第五章锁存器和触发器

第五章锁存器和触发器本章学习重点从电路结构形式的角度，要求熟练掌握各触发器的动作特点，如果给出输入波形，要求能够正确地画出输出波形。第5章从逻辑功能的角度，要求熟练掌握各触发器的逻辑符号（含义）、特性表、特性方程及状态转换图。同样，如果给出输入波形，要求能够正确地画出输出波形。建立起两个概念：①现态和次态的概念；第5章②触发器的逻辑功能和电路结构并没有固定的对应关系。触发器概述（1）定义能够存储1位二进制码的逻辑电路。（2）触发器应具有的特点

应具有两个稳定状态——0和1，属于双稳态器件；有两个互补的输出端。5.1双稳态存储单元电路双稳态器件具有两个稳定的状态：“稳定的状态”是指触发器可以无限期地保持置位状态或复位状态，因此，触发器可以存储一个二进制位。置位（SET）和复位（RESET）触发器处于置位状态相当于存储“1”，触发器处于复位状态相当于存储“0”。(3)触发器的翻转触发器从一个状态转换到另一个状态的转换过程称为翻转。（4）触发器的现态和次态现态：触发器接收输入信号之前的状态，叫做现态， 用Qn表示

。次态：触发器接收输入信号之后的状态，叫做次态， 用Qn+1表示。触发器次态输出Qn+1与现态Qn和输入信号之间的逻辑关系，是贯穿本章始终的基本问题。如何获得、描述和理解这种逻辑关系，是本章学习的中心任务。2.触发器的分类按照电路结构形式不同，可分为：按照时钟触发器的逻辑功能分类，可分为：①基本触发器②同步触发器③主从触发器④边沿触发器①

RS触发器②JK触发器③D触发器④T触发器（和T’触发器）用与非门实现的基本SR锁存器1.基本SR锁存器输出端（b）逻辑符号（a）逻辑图输入低电平有效SRQG1G2＆＆Q=0、Q=1→0状态；Q=1、Q=0→1状态QSR5.2锁存器5.2.1SR锁存器（c）工作原理QRS01SRQG1G2＆＆110010①R=0、S=1时：由于R=0，不论原来为0还是1，都有Q=0；再由S=1、=1可得Q＝0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成0状态，这种情况称将触发器置0或复位。R端称为触发器的置0端或复位端。（c）工作原理QRS10SRQG1G2＆＆110010101②R=1、S=0时：由于S=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成1状态，这种情况称将触发器置1或置位。S端称为触发器的置1端或置位端。（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆111100101011110当Q＝1时（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆1100101010111不变01③R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记忆能力。当Q＝0时（c）工作原理QRSSRQG1G2＆＆00101010111不变100不定？④R=0、S=0时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除后，将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件。Qn+1RS功能Qn功能表

01置0000110置11101110011保持00不定××01（3）特性方程（约束条件）__Qn+1RSQn0001111001011100__以上是由与非门构成的基本RS触发器,也可以用或非门构成的基本RS触发器,同学们下课后自己分析它们的功能。用或非门实现的基本SR锁存器（a）逻辑图SRQG1G2≥1≥1QSR（b）逻辑符号输入高电平有效由逻辑图可得逻辑表达式为：用两个或非门组成的基本RS触发器的功能表如下：QRS01110000不变11不定（d）基本RS触发器的动作特点——这就是基本RS触发器的动作特点。

在基本RS触发器中，输入信号直接加在输出门上，所以输入信号在全部作用时间里（即：S或R为1的全部时间）都能直接改变输出端Q和Q的状态。2.逻辑门控SR锁存器（同步RS触发器）（1）电路结构和逻辑符号（a）电路结构（b）图形符号基本RS触发器输入控制电路引入同步RS触发器的原因（2）工作原理00011不变不变

CP＝0时触发器保持原来状态不变。（2）工作原理11由输入信号S、R决定

CP＝0时触发器保持原来状态不变。

CP＝1时触发器工作情况与基本RS触发器相同。CP=1由输入信号S、R决定（3）特性表（4）特性方程S11（CP=1期间有效）（4）特性方程SRQn100故特性方程为：（约束条件）

