第5章 触发器

1、1第第5章章 触发器触发器5.1 概述概述为了寄存二进制编码信息，数字系统中通为了寄存二进制编码信息，数字系统中通常采用常采用触发器触发器作为存储元件。作为存储元件。触发器触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件件有两个稳定的状态有两个稳定的状态: :0 0状态和状态和1 1状态状态2在不同的输入情况下，触发器可以被置成在不同的输入情况下，触发器可以被置成0状态或状态或1状态；状态；当输入信号消失后，触发器所置成的状态当输入信号消失后，触发器所置成的状态能够保持不变。能够保持不变。因此，触发器可以记忆因此，触发器可以记忆1位二值信号。位二值信号。3 5.2 基本触发

2、器基本触发器（直接置位、复位触发器）（直接置位、复位触发器）5.2.1 基本基本触发器的电路组成和工作原理触发器的电路组成和工作原理称触发器状态为称触发器状态为0；称触发器状态为称触发器状态为1。图图5-1 由由或非或非门组成的基本门组成的基本RS触发器触发器当0、1时QQ当1、0时QQ4（1）当）当SD=0，RD=0 时，时，无论触发器的原状态是无论触发器的原状态是0还是还是1，触发器的状态都将保持原状态不变。触发器的状态都将保持原状态不变。具有具有保持功能保持功能。 （2）当）当SD=0，RD=1 时，时，无论触发器的原状态是无论触发器的原状态是0还是还是1，触发器置触发器置0。置置0端或

3、复位端端或复位端工作原理工作原理5（3）当）当SD=1，RD=0 时，时，无论触发器的原状态是无论触发器的原状态是0还是还是1，触发器置触发器置1。 （4）当）当SD=1，RD=1 时，时，互补输出端均为互补输出端均为0。破坏了触发器两个输破坏了触发器两个输出端应有的互补特性出端应有的互补特性 正常工作时输入信号应正常工作时输入信号应遵守遵守SDRD=0的约束条件的约束条件 置置1端或置位端端或置位端6图图5-2 由由与非与非门组成的基本门组成的基本RS触发器触发器讨讨 论论7基本基本RS触发器的动作特点：触发器的动作特点：输入信号直接加在输出门上，输入信号直接加在输出门上，输入信号在全部作用

4、时间内都可以直接改输入信号在全部作用时间内都可以直接改变输出端的状态，变输出端的状态，即：即：可以直接置可以直接置1或直接置或直接置0 输入端称为：输入端称为：直接置位端和直接复位端直接置位端和直接复位端（下标（下标“”表示直接控制），表示直接控制），基本基本RS触发器：触发器：称为直接置位、直接复位称为直接置位、直接复位触发器。触发器。85.2.2 基本基本触发器的功能描述触发器的功能描述状态转移真值表状态转移真值表状态转移方程状态转移方程激励表激励表状态转移图状态转移图逻辑符号逻辑符号时序图时序图91.1.状态转移真值表状态转移真值表描述触发器的描述触发器的次态次态与与原态原态和和输入信号

5、输入信号之间功之间功能关系的表格能关系的表格 10反映触发器的反映触发器的次态次态与与原态原态和和输入信号输入信号之间功之间功能关系的逻辑表达式能关系的逻辑表达式 10nnDDDDQSR QR S2.状态转移方程状态转移方程113.3.激励表激励表表示触发器由表示触发器由当前状态当前状态转移至所要求的转移至所要求的下下一状态一状态时，对输入信号的要求。时，对输入信号的要求。124.4.状态转移图状态转移图标有标有0和和1的两个圆圈：的两个圆圈：分别代表触发器的两个稳分别代表触发器的两个稳定的状态定的状态箭头：箭头：表示在输入信号作用下状态转换的方向表示在输入信号作用下状态转换的方向箭头旁边的注

6、标：箭头旁边的注标：表示触发器状态转换所需要的表示触发器状态转换所需要的输入条件输入条件135.逻辑符号逻辑符号146.时序图时序图155.2 同步触发器（增加钟控信号）同步触发器（增加钟控信号）同步触发器同步触发器的输出状态不是直接由输入信的输出状态不是直接由输入信号来决定，号来决定，而是受时钟脉冲的控制，而是受时钟脉冲的控制，只有在作为同步信号的时钟脉冲到达时，只有在作为同步信号的时钟脉冲到达时，触发器才按输入信号改变状态；触发器才按输入信号改变状态；否则，即使输入信号变化了，触发器状态否则，即使输入信号变化了，触发器状态也不改变。也不改变。165.3.1 同步同步RS触发器触发器17表表

