定翻转状态。决定翻转状态。一、电路结构一、电路结构&G1RQG2SQ&cpG3G4二、工作原理二、工作原理3 3、4 4

11、门被封锁，门被封锁，R R、S S不会影响输出状态，故触发器不会影响输出状态，故触发器维持原状态不变维持原状态不变。R R、S S信号通过信号通过G G3 3、G G4 4反相加到反相加到基本基本RSRS触发器触发器上，使上，使触发器状态触发器状态跟随输入信号状态的变化而改变跟随输入信号状态的变化而改变。基基本本RSRS触触发发器器&G1RQG2SQ&cpG3G4110DRDS1cp=0cp=0时，时，cp=1cp=1时，时，真值表真值表约束条件约束条件 RS=0RS=0 cp=1cp=1的全部时间内，的全部时间内，R R、S S变化都将引起触发器状态变变化都将引起触发器状态变

12、化。为化。为电平触发方式电平触发方式。R SQn+1功能说明0 00 11 01 1Q 1 0d不变置 1置 0不定三、动作特点三、动作特点RDSD=11RDSD=10RDSD=01RDSD=00 触发器真值表不直观，若将触发器真值表不直观，若将 Q Qn n称为状态变量，作为一个称为状态变量，作为一个变量列入真值表，就得到触发器的变量列入真值表，就得到触发器的特性表特性表（或（或功能表功能表）。）。四、功能描述方法四、功能描述方法1.特性表同步同步RSRS触发器特性表触发器特性表利用约束条件求特性方程利用约束条件求特性方程Qn+1 =S + RQnRS=0Qn R S Qn+1 0 0 0

13、0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 不定不定 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 不定不定100 01 11 1001RSQnd01100d2.特性方程R SQn+1功能说明功能说明0 00 11 01 1Q Q 1 1 0 0d d不变不变置置 1置置 0不定不定Qn Qn+1 R S 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 3.激励表根据状态变化要求根据状态变化要求, ,找出输入信找出输入信号号( (激励信号激励信号) )规律规律Qn R S Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 不定不定 1 0 0 1

14、1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 不定不定特性表特性表4.状态转换图独立状态独立状态有标号的圈表示有标号的圈表示转移方向转移方向现态现态次态次态转移条件转移条件输入条件输入条件Qn Qn+1 R S 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 三三要要素素使输出全为使输出全为1CPRSQQSetSetResetResetCPCP撤去后撤去后状态不定状态不定不变不变5 波形图R SQ(n+1)功能说明功能说明0 00 11 01 1Q 1 0d不变不变置置 1 1置置 0 0不定不定说明说明( (续续) )（2 2）cp=1cp=1期间期间, ,若输入信号若输入信号多次发生

15、变化多次发生变化，则触发器状，则触发器状态将态将多次翻转多次翻转，从而降低了电路的抗干扰能力。作为计，从而降低了电路的抗干扰能力。作为计数使用时，将发生数使用时，将发生空翻空翻。CPDQ（3 3）基本）基本RSRS触发器和同步触发器和同步RSRS触发器的不足触发器的不足: : 输入有输入有约约束条件束条件, ,存在存在空翻现象空翻现象。5.3.2电平触发D触发器1 11 10 00 0Q Qn n+ +1 1D D1 11 10 00 0Q Qn n+ +1 1D D设触发器初态为设触发器初态为0，试画出触发器，试画出触发器Q 端的输出电压波形。端的输出电压波形。 1 D 1S Q Q 1R

16、CP D CP Q C1 5.3.5同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题空翻空翻在一个时钟脉冲周期中，在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现触发器发生多次翻转的现象叫做象叫做空翻空翻。RSCPQ 有效翻转有效翻转 空翻空翻为避免计数混乱，要求每来一个为避免计数混乱，要求每来一个CPCP脉冲，触发器脉冲，触发器只发生一次只发生一次翻转翻转。 对信号的要求是：信号的最小周期大于时钟周期对信号的要求是：信号的最小周期大于时钟周期。电平触发方式的JK触发器电平触发方式的JK触发器符号电平触发方式的T触发器同时具有保持、翻转功能的触发器，又称同时具有保持、翻转功能的触发器，又称可控的翻转触发器

