数字电子技术触发器

1、n本章重点与难点：n重点：触发器逻辑功能表示方法-特性表、特性方程、状态转换表、状态图、时序图。n难点：区别触发器的电路结构与逻辑功能的概念。5.1 触发器的电路结构与工作原理触发器的电路结构与工作原理 5.3 触发器的脉冲工作特性及主要参数触发器的脉冲工作特性及主要参数5.2 触发器的功能触发器的功能 1、熟练掌握不同结构触发器的工作原、熟练掌握不同结构触发器的工作原理及其触发方式。理及其触发方式。2、熟练掌握不同功能的触发器的逻辑、熟练掌握不同功能的触发器的逻辑功能。功能。3、正确理解触发器的脉冲工作特性。、正确理解触发器的脉冲工作特性。1、时序逻辑电路：数字电路中除组合逻辑电路外，还时序

2、逻辑电路：数字电路中除组合逻辑电路外，还包括另一类具有记忆功能的电路包括另一类具有记忆功能的电路-时序逻辑电路。时序逻辑电路。 时序逻辑电路任意时刻的输出状态不仅与该当前的时序逻辑电路任意时刻的输出状态不仅与该当前的输入信号有关，而且与此前电路的状态有关。输入信号有关，而且与此前电路的状态有关。 2、触发器：触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元触发器：触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元 。 触发器由逻辑门加反馈电路构成，电路有两个互补的触发器由逻辑门加反馈电路构成，电路有两个互补的输出端输出端Q和和 , ,其中其中Q的状态称为触发器的状态。的状态称为触发器的状态。Q 在没有触发信号时，触

3、发器有两个稳定状态（在没有触发信号时，触发器有两个稳定状态（0或或1）；）；外加触发信号后，电路可从一种稳态转换到另一种稳态。外加触发信号后，电路可从一种稳态转换到另一种稳态。 3、触发器的分类、触发器的分类 按电路结构分：按电路结构分：基本基本RS触发器触发器同步同步RS触发器触发器主从主从触发器触发器边沿边沿触发器触发器按逻辑特性分：按逻辑特性分：RS触发器触发器：置置0、置、置1、不变、不定、不变、不定JK触发器触发器：置：置0、置、置1、翻转、不变、翻转、不变D触发器触发器：置：置0、置、置1T触发器触发器：翻转、不变：翻转、不变时钟触发器时钟触发器 5.1.1 基本基本 RS 触发器

4、触发器5.1.2 同步同步RS触发器触发器5.1.3 主从触发器主从触发器5.1.4 边沿触发器边沿触发器 S & Q Q & R G1 G2 S Q Q R 反馈反馈输入端输入端输出端输出端由两个与非门组成由两个与非门组成逻辑符号逻辑符号 1. 电路结构与逻辑符号电路结构与逻辑符号 2、工作原理、工作原理 S & Q Q & R G1 G2 1) 无有效电平输入（无有效电平输入（S=R=1）时，触发器保持稳定状态不变）时，触发器保持稳定状态不变 1 11 1 S & Q Q & R G1 G2 若初态若初态Qn = 1若初态若初态 Qn = 0

5、1 10 01 10 01 10 01 11 1 S & Q Q & R G1 G2 2) 在有效电平作用下（在有效电平作用下（S=0、R=1） ，无论初态，无论初态Q n为为0或或1，触发器都会转变为触发器都会转变为1态。态。 0 01 1 S & Q Q & R G1 G2 若初态若初态Qn = 1若初态若初态Q Qn n = 0= 01 10 01 10 01 10 01 11 10 0 2、工作原理、工作原理 S & Q Q & R G1 G2 3) 在有效电平作用下（在有效电平作用下（ S=1、R=0 ），无论初态），无论初态Q n为为

