数字基础电路 3

“十二五”职业教育国家规划教材《数字电路（第3版）》项目4多路抢答器电路思政目标培养科学精神，养成一丝不苟、严谨求实的作风。知识目标1．掌握基本RS触发器的电路组成、工作原理。2．理解同步触发、主从触发、边沿触发的概念，熟悉其触发特点。3．掌握RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T触发器的逻辑功能。技能目标1.能根据逻辑功能要求，正确选用触发器。2.掌握集成触发器的使用方法。。引入抢答器电路可以由触发器、锁存器等构成。触发器是构成时序电路的基本单元，而锁存器实际是一类触发器的别称。本项目按照触发器的电路结构以及由于电路结构不同而带来的不同动作特点依次介绍各种触发器，然后从逻辑功能上对触发器进行分类介绍。最后讨论多路抢答器电路的设计实现。触发器的概念双稳态电路又称双稳态触发器简称触发器。触发器有一个或多个输入端；两个互补输出端，分别记作Q和

。规定：（1）触发器有0、1两种稳定工作状态，用Q状态表示触发器的状态；（2）Q＝0、

＝1时，触发器为0态；Q＝1、

＝0时，触发器为1态。触发器的相关术语触发翻转——在外加脉冲信号作用下，触发器可以从一种状态翻转为另一种状态的现象。触发信号——使触发器状态翻转的外加输入脉冲信号。触发器的记忆功能——触发信号消失后，触发器能保持新稳态不变的功能。也称为触发器具有存储信息的功能。触发器的分类按逻辑功能分类——RS、D、JK、T、T′触发器等。按触发方式分类——电位触发型、主从触发型、边沿触发型触发器。按结构分类——基本、同步、主从触发器等。学习内容基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象主从触发器主从RS触发器主从JK触发器边沿触发器基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述基本RS触发器电路结构及逻辑符号与非门组成的基本RS触发器置1端，也称置位端。

S表示Set有两个输入端置0端，也称复位端。

R表示Reset互补输出端，正常工作时，两输出状态相反。互补输出端，正常工作时，两输出状态相反逻辑符号表示互补输出端低电平有效低电平有效低电平有效低电平有效基本RS触发器逻辑功能分析分析

在4种取值组合时触发器的状态。设触发器初始状态为0态，Q＝0反馈到G2，＝1反馈到G1，使G2输入有0，输出

为1；G1输入全为1，Q为0，触发器维持0态不变；若触发器初态为1，由电路对称性知，触发器维持1态不变。001111基本RS触发器逻辑功能分析无论Q初态如何，只要

＝0，将使G2输入有0，

为1；

＝1反馈到G1，使G1输入全为1，Q为0，所以触发器被置0。因此，

＝0称为置0信号，也称复位信号。00101101基本RS触发器逻辑功能分析由电路对称性知，此时触发器置1。

信号称为置1信号，也称置位信号，低电平有效。110基本RS触发器逻辑功能分析0101基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述基本RS触发器逻辑功能描述触发器的逻辑功能用状态真值表、特征方程、状态转换图及工作波形等描述。状态转换真值表触发器的状态转换真值表简称状态表。基本RS触发器的状态表如表所示。Qn表示触发器当前的状态，称为现态；Qn+1表示在触发信号作用下触发器的新状态，称为次态。总结：

