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1、第四章 触发器,4.1 概述,是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，能存储一位二进制码，也称锁存器。,1.触发器的概念,2.触发器的特点,(1)有两个稳定状态，“0”态和“1”态；,(2)可由输入信号将触发器置“0”态和置“1”态；,(3)输入信号消失后，输出仍能自行保持“0”态或“1”态。,按电路结构可分为：基本RS触发器、同步RS 触发器、主从触发器、CMOS边沿触发器和维持阻塞触发器。,3.分类,按逻辑功能可分为：RS触发器、JK触发器、T触发器和D触发器。,4.学习方法,重点掌握触发器的特性和动作特点，对具体的电路结构不做要求。,4.2 触发器的电路结构和动作特点,4.2.1 基本RS触发
2、器的电路结构和动作特点,1.电路结构与工作原理,问题：左图的或非门是不是触发器？,答：不是(1)可输出“0”态和“1”态；(2)可将输出置“0”和“1”；(3)但不能自保持。,如何实现自保持呢？在电路中加反馈通道。,说明：,(2)SD为置位端，或置“1”输入端；,(3)RD为复位端，或置“0”输入端；,讨论：,当SD=0，RD=0时，输出保持原状态不变；,用或非门组成的基本RS触发器的特性表（P217表5.2.1）,基本RS触发器的逻辑符号：,其中Qn 指现态，Qn+1指次态。,基本RS触发器也可由与非门做成，如下图：,由与非门组成基本RS触发器和由或非门组成的基本RS触发器具有同样的功能，只
3、是输入的有效电平不同。与非门为低电平有效。,用与非门组成的基本RS触发器的特性表（P217表5.2.2）,基本RS触发器小结：,（1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态；,（2）有置位(Q=1)、复位(Q=0)、保持原状态三种功能；,（3）S为置位输入端，R为复位输入端，可以是低电平有效，可以是高电平有效，取决于触发器的结构。,2.动作特点：,P218 例,4.2.2 电平触发的触发器,在数字系统中，为协调个部分的动作，常常要求某些触发器于同一时刻动作，显然基本RS触发器是做不到的。,为此，必须引入同步信号，使这些触发器只有在同步信号到达时，才按输入信号改变状态，通常把这个同步信号叫做时钟脉
4、冲，用CP（Clock Pluse的缩写）或CLK表示。,这种受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器，以区别于基本RS触发器。,1.电路结构与工作原理,由两个非门和一个基本RS触发器组成。,分析：,（2）CP=1时，G3、G4的输出取决于R和S,输出Q随R和S的变化而变化。,电平触发RS触发器的特性表（P220 表5.3.1）,为增强实用性，有的电平触发RS触发器上还设有专门的异步置位输入端和异步复位输入端。所谓异步，是指不受时钟信号控制。,2.电平触发触发器的动作特点：,（1）CP=0时，触发器不接收R、S信号，保持原来的状态。,（2）CP=1时，R、S状态将决定输出，如果CP=1期间输入信
5、号多次发生变化，则触发器状态会多次反转。（抗干扰能力差）,P222,P222,由电平触发触发器构成的D触发器（D锁存器）：,（1）CP=0时，触发器不接收D信号，保持原来的状态。,（2）CP=1时，若D=1，则置1；若D=0，则置0；,P223,4.2.3 脉冲触发的触发器,在前述的电平触发触发器中，CP=1期间，若R、S多次变化，则输出Q多次翻转，抗干扰能力差。,为提高触发器工作的可靠性，希望每个CP周期里输出状态Q只能改变1次，因此设计了脉冲触发的触发器。,1.脉冲触发的触发器的电路结构与工作原理,P225 特性表,2.动作特点：,（1）触发器翻转分两步：第一步，CP=1期间主触发器接受输
6、入信号，而从触发器保持；第二步，CP下降沿到来时，从触发器按主触发器的输出Q翻转。,P225,3.脉冲触发的触发器的优化（主从结构JK触发器）,无论是基本RS触发器、电平触发触发器、还是脉冲触发的触发器，都没有摆脱S、R均为有效电平时，可能导致输出状态不定的阴影。,为此，在脉冲触发的触发器中，希望即使出现了S=R=1的情况，触发器的次态也是确定的，因而需要进一步改进触发器的电路结构。,分析结果：,(1)若J=1,K=0，则CP=1时主触发器置“1”(无论Q是0还是1)，待CP=0后，从触发器也置“1”。,(2)若J=0,K=1，则CP=1时主触发器置“0”(无论Q是0还是1)，待CP=0后，从
7、触发器也置“0”。,(3)若J=0,K=0，则主、从触发器都保持原状态。,(4)若J=1,K=1，若Qn=0，则Qn+1=1；若Qn=1，则Qn+1=0。即Qn+1=Qn。换句话说，J=K=1时，每遇到一个CP的下降沿，则Q翻转一次。,2.动作特点：,（1）分两拍；,（2）输出Q是由下降沿来临之前的Q决定的；,（3）J=K=1时，触发器遇一个CP下降沿就翻转一次；,图5.4.4 具有多输入端的主从 J K 触发器,P228,触发器回顾：,1.基本RS触发器,(1)输出有三种形式，置位Q=1、复位Q=0、保持原状态；,(2)S为置位输入端，R为复位输入端，可以是低电平有效，可以是高电平有效，取决