6、0或或1，触发器都会转变为触发器都会转变为0态。态。 1 10 0初态初态Qn = xx x1 10 0 2、工作原理、工作原理 4) 当（当（ S=0、R=0 ）时，无论初态）时，无论初态Q n为为0或或1，触发器状态，触发器状态不定。不定。 S & Q Q & R G1 G2 0 00 0此状态为不定状态。为避免不定状态，对输入信号应加此状态为不定状态。为避免不定状态，对输入信号应加S+R=1的约束条件。的约束条件。初态初态Qn = x1 11 1 2、工作原理、工作原理3、触发方式、触发方式 S & Q Q & R G1 G2 0 11 01 0置置1 1

7、端端置置0 0端端基本触发器的触发方式属电平触发。基本触发器的触发方式属电平触发。 SR110011110101011110001010000不定不定001不定不定4、逻辑功能、逻辑功能逻辑功能表逻辑功能表nQ1nQR+S=1保持保持置置1 1置零置零不定不定画工作波形的方法：画工作波形的方法：1. 根据触发器动作特征确定状态变化的时刻；根据触发器动作特征确定状态变化的时刻；2. 根据触发器的逻辑功能确定根据触发器的逻辑功能确定Qn+1。 S R Q Q 0 01 11 11 10 01 11 11 10 01 11 11 10 01 11 11 10 00 0不不定定不变不变不定不定置置1

8、1不变不变置置1 1 不变不变置置0 0不变不变工作波形能直观地表示其输入信号与输出的时序关系。工作波形能直观地表示其输入信号与输出的时序关系。 4、逻辑功能、逻辑功能5、应用举例、应用举例例例1 用基本用基本RS触发器触发器和与非门构成四位二进制和与非门构成四位二进制数码寄存器。数码寄存器。 D3 D2 D1 D0 & & & & R S R S R S R S FF3 FF2 FF1 FF0 Q3 Q2 Q1 Q0 C r L D 高电平有效高电平有效低电平有效低电平有效数码数码输入输入数码数码输出输出置数控制置数控制（LD）清零输入清零输入（Cr） D3

9、D2 D1 D0 & & & & R S R S R S R S FF3 FF2 FF1 FF0 Q3 Q2 Q1 Q0 Cr LD 工作原理：工作原理：第一步：清零过程第一步：清零过程0 00 0 1 1不变不变置置0 0S=1R=0S=1R=11 111110000R=1置置1 1Qi=1不变不变Qi=0第二步：置数过程第二步：置数过程Qi=DiD3D2D1D0S=Di当当S=Di=0当当S=Di=11 10 01111不变不变S=1R=1保保持持为为0置置数数前前先先清清零零 例例2 2 消除机械开关振动引消除机械开关振动引起的抖动现象起的抖动现象 (a)

10、 (b) +5V R 1k vo vo S +5V 1k A B & & Q Q +5V S 由由 B 到到 A S 由由 A 到到 B A B Q SRS接接BS 接接A悬空时间悬空时间S接接A振动振动 S悬空时间悬空时间接接 B振动振动SR基本基本RSRS触发器存在的问题：触发器存在的问题： 由与非门组成的基本由与非门组成的基本RS触发器可以实现记忆元件触发器可以实现记忆元件的功能，但是当的功能，但是当RS端从端从“00”变化到变化到“11”时，触时，触发器的下一个状态不能确定，在使用中要加以约发器的下一个状态不能确定，在使用中要加以约束，给使用带来不便。束，给使用带来不便

11、。 由或非门组成的基本由或非门组成的基本RS触发器同样存在这一问题。触发器同样存在这一问题。因此，要对触发器的输入加以控制。因此，要对触发器的输入加以控制。 实际应用的触发器是电平型或脉冲型触发器，电实际应用的触发器是电平型或脉冲型触发器，电路的抗干扰能力差。路的抗干扰能力差。 S CP R & & & & G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q 1S C1 1R Q Q CP 逻辑符号逻辑符号 电路结构电路结构1、电路结构及逻辑符号、电路结构及逻辑符号电路结构：由电路结构：由基本基本RS触发器和时钟脉冲控制门电路组成。触发器和时钟脉冲控制门电路组成。2、工

