第4章触发器

1、第第4章章 触发器触发器 第第4章章 触发器触发器 4.1 双稳态触发器双稳态触发器 4.2 单稳态触发器单稳态触发器 4.3 多谐振荡器多谐振荡器 4.4 施密特施密特触发器触发器第第4章章 触发器触发器 4.1 双稳态触发器双稳态触发器 4.1.1 RS触发器触发器 4.1.2 JK触发器触发器 4.1.3 D触发器触发器 4.1.4 T触发器触发器 4.15 触发器的时间参数触发器的时间参数 双稳态触发器有两个稳定的输出状态：双稳态触发器有两个稳定的输出状态：0态和态和1态。双稳态。双稳态触发器可以用来存储一位二进制代态触发器可以用来存储一位二进制代 码。按逻辑功能分码。按逻辑功能分类，

2、双稳态触发器可以分成类，双稳态触发器可以分成RS触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触触发器和发器和T触发器等。触发器等。 第第4章章 触发器触发器 4.1.1 RS触发器触发器1. 基本基本RS触发器触发器 图（图（a）是基本）是基本RS触发器的逻辑电路，图（触发器的逻辑电路，图（b）（）（c）是它的逻辑）是它的逻辑符号。电路由两个与非门交叉连接而成，符号。电路由两个与非门交叉连接而成， 是两个输入端，分别称为置是两个输入端，分别称为置位端和复位端，或称为置位端和复位端，或称为置1端和置端和置0端。端。 S.R第第4章章 触发器触发器 Q和和 是两个输出端。在正常情况下，是两个输出端。在正

3、常情况下，Q和和 的状态的状态相反，是一种互补逻辑关系。一般规定相反，是一种互补逻辑关系。一般规定Q的状态代表触的状态代表触发器的状态，若发器的状态，若Q=0时，称触发器为时，称触发器为0状态，也称复位状状态，也称复位状态；若态；若Q=1时，称触发器为时，称触发器为1状态，也称置位状态。状态，也称置位状态。 基本基本RS触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能 约束条件约束条件 状态表及状态图状态表及状态图 次态方程次态方程QQ第第4章章 触发器触发器 逻辑功能逻辑功能 ： =0 , =1 不管触发器的原状态如何，触发器置不管触发器的原状态如何，触发器置0=0=1SR第第4章章 触发器触发器 =1 ,

4、 =0 不管触发器的原状态如何，触发器置不管触发器的原状态如何，触发器置1=1=0RS第第4章章 触发器触发器 =1, =1触发器保持原状态不变触发器保持原状态不变=1=0RS第第4章章 触发器触发器 =0, =0 =1=1破坏了触发器所规定的破坏了触发器所规定的Q Q与与 的互补逻辑关系的互补逻辑关系，非正常状态，非正常状态QRS第第4章章 触发器触发器 约束条件：约束条件： RS=0或或 + =1 如果如果S和和R同时由同时由1变为变为0,与非门与非门G1和和G2的输出端都的输出端都趋向于变为趋向于变为0。由于变化快慢不同。由于变化快慢不同,先变为先变为0的与非门通的与非门通过反馈使另一个

5、与非门保持为过反馈使另一个与非门保持为1。在这种情况下。在这种情况下,如果如果不知道不知道S和和R的变化谁先谁后的变化谁先谁后,我们就无法可靠地预估触我们就无法可靠地预估触发器将变为发器将变为0状态还是状态还是1状态状态,这种情况是正常工作时不这种情况是正常工作时不允许出现的，所以允许出现的，所以RS=0称为约束条件。称为约束条件。RS第第4章章 触发器触发器 现态现态Qn触发信号触发信号次态次态Qn+1说说 明明0110状态保持状态保持11110101置置111010010置置01010000d状态不定状态不定100d表表4-1为为基本基本RSRS触发器次态真值表触发器次态真值表 RS第第4

