第四章--触发器

1、4.1 触发器的电路结构和工作特点触发器的电路结构和工作特点第四章第四章 触发器触发器4.2 触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能1 1、时序逻辑电路与锁存器、触发器：、时序逻辑电路与锁存器、触发器： 时序逻辑电路时序逻辑电路: :概述概述锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元锁存器和触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元 。 结构特征结构特征: :由组合逻辑电路和存储电路组成由组合逻辑电路和存储电路组成, ,电路中存在反馈。电路中存在反馈。工作特征：工作特征：时序逻辑电路的工作特点是任意时刻的输出状态不时序逻辑电路的工作特点是任意时刻的输出状态不仅与当前的输入信号有关，而且与此前电路的状

2、态有关。仅与当前的输入信号有关，而且与此前电路的状态有关。 4.1.1 SR 锁存器锁存器1. 1. 基本基本SR锁存器锁存器现态（初态）现态（初态）：R、S信号作用信号作用前前Q端的状态，端的状态，初态初态用用Q n表示。表示。次态次态：R、S信号作用后信号作用后Q端的端的状态状态次态次态用用Q n+1表示。表示。 Q Q R S 1) 工作原理工作原理R=1、S=1状态不变状态不变1 11 1若现态若现态 Q n = 11 10 01 1 Q Q R S 若现态若现态 Q n = 00 01 10 01 11 1 Q Q R S 无论现态无论现态Q n为为0或或1，锁存器的次态都为，锁存器

3、的次态都为1态。态。 信号回到信号回到S=1，R=1时，新的状态将被记忆下来。时，新的状态将被记忆下来。R=1、S=0置置1。S端称为端称为置位端置位端或或置置1端端，低电平有效低电平有效0 01 1若若现态现态 Q n = 11 10 01 1 Q Q R S 若现态若现态 Q n = 00 01 10 00 01 10 0 Q Q R S 无论现态无论现态Q n为为0或或1，锁存器的次态为，锁存器的次态为0态。态。 信号回到信号回到S=1，R=1时，新的状态将被记忆下来。时，新的状态将被记忆下来。R=0 、 S=1置置0。R端称为端称为复位端复位端或或置置0端端，低电平有效低电平有效1 1

4、0 0若若现态现态 Q n = 11 11 10 0 Q Q R S 若现态若现态 Q n = 01 10 00 01 10 01 1 Q Q R S S=0 、 R=0无论现态无论现态Q n为为0或或1，触发器的次态，触发器的次态Qn+1 、 Qn+1 都为都为1 。不确定状态不确定状态当当S、R 同时回到同时回到1时，由于两个与非时，由于两个与非门的延迟时间无法确定，使得触发器门的延迟时间无法确定，使得触发器最终稳定状态也不能确定。最终稳定状态也不能确定。触发器的输出既不是触发器的输出既不是0态，也不是态，也不是1态态0 00 01 11 1 Q Q R S 功能表功能表 RSQ不定不定0

5、010100101不变不变11不变不变Q不定不定因为因为S端和端和R端都是低电平有效，所以与非门构成的基本端都是低电平有效，所以与非门构成的基本RS锁存器的逻辑符号如下：锁存器的逻辑符号如下： S Q Q R R S c.国标逻辑符号国标逻辑符号约束条件约束条件:011SRSRRS4）工作波形工作波形3 3）用或非门构成的基本）用或非门构成的基本SR锁存器锁存器、 S Q Q R S R c.国标逻辑符号国标逻辑符号a.电路图电路图b.b.功能表功能表 1 1 Q Q R G1 G2 1 1 S 约束条件约束条件: SR = 0 RSQ不定不定1110010110不变不变00不变不变Q不定不定