12、作原理、工作原理 S CP R & & & & G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S=0，R=0：Qn+1=Qn S=1，R=0：Qn+1=1 S=0，R=1：Qn+1=0 S=1，R=1：Qn+1= CP=1：CP=0：状态不变：状态不变0 0 1 1& 3、触发方式、触发方式触发器为时钟高电平触发方式。触发器为时钟高电平触发方式。 状态发生变化。状态发生变化。 RS 触发器次态卡诺图触发器次态卡诺图4、 逻辑功能逻辑功能 1) 逻辑功能表逻辑功能表 （CP=1）nQ10000SRQnQn+1 说说 明明000001状态不变状态不变00110

13、1状态同状态同S S110001状态同状态同S S111101状态不定状态不定 2) 特性方程特性方程 0 1 0 0 1 1 S 1 RQn 0 00 01 11 10 10nnQSRQSR（约束条件）（约束条件）111 3) 状态转换图状态转换图 10S=0R=1S=1R=0S=xR=0S=0R=x逻辑功能表逻辑功能表nQ10000SRQnQn+1 说说 明明000001状态不变状态不变001101状态同状态同S110001状态同状态同S111101状态不定状态不定111任何电路结构的 RS触发器都有与此相同的功能表、特性方程及状态转换图。 4、 逻辑功能逻辑功能 5、工作波形、工作波形

14、CP S R Q SRQn+1 00Qn 01 0 10 1 11 同步同步RS触发器真值表触发器真值表在在CP为低电平期间，触发器的状态不变。为低电平期间，触发器的状态不变。 在在CP为高电平期间，为高电平期间，R、S信号影响触发器的状态。信号影响触发器的状态。6 6、时序电路分析举例、时序电路分析举例例例1 同步同步RS触发器及逻辑门组成的时序电路及输入触发器及逻辑门组成的时序电路及输入CP、D端波形如图所示，设触发器初态为端波形如图所示，设触发器初态为0，试画出触发器，试画出触发器Q 端的端的输出电压波形。输出电压波形。 1 D 1S Q Q 1R CP D CP Q C1 解：同步解：

15、同步RS触发器触发器S=D，R= D, 电路只有置电路只有置0、置、置1两种两种逻辑功能。逻辑功能。 S(R)同步同步RSRS触发器存在的问题：触发器存在的问题： C P S R Q 在在CP的高电平期间，如的高电平期间，如R、 S变化多次，则触发器的状态变化多次，则触发器的状态也会变化多次。触法器不能实现每来一个时钟只变化一次。也会变化多次。触法器不能实现每来一个时钟只变化一次。 若要达到每来一个时钟只变化一次，对信号的要求是：信若要达到每来一个时钟只变化一次，对信号的要求是：信号的最小周期大于时钟周期。号的最小周期大于时钟周期。电路对信号的敏感时间长，抗干扰能力差。电路对信号的敏感时间长，

16、抗干扰能力差。1、由两个同步、由两个同步RS触发器组成的主从触发器触发器组成的主从触发器 SCPRG 8G7G 9G 5G 6&1QQG 3G1G 2G4主触发器主触发器 从触发器从触发器 1 1&QQ主触发器根据主触发器根据R、S的状态触发翻转的状态触发翻转 0 0从触发器的状态不受影响从触发器的状态不受影响 0 01 1&主触发器的状态不受主触发器的状态不受R、S的影响的影响 从触发器据从触发器据Q、Q的状态翻转的状态翻转 1SC11RQQ逻辑符号逻辑符号 触发器在时钟脉冲的负跳沿触发翻转，输入信号在触发器在时钟脉冲的负跳沿触发翻转，输入信号在CP正跳沿前正跳沿前加

