触发器是数字电路中的一种基本单元

第5章触发器

5.1概述

触发器是数字电路中的一种基本单元，它与门电路配合，能构成各种各样的

时序逻辑部件，如记数器、寄存器、序列信号发生器等。

一个触发器具有如下的特点：

①两个互补的输出端Q和Q；②“0”和“1”两个稳态；

③触发器翻转的特性；④记忆能力。

1.对触发器的基本要求

1）应该具有两个稳定状态---0状态和1状态

2）能够接收、保存和输出信号

2.触发器的现态和次态

现态一一触发器接收输入信号之前的状态叫做现态，用Q"表示。

次态一一触发器接收输入信号之后的状态叫做次态，用表示。

3.触发器的分类

1）按照电路结构和工作特点分

基本触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器

2）按照（在时钟控制下的）功能分

RS型触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和T触发器

4.时序逻辑电路

组合逻辑电路的特点是

电路的输出仅取决于当时的输入，与电路的历史状态无关。即Z=P（X）c

时序逻辑电路的输出状态不仅与该时刻的输入有关而且还与电路的历史状

态有关。

由现在的输入状态和现在的输出状态共同决定下一次的输出状态。

电路特点

①输入、输出之间至少有一条反馈路径;

②电路中含有贮存单元。

：：｝输出Z

时序电路的一般结构如图。输入X

X为输入变量；

z为输出变量；

。为触发器的输出，称为

状态变量。。表示现态，触发器的,触发器的

状态输出控制输入

表示次态；状态是时序电路的

Wp

CP

一个重要概念。

W为触发器的输入，也是时序电路的控制变量；CP为时钟脉冲。

5.描述时序电路逻辑功能的方法

(1)方程式：

①输出方程：Z=Fi(X,

②驱动方程：W=Fi(X,0)

③状态方程：。出二尸3(W,Q")

(2)状态表

反映输入、输出、现态、次态之间的关系的表格。

(3)状态图

反映时序逻辑电路的状态转换规律及相应输入出取值情况的几何图形。

(4)时序图

表示各信号，电路状态等的取值在时间上的对应关系。

构成时序逻辑电路常用存储单元是触发器。

5.2基本RS触发器

5.2.1由与非门组成

直接置0、置1,是构成各种不同功能触发器的基本单元。

用与非门构成的RS触发器及逻辑符号如图。

1.功能分析

触发器的状态指。端的状态。

⑴&产0,SD=1,则触发器置0。在端加一

负脉冲(宽度＞2飙)，电路将可靠地翻转为。=0状

态，并保持下来。

。=0态,称为“复位状态”。

R。端称为“复位端”或称直接置0端。

(2)即=1,5o=0,则触发器置1。在S。端加一

负脉冲(宽度＞2飙)，电路将可靠地翻转为0=1状

态，并保持下来。

2=1态，称为“置位状态”。

S。端称为“置位端”或称直接置1端。

(3)&＞=1,则触发器保持原来的状态。

例如：。二1,。、心的全1使。=0,。的0又维持了Q的1,这是触发器的一

个稳态。同理，若。=0,则触发器将保持另一个稳态一0态。

（4）50,SQ=0，

将迫使。、。端同时出现1态，破坏了正常的互补状态。对一个存储单元

来说，这既不是“0”态，也不是“1”态，没有意义。

当RD、SD端的负脉冲同时撤消以后，则两门的输入有同时出现全1,于

是，两门有争先恐后地向低电平翻转，触发器的状态不能确定。（若是有先有后

地撤消HD、SD端的负脉冲，则触发器的状态是确定的。）

使用时，不许在A”S。同时加信号！

2.描述功能的方法

有状态转移真值表、特性方程、状态转移图和时

序图（工作波形）等。状态转移彳值表

（1）状态转移真值表

RDSD0

以表格的形式描述文字定义，也叫特性表。根据0100

上述分析，可列出基本RS触发器的状态转移真值0110

表。­1001]

1011}

现态0，触发器接收信号前的状态;。

1100]

次态触发器接收信号

简化真值表11111

后的状态；000X

x}?”