7、5-3 状态转移真值表状态转移真值表n+n 10QS RQRS状态转移方程状态转移方程电平触发方式电平触发方式18激励表激励表19激励表激励表状态转移图状态转移图R=0, S=1R=1, S=0R= 0S=R= S= 0020波形图波形图21在实际应用中，有时需要在时钟脉冲到来之前，在实际应用中，有时需要在时钟脉冲到来之前，预先将触发器置成预先将触发器置成1或或0状态。状态。具有异步置具有异步置1和置和置0功能的同步功能的同步RS触发器的电路结触发器的电路结构和逻辑符号。构和逻辑符号。225.3.2 同步同步JK触发器触发器23由由基本基本RS触发器触发器和和输入控制电路输入控制电路组成组成当

8、当CP=0时时:触发器保持原状态不变。触发器保持原状态不变。当当CP=1时时:触发器接收输入激励，发生状态转移。触发器接收输入激励，发生状态转移。24状态转移方程状态转移方程nnJQKQ1nnDDQSR Q约束条件？约束条件？DDS+ R约束条件始终满足！约束条件始终满足！ nnJQKQ 1nnJ QKQ25状态转移真值表状态转移真值表26功能表）功能表） 激励表激励表01J =1，K =J =，K =1J = K= 0J = 0K= JK Qn+1功能功能00Qn保持保持010置置 0101置置 111翻转翻转nQ275.3.3 同步同步D触发器触发器28由由基本触发器基本触发器和和输入控制

9、电路输入控制电路组成。组成。1CP 当时，DDSDRD，触发器状态将发生转移。1CP 根据基本触发器的状态方程可以得到，当时1DD nnQSR Q0CP 当时，触发器保持原状态不变DS DR nDDQD29状态转移真值表状态转移真值表1Qn+D3001D = 0D =1D =0 01D = 1状态转移真值表状态转移真值表 激励表激励表315.3.4 同步同步T触发器触发器T触发器：触发器：当控制信号当控制信号T=1时，时，每来一个时钟信号它的状态就翻转一次；每来一个时钟信号它的状态就翻转一次；当当T=0时，时，时钟信号到达后触发器的状态保持不变。时钟信号到达后触发器的状态保持不变。 32将将J

10、K触发器的两个输入端连在一起作为输触发器的两个输入端连在一起作为输入端，就可以构成入端，就可以构成T触发器。触发器。在数字集成电路中通常没有专门的在数字集成电路中通常没有专门的T触发器。触发器。T触发器的状态方程为：触发器的状态方程为： 1nQTQTQnn33状态转移真值表状态转移真值表 激励表激励表345.3.5 电平触发方式的工作特性电平触发方式的工作特性同步触发器在同步触发器在CP为低电平时：为低电平时：不接受输入激励信号，不接受输入激励信号，状态保持不变；状态保持不变；当当CP为高电平时：为高电平时：触发器接受输入激励信号，触发器接受输入激励信号，状态发生转移。状态发生转移。这种钟控方

11、式称为这种钟控方式称为电平触发方式。电平触发方式。35在在CP1且脉冲宽度较宽时，且脉冲宽度较宽时，将随着输入信号的变化出现连续不停的将随着输入信号的变化出现连续不停的多次翻多次翻转转。如果要求每来一个如果要求每来一个CP脉冲触发器脉冲触发器仅翻转一次仅翻转一次，则对钟控信号约定电平的宽度有极其苛刻的要则对钟控信号约定电平的宽度有极其苛刻的要求。求。为了避免多次翻转，必须采用其他的电路结构。为了避免多次翻转，必须采用其他的电路结构。对于电平触发方式的触发器：对于电平触发方式的触发器：365.4 主从触发器主从触发器为了提高触发器工作的可靠性，为了提高触发器工作的可靠性，在每个时钟周期内触发器输

12、出端的状态能在每个时钟周期内触发器输出端的状态能改变一次。改变一次。375.4.1 主从主从RS触发器触发器由两个电平触发方式的同步触发器级联而成，由两个电平触发方式的同步触发器级联而成，主触发器主触发器的输出是的输出是从触发器从触发器的输入，的输入，分别受互补的时钟脉冲控制。分别受互补的时钟脉冲控制。38当当CP=1时，时，从触发器的状态跟随主触发器的状态从触发器的状态跟随主触发器的状态 主nnQQ 当当CP=1时，时， 主触发器接收输入激励信号主触发器接收输入激励信号 1=0nnnQSRQSRQSR主主从触发器保持不变从触发器保持不变39当当CP由高电平返回低电平时由高电平返回低电平时 从