17、可控的翻转触发器。有一个控制端有一个控制端T T：当当T=0T=0时，保持；时，保持； T=1 T=1时，翻转。即变成时，翻转。即变成T T 触发器。触发器。5 5 不同功能触发器间的转换不同功能触发器间的转换 触发器按功能分有触发器按功能分有RSRS触发器，触发器，JKJK触发器，触发器，D D触发器，触发器，T T触发器和触发器和TT触发器。触发器。一、一、T和和T 触发器触发器 TT 触发器：触发器：只有翻转功能的触发器，又称翻转触发器、只有翻转功能的触发器，又称翻转触发器、计数触发器，即每来一个时钟脉冲，状态改计数触发器，即每来一个时钟脉冲，状态改变一次。变一次。 T T触发器：触发器

18、：(1)(1)不单独生产，由其他触发器转换而得不单独生产，由其他触发器转换而得; ;(2)(2)时钟脉冲极性由被转换的触发器决定。时钟脉冲极性由被转换的触发器决定。T T触发器功能描述触发器功能描述真值表：真值表：特征表：特征表：激励表：激励表：0 0 00 1 11 0 1 1 1 0 Q Qn n Q Qn+1 n+1 T TQ Qn n T QT Qn+1n+10 0 00 1 1 0 111 1 0特征方程：特征方程：T QT Qn+1n+10 Q0 Qn n1 Q1 Qn nnnnnQTQTQTQ1说明：说明：5.4 主从触发器1、电路结构与工作原理（1）电路结构（2）工作原理 G5

19、 G6 G1 G2 G7 主触发器 G8 Qm Qm G3 从触发器 G4 & & Q Q & & 1 S R CP CP G9 & & & & 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，根据输入信号状态翻转，从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。5.4.1 主从SR触发器G5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9&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

20、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。因此，在CP的一个周期里，触发器输出端的状态只改变一次，克服了多次翻转。2、逻辑功能描述特性方程01RSQRSQnnCP下降沿到来时有效 1S 1R S CP R Q Q C1 （3）逻辑符号输出延迟下降沿有效QmQmQQ已知已知CP、S、R的波形，试画出主从的波形，试画出主从RS触发器触发器Q和和Q的波形的波形。设初始状态为。设初始状态为Q=0。 Q错误错误正确正确总结主从总结主从RS

21、RS触发器的主要特点触发器的主要特点1. 1. 主从控制。主从控制。主触发器接受输入信号；主触发器接受输入信号；1 CP从触发器接收主触发器该时刻的状态。从触发器接收主触发器该时刻的状态。3. R、S 之间有约束之间有约束, RS=0 。CP 由于从触发器输出端的变化只能发生在由于从触发器输出端的变化只能发生在 CP CP 的下降沿，所以的下降沿，所以克服了空翻现象。克服了空翻现象。2. 克服了空翻现象。克服了空翻现象。4、与同步、与同步RS触发器逻辑功能完全一样触发器逻辑功能完全一样(当当RS信号在信号在CP=1期期间没有改变）间没有改变）。功能更完善，且功能更完善，且R=S=1R=S=1时

22、，触发器状态也确定的一种触发器。时，触发器状态也确定的一种触发器。5.4.2主从主从JK触发器触发器1、结构特点、结构特点SR&G3G1G7G5QG9G4G2G8G6QCPSRQmQm1RK QR K，S JSJ Q 将从触发器的将从触发器的Q Q、Q Q 端作为端作为一对附加控制信号，接回到一对附加控制信号，接回到输入端。功能上不同与输入端。功能上不同与RSRS触触发器，故用发器，故用J J、K K表示信号输表示信号输入端，称主从入端，称主从J J、K K触发器。触发器。KJ5.4.2 主从JK触发器G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 从 G4Q Q1G9Qm Q

23、m&nnKQRQJS 下降沿到来时有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn 1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。2、工作原理、工作原理KSJR&G4G2G8G6QG9G3G1G7G5QCPQmQm1RK Q SJ QJ=K=0J=K=0时，相当时，相当R=0R=0，S=0S=0，维持原态不变维持原态不变J=0J=0，K=1K=1时，相当时，相当R=QR=Q，S=0S=0， Q Qn n= =0 0时，时，RS=00QRS=00Qn n1 10 0 Q Qn n= =1 1时，时，RS=10QRS=10Qn n1 1