17、入加入 。功能与同步功能与同步RS触发器的触发器的 功能一样。功能一样。动作特征：动作特征：CP的高电平期间存储信号，在的高电平期间存储信号，在CP的低电平到来时触的低电平到来时触发器状态变化。发器状态变化。主从主从 RS RS 触发器触发器 S SR R（1）电路结构：由主从）电路结构：由主从RS 触发器和信号控制门组成。触发器和信号控制门组成。 J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q 1J C1 1K Q Q

18、 主触发器主触发器 从触发器从触发器 逻辑符号逻辑符号 3、主从、主从 JK 触发器触发器主从主从 RS RS 触发器触发器 S SR R J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q （2 2）逻辑功能）逻辑功能 01SRQRSQnnQJS R = KQ 将将代入上式，得到代入上式，得到 JK 触触发器的特性方程：发器的特性方程：nnnnQKQQJQ 1nnQKQJ 3、主从、主从 JK 触发器触发器 特性方程特性方

19、程nQ10000JKQnQn+1 说说 明明000001状态不变状态不变001101 置置 0110001 置置 1111101 翻翻 转转111 功能表功能表 Qn01J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X任何结构的任何结构的JK JK 触发器都具有与以上相同的功能表、特性触发器都具有与以上相同的功能表、特性方程及状态转换图。方程及状态转换图。 状态转换图状态转换图3、 主从主从 JK 触发器触发器10nn1QKQJQn 特性方程特性方程 1J C1 1K Q Q J CP K CP J K Q 1 0 0 1 1 1 0 0 JKQn+1 00Qn 01 0 10 1 11Q Q

20、n n JKJK触发器真值表触发器真值表低电平触发低电平触发在高电平处接收输入信号在高电平处接收输入信号在在CP脉冲的高电平期间将脉冲的高电平期间将输入信号存储于主触发器。输入信号存储于主触发器。在在CP脉冲的低电平到脉冲的低电平到来时发生状态变化。来时发生状态变化。 工作波形工作波形3、主从、主从JK 触发器触发器例例1 主从主从JK 触发器的输入信号触发器的输入信号CP、D 的波形分别如图所示，的波形分别如图所示，设触发器的初态为设触发器的初态为1，试画出输出端，试画出输出端 L 的波形。的波形。 C1 D CP 1J 1K & L Q Q 1 CP D L Q Q JKQn+1

21、00Qn 01 0 10 1 11Qn JK 触发器真值表触发器真值表J(K)解：解：J=D，K= D, 只有置只有置0和置和置1两种功能。两种功能。 QCPQCPL 在在CP脉冲的低电平期间将输入脉冲的低电平期间将输入信号存储于主触发器。信号存储于主触发器。在在CP脉冲的高电平到脉冲的高电平到来时发生状态变化。来时发生状态变化。高电平触发高电平触发3、主从、主从JK 触发器触发器 例例2 设负跳沿触发的设负跳沿触发的JK触发器的时钟脉冲和触发器的时钟脉冲和 J、K 信号的波信号的波形如图所示，画出输出端形如图所示，画出输出端Q的波形。设触发器的初始状态为的波形。设触发器的初始状态为0。 CP

22、 J K Q 1 2 3 4 5 6 7 在在CP脉冲的脉冲的高电平高电平期间期间信号存储于主触发器。信号存储于主触发器。在在CP脉冲的脉冲的低电平低电平到到来时发生状态变化。来时发生状态变化。 C1 J CP 1J 1K Q Q K 3、主从、主从JK 触发器触发器5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 1 1、电路结构和逻辑符号、电路结构和逻辑符号 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP S 1D R Q Q C1 RD SD 逻辑图逻辑图逻辑符号逻辑符号预预置置端端清清零零端端1 10

23、 01 10 00 01 11 11 11 11 11 11 11 10 0S SD D、R RD D分别为直接置分别为直接置1 1和置和置0 0 信号，低电平有效。信号，低电平有效。 基本RS触发器一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器 2 2、工作原理、工作原理 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 SD=RD =1 &0 01 11 11 11 1Qn+1=Qn&D DD DCP = 0 DQ 5DQ 65.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触