6、章章 触发器触发器 根据基本根据基本RSRS触发器的次态真值表可得状态表和状态图：触发器的次态真值表可得状态表和状态图： 图图4-2 基本基本RS触发器状态表和状态图触发器状态表和状态图第第4章章 触发器触发器 根据状态表可写出如下方程根据状态表可写出如下方程: 上述方程描述了基本上述方程描述了基本RS触发器的次态和输入信号以触发器的次态和输入信号以及现态之间的逻辑关系及现态之间的逻辑关系,称为基本称为基本RS触发器的次态方程。触发器的次态方程。 分析结果表明分析结果表明,该触发器具有保持、置该触发器具有保持、置0、置、置1三种逻三种逻辑功能辑功能,两个输入端必须满足约束条件两个输入端必须满足

7、约束条件RS=0。n+1nQ=S+RQRS=0第第4章章 触发器触发器 基本触发器的动作特点基本触发器的动作特点: 在基本在基本RS触发器电路中触发器电路中,由于不存在控制信号由于不存在控制信号,且输且输入信号是直接加到与非门入信号是直接加到与非门G1和和G2的输入端的输入端,只要只要S或或R发发生变化生变化,都可能导致触发器的输出状态跟着发生变化。这都可能导致触发器的输出状态跟着发生变化。这一特性称为直接控制一特性称为直接控制,S称为直接置位端称为直接置位端,R称为直接复位称为直接复位端。端。 图图4-3所示的时序图反映了由与非门构成的基本所示的时序图反映了由与非门构成的基本RS触触发器在接

8、收不同的输入信号时，状态的变化情况发器在接收不同的输入信号时，状态的变化情况。 第第4章章 触发器触发器 图图4-3 由与非门构成的基本由与非门构成的基本RS触发器的时序图触发器的时序图第第4章章 触发器触发器 2. 同步同步RS触发器触发器 图图4-4 同步同步RS触发器触发器第第4章章 触发器触发器 同步同步RS触发器是在基本触发器是在基本RS触发器的基础上增加一个触发器的基础上增加一个时钟控制端构成的时钟控制端构成的,其目的是提高触发器的抗干扰能力其目的是提高触发器的抗干扰能力,同同时使多个触发器能够在一个控制信号的作用下同步工作。时使多个触发器能够在一个控制信号的作用下同步工作。图图4

9、-4(a)是一个由与非门组成的同步是一个由与非门组成的同步RS触发器，图触发器，图4-4(b)是它的逻辑符号。是它的逻辑符号。 同步同步RS触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能 状态表及状态图状态表及状态图 次态方程次态方程第第4章章 触发器触发器 CP=0保持原状态不变保持原状态不变保持原状态不变保持原状态不变第第4章章 触发器触发器 CP=1与非门与非门G G3 3、G G4 4打开，打开，R R、S S通过控制门反相后作用到基本通过控制门反相后作用到基本RSRS触发器的输入端触发器的输入端 保持原状态不变保持原状态不变=1=0R=0，S=0第第4章章 触发器触发器 R=0，S=1触发器置触发

10、器置1=1=0第第4章章 触发器触发器 R=1，S=0触发器置触发器置0=0=1第第4章章 触发器触发器 R=1，S=1互补逻辑关系遭到破坏互补逻辑关系遭到破坏 ，非正常状态，非正常状态=1=1第第4章章 触发器触发器 表表4 4- -2 2是同步是同步RSRS触发器的次态真值表触发器的次态真值表 RSQn+1 00Qn01110011d 同步同步RSRS触发器的次态真值表触发器的次态真值表 第第4章章 触发器触发器 同步同步RSRS触发器的状态图和状态表如触发器的状态图和状态表如图图4-54-5：图图4-5 同步同步RS触发器状态表和状态图触发器状态表和状态图第第4章章 触发器触发器 由状态

11、图和状态表可得同步由状态图和状态表可得同步RS触发器的特性方程如下触发器的特性方程如下: n 1nn 1nQSRQ,CP1RS0QQCP0第第4章章 触发器触发器 4.1.2 JK触发器触发器 1. JK触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能 JK触发器是一种功能十分完善的触发器，不会出现输触发器是一种功能十分完善的触发器，不会出现输出状态不定的问题。下图是出状态不定的问题。下图是JK触发器的逻辑符号：触发器的逻辑符号： 图图(a)为负边沿为负边沿(下降沿）触发的下降沿）触发的JK触发器的逻辑符号，触发器的逻辑符号，图图(b)为正边沿（上升沿）触发的为正边沿（上升沿）触发的JK触发器的逻辑符号触发器