基本RS触发器具有状态保持（Qn+1=Qn）、置0和置1功能。特征方程触发器特征方程又称特性方程，即触发器次态逻辑表达式。根据基本RS触发器状态表画卡诺图。利用约束项化简，得Qn+1的逻辑表达式，即基本RS触发器特征方程状态转换图状态转换图简称状态图，是描述触发器状态转换关系的图形。基本RS触发器状态图如图，圆圈内数字表示触发器状态，状态之间转移线上的箭头所指方向表示状态转换方向，转移线旁边的标注是状态转换所需要的输入条件，符号“×”表示信号取0或取1任意。工作波形触发器在输入信号作用下，对应的输出信号的波形图。举例如下。工作波形触发器Q的状态由置0信号和置1信号中后变化的决定。机械触点开关在断开或闭合时会产生抖动，如图（a）例子，当开关S的位置由“1”拨到“2”时，机械抖动使“3”间断接“地”，开关信号A会在0与1之间抖动一段时间才能稳定，如图（b）所示。利用基本RS触发器构成的开关去抖电路如图（c）所示，当S由“1”掷于“2”时，使基本RS触发器Q置0，这时尽管A有抖动，Q保持0不变，如图（b）所示。开关去抖电路也称为消颤电路。基本RS触发器应用实例学习内容基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象主从触发器主从RS触发器主从JK触发器边沿触发器同步触发器基本RS触发器的状态置入无法从时间上加以控制，只要有效触发信号出现在输入端，触发器状态就翻转。在数字系统中，能使各触发器同步动作的矩形脉冲控制信号叫时钟脉冲（ClockPulse）（简称时钟），记作CP或CLOCK，如图所示。用时钟脉冲做控制信号的触发器，可以通过时钟脉冲控制触发器的翻转时刻，称为可控触发器或同步触发器。同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象同步RS触发器电路结构及逻辑符号基本RS触发器控制门控制门时钟输入端置1端置0端C:控制关联。1：相关联的标识符C:控制关联。1：相关联的标识符C:控制关联。1：相关联的标识符同步RS触发器逻辑功能状态表状态表对比基本RS触发器与同步RS触发器状态表可以看出，因同为RS触发器，所以触发器的基本功能没有发生变化，但由于G1、G2的反相作用，使得输入触发信号由原来的低电平有效变成了高电平有效。特征方程及状态图工作波形同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象同步D触发器电路结构及逻辑符号由同步RS触发器演变而来。在CP＝1期间总能满足R≠S，所以不会出现触发器状态不定现象。同步D触发器逻辑功能结论：D触发器次态总与输入信号D状态保持一致。同步D触发器状态表根据图示CP和D信号波形，画D触发器Q端波形。设Q初态为0。解：CP＝0期间Q保持不变；CP＝1期间Q＝D，由此可画Q端波形如图所示。

由于在CP＝1期间，始终有Q＝D，因此同步D触发器又称透明寄存器，即CP＝1期间，输出对于输入是透明的。此处“透明”是指物理上（客观上）存在，逻辑上不存在同步D触发器工作波形同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象电平触发方式的相关术语电平触发——触发器能够接收触发信号，并且其状态随触发信号变化而变化的触发方式。同步触发器在CP＝1期间能够接收触发信号，并且其状态随触发信号变化而变化，属电平触发方式。空翻——在同一CP脉冲作用下触发器发生两次或更多次翻转的现象称为空翻。电平触发的同步触发器存在空翻现象。锁存器——接收触发信号且其状态随触发信号而变化，并能够在控制信号作用下，将状态锁存保持不变的触发器。电平触发同步触发器在CP＝1期间接收触发信号，在CP＝0期间能够保持状态不变，具有锁存器的功能。防止空翻的措施防止空翻的措施：（1）尽量减小CP脉冲宽度。CP脉宽也不能太小，因为电路传输信号需要一定的时间，CP脉宽太小将使触发器不能可靠翻转。（2）改进电路结构。

例如，采用具有存储功能的触发引导电路构成主从型触发器，或采用只对应CP上升沿或下降沿接收输入信号的边沿型触发器。学习内容基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象主从触发器主从RS触发器主从JK触发器边沿触发器主从触发器主从RS触发器主从JK触发器主从RS触发器电路结构及逻辑符号工作过程：①CP由0变1后，主触发器接收输入信号，Q

