数字电子电路技术第四章触发器

1、数字电子技术数字电子技术主讲教师：张利电子信箱：联系电话：135819163054.0 概述概述4.1 触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点4.2 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法4.3 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换重点：重点： 什么什么时刻时刻，干什么干什么事情事情第四章第四章 触发器触发器二、触发器特点：二、触发器特点：三、触发器分类：三、触发器分类：能够存储一位二进制信息的基本单元。能够存储一位二进制信息的基本单元。1.1.具有两个能自行保持的稳定状态具有两个能自行保持的稳定状态: 0、1；2.2.在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转

2、到另一种状态；在适当输入信号作用下，可从一种状态翻转到另一种状态； 在输入信号取消后，能将获得的新状态在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来保存下来。按按逻辑功能逻辑功能分：分：R-SR-S触发器、触发器、D D触发器、触发器、J-KJ-K触发器和触发器和T T触发器。触发器。一、触发器一、触发器 4.0 概述概述 3.输出状态不只与现时的输入有关，还与输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态原来的输出状态有关；有关；4. 触发器是有触发器是有记忆功能记忆功能的逻辑部件。的逻辑部件。按按结构结构分类：基本分类：基本RSRS触发器，同步触发器，同步RSRS触发器，主从触发器，触发器，

3、主从触发器， 维持组塞触发器，边沿触发器。维持组塞触发器，边沿触发器。4.1.1 SR锁存器一、电路结构与工作原理:1, 0:0, 1QQQQ1状态状态0状态状态两个输出端两个输出端两个输出端两个输出端称为置位端或置称为置位端或置1输入端。输入端。称为复位断或置称为复位断或置0输入端。输入端。DDRS输入输入RD=0, SD=1时时若原状态：若原状态：01QQ输出仍保持：输出仍保持：01QQ1100101000111010输入输入RD=0, SD=1时时若原状态：若原状态：10QQ输出变为：输出变为：01QQ输入输入RD=1, SD=0时时无论原状态是什么无论原状态是什么10QQ输出变为：输出

4、变为：0011 10 输入输入RD=0, SD=0时时输出不变输出不变xx 00 输入输入RD=1, SD=1时时输出全输出全 0 011 0但当但当R RD D=S=SD D=1=1同时变为同时变为0 0时，翻转慢的门输出变时，翻转慢的门输出变为为0 0，另一个不得翻转。，另一个不得翻转。0 0 0 00 0 1 11 0 0 11 0 1 10 1 0 00 1 1 01 1 0 01 1 1 0*QQRSDD输入端高电平有效输入端高电平有效SD为置为置1端端RD为置为置0端端约束条件为约束条件为SD RD 0约束条件约束条件:0DDRS用与非门组成的用与非门组成的基本基本RS触发器触发器

5、用与非门组成的基本用与非门组成的基本RS触触发器的特性表发器的特性表 的的0输入同时消失后输入同时消失后状态不定。状态不定。DSDR输入端低电平有效输入端低电平有效二、动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：10同为同时为和QQRSDD,4.1.2 电平触发的触发器一、电路结构与工作原理0 XX000 XX111 00001 00111 10011 10111 01001 01101 1101*1 1111*QQRSCLK才起作用。和到达，只有触发信号触发器基本输入控制门RSCLKRS二、动作特点在在CLK=0CLK=0全部时间里，输入状态保持不变全部时间里，输入状态保持不变在在C

6、LK=1CLK=1的全部时间里，的全部时间里，S S和和R R的变化都将引起输出状态的变化，同基本的的变化都将引起输出状态的变化，同基本的RSRS触发器触发器变化多次翻转、可能随和期间，在RSQQCLK10 XX000 XX111 00001 00111 10011 10111 01001 01101 1101*QQRSCLK约束条件为：约束条件为：SR=0。1、在、在CP=1的全部时间内的全部时间内S和和R的变化将的变化将引起触发器的相应改变。这就是同步引起触发器的相应改变。这就是同步RS触发器的动作特点。触发器的动作特点。2、电路的抗干扰能力低。、电路的抗干扰能力低。 若若CP=1期间内输

7、入信号多次期间内输入信号多次发生变化，则触发器的状态可能发生变化，则触发器的状态可能发生多次翻转。发生多次翻转。例例 已知同步已知同步RS触发器的输入信号触发器的输入信号波形如下图，试画出波形如下图，试画出 电压波形。设电压波形。设触发器的初始状态为触发器的初始状态为Q=0。,QQ 为了适用于单端输入信号的场合，在有些集成电为了适用于单端输入信号的场合，在有些集成电路中也把同步路中也把同步RS触发器作成下图的形式。通常把这种电路叫触发器作成下图的形式。通常把这种电路叫做做D型锁存器（或双稳态锁存器）。型锁存器（或双稳态锁存器）。D触发器：00X 011X 00101111110110001*Q