12、的逻辑符号 。第第4章章 触发器触发器 JK触发器的次态真值表如触发器的次态真值表如表表4-3所示：所示：JKQn+1 00Qn01010111nQ表表4-3 JK触发器次态真值表触发器次态真值表第第4章章 触发器触发器 根据根据JK触发器的次态真值表，可得触发器的次态真值表，可得JK触发器的状态表触发器的状态表和状态图如和状态图如图图4-8所示，其次态方程为所示，其次态方程为图图4-8 JK触发器状态表和状态图触发器状态表和状态图n+1nnQ=JQ +KQ第第4章章 触发器触发器 表表4-44-4为为JKJK触发器的激励表。触发器的激励表。 QnQn+1JK00 0d d011d d10d

13、d111d d0表表4-4 JK触发器触发器的激励的激励表表第第4章章 触发器触发器 例如：例如：负边沿负边沿JKJK触发器的触发器的J、K和和CP的波形的波形及输出端及输出端Q的波的波形，设初始状态为形，设初始状态为0。如图如图4 4- -9 9 ：图图4-9 波形图波形图第第4章章 触发器触发器 2. 主从主从JKJK触发器触发器 图图4-10(a)4-10(a)是主从是主从JKJK触发器的电路，它的主要组成触发器的电路，它的主要组成部分是两个同步部分是两个同步RSRS触发器，其中接受外界输入信号的触发器，其中接受外界输入信号的一个称为主触发器，输出信号的一个称为从触发器。一个称为主触发器

14、，输出信号的一个称为从触发器。触发信号触发信号CPCP经反相后加到从触发器的时钟端。当经反相后加到从触发器的时钟端。当CPCP脉脉冲到来时，先使主触发器翻转，然后再使从触发器翻冲到来时，先使主触发器翻转，然后再使从触发器翻转，因此称为主从型触发器。转，因此称为主从型触发器。第第4章章 触发器触发器 图图4-10 4-10 主从主从JKJK触发器触发器第第4章章 触发器触发器 当当CP=1时，主触发时，主触发器打开，器打开，由于输入有由于输入有Qn和和 的反馈，的反馈，R和和S不会同时出现都是不会同时出现都是1的状态，的状态，从而克服从而克服了不定状态的出现。了不定状态的出现。nQ第第4章章 触

15、发器触发器 为了提高主从触发器的可靠性，设计了带数据锁定的主为了提高主从触发器的可靠性，设计了带数据锁定的主从从JK触发器，逻辑符号如触发器，逻辑符号如图图4-11所示，它不是在所示，它不是在CP=1期期间接受数据输入信号，而是在间接受数据输入信号，而是在CP的上升沿时刻接受数据的上升沿时刻接受数据输入信号，而在下降沿到来时输出。输入信号，而在下降沿到来时输出。 图图4-14-11 1 带数据锁定的主从带数据锁定的主从JKJK触发器国标逻辑符号触发器国标逻辑符号 第第4章章 触发器触发器 3. D触发器触发器 图图4-12 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器 第第4章章 触发器触发器 (1)

16、D=1 当当CP=0=0时，时，G G3 3和和G G4 4的输出均为的输出均为1 1，触发器状态不变。由于，触发器状态不变。由于D=1=1，G G5 5输出输出为为0 0，G G6 6输出为输出为1 1。在。在CP脉冲的上升沿到来时，脉冲的上升沿到来时，G G3 3输出为输出为1 1，G G4 4输出为输出为0 0，触发，触发器输出器输出Q=1=1， 。 Q=0=1=0=1=1第第4章章 触发器触发器 CP=1期间，期间，D由由1变变0，保持不变。保持不变。v 则则G G5 5输出为输出为1 1，分别送到，分别送到G G3 3和和G G6 6的输入。的输入。但但G G3 3由于被从由于被从G

