第十一章 触发器-lm

1、第十一章第十一章 触发器触发器4.2 JK4.2 JK触发器触发器4.3 D4.3 D和和T T触发器触发器4.1 RS4.1 RS触发器触发器概概 述述触发器及其特点触发器触发器(Flip Flop，缩写，缩写FF)一种能够记忆二一种能够记忆二值信息值信息(“1” 和和 “0”)的基本时序逻辑单元电路。的基本时序逻辑单元电路。触发器由门电路构成，分为双稳态触发器、单稳触发器由门电路构成，分为双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器态触发器、无稳态触发器(多谐振荡器多谐振荡器)等几种。本章等几种。本章介绍双稳态触发器，两个稳状态分别用介绍双稳态触发器，两个稳状态分别用“1”和和“0”表表示。示

2、。双稳态触发器指任何具有两个稳定状态且可以通双稳态触发器指任何具有两个稳定状态且可以通过适当的信号注入方式，使其输出状态从一个过适当的信号注入方式，使其输出状态从一个 稳定状稳定状态转换到另一个稳定状态的电路。态转换到另一个稳定状态的电路。 双稳态触发器具有以下基本特点：双稳态触发器具有以下基本特点： 有两个稳定的状态，以便于记忆有两个稳定的状态，以便于记忆“1”和和“0” 。 在输入的触发信号作用下，电路能被置于在输入的触发信号作用下，电路能被置于“1”或或“0” 。 输入信号消失后，电路能保持获得的状态输入信号消失后，电路能保持获得的状态具有具有“记忆记忆” 能力。能力。触发器现态、次态和

3、时序的概念现态输入信号作用的现态输入信号作用的t 时刻，触发器所处的状时刻，触发器所处的状态，用态，用Qn表示表示 。次态次态 t 时刻输入信号作用后，触发器获得的新时刻输入信号作用后，触发器获得的新状态，用状态，用Qn+1表示。表示。 时序在输入信号作用下，触发器状态更新和演时序在输入信号作用下，触发器状态更新和演化过程的时间序列。化过程的时间序列。触发器的状态方程：触发器的状态方程： Qn+1(tn) =f Qn(tn)、xi (tn) 根据电路结构的不同，将触发器分为：基本根据电路结构的不同，将触发器分为：基本RS触发触发器、同步触发器、主从触发器和边缘触发器等。器、同步触发器、主从触发

4、器和边缘触发器等。根据逻辑功能的不同，将触发器分为：根据逻辑功能的不同，将触发器分为：RS触发器、触发器、JK触发器、触发器、D触发器和触发器和T触发器等。触发器等。根据时钟触发方式不同，将触发器分为：电平触发根据时钟触发方式不同，将触发器分为：电平触发器和边缘触发器等。器和边缘触发器等。不同的电路结构，有不同的动作特点；不同的逻辑不同的电路结构，有不同的动作特点；不同的逻辑功能，有不同的工作原理。了解触发器的这些特点，对功能，有不同的工作原理。了解触发器的这些特点，对本章的学习内容十分重要。本章的学习内容十分重要。触发器的种类 特性表又称功能表，用来反映触发器输出状特性表又称功能表，用来反映

5、触发器输出状态的变化规律。态的变化规律。 特性方程又称状态方程，反映触发器输出状特性方程又称状态方程，反映触发器输出状态变化的函数式。态变化的函数式。 状态转换图反映触发器状态转换图反映触发器“0”和和“1”两种状态两种状态之间转换及条件的图形。之间转换及条件的图形。 时序图又称输出状态演化时序波形图，类似时序图又称输出状态演化时序波形图，类似组合逻辑电路的波形图。组合逻辑电路的波形图。4.触发器逻辑功能的表示方法 逻辑电路实现触发器逻辑功能的电路。逻辑电路实现触发器逻辑功能的电路。 11.2 RS触发器触发器一、基本一、基本RS触发器触发器 1用与非门组成的基本用与非门组成的基本RS触发器触

6、发器 （1 1）电路结构）电路结构: :由两个门电路交叉连接而成。由两个门电路交叉连接而成。低电平有效_&GGQQ12RS_QSRQ_触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，当当Q=1=1， =0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。Q当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态状态。QQn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1011100置置0 000011R称为置称为置0输入端输入端低电平有效低电平有效_&GGQQ12RS_（2）逻辑功能）逻辑功能&GGQQ12RSQn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1