24、0 0置置0 0J=1J=1，K=0K=0时，相当时，相当R=0R=0，S=QS=Q， Q Qn n= =0 0时，时，RS=01QRS=01Qn n1 11 1 Q Qn n= =1 1时，时，RS=00QRS=00Qn n1 11 1置置1 1J=1J=1，K=1K=1时，相当时，相当R=QR=Q，S=QS=Q， Q Qn n= =0 0时，时，RS=01QRS=01Qn n1 11 1 Q Qn n= =1 1时，时，RS=10QRS=10Qn n1 10 0 此时，此时，Q Q状态在状态在cpcp作用下，交替翻作用下，交替翻转，称为转，称为计数翻转，计数翻转， Q Qn n1 1=Q=

25、Qn n 。特征表和特征方程特征表和特征方程真值表真值表 ：特征表：特征表： Qn J K Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 J K Qn+10 0 Qn0 1 01 0 1 1 1 Qn JK=00JK=00时，时，维持原态不变，维持原态不变，Q Qn n1 1 = = Q Qn nJK=01JK=01时，时，置置0 0 Q Qn n1 1 =0=0JK=10JK=10时，时，置置1 1 Q Qn n1 1 =1=1JK=11JK=11时，时，计数翻转计数翻转 Q Qn n1 1 = Q=

26、 Qn nnnnQK QJQ 1 1 1 1 100 01 11 1001JKQn特征方程：特征方程：(2)(2)驱动表驱动表Qn Qn+1 J K 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Qn J K Qn+1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 cp J K Qm Q(4)时序图时序图翻转翻转置置0保持保持置置1置置0故当故当cpcp为为 时，时，Q Q翻成翻成Q QQ Qm m1 1。(1)cp=1(1)cp=1期间期间J J、K K不能变化，否则可能产不能变化，否则可能产生误动作。只有生

27、误动作。只有两种情况会产生错误：两种情况会产生错误：3、一次性翻转、一次性翻转Q=0Q=0时，时，J J：0 10 1Q=1Q=1时，时，K K：0 10 1G9KJ&G4G2G8G6QG3G1G7G5QCPQmQm1CPJKQmQt1t2100(2)(2)一次变化一次变化( (错翻一次错翻一次, ,不再恢复不再恢复) )：分析分析: :因为因为Q Q、Q Q引回引回7 7、8 8门输入端，必然门输入端，必然 封锁一个门，设封锁一个门，设Q=0Q=0，封锁封锁8 8门门。1t t1 1时刻，如时刻，如J:J:0 01 1，会使，会使 Q Qm m=1=1。100111t t2 2时刻，

28、如时刻，如J:J:1 10 0, , Q Qm m维持为维持为1,1,不再变化。不再变化。分析分析: :CpCp1 1期间期间, ,如如Q Q1,1,而而K K由由001 1时的过程时的过程此时，Qm 会变化吗只会发生1次变化JK10，置1JK11,翻转(2)(2)主触发器本身仍是一个同步主触发器本身仍是一个同步RSRS触发器，故在触发器，故在cp=1cp=1期期间输入信号对主触发器起控制作用。间输入信号对主触发器起控制作用。5、动作特点、动作特点(1)(1)触发器翻转为两步动作，触发器翻转为两步动作， cp=1cp=1期间主触发器接收输入信号，期间主触发器接收输入信号，被置成相应状态，从触发

29、器维持不变；被置成相应状态，从触发器维持不变； 在在cp cp 时刻，触发器翻转成主触发器状态。时刻，触发器翻转成主触发器状态。 主从主从JKJK触发器已克服了空翻和输入的约束条件，触发器已克服了空翻和输入的约束条件，但仍存在一次翻转的缺陷。但仍存在一次翻转的缺陷。维持阻塞边沿触发器维持阻塞边沿触发器(5.5.2) (5.5.2) ；利用各门电路传输延迟时间的不同构成边沿触发器；利用各门电路传输延迟时间的不同构成边沿触发器；利用利用CMOSCMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器(5.5.1)(5.5.1)；利用二极管进行配置的边沿触发器等。利用二极管进行配置的边沿触发器等。5.5 5.5