17、 G4 4的输出反馈过来的的输出反馈过来的0 0信号封锁，输出仍为信号封锁，输出仍为1 1，触发器不会被置触发器不会被置0 0；v 而而G G6 6同样被从同样被从G G4 4输出端反馈过来的输出端反馈过来的0 0信号封锁，使信号封锁，使G G6 6维持维持1 1态，态，这样这样G G4 4维持维持0 0 态，态，从而维持了触发器置从而维持了触发器置1 1状态状态。 1-0=1=1第第4章章 触发器触发器 (2) D=0CP=0时，时，G3和和G4的输出同样都是的输出同样都是1。由于。由于D=0，G5输出为输出为1，G6输出为输出为0。当当CP脉冲的上升沿到来时，脉冲的上升沿到来时，G3输出为

18、输出为0，G4输出为输出为1，使触发器输出，使触发器输出Q=0， =1。=0=0保持不变保持不变=0=0Q第第4章章 触发器触发器 CP=1期间，期间，D由由0变变1，保持不变。保持不变。v 由于由于G3输出反馈到输出反馈到G5输入端，输入端，使得使得G5被封锁，被封锁，输入信号输入信号D不能进入，不能进入，触发器维持置触发器维持置0状态状态 ；v 而而G5输出输出1的信号送到的信号送到G6的输入，的输入，使使G6输出仍为输出仍为0，G4输出仍为输出仍为1，触发器不会被置触发器不会被置1 。0-1=1=0第第4章章 触发器触发器 次态真值表如次态真值表如表表4-54-5所示所示 ：DQn+10

19、011表表4-54-5 D D触发器的次态真值表触发器的次态真值表 第第4章章 触发器触发器 图图4-14-12 2是是D D触发器的状态表和状态图触发器的状态表和状态图 ： 图图4-14-12 2 D D触发器的状态表和状态图触发器的状态表和状态图 次态方程为：次态方程为： Qn+1=D, CP=1 时时 Qn+1 =Qn,CP=0 时时第第4章章 触发器触发器 表表4-4-5 5是是D D触发器的激励表触发器的激励表 ：QnQn+1D000011100111表表4-4-5 5 D D触发器的激励表触发器的激励表 第第4章章 触发器触发器 图图4-14所示的时序图反映了所示的时序图反映了D触

20、发器在触发器在CP信号的信号的控制下，接收不同输入信号时状态的变化情况。控制下，接收不同输入信号时状态的变化情况。 图图4-14 D触发器的时序图触发器的时序图 第第4章章 触发器触发器 4. T触发器触发器 T触发器逻辑符号触发器逻辑符号,如如图图4-15所示：所示： 图图4-15 T触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号第第4章章 触发器触发器 次态真值表如次态真值表如表表4-7所示所示 ： 表表4-7 T触发器的次态真值表触发器的次态真值表 由表可知当由表可知当T=0时，触发信号到来时，触发器保持时，触发信号到来时，触发器保持状态不变；当状态不变；当T=1时，触发信号到来时，触发器输出状时，触

21、发信号到来时，触发器输出状态翻转。因此态翻转。因此T触发器的次态方程为：触发器的次态方程为： TQn+10Qn1n+1nQ=TQ +TQnQ第第4章章 触发器触发器 4.1.5 触发器的时间参数触发器的时间参数1. 1. 触发器的建立时间和保持时间触发器的建立时间和保持时间(1) 建立时间建立时间t tsetset ：输入信号必须在时钟脉冲信号有效边输入信号必须在时钟脉冲信号有效边沿到来之前提前到来的时间。沿到来之前提前到来的时间。(2) 保持时间保持时间t th h：输入信号在时钟脉冲信号有效边沿到来输入信号在时钟脉冲信号有效边沿到来之后继续保持不变的时间之后继续保持不变的时间 。2. 触发

22、器的最高时钟频率触发器的最高时钟频率(1)时钟高电平宽度时钟高电平宽度t t1min1min：时钟脉冲信号保持为高电平的最时钟脉冲信号保持为高电平的最小持续时间。小持续时间。(2) 时钟低电平宽度时钟低电平宽度t t0min0min：时钟脉冲信号保持为低电平的时钟脉冲信号保持为低电平的最小持续时间。最小持续时间。 第第4章章 触发器触发器 t1min、t0min与与tset、th有关。有关。t1min与与t0min之和是保证触发之和是保证触发器能正常工作的最小时钟周期，进而可确定触发器的器能正常工作的最小时钟周期，进而可确定触发器的最高工作频率：最高工作频率：3. 触发器的传输延时时间触发器的