6、 例例 运用基本运用基本SR锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出。锁存器消除机械开关触点抖动引起的脉冲输出。 R vO t0 t1 vO t0 t1 t +5V +5V 100k A B Q R S 100k S +5V +5V R S Q 二二. 逻辑门控逻辑门控RS锁存器锁存器 国标逻辑符号国标逻辑符号 1RC11S Q Q CP S R 电路结构电路结构 R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &2、工作原理、工作原理 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

7、发生变化。状态发生变化。 状态不变状态不变 电路结构电路结构 R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &特性方程特性方程nnQRSQ1SR=0（约束条件）（约束条件） CP S R Q3 Q4 Q Q 1 2 3 4 逻辑门控逻辑门控SR锁存器的锁存器的CP、S、R的波形如下图虚线上边所示，的波形如下图虚线上边所示，锁存器的原始状态为锁存器的原始状态为Q = 0，试画出，试画出Q3、Q4、Q和和Q的波形。的波形。 R CP S & &G3 G1 G2 G4Q4 Q3 Q Q &D 锁存器锁存器1. 逻辑门控逻辑门控D锁存器锁存器 1D E1 Q Q E D 国标逻辑符号国

8、标逻辑符号 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 逻辑电路图逻辑电路图 R E D & & 1 1 1 1 G3 G1 G2 G4 Q4 Q3 Q Q S 1 1 G5 =DS =0 R=1D=0Q = 0D=1Q = 1E=0不变不变E=1= DS =1 R=0D锁存器的功能表锁存器的功能表置置10111置置01001保持保持不变不变不不变变0功能功能QDEQ逻辑逻辑功能功能特性方程：特性方程： Qn+1 = D 逻辑门控逻辑门控RS锁存器和锁存器和D锁存器的空翻现象锁存器的空翻现象 D E Q Q 触发器的电路结构和工作原理触发器

9、的电路结构和工作原理1、主从触发器、主从触发器2、维持阻塞触发器、维持阻塞触发器3、利用传输延时的触发器、利用传输延时的触发器 E E触发器的电路结构和工作原理触发器的电路结构和工作原理共同点：共同点：具有具有0 和和1两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行两个稳定状态，一旦状态被确定，就能自行保持。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。保持。一个锁存器或触发器能存储一位二进制码。 不同点：不同点：锁存器锁存器-对脉冲电平敏感的存储对脉冲电平敏感的存储电路，在特定输入脉冲电平作用下电路，在特定输入脉冲电平作用下改变状态。改变状态。触发器触发器-对脉冲边沿敏感的存储电对脉冲边沿敏感的存储电路，在

10、时钟脉冲的上升沿或下降沿路，在时钟脉冲的上升沿或下降沿的变化瞬间改变状态。的变化瞬间改变状态。 CP CP 锁存器与触发器锁存器与触发器三、三、 主从触发器主从触发器（一）主从（一）主从RSRS触发器触发器 1 1电路结构电路结构QQ1S1R C1CP&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRSCP由两级同步由两级同步RSRS触触发器串联组成。发器串联组成。G1G1G4G4组成从触组成从触发器，发器，G5G5G8G8组组成主触发器。成主触发器。CPCP 与与CP CP 互补，使互补，使两个触发器工作两个触发器工作在两个不同的时在两个不同的时区内。区内。2

11、2工作原理工作原理主从触发器的触发翻转分为两个节拍：主从触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当）当CPCP1 1时，时，CP CP 0 0，从触发器被封，从触发器被封锁，保持原状态不变：主触发器工作，锁，保持原状态不变：主触发器工作，接收接收R R和和S S端的输入信号。端的输入信号。（2 2）当）当CPCP由由1 1跃变到跃变到0 0时，即时，即CPCP=0=0、CP CP 1 1。主触发器被封锁，输入信号主触发器被封锁，输入信号R R、S S不再影不再影响主触发器的状态；从触发器工作，接响主触发器的状态；从触发器工作，接收主触发器输出端的状态。收主触发器输出端的状态。 特点：特点：（1