状态由R和S决定。从触发器时钟信号

＝0，即使主触发器跟随R和S多次翻转，从触发器状态Q不变。②CP由1变0时，从触发器接收主触发器状态Q

，使Q状态发生变化；CP＝0期间主触发器不接收输入信号，状态保持不变，从触发器状态也不变。结论：在一个CP脉冲作用下，输出Q的状态只翻转一次，克服了空翻。直接接收触发信号并能够存储触发信号的触发器输出信号的触发器反相器同步RS触发器同步RS触发器主从RS触发器电路结构及逻辑符号延迟符号。表示主从结构触发器在CP＝1期间接收触发信号，在CP下降沿时改变状态。主从RS触发器的特征方程主从RS触发器分析举例1例1主从RS触发器CP、R、S波形如图所示，画Q

和Q波形。解：设初态Q

＝Q＝0，画Q

和Q波形如图所示。在CP＝1期间，虽然主触发器多次翻转，但从触发器只在CP负跳变时刻翻转一次。结论：从触发器状态是否翻转，取决于CP＝1期间最后有效的R或S信号。因此，在画Q波形时只需观察CP＝1期间最后有效的信号是哪一个即可，Q翻转时刻对应CP下降沿。主从RS触发器分析举例2例2主从RS触发器CP、S、R波形如图所示，画Q波形。解：设Q初态为0。第1个脉冲信号CP①作用期间，最后的有效信号是S，所以Q次态为1。CP②作用期间，由于S、R始终为0，因此，Q状态不变，Q次态仍为1。CP③作用时，因最后S＝R＝1，故Q次态状态不定。CP④作用后，Q次态为0。主从RS触发器分析举例3例3根据主从RS触发器CP、

、S1、S2、R波形，画Q波形。设=1。分析：（1）与

分别为直接置0端和直接置1端，只要在

或

端加低电平，无论R、S和CP状态如何，立即可将触发器置0或置1。

＝0或

＝0优先决定触发器的状态。必须注意，不能在

和

端同时加低电平。

由于

置0时刻、

置1时刻都与时钟无关，因此又称

为异步置0，

为异步置1。当需要将触发器预先置于某种状态时，可以利用这两端的作用，

又被称为预置端，称为清零端或复位端。（2）触发输入信号S1、S2相与决定主从触发器1S的信号S，即S＝S1S2，因此，特征方程为

由特征方程可知，可以根据S和R波形画Q波形。

主从RS触发器分析举例3解：（1）画S＝S1S2的波形。（2）根据R与S波形，画Q波形。主从触发器主从RS触发器主从JK触发器主从JK触发器电路结构及逻辑符号主从RS触发器主从JK触发器将主从JK触发器与主从RS触发器逻辑图比较，有将R、S代入主从RS触发器特征方程，得即因总能满足约束条件RS＝0，故J与K间无须加约束。主从JK触发器特征方程结论：JK触发器具有状态保持、置0、置1、取反功能。取反功能又称计数翻转功能，简称计数。主从JK触发器状态表设初态Q＝Q