7、置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1， =0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。Q当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。Q1 01000111置置1 11101S称为置称为置1输入端输入端低电平有效低电平有效_&GGQQ12RSQn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1， =0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。Q当当 =1=1，Q

8、=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。Q1 0置置1 111011 1111000_保持保持10_1101&GGQQ12RSQn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 00001触发器有两个互补的输出端，触发器有两个互补的输出端，（2）逻辑功能）逻辑功能当当Q=1=1， =0=0时，称为触发器的时，称为触发器的1 1状态。状态。Q当当 =1=1，Q=0=0时，称为触发器的时，称为触发器的0 0状态。状态。Q1 0置置1 111011 10011110011保持保持0 0不定不定01_Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1置置0 000011 0置置

9、1 111011 10011保持保持0 0不定不定01（3）特性方程）特性方程nnQRSQ 10 RS（约束条件）（约束条件）_Qn+1RSQn00 01 11 100 1011100_（3 3）波形分析）波形分析 在用与非门组成的基本在用与非门组成的基本RS触发器中，设初始状态为触发器中，设初始状态为0，已，已知输入知输入R、S的波形图，画出两输出端的波形图。的波形图，画出两输出端的波形图。RSQQ00001111111111111111nnQRSQ 10 RS（约束条件）（约束条件）基本触发器的特点总结：基本触发器的特点总结：（1 1）具有直接置）具有直接置1 1、置、置0 0 、保持功能

10、。、保持功能。（2 2）与非门组成的基本与非门组成的基本RS触发器中触发器中,触发信号触发信号 低电平有效。低电平有效。（3 3）是构成其他触发器的基本单元是构成其他触发器的基本单元。（4 4）输入信号具有约束。）输入信号具有约束。二、二、 同步同步RS触发器触发器 给触发器加一个时钟控制端给触发器加一个时钟控制端CP，只有在，只有在CP端上出现时钟脉冲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。时，触发器的状态才能改变。这种触发器称为同步触发器。 1 1同步同步RS触发器的电路结构触发器的电路结构&GGQQ12&RSCP3G4GQQ1S1R C1CP2

11、 2逻辑功能逻辑功能当当CP0 0时，控制门时，控制门G3 3、G4 4关闭，触发器的状态保持不变。关闭，触发器的状态保持不变。当当CP1 1时，时，G3 3、G4 4打开，其输出状态由打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。端的输入信号决定。同步同步RS触发器的状态转换分别由触发器的状态转换分别由R、S和和CP控制，其中，控制，其中，R、S控制控制状态转换的方向；状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。控制状态转换的时刻。&GGQQ12&RSCP3G4GQn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输

12、出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持01011001011013 3触发器功能的几种表示方法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：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）特性方程由功能表画出卡诺图得特性方程：由功能表画出卡诺图得特性方程：Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101nnQRSQ 101Q1011RS10101

13、000Qn+11n00 RS（约束条件）（约束条件）(CP上升沿和CP=1)卡诺图卡诺图（2 2）状态转换图）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。持原状不变时，对输入信号的要求。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持0101R=S=01S=R=0S=R=0S=01R=1 0 （3）驱动表）驱动表 驱动表是用表格的方式表示触发器从一

14、个状态变化到另一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。个状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。Qn+1R S功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同S S状态状态1101 1 0 1 0输出状态输出状态同同S S状态状态00011 11 101不定不定0 00 0保持保持01010 00 11 01 1Qn Qn+1 00 11 00 R S RS触发器的驱动表触发器的驱动表 S=1S=R=S=S=R=0001R=010R=驱动表是驱动表是状态转换图状态转换图的表格表示方式方式的表格表示方式方式 （4）波形图）波形

15、图 已知同步已知同步RS触发器的输入波形，画出输出波形图。触发器的输入波形，画出输出波形图。SRCPQQ 4同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题空翻空翻 由于在由于在CP=1期间期间,G3，G4门都是开着的，都能接收门都是开着的，都能接收R、S信号，所以信号，所以,如果在如果在CP=1期间期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。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空翻。&GGQQ12&RSCP3G4GRSCPQ 有效翻转有效翻转 空翻空翻Q

16、Q1S1RC1CP11.2.3 主从主从RS触发器触发器主从主从RS触发器的电路组成和逻辑符号触发器的电路组成和逻辑符号主从主从RS触发器电路和逻辑符号如图所示。触发器电路和逻辑符号如图所示。Q Q CP R S RD SD Q2 Q2 RD 从从 SD R2 CP2 S2 Q1 Q1 RD 主主 SD R1 CP1 S1 &(b) 主从主从RS触发触发器原理电路器原理电路Q Q CP R S RD SD Q2 Q2 RD 从从 SD R2 CP2 S2 Q1 Q1 RD 主主 SD R1 CP1 S1 &(a) Q Q R S (a) CP 由两个相同的同步由两个相同的同步R