8、QDCLK4.1.3 脉冲触发的触发器一、电路结构与工作原理提高可靠性，要求每个提高可靠性，要求每个CLK周期输出状态只能改变周期输出状态只能改变1次次X XX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRSCLKnQCP=1： 主从触发器工作主从触发器工作CP从从1 0：主触发器状态不变，从触发器按照主触发器相同的状态翻转。：主触发器状态不变，从触发器按照主触发器相同的状态翻转。 CP=0： 全部时间里主触发器状态不变。全部时间里主触发器状态不变。 CP从从0 1： 在在CP周期中触发器的输出状态可能改变一次。周期中触发器的输出状态可能改变一次

9、。X XX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRSCLKnQ例例 在下图的主从在下图的主从RS触发器电路中，若触发器电路中，若CP,S和和R的电的电 压波形如下图所示压波形如下图所示,试求试求Q 和和 端的电压波形。设触发器的初始状态为端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。 Q21*JKSRQ主从触发器为解除约束即使出现的情况下，也是确定的110111011后，“从”，“主”“主”保持时，则若clkQQclkKJ*,)(后，“从”保持“主”保持时，则若clkQQclkKJ01103*)()(,)(*QclkQQclkKJ后，“从”则“

10、主”置若则“主”置若时，则若1001114000011102后，“从”，“主”保持，“主”时，则若clkQQclkKJ*,)(5) 列出真值表XXX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 0111 10*QQKJCLK*QXXX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRSCLK*Q 例例 在下图给出的主从在下图给出的主从JK触发器电路中，若触发器电路中，若CP、J、K 的波形如下图所示，试求的波形如下图所示，试求 和和 端的电压波形。假定端的电压波形。假定 触发器的初始状态为触发器的初始状态为Q=0。 QQQYK

11、JC触发器原为触发器原为0，当，当JK01，主，主SR00，则，则 QY0，触发器应维，触发器应维持持0不变。但当不变。但当J有如图干扰，在有如图干扰，在JK11期间，期间，SR10，则，则Y1。当干扰过去，当干扰过去，JK恢复恢复01，则主，则主SR00，Y保持了错误的保持了错误的1，在脉冲，在脉冲后沿结束时，拷贝后沿结束时，拷贝QY1，结果与，结果与jk指令欲置指令欲置0不符。不符。 二、脉冲触发方式的动作特点输出状态只能改变一次”状态翻转到达后，“从”按“主第二步“从”保持时，“主”接收信号，第一步分两步动作：clkclk11.的信号进入主触发器时，只允许的信号进入主触发器时，只允许11

12、10KQJQ。最后的状态，决定前，要找出期间里输入发生变化时在可能翻转一次高电平期间，“主”只在但主从起控制作用里输入信号对“主”都的全部时间，“主”为同步主从*112QQclkclkclkJKclkSRSR.例例 在下图的主从在下图的主从JK触发器电路中，已知触发器电路中，已知CP、J、K 的电压波形如下图所示，试画出的电压波形如下图所示，试画出 和和 端的电压波形。端的电压波形。 设触发器的初始状态为设触发器的初始状态为Q=0。 QQ用CMOS传输门的边沿触发器维持阻塞触发器用门电路tpd的边沿触发器 希望触发器的状态仅仅取决于希望触发器的状态仅仅取决于CP下降沿到达时下降沿到达时 刻输入

13、信号的状态。刻输入信号的状态。 思路：仅在时钟跳变沿的短时间锁存数据，其它时间电思路：仅在时钟跳变沿的短时间锁存数据，其它时间电路（包括脉冲期间）非使能。路（包括脉冲期间）非使能。 目的目的2、利用CMOS传输门的边沿触发器反馈通路接通，自锁保持通断，而变化随着断通，时，,)(QTGTGDQDQTGTGclk432101反馈不通断通，“主”保持此前的状态通断，后，,)(QQTGTGDTGTGclk43212后，输出才能变化。直到下个反馈通路接通保持通断，接收新的输入断通，clkQTGTGDQTGTGclk,)(43213列出真值表)4(X X X0 X 01 X 1*QQDCLKQ端端，置，置

14、有异步置有异步置015)(*QclkQ动作特点变化发生在的上升沿（或下降沿），仅取决于上升沿到达时输入的状态，而与此前、后的状态无关例例 在下图的在下图的CMOS边沿触发器电路中，若边沿触发器电路中，若D端和端和CP 的电压波形如下图所示，试画出的电压波形如下图所示，试画出 Q 端的电压波形。端的电压波形。 设触发器的初始状态为设触发器的初始状态为Q=0。 3、维持阻塞触发器、维持阻塞触发器 1）、阻塞）、阻塞RS触发器触发器同步同步RS触发器附加、线。触发器附加、线。目的目的CP由低电平变为高电平以后无论由低电平变为高电平以后无论 的状态如何改变，的状态如何改变， 始终保持不变。始终保持不变

15、。 , RS, RS置置1维持线维持线 保证保证CP=1时，时， 的低电平的低电平 置置0维持线维持线 信号消失，信号消失， 的状态保持不变。的状态保持不变。置置0阻塞线阻塞线 保证保证CP=1的全部时间里的全部时间里 和和 的的置置1阻塞线阻塞线 输出不会改变。输出不会改变。, RS, RS3G4G2）、）、维持阻塞维持阻塞D触发器触发器CPDQ*QQ0011集成块：集成块： 国产国产T1074，T4074多输入形式：多输入形式：21DDD4、利用传输延迟时间的边沿触发器、利用传输延迟时间的边沿触发器 两个与或非门组成基本两个与或非门组成基本RS触发器。触发器。 门门 的传输延迟时间大于基本