30、 边沿触发器边沿触发器主要有：主要有： 边沿触发器即利用边沿触发器即利用cpcp边沿触发的触发器，也就是触发器边沿触发的触发器，也就是触发器的次态的次态仅取决于仅取决于cpcp信号的上升沿信号的上升沿 ( () )或下降沿或下降沿 ( () )到达时刻输入信号的状态。到达时刻输入信号的状态。 形式上也是一种主从结构，具有完全不同的动作特形式上也是一种主从结构，具有完全不同的动作特点。点。5.5.1、CMOS边沿触发器边沿触发器 电路结构电路结构Q Q1 1TG1DcpG3Q QTG31 1TG21 1TG41 1cpcpcpcpcpcpcpQ Qm mQ Qm mG1G2G4主触发器主触发器从

31、触发器从触发器1 1TG1DcpG3Q QTG31 1TG21 1TG41 1cpcpcpcpcpcpcpQ Qm mQ Qm mQ QG1G2G4传输门传输门TG2,TG3TG2,TG3，在在cpcp1 1 时导通。时导通。传输门传输门TG1,TG4TG1,TG4，在在cpcp0 0 时导通。时导通。 工作原理工作原理（复习传输门的导通条件）（复习传输门的导通条件） 输出状态转换发生在输出状态转换发生在cpcp上升沿，称上升沿触发的上升沿，称上升沿触发的边沿触发器。边沿触发器。说明：说明： (1)cp(1)cp、cpcp作用，使主、从触发器一通一止，无空翻。作用，使主、从触发器一通一止，无空

32、翻。 (2)(2)传输门的传输门的cpcp、cpcp互换，可实现下降沿触发。互换，可实现下降沿触发。 3、 动作特点：动作特点： 触发器类型转换1、触发器的类型按逻辑功能可分为：T触发器RS触发器JK触发器D触发器T触发器类型 逻辑功能置0、置1、保持置0、置1、保持、翻转置0、置1保持、翻转翻转特性方程0,1RSQRSQnn 1nnnQKQJQDQn1nnQQ1 1nnnQTQTQ转换为转换为TT功能触发器功能触发器二、触发器类型转换二、触发器类型转换 转换方法：转换方法：即原输入端即原输入端通过转换电路通过转换电路新触发输入端。新触发输入端。求转换逻辑电路。求转换逻辑电路。1 1、J KJ

33、 K触发器的转换触发器的转换( (D,T ,T)：JKJK触发器触发器D D 触发器触发器T T 触发器触发器nnnQKQJQ1nnnnnQDQDQQDDQ)(1 nnnQTQTQ1DKDJ，可得：可得：TKJ，可可得得：T转换为转换为T T功能触发器功能触发器转换为转换为D D功能触发器功能触发器1 KJ当当：QJcpK1JC11KQ DR DSTQJcpK1JC11KQ DR DS & &D1 1TT触发器触发器2、D触发器的转换触发器的转换( (JK,T,T)：D D触发器：触发器：DQn1JK JK 触发器触发器nnnQKQJQ1nnQKQJD可可得得：转换为转换为JK

34、JK功能触发器功能触发器nnnnQTQTQTQ1nQTD可可得得：转换为转换为T T功能触发器功能触发器T T 触发器触发器nnQQ1nQD 可可得得：转换为转换为TT功能触发器功能触发器T T 触发器触发器 &J 1 1 & & &QDcp1DC1Q DR DSKT = =1 1QDcp1DC1Q DR DSQDcp1DC1Q DR DS例：已知某触发器的真值表，试用例：已知某触发器的真值表，试用JKJK触发器和少量门实现。触发器和少量门实现。A BQn1 0 0 0 1 1 0 1 1Qn1 Qn0解：解：nnnnnnnnnnnQBAQAQBABAQBABAQBAQQBAQBAABQBABAQBAQ)()()()(01 nnnQKQJQ 1电路：电路：BAKAJ 说明说明。、异步输