24、发器 CP = 0 期间期间D信号存于信号存于Q6一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 CPCP由由0 0变变1 1DQn 1DQn 1&D DD DD DD DD DD D在在CPCP脉冲的上升沿到来时，触法器的状态改变，且与脉冲的上升沿到来时，触法器的状态改变，且与D D信号相同信号相同SD=RD =1 2 2、工作原理、工作原理 5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器

25、触发器 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6 Q3 Q4 2 2、工作原理、工作原理 SD=RD =1 CP=1&D DD D1 1若若Q3=0， Q4=1 0 01 11 10 0置置0维持线，维持线，置置1阻塞线阻塞线1 10 01 15.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器 RD D SD & & & & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP Q5 Q6

26、 Q3 Q4 2 2、工作原理、工作原理 CP=1&D DD D1 1若若Q3=1， Q4=0 1 10 00 0置置1维持线，置维持线，置0阻塞线阻塞线1 1&1 1SD=RD =1 1 15.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器3 3、触发方式、触发方式维持阻塞维持阻塞D D触发器在触发器在CPCP脉冲的上升沿产生状态变化，属上升沿脉冲的上升沿产生状态变化，属上升沿触发方式。其次态取决于触发方式。其次态取决于CPCP脉冲上升沿到达前瞬间脉冲上升沿到达前瞬间D D端的信号端的信号。 RD D SD & & &a

27、mp; & & & G5 G6 G3 G4 G1 G2 Q Q CP 5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 S 1D R Q Q C1 RD SD 逻辑符号逻辑符号一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器 4 4、 逻辑功能逻辑功能 逻辑功能表逻辑功能表nQ1n Q000010101111特性方程特性方程Qn+1=D状态转换图状态转换图 D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 D5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器工作波形工作波形 S 1D R Q Q “1” D CP C1 CP D Q D D 触发器

28、的逻辑功能表触发器的逻辑功能表nQ1n QD000010101111维持阻塞维持阻塞D触发器状态变化产生在时钟触发器状态变化产生在时钟脉冲的上升沿，其次态决定于该时刻前脉冲的上升沿，其次态决定于该时刻前瞬间输入信号瞬间输入信号D。5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器 一、一、 维持阻塞维持阻塞D D触发器触发器二、边沿二、边沿JKJK触发器触发器 1J C1 1K Q Q 1J C1 1K Q Q 下降沿触发的边沿下降沿触发的边沿JKJK触发器触发器上升沿触发的边沿上升沿触发的边沿JKJK触发器触发器5.1.4 5.1.4 边沿触发器边沿触发器JK JK 触发器逻辑符号触发器逻辑符号5

29、.2 5.2 触发器的功能触发器的功能5.2.1 RS 5.2.1 RS 触发器触发器5.2.2 JK 5.2.2 JK 触发器触发器5.2.3 T 5.2.3 T 触发器触发器5.2.4 D 5.2.4 D 触发器触发器5.2 5.2 触发器的功能触发器的功能5.2.1 RS触发器触发器（以（以RS主从触发器为例）主从触发器为例） SCPRG 8G7G 9G 5G 6&1QQG 3G1G 2G4主触发器主触发器 从触发器从触发器 1 1QQ主触发器根据主触发器根据R R、S S的状态触发翻转的状态触发翻转 0 0从触发器的状态不受影响从触发器的状态不受影响 0 01 1主触发器的状态

30、不受主触发器的状态不受R R、S S 的影响的影响 从触发器据从触发器据Q、Q的状态翻转的状态翻转 1 SC11RQQ逻辑符号逻辑符号 功能与同步功能与同步RS触发器的触发器的 功能一样。功能一样。1、 RS 触发器功能分析触发器功能分析1、 RS 触发器功能分析触发器功能分析 1) 1) 特性方程特性方程 01SRQRSQnn（约束条件）（约束条件）2)2) 逻辑功能表逻辑功能表 nQ10000状态不定状态不定011111状态同状态同S S010011状态同状态同R R011100状态不变状态不变010000 说说 明明Qn+1QnRS111 3) 3) 状态转换图状态转换图 1 0 S=0