16、的传输延迟时间大于基本RS触发器的翻转时间。触发器的翻转时间。43,GG动作特点：触发器的次状态仅取决于动作特点：触发器的次状态仅取决于CP信号上升沿或下降沿信号上升沿或下降沿 到达时输入端的逻辑状态。而在这以前或以后，到达时输入端的逻辑状态。而在这以前或以后， 输入信号的变化对触发器的状态没有影响。输入信号的变化对触发器的状态没有影响。例例1：时钟：时钟CP及输入信号及输入信号D 的波形如图所示的波形如图所示,试画试画 出各触发器输出端出各触发器输出端Q的波形的波形,设各输出端设各输出端Q的的 初始状态初始状态=0.CPDQ1CPDQ1)(*1CPDQ例例2：时钟：时钟CP波形如图所示波形如

17、图所示,试画出各触发器输试画出各触发器输出端出端Q的波形的波形,设设Q的初始状态的初始状态=0. CPQ1 Q24.3 触发器的逻辑功能及其描述方法4.3.1 触发器按逻辑功能的分类时钟控制的触发器中由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（ ）随输入变化的规则不同*Q一、SR触发器1. 定义，凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器称为SR触发器00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRS状态转换图. 2符号符号. 40*. 3SRQRSRSQRSQRSQRSQRSQ特性方程00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01

18、*11 11*QQRS二、JK触发器1.定义定义QKQJQ*2:.特性方程状状态态转转换换图图. 30 0 0 00 0 1 11 0 0 11 0 1 10 1 0 00 1 1 01 1 0 11 1 1 0*QQKJ符号符号. 4三、T触发器1. 定义：凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器0 0 00 1 11 0 11 1 0*QQTQTQTQ*2:.特性方程状态转换图. 3符号. 4 要将要将JK触发器的两个输入端触发器的两个输入端J和和K连在一起作为连在一起作为T端端,就就 可得到可得到T触发器了触发器了.*QQ 当当T触发器的控制端接至固定的高电平时触发器的控制端接至固定的高

19、电平时（即（即T恒等于恒等于1），则），则T 即每次即每次CP信号作用后触发器必然翻转成信号作用后触发器必然翻转成与初始状态相反的状态。有时也把这种接法的与初始状态相反的状态。有时也把这种接法的 触发器叫做触发器叫做 触发器。触发器。四、D触发器1. 定义：凡在时钟信号作用下，具有如下功能的触发器0 0 00 1 01 0 11 1 1*QQDDQ *2:.特性方程状态转换图. 3符号. 4。触发器的电路结构与逻辑功能的关系触发器的电路结构与逻辑功能的关系 逻辑功能逻辑功能:触发器的次态和现态及输入信号之间在稳触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系态下的逻辑关系. 电路结构电路结构

20、:电路构成由什么电路实现电路构成由什么电路实现.(带有各自相异的带有各自相异的动作特点动作特点.) T1109 CC4027电路图电路图 同样是维持阻塞结构电路，既可作成图同样是维持阻塞结构电路，既可作成图5.2.17的的D触发器，也可作成如图触发器，也可作成如图5.3.5所示的所示的JK触发器。触发器。 在在JK。RS。T三种类型触发器中，三种类型触发器中，JK触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能最强，它包含了最强，它包含了RS和和T触发器的所有逻辑功能。因此，在需要触发器的所有逻辑功能。因此，在需要使用使用RS和和T触发器的场合完全可以用触发器的场合完全可以用JK触发器来代替。例如，触发器来代

21、替。例如，在需要在需要RS触发器时，只要将触发器时，只要将JK触发器的触发器的J。K端当作端当作S。R端端使用，就可以实现使用，就可以实现RS触发器的功能；在需要触发器的功能；在需要T触发器时，只要触发器时，只要将将J。K连在一起当作连在一起当作T端使用，就可以实现端使用，就可以实现T触发器功能，如触发器功能，如图：图：图图5.3.7 将将JK触发器用作触发器用作RS。T触发器触发器(a)用作用作RS触发器触发器 (b)用作用作T触发器触发器市场上出售的触发器大多为市场上出售的触发器大多为JK或或D触发器触发器.JK触发器功能最完善触发器功能最完善,D触发器使用最方便触发器使用最方便.D触发器转换为其他逻辑功能触发器的方法触发器转换为其他逻辑功能触发器的方法一、一、从从D到到JK的转换的转换 D： JK：DQ *QKJQQ*QKJQD￥ 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换QQDCPCPQQ&JK二、二、从从D到到RS的转换的转换QRSD不过在不过在RS=1时，时， 而非不定状态。而非不定状态。1*Q三、三、从从D到到 的转换的转换QTTQDTD: QDTDTTCQKJD CPJ