＝0。（1）CP①期间，J＝1、K＝0，主触发器状态Q

＝1；CP①由1变0，从触发器接受此状态，即Q＝Q

＝1。（2）CP②期间，开始J＝1、K＝0，主触发器保持Q

＝1不变。在t1时刻，K受到干扰短时间出现K＝1，使主触发器错误置0。干扰过后，虽然K恢复0，但因

＝0使主触发器输入J被封锁，无法恢复1态；CP②由1变0时，错误置0的主触发器将状态打入从触发器，使Q＝0。

同理，当触发器初态为0且输入J＝0、K＝1时，如CP＝1期间J端受到正向脉冲干扰，也会将触发器错误置1。主从JK触发器的一次翻转现象主从JK触发器在CP＝1期间主触发器只能翻转一次。一旦翻转，即使J、K信号发生变化，也不能再翻转回去，并在CP由1变0时将状态打入从触发器，这种现象称为一次翻转现象。一次翻转现象降低了主从JK触发器的抗干扰能力。（1）J和K信号在整个CP＝1期间应保持不变，且信号前沿应略超前于CP脉冲前沿，而后沿略滞后于CP脉冲后沿，如图所示。（2）用脉宽较小的窄脉冲做CP信号。防止一次翻转的措施主从JK触发器分析举例根据图示主从JK触发器J、K信号波形，画出Q的波形。解：设Q初态为0。画Q波形如图所示。画图时注意：①触发器对应CP后沿翻转。②Q次态由CP＝1整个期间输入信号决定。由于存在一次翻转，故CP＝1期间J或K只能一个信号作用有效：当Q现态为0时，J信号作用有效；当Q现态为1时，K信号作用有效。学习内容基本RS触发器逻辑功能分析逻辑功能描述同步触发器同步RS触发器同步D触发器电平触发方式的空翻现象主从触发器主从RS触发器主从JK触发器边沿触发器边沿触发器边沿触发器只对应CP上升沿或下降沿接收输入信号，并发生状态翻转。（1）不存在一次翻转。（2）不存在空翻。最常用的是，上升沿D触发器和负边沿JK触发器。上升沿D触发器上升沿D触发器对应时钟CP上升沿翻转，其状态仅取决于CP上升沿到来时刻触发信号D的状态。例，根据图示上升沿D触发器输入波形，画Q的波形。画图时注意：①异步置位、复位信号具有优先权。②对应每个CP上升沿，触发器状态是否翻转，取决于CP上升沿前时刻D信号。画出Q波形如图所示。动态符号。表示触发器仅在CP上升沿时接收信号并立即翻转负边沿JK触发器负边沿JK触发器对应CP下降沿接收信号并翻转。例，根据负边沿JK触发器的输入波形，画Q的波形。画图时注意：①触发器对应CP下降沿翻转。②触发器是否翻转，取决于Q现态及CP下降沿前时刻J或K：Q现态为0看J是否为1；Q现态为1，看K是否为1。设，画出Q波形如图所示。“圆圈”配合“>”表示触发器仅对应CP下降沿接收信号并立即翻转使用触发器时，一般都选用集成触发器。P.114表4-9列出部分常用的集成触发器。当要选用的触发器没有现成的产品时，可利用已有的触发器进行功能转换。例如，将JK触发器两输入端连接在一起变成一个输入端T，便构成T触发器。令J＝K＝T，代入JK触发器的特征方程，可得T触发器的特征方程为工程应用式中，当T＝0时，Qn+1＝Qn，触发器状态保持不变；当T＝1时Qn+1＝

，触发器处于计数状态，即触发器翻转次数，记录了送入触发器的CP脉冲个数。处于计数状态的触发器称为计数触发器或T

触发器。应用实例1触发器是构成时序电路的基本单元，几乎所有的数字系统都用到触发器。介绍一例用触发器构成的8路抢答器。触发器选用四

锁存器74LS279，逻辑符号如图所示。应用实例1抢答器的结构框图如图所示。抢答器的功能要求：（1）分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示编号；（2）使其他选手的按键操作无效。控制部分的功能要求：控制抢答器工作状态依次为准备抢答→等待抢答→接受并显示抢答结果。抢答器逻辑图如图。工作过程：（1）抢答器处于准备抢答状态控制开关S置于“复位”位置，S=0，74LS279的4个RS触发器均置０。1Q=0使74LS148的使能信号＝０，74LS148处于允许编码状态，同时1Q=0使74LS48的灭灯输入信号＝0，数码管无显示。（2）抢答器处于等待抢答状态控制开关S拨向“抢答”位置，在无选手将按键开关S0~S7按下时，抢答器处于等待抢答状态。（3）接受并显示抢答结果

设选手将S4按下，则74LS148的编码输出为011，送入74LS279锁存后使4Q3Q2Q=100，74LS48的输入为0100；又74LS14