吉大通信数电课件 第5章 触发器

1、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 存贮一位存贮一位“0”0”或或“1”1”二值信号。二值信号。触发器输出：触发器输出： 有两种稳定的状态：有两种稳定的状态：0、1； 输出状态在输出状态在触发信号触发信号作用之下可以发生转变。没有触发信号时，作用之下可以发生转变。没有触发信号时，则保持原有状态不变。则保持原有状态不变。 第5章 触发器触发器分类触发器分类基本触发器基本触发器电平触发器电平触发器主从（脉冲）触发器主从（脉冲）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

2、T T触发器触发器T T 触发器触发器按触发脉冲方式分：按触发脉冲方式分：5.2 基本触发器基本触发器一、与非门组成的基本一、与非门组成的基本SR触发器触发器(1)电路电路两互补输出端两互补输出端两输入端两输入端.&反馈线反馈线 S RQQSR(2)图形符号图形符号低电平有效！低电平有效！ 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。.&G1&G2QQDRDS输入输入RD=0, SD=1时时若原状态若原状态：10QQ11

3、001010输出：输出：10QQ保持原态保持原态2 2）电路工作）电路工作原理原理若原状态若原状态：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输出：输出：10QQ保持原态保持原态 01 , 01 0DDRSQQ结论：时 输出，触发器置 。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

4、：若原状态：01QQ输出：输出：01QQ保持原态保持原态01010110 10 , 10 1 DDRSQQ结论：时 输出，触发器置输入输入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 11 , DDRS结论：时 触发器输出保持原有状态，这就是所谓的记忆功能。输入输入RD=0, SD=

5、0时时0011不论原态如何，输出全是不论原态如何，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

6、后，电路保持电路保持0 0状态不变。状态不变。R 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。

7、因此，正常工作时，输入信号应遵守作时，输入信号应遵守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。 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特征表特征表 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约束条件约束条件: :R RD D + + S SD D =1=1DRDS 触发器真值表不直观，若

8、将触发器真值表不直观，若将 Q Qn n称为状态变量，作为一个变量称为状态变量，作为一个变量列入真值表，就得到触发器的列入真值表，就得到触发器的特特性表性表（或（或功能表功能表）。）。包含了时间包含了时间先后（先后（ n ，n+1）画出画出与非门与非门组成的基本组成的基本RS触发器的输出波形触发器的输出波形 。输出全为输出全为1 1DDRSQQ输入同时输入同时01状态不定状态不定例例5-1动作特点动作特点：输入信号直接加在输出门上，在输入信号全部作用时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。故又称基本间内，都能直接改变输出端的状态。故又称基本RSRS触发器

9、为直接触发器为直接复位、置位触发器。复位、置位触发器。5.2.2. 用或非门组成的基本用或非门组成的基本SR触发器触发器(1)电路电路.11 S RQQSR(2)图形符号图形符号(3)逻辑功能逻辑功能状态表状态表0111010101100100Qn+1Qn R S001101.11不不 变变0 01 00 10 11 01 10 00 0不不 定定QnS、R变化前变化前Q的状态的状态Qn+1S、R变化后变化后Q的状态的状态记忆记忆保持保持置置0置置1 S=R=1时时Q=Q=0S=R=10时时Q不定不定画出画出或非门或非门组成的基本组成的基本SR触发器的输出波形触发器的输出波形 。输出全为输出全

10、为0 0QQSR输入同时输入同时10状态不定状态不定练习练习 在数字电路系统中，常常要求各触发器要按一定时在数字电路系统中，常常要求各触发器要按一定时间节拍同步协调动作，为此，必须引入间节拍同步协调动作，为此，必须引入控制脉冲信号控制脉冲信号，这种控制脉冲信号称为这种控制脉冲信号称为时钟脉冲时钟脉冲，简称，简称时钟时钟，用，用cpcp表表示。这种受时钟信号控制的触发器称为示。这种受时钟信号控制的触发器称为时钟触发器时钟触发器、钟控触发器钟控触发器、同步触发器同步触发器，电平触发器电平触发器。5.3 5.3 钟控电平触发器钟控电平触发器1)电路逻辑与时钟控制电路逻辑与时钟控制&QQ逻辑符

11、号逻辑符号CPCP为时钟脉冲控制端为时钟脉冲控制端R R、S S为输入端为输入端Q Q、Q Q 为输出端为输出端&CPSRRS CQQRSCP二、工作原理二、工作原理3 3、4 4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&G1SQG2RQ&cpG3G4110DRDS1cp=0cp=