13、触发器跟随主触发器发生状态变化从触发器跟随主触发器发生状态变化 1=0nnnQQSRQSR主主从主从RS触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能与同步与同步RS触发器一致触发器一致40特点特点 （1）由于主从）由于主从RS触发器由两个互补的时钟脉触发器由两个互补的时钟脉冲分别控制两个同步冲分别控制两个同步RS触发器，触发器，无论无论CP等于等于1还是等于还是等于0，总有一个触发器被开启，另一个触发器被总有一个触发器被开启，另一个触发器被封锁，封锁，因此输入状态不会直接影响输出端的状态因此输入状态不会直接影响输出端的状态41第一步第一步，在，在CP=1期间期间主触发器主触发器根据输入信根据输入信号决定其

14、输出状态，而号决定其输出状态，而从触发器从触发器不工作；不工作；第二步第二步，待，待CP由由1变为变为0时，时，从触发器从触发器的状的状态跟随态跟随主触发器主触发器的状态。的状态。主从触发器主从触发器输出状态的改变发生在输出状态的改变发生在CP下降下降沿。沿。（2）主从触发器的动作分两步进行：）主从触发器的动作分两步进行：42在在CP=1的时间内，输入信号将对的时间内，输入信号将对主触发器主触发器起控制作用。起控制作用。当输入信号发生变化时，当输入信号发生变化时，CP下降沿到来时下降沿到来时触发器的新状态不一定是触发器的新状态不一定是CP处在上升沿时处在上升沿时输入信号所决定的状态。输入信号所

15、决定的状态。输入信号仍需遵守约束条件。输入信号仍需遵守约束条件。（3）克服了）克服了CP=1期间触发器输出状态可能多期间触发器输出状态可能多次翻转的问题。次翻转的问题。435.4.2 主从主从JK触发器触发器RS触发器在使用时有一个约束条件，触发器在使用时有一个约束条件，工作时不允许输入信号工作时不允许输入信号R、S同时为同时为1。为了方便使用，希望即使出现了为了方便使用，希望即使出现了S=R=1的情的情况，况，触发器的次态也是确定的，触发器的次态也是确定的，因此需要进一步改进触发器的电路结构。因此需要进一步改进触发器的电路结构。44消除了对输入信号的约束条件，消除了对输入信号的约束条件，在在

16、CP信号的下降沿触发，功能与同步信号的下降沿触发，功能与同步JK触发器一致。触发器一致。SR45在在CP=1期间，主触发器的状态转移方程为：期间，主触发器的状态转移方程为：nnnnnQKQQJQRSQ主主主主主主 1若在若在CP由由0 0变变1 1或或CP=1=1期间，主触发器状态发生翻转，即：期间，主触发器状态发生翻转，即：则，主主nnQQ 1nnnnQJQKQ Q主主触发器状态将一直保持不变，不再随输入信号的变化而主触发器状态将一直保持不变，不再随输入信号的变化而变化。变化。这就是主触发器的这就是主触发器的一次翻转现象一次翻转现象（1 1）现象描述）现象描述主从主从JK触发器主触发器的一次

17、翻转现象触发器主触发器的一次翻转现象nnnnJQKQQ QnQ46由于主触发器发生一次翻转后，由于主触发器发生一次翻转后，不能及时反映不能及时反映:输入信号的后续变化输入信号的后续变化；从触发器从触发器的状态在的状态在CP下降沿到来时下降沿到来时:与与主触发器主触发器的状态相同，的状态相同，使得使得从触发器从触发器的状态与输入信号之间的关系的状态与输入信号之间的关系与与主从主从JK触发器触发器状态方程描述的结果状态方程描述的结果不一致不一致。（2 2）对触发器的影响）对触发器的影响47123CPJKQ主主Q不变不变不变不变主从JK触发器工作波形主从主从JK触发器工作波形触发器工作波形l在第在第

18、2、3个个CP时，触发器时，触发器状态转移状态转移与与状态方程状态方程描描述的结果述的结果不一致不一致。l为了使主从为了使主从JK触发器的触发器的状态转移状态转移与与状态方程状态方程的描述的描述完全一致，要求在完全一致，要求在CP=1时，输入时，输入J、K不发生变化。不发生变化。48具有多输入端的主从具有多输入端的主从JK触发器触发器 49（1 1）主从触发器主从触发器由由主触发器主触发器和和从触发器从触发器两部分级联而成，两部分级联而成，分别受两个互补的时钟信号控制。分别受两个互补的时钟信号控制。（2 2）主触发器主触发器和和从触发器从触发器在时钟信号的驱动下，交替工作；在时钟信号的驱动下，