12、 1）主从触发器的翻转是在）主从触发器的翻转是在CPCP由由1 1变变0 0时刻时刻（CPCP下降沿）发生的。下降沿）发生的。（2 2）CPCP一旦变为一旦变为0 0后，主触发器被封锁，其后，主触发器被封锁，其状态不再受状态不再受R R、S S影响，因此不会有空翻影响，因此不会有空翻现象。现象。（3 3）输入端直接控制的问题（空翻）已经解）输入端直接控制的问题（空翻）已经解决决&3G4GG8GCP7&G&G6&5&19G主触发器从触发器&GG12QQQQRS 1 1 TG TG TG2 Q C C C TG1 D C 主主锁锁存存器器 1 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C

13、 从从锁锁存存器器 Q CP 1 C C G1 G4 G3 G2 主锁存器与从锁主锁存器与从锁存器结构相同存器结构相同1. 电路结构电路结构（二）（二） COMS主从主从D触发器触发器TG1和和TG4的工的工作状态相同作状态相同TG2和和TG3的工的工作状态相同作状态相同。 1 TG TG TG2 C C C TG1 D C 1 TG TG TG4 Q Q C C C TG3 C 1 G3 1 1 1 G1 1 1 1 1 RD SD CP 1 C C G4 G2 2. 典型集成电路典型集成电路 74HC/HCT74 中中D触发器的逻辑图触发器的逻辑图DSQDSDR1nQLHHHHHLLHHQ

14、n+1DCPHHLLHLLHLHHLQDCP输输 出出输输 入入DR 74HC/HCT74的功能表的功能表 S C1 1D R S C2 2D R 1SD 1RD 1CP 1D 1Q 1Q 2SD 2RD 2CP 2D 2Q 2Q 国标逻辑符号国标逻辑符号74HC/HCT74的逻辑符号和功能表的逻辑符号和功能表具有直接置具有直接置1、直接置、直接置0，正边沿触发的，正边沿触发的D功能功能触发器触发器（三）维持阻塞触发器（三）维持阻塞触发器1. 1. 电路结构与工作原理电路结构与工作原理 C G1 & CP Q1 & G2 G3 & & & G5 Q2 Q3 S R G4 Q4 D G6 Q Q

15、 & 4 CP = 0 2、工作原理工作原理 Qn+1=QnD 信号进入触发器信号进入触发器, ,为状态刷新作好准备为状态刷新作好准备Q1 = DQ4= DD信号存于信号存于Q40 01 11 1D DD DG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3SRQ4 D G6 Q Q & G44 当当CP 由由0 跳变为跳变为10 01 1D DD DG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3S R G4Q4 D G6Q Q & 1 10 00 0D DD DDQn1在在CP脉冲的上升沿，触法器按此前脉冲的上升沿，触法器按此前的的D信号刷新信

16、号刷新 当当CP =1在在CP脉冲的上升沿到来瞬间使触发器的状态变化脉冲的上升沿到来瞬间使触发器的状态变化D信号不影响信号不影响 、 的状态，的状态，Q的状态不变的状态不变RSG11 & C P Q1 & G2G33 & & & G55 Q2 Q3 S R G4Q4 D G6Q Q & 1 10 01 1置置1维持线维持线置置0 阻塞线阻塞线1 11 10 00 02. 典型集成电路典型集成电路-74LS74 & CP & & & & D Q Q & SD RD S C1 1D R SD RD CP D Q Q D Q tSU tH tW tPLH CP tPHL Tcmin Q tPHL t

17、PLH 触发器的动态特性触发器的动态特性 C1 1D Q Q D C P 动态特性反映其触发器对输入信号和时钟信号间的时间要求，动态特性反映其触发器对输入信号和时钟信号间的时间要求，以及输出状态对时钟信号响应的延迟时间。以及输出状态对时钟信号响应的延迟时间。 建立时间建立时间保持时间保持时间脉冲宽度脉冲宽度传输延时时间传输延时时间传输延时时间传输延时时间保持时间保持时间tH ：保证：保证D状态可靠地传送到状态可靠地传送到Q建立时间建立时间tSU ：保证与保证与D 相关的电路建立起稳定的状态，使触相关的电路建立起稳定的状态，使触发器状态发器状态得到正确的转换。得到正确的转换。最高触发频率最高触发