12、0时，时，cp=1cp=1时，时， 特征表特征表约束条件约束条件 R RS=0S=0S R Qn+1功能说明0 11 10 01 1 SDRD=11SDRD=10SDRD=01SDRD=00Q不变不变0置置 01置置 1不定态不定态不定态代表的含义：不定态代表的含义：CP=1期间，期间，SR不能同时为不能同时为1，触发器两个输出端不互补；，触发器两个输出端不互补；在在CP撤消时，触发器的输出撤消时，触发器的输出Q会出现不定态。会出现不定态。2 2）特征表与特征方程）特征表与特征方程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=0110000 01 11 1001S

13、RQn2.特性方程01SnRQQn Qn+1 R S 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 3.激励表从当前状态到指定的下一个状态从当前状态到指定的下一个状态时所要求的输入条件时所要求的输入条件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 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 不定不定特征表特征表使输出全为使输出全为1CPRSQQ置置1 1清清0 0 CPCP撤去后撤去后状态不定状态不定不变不变5 练习题，画波形图设触发器初态为0。R SQ(n+1)功能说明功能说明0 00 11 01 1Q 1 0d不变不

14、变置置 1 1置置 0 0不定不定CPRSQQ画出钟画出钟控电平控电平SR触发器触发器的输出波形的输出波形 。设初始。设初始状态为状态为“0”练习练习输出全为输出全为1CP= 10 后状态不定后状态不定5.3.2 电平触发电平触发D触发器触发器 S C RQQCP1D(2)逻辑符号逻辑符号 D CQQDCPCP为时钟脉冲控制端为时钟脉冲控制端D为输入端为输入端 Q,Q 为输出端为输出端 为避免为避免SR触发器输入同时为触发器输入同时为1时输出状态不确定的情况，时输出状态不确定的情况，S与与R 接一非门。接一非门。SR=011 10 01 10 0Q Qn+1n+1D D1 10 0Q Qn+1

15、n+1D DSR=10特性方程特性方程Q n+1 = D激励表激励表0 00 11 01 1 Qn Qn+10101D特性表特性表 S C RQQCP1D画出画出D锁存器的输出波形。设初始状态为锁存器的输出波形。设初始状态为“0”CPDQ练习练习 波形图波形图5.3.5电平触发器的空翻现象电平触发器的空翻现象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，要求各触发器在每个为避免计数混乱，要求各触发器在每个CPCP时钟到来时，触发器时钟到来时，触发器只发生一次翻转只发生一次翻转。

16、CPQD 使用钟控电平触发器时，要求在时钟信号使用钟控电平触发器时，要求在时钟信号CP=1期间期间输入信号输入信号保持恒定不变保持恒定不变，否则就可能发生空翻现象，从而使整个系统不能，否则就可能发生空翻现象，从而使整个系统不能正常工作。正常工作。 结论：结论：电平触发器抗干扰能力差，需改变触发器结构，以改进电平触发器抗干扰能力差，需改变触发器结构，以改进触发方式，克服空翻。触发方式，克服空翻。5.4 主从触发器主从触发器1、电路结构与工作原理1）电路结构2）工作原理 G5 G6 G1 G2 G7 G8 Qm Qm G3 G4 & & Q Q & & 1 S R

17、CP CP G9 & & & & G7 G8 G3 G4 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触发器从触发器主触发器输出信号过程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。因此，在CP的一个周期里，触发

18、器输出端的状态只改变一次，克服了多次翻转。即在下降沿翻转。 G5 G6 G1 G2 G7 G8 Qm Qm G3 G4 & & Q Q & & 1 S R CP CP G9 & & & & G7 G8 G3 G4 从触发器主触发器QmQmQQ练习：已知练习：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。设初始状态为的波形。设初始状态为Q=0。 Q错误错误正确正确在在CP=1期间期间RS信号没有改变时，信号没有改变时，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。2、逻辑功能描

19、述特性方程01RSQRSQnnCP下降沿到来时有效主从触发器标志逻辑符号例题例题5-3 主从主从SRSR触发器克服了空翻现象，但在触发器克服了空翻现象，但在S,RS,R同时为高电平时仍存在同时为高电平时仍存在不定状态。不定状态。总结主从总结主从RSRS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，

20、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、在、在CP=1期间期间RS信号没有改变时，信号没有改变时，与同步与同步RS触发器逻辑触发器逻辑功能完全一样。功能完全一样。 5.5.主从主从SRSR触发器克服了空翻现象，但在触发器克服了空翻现象，但在S,RS,R同时为高电平同时为高电平时仍存在不定状态。时仍存在不定状态。5.4.2主从主从JK触发器触发器RK QSJ Q 将主从将主从SRSR触发器的两个输触发器的两个输出端出端Q Q、Q Q 端交叉反馈到主触端交叉反馈到主触发器的输入门。发器的输入门。RSKJ1、结构特点、结构特点对应对应S的输入端令为的输入端令为

