自动化电子线路(4)触发器

第四章触发器4.1概述4.2RS触发器4.3JK触发器4.4D触发器、其他触发器4.5触发器的相互转换4.1概述能够存储1位二进制型号的基本电路单元称为触发器按功能分类RS触发器JK触发器D触发器T触发器T’触发器按结构分类基本RS触发器同步RS触发器主从RS/JK触发器边沿触发器触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。它有两个稳定的状态：0状态和1状态；在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。由于存在记忆（存储），触发器的输出（状态）具有时间性，我们把分析问题时立足点的输出状态称为现态，而把下一个时间点时的输出状态称为次态。tABCD4.2RS触发器开始基本RS同步RS主从RS实例电路结构工作原理特性表次态卡诺图波形图状态转换图动作特点符号说明立即置数与复位.1基本RSQ和Q是触发器的输出端触发器的0状态触发器的1状态假设现在的触发器状态为0状态(现态)1)当RD=0,SD=1时,将得到一个新的触发器状态(次态)01==QQ1状态一.基本RS触发器电路结构与工作原理01==QQ10QQ实际上,无论现态是0状态还是1状态,只要RD=1,SD=0,次态就是0状态;RD=0,SD=1,次态就是1状态。所以,RD叫做复位输入端,也叫置0端，SD叫做置位输入端,也叫置1端。例如现态为0状态,且RD=1SD=0时，次态仍为0状态。显然,现态和次态相同,也就是状态没有改变为了区分现态和次态,规定:2)接着,当RD=1,SD=0时,也将得到一个新的状态(次态)10==QQ0状态1+nnQQ表示现态表示次态此例中nnQQ=+1保持不变3)RD=SD=0时,不管现态是0状态还是1状态,次态都保持原状,即:nnQQ=+14)当RD=SD=1时,不管现态是0状态或是1状态,输出为:0QQ非法状态因此RD=SD=1是不允许输入的信号,即有输入约束条件:RDSD=0总结得到基本RS触发器的真值表:1+nnQQ状态变量（输入）状态输出设：RDSDnQ1+nQ说明0000不变0011不变0101同SD0111同SD1000同SD1010同SD110不定非法111不定非法基本RS触发器的特性表RDSDnQ1+nQ说明000不定非法001不定非法0100同SD0110同SD1001同SD1011同SD1100不变1111不变与非门组成的基本RS触发器的特性表与非门组成的基本RS触发器次态卡诺图X11X10001111001QnRDSDQn+1次态方程01DDnDDnRSQRSQ约束条件nDDDnDDnDDnDnQRSRQSRQSRQRQ)(1考虑约束条件时：nDDDDnDDDnQRSSRQRSRQ1二.基本RS触发器的动作特点RD和SD是直接加在输出门上,在输入信号的作用时间内,都能直接改变输出状态。例如,输入信号如图,看看输出信号情况:SDRDQQ.2同步RS触发器CP是同步信号，叫做时钟脉冲信号，简称时钟信号或时钟。当CP=0时，两个输入与门被封锁，触发器的状态不变；当CP=1时，两个输入与门被打开，触发器的状态由RS决定。当第一个CP=1时决定的触发器状态，只有到下一个CP=1到来时才有可能改变一电路结构例如输入信号如图CPSRQQ同步RS触发器的特性表nQRSnQ1+nQ说明0000不变0011不变0101同S0111同S1000同S1010同S110不定非法111不定非法CP111111110XX不变X约束条件：RS=0带异步置位、复位端的同步RS触发器（a）电路结构（b）图形符号注意图形符号显然，RDSD都不受同步信号的控制所以，称SDRD为异步置位复位端。当SD或RD有效时（输入低电平）输出立即被置位或复位。RDSD不能同时有效。为了设置触发器的初态，有时还增加两个输入信号：SD和RD，如图二同步RS的动作特点时钟电平控制。当CP=0时,触发器的状态不受RS的直接控制,RS的变化不能改变触发器的输出状态;当CP=1时,RS的变化直接影响Q,且RS变化多少次,Q相应地变化多少次。即：多次变化现象.R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。CPQRSCP=0时最后留下的状态是由最后一个不等于00的RS决定.3主从触发器——RS、JK一主从RS触发器的结构及工作原理1）当CP=1，主触发器打开，从触发器被封锁主触发器输出由RS决定从触发器输出保持原状整个触发器的输出状态保持不变2）当CP从1变到0的时刻，主触发器被封锁，从触发器被打开,主触发器的输出保持了CP=1时由RS决定的最后状态，且在整个CP=0期间主触发器的输出保持不变；从触发器的输出由主触发器的输出决定，则从触发器的输出在整个CP=0期间保持不变。所以，整个触发器的输出变化只发生在CP信号的下降沿下降沿时钟CP主从RS触发器的特性表CPSRQ’QQ’QCPSR说明nQ1+nQX不变X00不0011变00000110同0101S1011100不定非111不定法11nQnQCP回到低电平后输出状态不定波形图（时序图）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（下降沿触发）。但其主触发器存在多次翻转现象。而使触发器“空翻”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。