0与R、S一起决定001

故列表时把0,也

-不定

视为一个输入变量。

简化真值表一

（2）特性方程

次态的函数表达式。表示了0.与。及

输入（R。、&）之间的关系。

庵亍o=0（约束条件）或者RD+SD=1

（3）状态转移图和激励表

状态转移图：说明状态转换方向及条件的图形。激励表

RDT'S"0-0+1激励输入

激煦渗发网网q器灰隼＞中情况下，

要求输输品义总也称黑00+1后SD

状态图和激励表痛奇的重要工具，通过它00X1

0110

们，不但能看出在某种（据"入下触发器的次态，而且也

1001

能知道要触发器从一种状态变为另一种状态时所必须的输I11X

入条件。

5.2.2由或非门组成的RS触发器

CP=1期间记为“使能”；

一

CP=O期间记为“不使能”o11_

②关于逻辑符号

C1为影响输入；1

1R、1S为受影响输入，受C1的控制。

在CP=O期间，触发器不接收R、S信号，保持原状态;

在CP=1期间，R、S信号经过引导门G3、G」取反后送到基本RS触发器中,

故逻辑功能仍为:RS触发器的简化真值表

=S0+瓦）Q"，CP=1有效。CPRSQn+l

0XXQn

（约束条件）

.RDSD=0100Qn

101i

例子：同步RS触发器的输入波形见下图，试对应

画出。端的波形。设初态为画”。1100

111X

CP

S

R

Q

保持置1置0置1置0

R=0R=0R=\R=0R=0

S=0S=iS=0S=1s=\

RS信号对Q端状态的控制必须通过CP来实现，这就是同步。

同步AS触发器增加了CP控制端，但在CP=1期间仍有直接控制问题，RS

之间仍有约束。

同步RS触发器也可以用其它门构成，比如“与或非”门等。

5.3.2钟控乃触发器

逻辑电路如图。_

CP=1期间，总有R=S,

故解除了R、S之间的约束；

把R=6代入同步RS触

发器的特性在程：

0+Qn=S

把原来的S端改称。，可得D

Q

。触发器的特性方程：

（CP=1有效）

其功能是：力的状态确定之

Q

CP

后，在CP的操作下，。端的状态

随之被确定为与D相同的状态。

或者说在CP的作用下，0的状态

总与。相同，但比。信号的确定

晚一段时间。[D—Delay]

D触发器也可以由与或非门构成；

。触发滞不存在约束，但CP=1期间，输入仍直接控制输出。

5.4主从触发器

5.4.1主从RS触发器

1.电路结构和符号2.工作原理

(1)接收信号

CP=1,主触发器接收输入信号=S+无。

约束条件：SR=O

(2)输出信号

CP=o,主触发器保持不变；从触发器由cP下降沿到来之前的2：确定

3.波形

4.主要特点

主从控制，时钟脉冲触发

CP=1主触发器接受输入信号

CP下降沿从触发器按照主触发器的内容更新状态。从触发器输出端的变化

只能发生在“的下降沿。

5.4.2主从触发器

1.电路结构

解决R、S之间有约束的问题，增加功能，引入JK触发器。由于S=/谈，

R=KQn,所以S和A不会同时为1。2.工作原理

。高电平时触发器接收信号并暂存(即主触发器状态由4K决定,从触

发器状态保持不变)。C下降沿从触发器翻转(从触发器状态与主触发器状杰一

致)。CP低电平时，主触发器封锁人K不起作用，要求CP高电平期间4K的

状态保持不变。

①J=K=O,触发器保持原状态。

②《/=0,K=l,若现态为0,则保持0；若现态为1,则触发器被置0。

③片1,K=0,若现态为0,则触发器被置1；若现态为1,则保持1。

@J=LK=l,若现态为()，则触发器被置1；若现态为1,则触发器被置0。

3.触发器的状态表JK触发器的简化真值表

简化真值表一CPJK0+1

4.触发器的特性方程0XX0"

由状态表填入卡诺图，求得特性方程为:100°”