21、J,对应对应R的端令为的端令为K2、工作原理、工作原理RK QSJ QJ=K=0J=K=0时，相当时，相当R=0R=0，S=0S=0，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 10 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

22、=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=Qn n 。RSKJ维持原态不变维持原态不变RSKJnnKQRQJS nnmQRSQ1代入电平SR触发器的特性方程， 当CP=1时，主触发器接收信号主从JK触发器的状态方程nnnQKQQJ nnQKQJQmQmJK=00JK=00时，时，维持原态

23、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= Qn n CP=1高电平回到低电平（CP=0）时，从触发器又跟随主触发器的新状态， 1nnQRSQ 111nnmnmnQQQQ 11nmnQQ nnnQKQJQ cp J K Qm Q翻转翻转置置0保持保持置置1置置0 在在CP=1期间期间JK信号没有改变时，信号没有改变时，直接根据直接根据JK触发器逻辑触发器逻辑功能画波形。

24、功能画波形。练习练习 已知主从已知主从JK 触发器的触发器的J、K的波形如图所示，画出的波形如图所示，画出输出输出Q的波形图的波形图(设初始状态为设初始状态为0)。61KCPJ5423Q练习练习CPJKQmQt1t2( (3 3) )一次翻转现象一次翻转现象因为因为Q Q、Q Q引回引回7 7、8 8门输入端，必然封锁门输入端，必然封锁一个门，若一个门，若Q=0Q=0，封锁，封锁G8G8门，门，K K就无法作就无法作用用G8G8门。门。RSKJQmQm 主触发器在CP=1期间，由于干扰信号叠加到输入信号上，使主触发器误动翻转而又无法修复，最终造成触发器误翻。显然，这将影响触发器的抗干扰能力。

25、(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

26、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 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

27、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,TG4T

28、G1,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：状态表状态表 逻辑式逻辑式 激励激励表表与电平与电平D触发器触发器相同。相同。3. 逻辑符号逻辑符号DCQRDSDD CPQ

29、画出画出D触发器的输出波触发器的输出波形。设初始状态为形。设初始状态为“0”练习练习CPDQ注意：注意： CP= 01瞬间瞬间Qn+1随随D的变化而变化的变化而变化,其余情况维其余情况维持原态。持原态。特点特点:不产生空翻。不产生空翻。不产生空翻不产生空翻 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 1nnnQKQJQDQn11nnQQ 1nnnQTQTQT 触发器触发器状态表状态表逻辑式逻辑式Qn1Qn0Qn+1T011101110000

30、Qn+1QnTnnnQTQTQ 1简化的功能表简化的功能表QnQn5. T 触发器触发器nnQQ 1逻辑功能：逻辑功能：触发器的触发方式触发器的触发方式触发方式：触发器的动作时刻触发方式：触发器的动作时刻1.电平触发方式电平触发方式CP=1 或或CP=0期间动作期间动作,如如:电位触发器的符号：电位触发器的符号： Q Q C Q Q C高电平触发高电平触发低电平触发低电平触发 2.脉冲脉冲(主从型主从型)触发方式触发方式主从主从RS触发器、主从触发器、主从JK触发器、主从触发器、主从D触发器触发器脉冲脉冲(主从型主从型)触发的符号触发的符号:下降沿触发下降沿触发上升沿触发上升沿触发CQ QCQ

31、 Q 3.边沿触发方式边沿触发方式CP上升沿或下降沿上升沿或下降沿动作动作,如如: 维持阻塞边沿型维持阻塞边沿型D触发器、边沿型触发器、边沿型JK触发器触发器边沿型触发器的符号：边沿型触发器的符号： Q Q C上升沿触发上升沿触发 Q Q C下降沿触发下降沿触发转换为转换为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 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nnnQKQJ

32、Q1nnnnnQDQDQQDDQ)(1 nnnQTQTQ1DKDJ，可得：可得：TKJ，可得：可得：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 1 1DQJcpK1JC11KQT1 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可得：可得：转换为转换为JKJK功能触发器功能触发器nnnnQTQTQTQ1nQTD可得：可得：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 1 1QDcp1DC1QKT = =1 1QDcp1DC1QQDcp1DC1Q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。、异步输入端异步输入端 S DDR) 1 (无论cp状态如何,直接作用端端，置置端端、清清