8、于触发器的结构；,(3)动作特点：输出随时由输入决定。,2.电平触发触发器,(1)、(2)同基本RS触发器；,(3)动作特点：CP=0时，触发器不动作（保持原状态）；CP=1时，输出由输入决定，若RS变化多次，输出可能变化多次。,3.脉冲触发的触发器,(1)、(2)同基本RS触发器；,(3)动作特点：分两拍 CP=1时，主触发器的输出Q由RS决定，从触发器不动；,主从JK触发器,(1)输出有四种形式：置位、复位、保持和翻转。,(2)同基本RS触发器；,4.2.4 边沿触发触发器,引出：在前述的脉冲触发的触发器中，虽然一个CP周期内的输出Q最多只会改变一次，已经提高了抗干扰能力，但是在CP=1期
9、间，当R、S多次变化时，主触发器仍出现多次空翻的现象。,为进一步提高触发器的可靠性，提高抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅取决于CP信号的下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态。而在此之前和之后输入状态的变化对触发器的次态没有影响。为实现这一设想，人们相继研制成了各种边沿触发器。,目前的边沿触发器有：利用CMOS传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器和利用门电路传输延迟时间的边沿触发器。,1.利用CMOS传输门的边沿触发器(上升沿触发器),如此CP周而复始，Q总是反映CP上升沿时刻的D。,动作特点：,输出状态的转换发生在CP上升沿且仅取决于CP上升沿时刻的输入D；输出状态会保持到CP的下一个上升沿
10、。,CMOS边沿触发器的特性表(P232 表5.5.1)：,符号：,SD和RD代表异步置位和复位输入端；“”表示边沿触发，且是上升沿触发；,2.维持阻塞触发器(上升沿触发器),若电路中没有原图中的根连线，则该图就是一个同步RS触发器。在整个CP=1期间，输出随输入变化而变化。是电平触发而不是边沿触发。,若在电路中增加两根连线，则G3、G5是一个基本RS触发器，G4、G6是一个基本RS触发器。在CP由0上升为1的瞬间，两个触发器分别锁存输入的RS信号。即使RS信号无效后，仍能记忆CP上升沿时刻的状态，并且维持下去。因此也称维持线。,3.利用传输延迟时间的边沿触发器(下降沿触发器),工作原理不作讲
11、解。,P203 触发器的特性表,4.3 触发器的逻辑功能及其描述方法,上节是站在电路结构的角度对触发器进行了分类：有基本RS触发器、电平触发的触发器、脉冲触发的触发器和边沿触发器。,本节是站在逻辑功能的角度对触发器进行了分类：有RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器。,值得注意的是：电路结构和逻辑功能不具有一一对应关系。,(1)P222图5.3.4,由电平触发的触发器构成，且为电平触发；(2)P231图5.5.1,由CMOS传输门边沿触发器构成，且为上升沿触发；(3)P234图5.5.5,由维持阻塞结构的边沿触发器构成，且为上升沿触发；,总之，以上几种结构的D触发器，它们的逻辑功能都是相同
12、的，D=0，则Q=0;D=1，则Q=1。不同之处在于电路结构不同，触发方式可能不同。,同理，边沿触发器电路结构也可构成JK触发器、D触发器、T触发器等，不详细介绍。,以下站在逻辑功能的角度讨论钟控触发器。,1.RS触发器,不论电路结构为何种形式，也不论触发方式为电平触发还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为RS触发器。,a.RS触发器的特性表,b.由特性表写逻辑函数式,无关项：,利用无关项化简：,化简结果：,c.状态转换图,状态转换图是将来分析时序电路的重要手段，这里只是认识一下。,总之，一个触发器的逻辑功能有3种描述方法：即特性表、特性方程和状态转换图。,2.JK触发器,不论电路结
13、构为何种形式，也不论触发方式为电平触发还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为JK触发器。,a.JK触发器的特性表,b.由特性表写逻辑函数式,利用卡诺图化简：,化简结果：,c.状态转换图,3.D触发器,不论电路结构为何种形式，也不论触发方式为电平触发还是边沿触发，只要逻辑功能满足如下特性表，均称为D触发器。,a.D触发器的特性表,b.由特性表写逻辑函数式,c.状态转换图,4.T触发器(通常由集成的JK触发器构建),a.T触发器的特性表,由特性表可以看出：当T=0时，输出保持原状态；当T=1时，每来一个CP信号，输出翻转一次。,b.由特性表写逻辑函数式,T触发器特性方程与JK触发器特性方程非常相似，对比,可知，若令J=K=T则，JK触发器变为T触发器。,c.状态转换图和逻辑符号,总结：,(1)RS触发器完全可由JK触发器替代，且JK触发器不存在状态不确定的问题，因此市场上没有专门的RS触发器，市场上的钟控触发器只有JK触发器和D触发器两种类型。,(2)对于T触发器，当令J=K=T时，为T触发器，当令J=K=1时，为T触发器，二分频器。,应用：,试分别用JK触发器和D触发器做一个二分频器。,(1)JK触发器,令J=K=1,(2)D触发器,令,