19、交替工作；状态的转移发生在时钟信号的状态的转移发生在时钟信号的下降沿下降沿。（3 3）主从触发器主从触发器和相同类型的同步触发器具有相同的状态和相同类型的同步触发器具有相同的状态方程，但触发方式和时机不同。方程，但触发方式和时机不同。（4）主从主从JK触发器触发器的主触发器具有的主触发器具有一次翻转特性一次翻转特性，因此该，因此该触发器的抗干扰能力较弱。触发器的抗干扰能力较弱。主从主从JK触发器小结触发器小结505.5 边沿触发器边沿触发器主从触发器：主从触发器：可以克服电位触发方式的多次翻转现象可以克服电位触发方式的多次翻转现象但具有一次翻转现象，从而降低了其抗干扰能力。但具有一次翻转现象，

20、从而降低了其抗干扰能力。边沿触发器：边沿触发器：仅在仅在CP或或沿才对输入激励信号响应，沿才对输入激励信号响应，大大提高了抗干扰能力。大大提高了抗干扰能力。边沿触发器边沿触发器有有CP上升沿（前沿）触发和上升沿（前沿）触发和CP下降沿下降沿（后沿）触发两种形式（后沿）触发两种形式515.5.1 维持维持-阻塞触发器阻塞触发器 维持维持-阻塞阻塞触发器触发器置0阻塞线置0维持线置1阻塞线置1维持线52当当CP=0时，触发器状态保持不变。时，触发器状态保持不变。当当CP由由0跳变至跳变至1时，触发器状态发生转移。时，触发器状态发生转移。可见：可见：由于维持阻塞的作用，使得触发器由于维持阻塞的作用，

21、使得触发器仅在仅在CP的上升沿触发，其余时间保持不变。的上升沿触发，其余时间保持不变。53直接置直接置0端端置1阻塞线直接置直接置1端端维持阻塞维持阻塞D触发器为触发器为上升沿触发上升沿触发，逻辑功能逻辑功能与同步与同步D触发器一致。触发器一致。 CPDQn154状态转移真值表状态转移真值表 55565.5.2下降沿触发的边沿触发器下降沿触发的边沿触发器57在稳定的在稳定的CP=0及及CP=1期间：期间：触发器状态均维持不变，触发器状态均维持不变，只有在只有在CP下降沿到达时刻，下降沿到达时刻，触发器才拾取输入信号并发生状态转移，触发器才拾取输入信号并发生状态转移，下降沿触发！下降沿触发！状态

22、方程：状态方程：CPQKQJQnnn158状态转移真值表状态转移真值表 5960工作波形工作波形 615.5.3传输门构成的边沿触发器传输门构成的边沿触发器62动作特点动作特点:输出端状态的转换发生在输出端状态的转换发生在CP的上升沿，的上升沿，触发器所保存下来的状态仅仅取决于触发器所保存下来的状态仅仅取决于CP的上升沿到的上升沿到达时的输入状态。达时的输入状态。上升沿触发的边沿触发器。上升沿触发的边沿触发器。 635.6 触发器的电路结构和逻辑功能的转换触发器的电路结构和逻辑功能的转换根据逻辑电路功能的不同根据逻辑电路功能的不同RSRS触发器触发器JKJK触发器触发器D D触发器触发器T T

23、触发器触发器 根据电路结构的不同根据电路结构的不同基本基本RS触发器触发器同步触发器同步触发器主从触发器主从触发器边沿触发器边沿触发器64同一种同一种逻辑功能逻辑功能的触发器，可以用不同的的触发器，可以用不同的电路结构电路结构来实现。来实现。同一种同一种电路结构电路结构形式，也可以构成不同形式，也可以构成不同逻辑功能逻辑功能的的触发器。触发器。 在目前生产的同步触发器定型产品中，只有在目前生产的同步触发器定型产品中，只有JK触发触发器器和和D触发器触发器两类。两类。 根据触发器的功能特点，通过一些连线或附加一些根据触发器的功能特点，通过一些连线或附加一些门电路，门电路，可以将一种功能的触发器转换成另一种功能的触发可以将一种功能的触发器转换成另一种功能的触发器。器。65找出被转换触发器的激励条件找出被转换