1010

0T二应〃十M

1101

5.触发器的状态图和激励表蛾器垢

Qlf”激励输入

状态图和激励表是触发器设计时序电路的工

10〃+|

具，图尸物形式J=xQJK

0掌握一

K=0000X

6.主要特点

011X

第一步：CP由0一半节喳〒期间，主触发器打开，接收

10X1

信号。在这一步中，输入信号仅决定了主触发器的状态,11X0

并不能直接影响从触发器的状态，即不能直接控制输出。

第二步：CP由1返回到0时：从触发器打开，接收CP=\期间存入主触发

器的信号，并更新状态。此时，由于CP变为()，故主触发落被封锁，不接收输

入信号，这就彻底解决了直接控制问题。

一次变化问题影响了抗干扰能力。

5.5集成边沿触发器

5.5.1边沿。触发器

本着“了解原理，掌握功能”的原则，现在介绍一下CMOS边沿触发器。

1.电路结构

SD

2.工仰v-Q

CP1

CP=0：期TGiffi>攵。信号J送到3c(=/»端。此

I*।

>1

会再响、G4构刀

时TOTGi型4卷,丛触

3«JI-

发器保持原!

R军1再问八他、oCP

：CP1

CP由他一1把,TC1CP

TG

信号不影南主触发:2通，0、6构

n+l

成基本RS：触发器，麻鱼从Q

I

短暂时间檄映到Jr1

隼竽T121

00

通,

妒旅Q，端甲蓿LKR帚XX0

使2一务。！_____________:L^CT.__X___1

XX

特性方程：(。尸t可以隐含，不用写出来。)

可见。触发器的状态转换发生在CP由()-1瞬间，即CP上升沿。且仅

接受上升沿之前瞬间的。信号。所以，现态与次态的划分以CP上升沿为基准。

SD、为直接置1、置0端，与CP无关，所以也叫异步置1、置0

端。从集成双。触发器CC4013的功能表看出，当S。、同为“1”时，将

出现。和0端均为“0”态的不正常现象，所以SD与斯之间有约束，应保

证立即=0这一条件。不需要土、刖的时候应接“0”。

3.波形

由于。触发器的状态转换发生在CP由0-1瞬间，即CP上升沿。因此

画波形时，现态与次态的划分以CP上升沿为基准。假设初始状态为0

5.5.2边沿环触发器

1.电路结构

从上图看出，与D触发2/勺不同

囚4027的功能表5

点4a>1谕入端增加了控制门,

¥1GiCP

其特性方&D-TG-

TGi<3

K----&+Mc©lo

出CPI

o1

CPTG建

〃+iD=JQn+KQn210

11

产品_C.C4047的功能表柳表

CPXX

⑴17/的上升池内下降沿蒯［友

(2)抗干物能力极强，冗作°速度很高，在在发福瞬随，按

。川=JQn+KQ"的规定更新状态;

(3)功能齐全(保持、置1、置0、翻转)，使用方便。

3.集成触发器的逻辑符号

D—D—ID

SD—,s5D—ci亏&

*23近sJ三IJ

Q

c；强均CP/蹙会表示>C1SD—s

CP—>C1

IKRDT心不RRD—

匕m.-0

匕&

RD—RRD—K—,K

(DJKd

1)定义:在CP作用下，J、K取值不同时，具有保持、置0、置1、翻转功

能的电路，都叫做JK型触发器。

2)逻辑符号、特性表和特性方程

符号特性表

拢性方程Q,,+i=JQ"+KQn

CPJK0+1

(2)D型触发器

0XXor

1)定义：在CP作用下，D取值不同时，具有置0、1000

置1功能的电路，都叫做。型触发器1010

1

2)逻辑符号、特性表和特性方程110

符号特性表[11

特性方程。』=DCPD0+1

0X0

(3)T型触发器

100

1)定义:在CP作用下，当丁=0时保持状态不变,111

T=1时状态翻转的电路，叫「型时钟触发器。

符号特性表

特性方程。'用=D

(4)它型触发器

1)定义

每来一个CP就翻转一次的电路叫r'型时钟触发

器

2)逻辑符号、特性表和特性方程

符号特性表

特性方程。"+|=2"

2.边沿触发器逻辑功能表示方法

(1)特性方程

D触发器