17、S触发器串联组合而成，分别称触发器串联组合而成，分别称为主触发器和从触发器。主触发器和从触发器的时钟信为主触发器和从触发器。主触发器和从触发器的时钟信号总是反相的。号总是反相的。工作原理工作原理下面对图下面对图11.3.2(d)所示的电路进行分析。所示的电路进行分析。图图11.3.2 主从主从RS触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号Q Q R S (b) CP Q Q R S (c) CP Q Q R S (d) CP Q Q CP R S RD SD Q2 Q2 RD 从从 SD R2 CP2 S2 Q1 Q1 RD 主主 SD R1 CP1 S1 (a) 在在CP=0期间，主触发器被时期间，主

18、触发器被时钟信号封锁，从触发器的输入钟信号封锁，从触发器的输入态不会改变，则主从态不会改变，则主从RS触发器的触发器的输出状态保持不变。即输出状态保持不变。即Qn+1=Qn。在在CP=1期间，主触发器工作，期间，主触发器工作，其输出状态其输出状态Q1n+1随着输入信号随着输入信号R和和S的变化而改变。但从触发的变化而改变。但从触发器被时钟封锁，它的输出不变。则主从器被时钟封锁，它的输出不变。则主从RS触发器状态触发器状态仍保持不变。即仍保持不变。即Qn+1=Qn 。在在CP从从0到到1(上升沿上升沿)时刻，主触发器从锁定到工作，时刻，主触发器从锁定到工作，同时从触发器从工作到被锁定，则主从同时

19、从触发器从工作到被锁定，则主从RS 触发器状态触发器状态保持不变。即保持不变。即Qn+1=Qn。Q Q CP R S RD SD Q2 Q2 RD 从从 SD R2 CP2 S2 Q1 Q1 RD 主主 SD R1 CP1 S1 &(a) 在在CP从从1到到0(下降沿下降沿)时刻，时刻，主触发器从工作到锁定，同时，主触发器从工作到锁定，同时，从触发器从封锁到工作。主从从触发器从封锁到工作。主从RS触发器的输出状态，由触发器的输出状态，由CP=1最后时刻输入的最后时刻输入的R、S和相应的和相应的现态现态Qn决定，仍遵循基本决定，仍遵循基本RS触触发器逻辑原理工作。发器逻辑原理工作。 CP

20、下降沿下降沿 CP上升沿上升沿 CP R S Q2 从从 R2 CP2 S2 Q1 主主 R1 CP1 S1 & Q Q Q1 Q1 时间时间t t0 时刻时刻 CP CP=0期间期间 CP=1期间期间 CP=0期间期间 主主Q1不工作不工作 主主Q1工作工作 主主Q1不工作不工作 从从Q2 工作工作 从从Q2不工作不工作 从从Q2 工作工作 主从触发器主从触发器Q 如何工作如何工作 ？ 主触发器主触发器Q1和从触发器和从触发器Q2串联接力工作，串联接力工作，好象交接不畅通好象交接不畅通 ? 如何解决如何解决 ? 按信号流程，主触发器按信号流程，主触发器Q1在先，在先， 从触发器从触发

21、器Q2在后，仔细研究可以找到交接之处！在后，仔细研究可以找到交接之处！交接：主触发器交接：主触发器Q1交给从触发器交给从触发器 Q2。且必。且必须是工作时交接！须是工作时交接！Q1 Q2 Q1 Q2 Q1 Q2 t Q1 Q2 Q1 Q2 t Q1 Q2 Q1 Q2 S R CP 不定不定状态状态Q图图11.3.3 主从主从RS触发器时序波形图触发器时序波形图11.3 同步同步J K触发器触发器 .电路组成和逻辑符号电路组成和逻辑符号图所示是与非门构成的同步图所示是与非门构成的同步JK触发器的原理电路。触发器的原理电路。同步同步JK触发器触发器 S CP R Q Q S R SD RD 与非门