由于在CP＝1的全部时间里S和R信号都能通过门G3和G4加到基本RS触发器上，所以在CP=1的全部时间了S和R的变化都将引起触发器输出端状态的变化。（5）动作特点——这就是同步RS触发器的动作特点（6）缺点如果CP=1的期间内输入信号多次发生变化，则同步RS触发器的状态也会发生多次翻转，这就降低了电路的抗干扰能力。例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQtCP=0时，触发器状态不变tt初态Q=0例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=0时，触发器状态不变例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制干扰信号例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制输出状态变1干扰信号例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=1时，触发器状态受S、R控制例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=0CP=0例：已知同步RS触发器的输入信号波形如下图所示，试画出Q、Q端的电压波形。设触发器的初始状态为Q=0。QOOQttt初态Q=05.3.1主从触发器（1）主从RS触发器（a）电路结构（b）图形符号“┐”表示“延迟输出”5.3触发器的电路结构和工作原理（c）工作原理1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP主触发器从触发器

当CP=1时两个同步RS触发器都是在CP=1时有效。内部原理分析主触发器根据S和R的状态翻转，而从触发器保持原来的状态不变。Q’和Q’的状态由S和R决定10Q和Q的状态保持不变有效电平无效电平1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP（c）工作原理主触发器从触发器

当CP由1变0时无论S、R的状态如何改变，主触发器的状态不再改变。而此时从触发器按照与主触发器相同的状态翻转。Q’和Q’的状态不变1→00→1无效电平有效电平Q和Q的状态按Q’和Q’的状态翻转（c）工作原理1S1RC1┐┐1S1RC1┐┐1SRCP主触发器从触发器

当CP=0时主触发器被封锁，其状态保持不变；从触发器状态因受主触发器状态影响，此时主触发器状态不变，故从触发器状态也不会再变。0无效电平1有效电平Q’和Q’的状态不变Q和Q的状态也不变（d）特性方程【CP下降沿到来时有效】（e）电路特点①主从RS触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题。具有CP＝1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。在CP的一个变化周期中触发器输出端的状态只可能改变一次。②仍然存在着约束问题。

即在CP＝1期间，输入信号R和S不能同时为1。（约束条件）JK【电路结构及工作原理】（2）主从JK触发器主从RS触发器的缺点：使用时有约束条件RS=0为此，将触发器的两个互补的输出端信号，通过两根反馈线分别引到输入端，与J、K信号“相与”，这样就构成了主从JK触发器。特性表主从JK①主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP＝1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。②输入信号J、K之间没有约束。③存在一次变化问题。(在时钟信号CP＝1期间,J、K发生变化只能使触发器翻转一次的现象称为一次变化。)电路特点主从JK触发器功能完善，并且输入信号J、K之间没有约束。但主从JK触发器还存在着一次变化问题，即主从JK触发器中的主触发器，在CP＝1期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是J、K变化引起，也可以是干扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。多输入主从JK触发器的逻辑符号（f）主从触发器的动作特点①触发器的翻转分两步动作。第1步：在CP=1期间主触发器接收输入端（S、R或J、K）的信号，被置成相应的状态，而从触发器不动；第2步：CP下降沿到来时从触发器按照主触发器的状态翻转，所以Q、Q端状态的改变发生在CP的下降沿。②因为主触发器本身是一个同步RS触发器，所以在CP=1的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。

74LS112的引脚图(双JK触发器)(见讲义P378)

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974LS112

1

2

3

4

5

6

7

8K

1Q

GND

2K

2Q

2

2J1CP

1

1

1J

VCC2CP

1QSD2RDSD1RD2Q:异步置位端:异步复位端D触发器只有一个触发输入端D，因此，逻辑关系非常简单；D触发器的特性方程为：Qn+1=D0011D0101Qn0011Qn+1输出状态同D状态功能D触发器的功能表5.3.2边沿D触发器为了解决主从JK触发器的一次变化问题，提高触发器的抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅取决于CP上升沿到达时刻的输入信号状态。这样的触发器称为边沿触发器。