23、传输延时时间(1) 输出高变低的时间延时输出高变低的时间延时tPHL：从从CP触发边沿到输出完触发边沿到输出完成由高变低的时间延时。成由高变低的时间延时。(2) 输出低变高的时间延时输出低变高的时间延时tPLH：从从CP触发边沿到输出完触发边沿到输出完成由低变高的时间延时。成由低变高的时间延时。minminmax011ttf第第4章章 触发器触发器 4 4. .2 2 单稳态触发器单稳态触发器 单稳态触发器在没有外界触发信号作用时，触发器单稳态触发器在没有外界触发信号作用时，触发器处于某种稳定状态处于某种稳定状态(0(0态或态或1 1态态) )，在触发信号作用下，触，在触发信号作用下，触发器翻

24、转到另一种状态发器翻转到另一种状态(1(1态或态或0 0态态) )，但经过一定时间后，但经过一定时间后，它将它将自动返回自动返回到原来的稳定状态。因此，单稳态触发器到原来的稳定状态。因此，单稳态触发器只有只有一个一个稳定状态，另一种状态称为暂稳态。稳定状态，另一种状态称为暂稳态。 单稳态触发器分单稳态触发器分不可重复不可重复触发的单稳态触发器和触发的单稳态触发器和可可重复重复触发的单稳态触发器。触发的单稳态触发器。 常见的不可重复集成单稳态触发器有常见的不可重复集成单稳态触发器有7412174121、7422174221及及74HC22174HC221等，可重复触发的集成单稳态触发器有等，可重

25、复触发的集成单稳态触发器有7412274122、7412374123等。等。 第第4章章 触发器触发器 图图4-16 不可重复触发的单稳态触发器的波形图和符号不可重复触发的单稳态触发器的波形图和符号图图4-17 可重复触发的单稳态触发器的波形图和符号可重复触发的单稳态触发器的波形图和符号第第4章章 触发器触发器 4 4. .3 3 多谐振荡器多谐振荡器 4 4. .3 3. .1 RC1 RC环形多谐振荡器环形多谐振荡器 4 4. .3 3. .2 2 石英晶体构成的多谐振荡器石英晶体构成的多谐振荡器 多谐振荡器又称无稳态触发器，它没有稳定状态，多谐振荡器又称无稳态触发器，它没有稳定状态，不需

26、要外加触发信号就能产生周期性矩形脉冲。由于矩不需要外加触发信号就能产生周期性矩形脉冲。由于矩形脉冲波含有多次谐波，因此称为多谐振荡器。形脉冲波含有多次谐波，因此称为多谐振荡器。第第4章章 触发器触发器 4.3.1 RC4.3.1 RC环形多谐振荡器环形多谐振荡器 图图4-14-18 8（a a）是由三级非门组成的多谐振荡器，是由三级非门组成的多谐振荡器，R R、C C用于用于延时，延时，R RS S是限流电阻，约为是限流电阻，约为100100 ，图图4-184-18（b b）是它波形是它波形图。图。 图4-18 RC环形多谐振荡器第第4章章 触发器触发器 工作原理：工作原理：（1）第一个暂态）

27、第一个暂态 在在t1时刻，设非门时刻，设非门G3的输出的输出uo（uI1）由由0态变成态变成1态，态，则则G1的输出的输出uo1(uI2)由由1态变成态变成0态，态，G2的输出的输出uo2由由0态变成态变成1态，态，但这时但这时G3的输入却不是高电平，的输入却不是高电平，这是因为这是因为G1的输出的输出uo1(uI2)由由1态变成态变成0态，态，电容两端的电压不能跃变，电容两端的电压不能跃变，uI3必定跟随必定跟随uo1发生负跳变。发生负跳变。这个低电平使这个低电平使G3的输出维持为的输出维持为1态。态。第第4章章 触发器触发器 电容充电回路如电容充电回路如图图4-14-19 9所示，随着电容