22、逻辑电路与非门逻辑电路 &G3 G4 G1 G2 J K 在同步在同步RS触发器电路的基础上，增加了输出到输入触发器电路的基础上，增加了输出到输入的大回环交叉反馈，消除输入触发信号均有效时，电路的大回环交叉反馈，消除输入触发信号均有效时，电路出现不定态的问题。出现不定态的问题。 J相当相当S，K相当相当R。同步同步JK触发器逻辑符号如图触发器逻辑符号如图11.2.8所示。所示。J CP K RD Q Q SD图图11.2.8 JK 触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号工作原理工作原理 在在CP =0期间，门期间，门G1、G2均输出高电平不变均输出高电平不变( (时钟时钟封锁了输入信号封锁了

23、输入信号) )，使门，使门G3、G4构成的基本构成的基本RS触发器触发器的输入始终为高电平不变，则与非门构成的同步的输入始终为高电平不变，则与非门构成的同步JK触发触发器的输出将保持原态不变，既器的输出将保持原态不变，既Qn+1=Qn 。在在CP=1期间，触发器正常期间，触发器正常工作，工作原理如下。工作，工作原理如下。 S CP R Q Q S R SD RD 与非门逻辑电路与非门逻辑电路 &G3 G4 G1 G2 J K 图图11.2.9(a) 与非门同步与非门同步JK触发器工作原理触发器工作原理 1 1 1 0J=0 K=0Q=0， Q=1Q=0， Q=1 CP=1& 1

24、 1 0 1 J=0 K=0Q=1， Q=0Q=1， Q=0 CP=1& JK无效输入，电路保持现态无效输入，电路保持现态不变。不变。 1 11 0 J=0 K=1Q=0， Q=1Q=0， Q=1 CP=1& 1 0 0 11 11 0 J=0 K=1Q=1， Q=1Q=1， Q=0Q=0， Q=1 CP=1& K 有效，置有效，置“0”，从，从“1”到到“0”历经不定态。历经不定态。 图图11.2.9 (b) 与非门同步与非门同步JK触发器工作原触发器工作原理理 0 1 1 01 10 1 J=1 K=0Q=1， Q=1Q=0， Q=1Q=1， Q=0 CP=1&am

25、p; 1 1 0 1 J=1 K=0Q=1， Q=0Q=1， Q=0 CP =1& J 有效，置有效，置“1”，从，从“0”到到“1”历经不定态。历经不定态。 0 1 1 01 10 1 J=1 K=1Q=1， Q=1Q=0， Q=1Q=1， Q=0 CP =1& 1 0 0 11 11 0 J=1 K=1Q=1， Q=1Q=1， Q=0Q=0， Q=1 CP=1& J=K=1，电路反态工作，电路反态工作，“0”到到“1”，或，或“1”到到“0”。 JK 触发器的时序图（触发器的时序图（CP=1有效）有效） CP J K Q 图图11.2.6(a) JK时序波形图时序波

26、形图 时钟有效电平期间，在输入触发信号作用下，电时钟有效电平期间，在输入触发信号作用下，电路能被置路能被置“0”和置和置“1”，且具有记忆能力；从，且具有记忆能力；从“1”置置“0”和从和从“0”置置“1”时，电路分两步动作，且以不定状时，电路分两步动作，且以不定状态过渡，又称为空翻现象态过渡，又称为空翻现象 CP Q “0”“0”1 2 3 4 图图11.2.10 当当J=K=1时，在时，在时钟信号作用下，电路依时钟信号作用下，电路依次反态工作，具有计数能次反态工作，具有计数能力。如图力。如图11.2.10所示。所示。 基本特点基本特点一、一、 主从主从JK触发器触发器主从主从RS触发器的缺

27、点：触发器的缺点：使用时有约束条件使用时有约束条件 RS=01 1电路结构电路结构 将主从将主从RS触发器触发器的两个互补的输出的两个互补的输出端信号通过两根反端信号通过两根反馈线分别引到输入馈线分别引到输入端的端的G7、G8门，这门，这样，就构成了主从样，就构成了主从JK触发器。触发器。 JK主从触发器主从触发器&GCP器G&G6G9G1&2触触G&器主G发发4G3QCPQRQ从&S8Q57G1器Q9发触&主Q2G3从G触Q1G器Q发1GGG&G5&4&6GCP8G&7K&J器Q9发触&主Q2G3

28、从G触Q1G器Q发1GGG&G5&4&6GCP8G&7K&J2 2工作原理工作原理Qn+1J K功能功能QnJK触发器触发器功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011 11 101100 00 0保持保持0101Qn=Qn110101101010110110CP1KQ1JQC13 3JKJK触发器逻辑功能的几种表示方法触发器逻辑功能的几种表示方法(1(1）功能表：）功能表：（2 2）特性方程：）特性方程：Qn+1J K功能功能QnJK触发器触发器功能表功能表 0 1