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9

874LS74

1

2

3

4

5

6

7VCC2RD

2D

2CP

2SD

2Q

2Q1RD

1D

1CP

1SD

1Q

1QGND

74LS74引脚排列图(双D触发器)(见讲义P378)触发器之间的相互转换

在集成触发产品中,每一种触发器都有自己固定的逻辑功能。但可以利用转换的方法获得具有其它功能的触发器。1、JK—FF转换为T—FF(T/—FF)将JK触发器的J、K两端连在一起，并把它作为T端，就构成T触发器。CPQ1J1KQC1┌┌T∧逻辑符号┌Q┌DQC1∧

T触发器的功能表

00011011

T

Qn

01

10

Qn+1功能Qn+1=QnQn+1=QnT触发器特性方程：当T触发器的输入端为T=1时，称为T’触发器。T’触发器的特性方程：T=1时CPQ1J1KQC1┌┌1∧2、JK—FF转换成D—FF┌1JC11K┌CPDQQ13、D—FF转换成T'—FF5.4触发器逻辑功能及表示方法5.4.1触发器按逻辑功能的分类

不同结构的时钟触发器具有不同的电路功能,这些功能归结起来共有以下三种:（1）置0、置1功能。（2）翻转功能。（3）保持功能。时钟触发器按功能可以分为:RS触发器JK触发器D触发器T触发器1、特性表一、RS触发器RS

001010011100101110111000不定111不定n

Qn+1

Q

000时钟触发器的功能分类T触发器D触发器、JK触发器、RS触发器、

在CP作用下，根据输入信号R、S情况的不同，凡是具有置0、置1和保持功能的触发器叫RS触发器。2、特性方程3、状态转换图

表明Q从Qn

Qn+1所需要的输入条件。01R=XS=0R=0S=1R=1S=0R=0S=X

RSQQn+1n01000111100111XX00Qn+1=S+RQnRS=0(约束条件）二、JK触发器1、特性表3、状态转换图0J=0K=XJ=XK=0J=1K=XJ=XK=12、特性方程

Q=JQ+KQn+1nn1JKQnQn+100101001110110011100011100011100

在CP作用下，根据输入信号J、K情况的不同，凡是具有置0、置1、翻转和保持功能的触发器叫JK触发器。三、D触发器1、特性表2、特性方程3、状态转换图DQnQn+1011011001100Q=Dn+101D=1D=0D=0D=1在CP作用下，根据输入信号D的不同，凡是具有置0、置1功能的触发器叫D触发器。四、T触发器

TQnQn+100011011101、特性表2、特性方程3、状态转换图

Qn+1=TQn+TQn1T=0T=0T=1T=1010功能保持翻转在CP作用下，根据输入信号T情况的不同，凡是具有保持和翻转功能的触发器叫T触发器。

Qn

Qn+1

0

111、特性表2、特性方程0功能翻转五、触发器在CP作用下，根据输入信号T情况的不同，凡是具有翻转功能的触发器叫

T’触发器。5.4.2触发器的电路结构和逻辑功能的关系

同一种功能的触发器，可以用不同的电路结构形式来实现；反过来，同一种电路结构形式，可以构成具有不同功能的各种类型触发器。

关于触发器的基本概念：触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑单元。触发器有两个稳定状态，在外界信号作用下，可以从一个稳态转变到另一个稳态；无外界信号作用时状态保持不变。因此，触发器可以作为二进制存储单元使用。

本章介绍的内容：本章中是从电路结构形式的角度对触发器进行的介绍，其中包括基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器和边沿触发器。

各触发器的触发翻转方式不同：基本RS触发器属于电平触发，没有时钟脉冲CP的控制；同步RS触发器和主从触发器属于脉冲触发，边沿触发器是脉冲边沿触发，可以是上升沿触发，也可以是下降沿触发。第五章内容总结

要求：必须熟练掌握各触发器的动作特点和它们的功能表，如果给出输入波形，能够根据相应触发器的动作特点及功能表正确画出其输出波形。

主从触发器和边沿触发器的区别：主从触发器和边沿触发器的触发翻转虽然都发生在脉冲跳变沿到来时，但对加入输入