18、频率fcmax ：触发器内部都要完成一系列动作，需要：触发器内部都要完成一系列动作，需要一定的时间延迟，所以对于一定的时间延迟，所以对于CP最高工作频率有一个限制。最高工作频率有一个限制。触发脉冲宽度触发脉冲宽度tW ：保证内部各门正确翻转。：保证内部各门正确翻转。传输延迟时间传输延迟时间tPLH和和tPHL ：时钟脉冲：时钟脉冲CP上升沿至输出端新状态上升沿至输出端新状态稳定建立起来的时间稳定建立起来的时间（四）（四）利用传输延迟的触发器利用传输延迟的触发器（JK触发器）触发器）0CP1QQ、状态不变状态不变 1 Q Q 1 G1 G2 10 CP2QQ、状态不变状态不变2212GG 、先打

19、开，将输出锁定先打开，将输出锁定经过一段延迟时间后经过一段延迟时间后nnnQQSQCPQ.nnnQQRQCPQ.同时同时nnQJQJCPS.nnKQQKCPR.01CP3RS、2212GG 、抢先关闭抢先关闭瞬间瞬间00依然作用依然作用电路等效为电路等效为 Q Q nQJS nKQR 3 Q Q nQJS nKQR 根据电路可得到根据电路可得到JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ11 D 触发器触发器 4.2 4.2 触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能2 JK 触发器触发器 4 SR 触发器触发器 5 触发器功能的转换触发器功能的转换 3 T 触发器触

20、发器 不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号不同逻辑功能的触发器国际逻辑符号 1D C1 Q Q D CP D 触发器触发器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 触发器触发器 1T C1 Q Q T CP T 触发器触发器 1S C1 1R Q Q S CP R RS 触发器触发器1 D 触发器触发器 1. 特性表特性表 Qn DQn+10000111001112. 特性方程特性方程Qn+1 = D D=1 D=0 D=0 D=1 0 1 3. 状态转换图状态转换图3.状态转换图状态转换图 翻翻 转转10011111 置置 111010011 置置 000011100状态不变状态不变010

21、10000 说说 明明Qn+1QnKJ1.特性表特性表 1nnnQJQKQ2.特性方程特性方程 0 1 0 0 1 1 0 1 J 1 KQn 0 00 01 11 10 2 JK 触发器触发器 J=0 K= J= K=0 J=1 K= J= K=1 0 1 J K 1 2 3 4 5 6 7 CP 例例5.4.1 设下降沿触发的设下降沿触发的JK触发器时钟脉冲和触发器时钟脉冲和J、K信号的波形信号的波形如图所示试画出输出端如图所示试画出输出端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。 Q 特性表特性表nQ1n Q011101110000T3 T触发器触发器 特性方程特性方

22、程状态转换图状态转换图nnnQTQTQ1 T=1 T=1 T=0 T=0 0 1 1T C1 Q Q T CP 逻辑符号逻辑符号 T触发器触发器 Q Q CP C 国际逻辑符号国际逻辑符号 特性方程特性方程nnQQ1时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。时钟脉冲每作用一次，触发器翻转一次。 4 SR 触发器触发器 1. 特性表特性表 2. 特性方程特性方程3. 状态图状态图Qn S RQn+100 0000100101011不确定不确定100110101101111不确定不确定 nnQRSQ 1SR=0（约束条件）（约束条件） S=0 R= S= R=0 S=1 R=0 S=0 R=1 0 1 J=0 K= J= K=0 J=1 K= J= K=1 0 1 5 D触发器功能的转换触发器功能的转换1. D 触发器构成触发器构