29、0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011 11 101100 00 0保持保持0101Qn=QnnnnQKQJQ 1110100J00111Kn0100QQn+1101卡诺图卡诺图（3 3）状态转换图）状态转换图（4 4）驱动表）驱动表0 00 11 01 1Qn Qn+10 1 1 0J K JK触发器的驱动表触发器的驱动表 01J=K=0J=K=1K=J=K=01J=Qn+1J K功能功能Qn功能表功能表 0 1 0 1输出状态输出状态同同J J状态状态0001 1 0 1 0输出状态输出状态同同J J状态状态11011

30、11 101100 00 0保持保持0101Qn=Qn 时序波形图时序波形图主从主从JK触发器的波形图画法如图所示。触发器的波形图画法如图所示。Q K J CP 图图11.3.6 时序波形图时序波形图D触发器触发器CP Q Q S R SD RD &G1 G2 G3 G4 &D Q QSD RD D CP 逻辑符号逻辑符号 Q Q SD RD D CP D触发器触发器 D触发器的逻辑功能只是触发器的逻辑功能只是JK触发器的特例，触发器的特例，D触发器又称锁存器，触发器又称锁存器，可用来传输、存放输入信号可用来传输、存放输入信号(数据数据)。一、电平有效的一、电平有效的D触发器触

31、发器D触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：Qn+1n+1= =D（CP=1有效）有效）0011D0101Qn0011Qn+1输出状态输出状态同同D状态状态 功能功能D触发器的功能表触发器的功能表 工作原理工作原理 在在CP=0期间期间，同步同步D触发器的输出将保持原态不变触发器的输出将保持原态不变在在CP=1期间，触发器能正常工作。期间，触发器能正常工作。同步同步D触发器工作原理触发器工作原理 D=0CP=1&G3 G4 &G1 G2 Q=0， Q=1Q=0， Q=1101 00 11 11 0 D=0CP=1&G3 G4 &G1 G2 Q=1， Q=0Q=

32、1， Q=110Q=0， Q=1 置置“0”，从，从“1”到到“0”历经不历经不定态定态 1* 1 01 10 1 D=1CP=1&G3 G4 &G1 G2 Q=0， Q=1Q=1， Q=101Q=1， Q=0 D=1CP=1&G3 G4 &G1 G2 Q=1， Q=0Q=1， Q=0010 1 置置“1”，从，从“0”到到“1”历经历经不定态不定态 1* D触发器的状态转换图：触发器的状态转换图：0 00 11 01 1Qn Qn+10101D D触发器的驱动表触发器的驱动表 0011D0101Qn0011Qn+1输出状输出状态同态同D状态状态 功能功能D触发

33、器的触发器的功能表功能表0D= 01D= 0D= 1D= 1 D 触发器的时序图：触发器的时序图：Qn+1=D（CP=1有效）有效） D时序波形图时序波形图 CP D Q 1KQ1JQC1CPDQDQC1二、边沿二、边沿D触发器触发器图 4-14 边沿D触发器QDQC1上升沿D触发器下降沿D触发器由边沿JK触发器构成D触发器如图所示 :=D， DJKCPDQ上升沿D触发器（1 1）T触发器触发器 （2 2）T触发器触发器T触发器的特性方程：触发器的特性方程： nnnQTQTQ 1nnQQ 1 T SD RD CP Q Q &G3 G4 S R &G1 G2 &TT触触发

34、器的特性方程：发器的特性方程： T=1 SD RD CP Q Q &G3 G4 S R &G1 G2 &工作原理工作原理图图11.2.14 同步同步 T 触发器工作原理触发器工作原理CP=1&G3 G4 &G1 G2 T=0Q=0， Q=1Q=0， Q=1 1 1 1 0 CP=1&G3 G4 &G1 G2 T=0Q=1， Q=0Q=1， Q=0 1 1 0 1 T=0，电路保持现态不变，电路保持现态不变，Qn+1=Qn 0 1 1 0 1 1 0 1 CP=1&G3 G4 &G1 G2 T=1Q=0， Q=1Q=1， Q=1Q=1， Q=0 1 0 0 1 1 1 1 0 CP=1&G3 G4 &G1 G2 T=1Q=1， Q=0Q=1， Q=1Q=0， Q=1T=1，电路反态工作，电路反