二、主从RS触发器动作特点CPRSQ下降沿到来后的状态由CP=1时最后一个不为00的RS决定4.3JK触发器开始主从JK边沿JK电路结构工作原理特性表次态卡诺图波形图状态转换图动作特点符号说明一次变换问题例三、从RS到JK触发器&&&&Q'Q'&&&&QQ1SCPRJK主从JK触发器1）J=1，K=0，若现态为0，则：CP=1时主触发器置1，到CP=0时从触发器也置1，J=1，K=0，若现态为1，则：CP=1时主触发器不变，到CP=0时从触发器也不变所以，J=1，K=0时触发器置1，即：11nQ2）J=0，K=1时，触发器置0，即：01nQ四、主从JK触发器工作原理3）J=K=0时，触发器保持原状不变，即：nnQQ14）J=K=1时，如：0nQ则：CP=1时主触发器置1，CP=0时从触发器也置1即：11nQ同理，如：1nQ触发器置0所以，J=K=1时触发器翻转，即：nnQQ1主从JK触发器的符号主从JK触发器的特性表CPJK说明nQ1+nQX不变X00不0011变00000110同0101J10111001翻1110转11nQnQ次态卡诺图JK00011101111011nQ1+nQ特性方程nnnQKQJQ1五主从触发器的动作特点1.触发器的动作分成两步,一步是CP=1,主触发器接受输入(S.R或J.K)被置成响应的状态;一步是CP下降沿到来时,从触发器根据主触发器的状态翻转。2.因主从触发器都是同步RS触发器,在CP=1期间输入信号都将对主触发器起控制作用。因此会导致主从触发器的一次变换现象。已知CP，J，K的波形，试确定主从JK触发器的输出波形。CPJKQQ例主从触发器只有在CP=1时，输入信号保持不变的情况下，触发器的输出才和特性表一致。CPJKQ’Q’QQ4.4D触发器、其他触发器开始边沿DT/T’电路结构工作原理特性表次态卡诺图波形图状态转换图动作特点符号说明例4.边沿触发器触发器的状态仅取决于CP的上升沿或下降沿到达时的输入信号状态。种类有：维持阻塞触发器CMOS传输门边沿触发器传输延迟边沿触发器CMOS传输门边沿触发器结构当CP=0时,TG1导通,TG2截止,Q’=D,且随D变而变当CP=1时,TG1截止,TG2导通,Q’由于TG2的反馈而被保持,同时TG3也导通则Q=Q’严格遵守：沿前的输入决定沿后的输出D触发器的特性表CPD说明nQ1+nQX不变XX0同0X1D1nQnQ试确定D触发器的输出波形CPDQ例4.3触发器的逻辑功能及描述方法1.RS触发器SR说明nQ1+nQ00不0011变00000110同0101S1011100不定非111不定法11从特性表得到:nnnnQRSQRSQRSQ++=+1RSQRSn+=约束条件:0=SRSR0001110x11x1011nQ1+nQ特性方程:nnQRSQ+=+10=SR状态转换图:2.JK触发器01S=1R=0S=0R=1S=XR=0S=0R=XJK说明nQ1+nQ00不0011变00000110同0101J10111001翻1110转11用卡诺图表示:表示成状态图:JK00011101111011nQ1+nQ得特性方程:nnnQKQJQ+=+101J=1K=xJ=xK=1J=XK=0J=0K=X3.D触发器得特性方程:D说明nQ1+nQX0同0X1D1用卡诺图表示:D010111nQ1+nQDQn=+1用状态转换图表示:01D=1D=0D=1D=04.T触发器状态图:T触发器的特性表:T说明nQ1+nQ00不011变001翻110转1状态方程:nnnQTQTQ+=+101T=1T=1T=0T=0电路符号:1NC14.5触发器的相互转换开始原理D到JKJK到DD到其他JK到其他次态方程例例例4.4触发器功能的相互转换在实际的使用过程中,经常需要把一种触发器转换成另一种触发器,转换方法如下:现有触发器QQ新触发器的输入转换电路1.D触发器到其他触发器的转换一.从D到JK的转换已知D触发器的逻辑功能:从而可以转换电路:DQn=+1且JK触发器的逻辑功能:nnnQKQJQ+=+1由转换方法知,新的JK触发器的次态就是原有D触发器的次态.所以:nnQKQJD+=&1&&KJQQD转换电路D触发器转换成JK触发器的电路图&&&KJQQD1DC1CP二.从D到RSRS的逻辑功能是:nnQRSQ+=+1即有:nQRSD+=则转换图CP&&RSQQD1DC1三.从D到T,T’T触发器的特性方程:nnnQTQTQ+=+1显然有:nnQTQTD+=所以,转换图:&&&TQQD1DC1CP2.从JK触发器到其他触发器的转换一.从JK到D已知JK触发器的特性方程为:对照等式两边有:nnnQKQJQ+=+1D触发器的特性方程:DQn=+1所以DQKQJnn=+变形:nnnnnnDQQDQQDQKQJ+=+=+)(DKDJ==从而得到转换电路:1JC11KDQQCP二.从JK到T,T’由T触发器的特性方程因为当T=1时,T触发器就是T’触发器,所以转换成T’触发器的电路为:nnnQTQTQ+=+1对照JK触发器的特性方程,显然有:TKJ==所以,T触发器的转换电路图为:1JC11KTCP1JC11K1CP4.5小结本章主要内容讲述了RS.JK.D.T等触发器的内部电路,工作方式,特性及其表示方法触发器是时序逻辑电路的基础,要求熟练掌握这几种触发器的特性表,特性方程,状态图表示方法要掌握状态图的画法,和几种触发器的相互转换正确理解现态和次态的时间关系,仔细区别组合逻辑电路和时序逻辑电路,为学习下一章做好准备小结触发器是数字电路的极其重要的基本单元。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为另一个稳态；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。触发器的逻辑功能可以用真值表、卡诺图、特性方程、状态图和波形图等5种方式来描述。触发器的特性方程是表示其逻辑功能的重要逻辑函数，在分析和设计时序电路时常用来作为判断电路状态转换的依据。各种不同逻辑功能的触发器的特性方程为：RS触发器：Qn+1=S+RQn，其约束条件为：RS＝0JK触发器：Qn+1=JQn+KQnD触发器：Qn+1=DT触发器：Qn+1=TQn+TQnT＇触发器：Qn+1=Qn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。