28、的充电，所示，随着电容的充电，uI3逐逐渐上升。在渐上升。在t2时刻，时刻，uI3上升到门电路门槛电压上升到门电路门槛电压UT（TTLTTL约为约为1.4V1.4V），使），使G G3 3的输出由的输出由uo由由1 1态变成态变成0 0态。态。图图4-14-19 9 充电回路充电回路 第第4章章 触发器触发器 （2 2）第二暂稳态）第二暂稳态在在t2时刻，时刻，uo由由1 1态变成态变成0 0态时，态时，uo1则从则从0 0态变成态变成1 1态，态，而而uo2从从1 1态变成态变成0 0态，电容态，电容放电。同样由于电容两端放电。同样由于电容两端的电压不能跃变，的电压不能跃变，uI3必定必定跟

29、随跟随uo1发生正跳变。这个发生正跳变。这个高电平使高电平使G G3 3的输出维持为的输出维持为0 0态。态。第第4章章 触发器触发器 电容放电回路如电容放电回路如图图4-4-2020所示，随着电容的放电，所示，随着电容的放电，u uI3I3逐逐渐下降。在渐下降。在t t4 4时刻，时刻，uI3下降到下降到UT，使，使G G3 3的输出由的输出由uo由由0 0态变成态变成1 1态，第二暂稳态结束，再次进入第一暂稳态。态，第二暂稳态结束，再次进入第一暂稳态。 图图4-20 放电回路放电回路 第第4章章 触发器触发器 4.3.2 4.3.2 石英晶体构成的多谐振荡器石英晶体构成的多谐振荡器 1.

30、石英晶体的电特性石英晶体的电特性 石英晶体具有压电特性，石英晶体具有压电特性，图图4-24-21 1是石英晶体的符号、等是石英晶体的符号、等效电路和电抗频率特性效电路和电抗频率特性 图图4-24-21 1 石英晶体等效电路及电抗频率特性石英晶体等效电路及电抗频率特性 第第4章章 触发器触发器 f0为石英晶体的串联谐振频率，为石英晶体的串联谐振频率，f为石英晶体的并联为石英晶体的并联谐振频率。当信号频率为谐振频率。当信号频率为f0时，电抗最小；当信号频率时，电抗最小；当信号频率为为f时，电抗最大。根据石英晶体的等效电路可知：时，电抗最大。根据石英晶体的等效电路可知： LCf2100000121C

31、CfCCCCLf第第4章章 触发器触发器 2. 串联型石英晶体多谐振荡器串联型石英晶体多谐振荡器 图图4-214-21是串联型石英晶体多谐振荡器的电路。图中并联是串联型石英晶体多谐振荡器的电路。图中并联在两个反相器输入和输出之间的电阻在两个反相器输入和输出之间的电阻 R R，是使反相器工作，是使反相器工作在电压传输特性曲线的线性放大区。在电压传输特性曲线的线性放大区。 图图4-24-22 2 串联型石英晶体多谐振荡器串联型石英晶体多谐振荡器 第第4章章 触发器触发器 3. 并联型石英晶体多谐振荡器并联型石英晶体多谐振荡器 图图4-24-23 3是并联型石英晶体多谐振荡器电路。图中反是并联型石英

32、晶体多谐振荡器电路。图中反相器相器G G1 1用于产生振荡，与它并联的电阻是使它工作在电用于产生振荡，与它并联的电阻是使它工作在电压传输特性的线性放大区。门压传输特性的线性放大区。门G G2 2用于缓冲和整形。用于缓冲和整形。 图图4-24-23 3 并联型石英晶体多谐振荡器并联型石英晶体多谐振荡器第第4章章 触发器触发器 4 4. .4 4 施密特触发器施密特触发器 施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路，是数字施密特触发器是一种特殊的双稳态时序电路，是数字系统中常用的一种脉冲波形转换电路，它具有两个重要特系统中常用的一种脉冲波形转换电路，它具有两个重要特性：性： (1) (1) 施密特触发器是一种电平触发器，能将变化缓慢的模拟施密特触发器是一种电平触发器，能将变化缓慢的模拟信号信号( (如正弦波、三角波以及各种如正弦波、三角波以及各种 周期性的