31、R=1S=1R=0S=xR=0S=0R=x5.2.1 RS触发器触发器2、 集成集成RS 触发器触发器 1 TTL1 TTL集成主从集成主从RSRS触发器触发器74LS71 74LS71 QQSDRDC1S1S2S3R1R2R3RS1CP1S1R&逻辑符号逻辑符号 1234567891011121314NCRDS1S2S3QGNDQR1R2R31CPSDVCC引脚分布图引脚分布图 该触发器分别有三该触发器分别有三个个S 端和三个端和三个R 端，分别为与逻辑关端，分别为与逻辑关系，即系，即1R = R1R2R3，1S = S1S2S3。5.2.1 RS触发器触发器主从主从RS 触发器触发

32、器74LS71功能表功能表 QQSDRDC1S1S2S3R1R2R3RS1CP1S1R&逻辑符号逻辑符号 定不HHHHHL H LHHLHLHHHQnQnLLHHHLLHLHHLQQ 1R 1S 时钟时钟CP 清零清零预置预置 输出输出输输 入入5.2.1 RS触发器触发器主从主从RSRS触发器触发器 S SR R5.2.2 JK触发器触发器(主从主从JK触发器触发器)1 1 主从主从JKJK触发器的功能分析触发器的功能分析电路结构电路结构 J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G

33、7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q 1J C1 1K Q Q 主触发器主触发器 从触发器从触发器 逻辑符号逻辑符号 （1 1）电路结构和逻辑符号）电路结构和逻辑符号主从主从RSRS触发器触发器 S SR R5.2.2 JK触发器触发器(主从主从JK触发器触发器)1 1 主从主从JKJK触发器的功能分析触发器的功能分析电路结构电路结构 J CP K & & & & & & & & 1 & & G8 G7 G10 G11 G9 G3 G1 G2 G4 G6 G5 Q Q Q Q

34、 （2 2）逻辑功能）逻辑功能10nnQSRQSRSJQR = KQ 将将代入上式，得到代入上式，得到JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：1nnnnQJQKQQnnJQKQJK JK 触发器的状态转换图触发器的状态转换图nQ10000JKQnQn+1 说说 明明000001状态不变状态不变001101 置置 0110001 置置 1111101 翻翻 转转111JK JK 触发器的功能表触发器的功能表 Qn01 1 0 J=XK=1J=1K=XJ=XK=0J=0K=X 任何结构的任何结构的JKJK触发器都具有与以上相同的功能表、特性方程及触发器都具有与以上相同的功能表、特性方程及状态转换图

35、。状态转换图。nn1QKQJQn JKQn+1 00Qn 01 0 10 1 11Q Qn n （2 2）逻辑功能）逻辑功能5.2.2 JK触发器触发器(主从主从JK触发器触发器)（3 3）工作波形）工作波形 1J C1 1K Q Q J CP K CP J K Q 1 0 0 1 1 1 0 0 JKQn+1 00Qn 01 0 10 1 11Q Qn n JKJK触发器真值表触发器真值表已知已知CPCP、J J、K K 信号的波形，触发器的初信号的波形，触发器的初态为态为0 0 , ,画出输出端画出输出端Q Q的工作波形。的工作波形。 低电平触发低电平触发在高电平处接收输入信号在高电平处接收输入信号在在CPCP脉冲的高电平期间将输脉冲的高电平期间将输入信号存储于主触发器。入信号存储于主触发器。在在CPCP脉冲的低电平到脉冲的低电平到来时发生状态变化。来时发生状态变化。5.2.2 JK触发器触发器(主从主从JK触发器触发器)