第五章 触发器

1第五章集成触发器§1基本RS触发器§2同步触发器§3主从触发器§4边沿触发器§5集成触发器§6不同功能触发器间的转换2触发器的基本概念：是具有记忆功能的基本逻辑单元，能够存贮一位二进制信息。触发器的基本特点：①有两种能够自行保持的稳定状态：0、1；②有一对互补输出Q和/Q。③不同触发信号可以将触发器设置成“0”或“1”状态；3④触发信号撤除后，输出状态维持不变；⑤可能有时钟输入端CP；⑥输出状态不仅与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关。4触发器的分类：电平触发边沿触发按结构分类：基本RS触发器钟控RS触发器主从触发器边沿触发器按功能分类：RS触发器JK触发器D触发器T触发器T´触发器按触发方式分类：5DRDS/R/S一、电路结构§1基本RS触发器由两个与非门交叉耦合构成。只有当低电平或负脉冲作用于输入端/R、/S时，触发器的状态才能发生变化。6在触发器中，通常用Q的状态表示触发器的状态，即:Q=0为触发器为“0”状态(/Q=1)Q=1为触发器为“1”状态(/Q=0)71、输入R=1,S=1时二、工作原理①若原状态：Q=0,/Q=1次态输出：Q=0,/Q=101110110&G1&G2QQ/R/S8结论：输入/R和/S为11时,输出保持原状态不变。②若原状态：Q=1,/Q=0次态输出：Q=1,/Q=010111001&G1&G2QQ/R/S92、输入R=0,S=1时①若原状态：Q=0,/Q=1次态输出：Q=0,/Q=101010110&G1&G2QQ/R/S10②若原状态：Q=1,/Q=0次态输出：Q=0,/Q=110011110&G1&G2QQ/R/S结论：输入/R和/S为01时,输出为“0”状态。113、输入R=1,S=0时①若原状态：Q=0,/Q=1次态输出：Q=1,/Q=001101011&G1&G2QQ/R/S12②若原状态：Q=1,/Q=0次态输出：Q=1,/Q=010101001&G1&G2QQ/R/S结论：输入/R和/S为10时,输出为“1”状态。13不论原态如何，输出全是14、输入R=0,S=0时0011&G1&G2QQ/R/S结论：输入/R和/S为00时,输出Q=/Q=1,违背互补原则。14基本RS触发器小结：（1）/R/S=11，“保持”状态（2）/R/S=01，“复位”状态（3）/R/S=10，“置位”状态（4）/R/S=00，“禁用”状态正常工作时，输入信号应遵守/R+/S=1的约束条件，即不允许输入同时为“0”。15注：⑴触发器的新状态或次态为Qn+1⑵触发器的原状态或初态为Qn基本触发器的真值表：约束条件:R+S=1DRDS/R/S/R/SQn+100禁用01010111不变16三、状态图表及特征方程1、RS触发器状态表/R/SQnS0100011110dd000111RQnQn+1172、特征方程：Qn+1=S+/R·Qn/R+/S=1（约束条件）18独立状态——有标号的圈表示转移方向——现态次态转移条件——输入条件三要素3、RS触发器状态图01/R/S100111011110194、RS触发器的波形图20四、由或非门构成的基本RS触发器R、S端为高电平时表示有输入信号，为低时表示无有效信号。21（1）RS=00，“保持”（2）RS=01，S端触发，置位（3）RS=10，R端触发，复位（4）RS=11，破坏了输出互补规律，禁用。1、工作原理222、状态表及特征方程RSQnS01000111100111dd00Qn+1RQn特征方程：Qn+1=S+/RQnSR=0（约束条件）23比较与非门和或非门基本RS触发器:与非门RS触发器特征方程：或非门RS触发器特征方程：结论：只有约束条件不同Qn+1=S+/R·Qn/R+/S=1（约束条件）Qn+1=S+/RQnSR=0（约束条件）24输入信号直接加在输出门上，输入信号全部作用时间内，都能直接改变输出端的状态。故为电平触发方式。基本RS触发器的动作特点：优点：电路结构简单，是各类触发器的结构基础。缺点：输出受电平直接控制，电路抗干扰能力下降；约束条件的限制，使用不便；不受统一时钟控制，使得多个触发器无法统一工作。25触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。该同步信号叫做时钟脉冲（或时钟信号），简称时钟，用cp表示。受时钟信号控制的触发器称为钟控触发器。§2钟控RS触发器（同步RS触发器）26由G1、G2组成基本RS触发器,由G3、G4组成输入控制电路。R为复位端，S为置位端。cp控制翻转时间，R、S决定翻转状态。QRSQcp1R1SC1一、电路结构&&G1RQG2SQ&&cpG3G427二、工作原理CP=0时：3、4门输出恒为1，R、S不影响输出状，触发器维持原状态不变。CP=1时：R、S信号通过G3、G4反相加到基本RS触发器上，使触发器状态跟随输入信号状态的变化而改变。基本RS触发器&&G1RQG2SQ&&cpG3G4110RS28真值表（CP=1时）约束条件:R•S=0cp=1的全部时间内，R、S变化都将引起触发器状态变化。为电平触发方式。RSQn+1功能说明00011011Qn10d不变置1置0不定三、动作特点29四、功能描述方法1.状态表利用约束条件求特性方程：Qn+1=S+RQnR•S=02.特性方程（CP=1时）10001111001RSQnd01100dQn+1303.状态转换图01RS011000100001314.波形图32（1）为了解决钟控R-S触发器在R=1、S=1时次态不确定问题；（2）为适应单端输入信号的场合；可把钟控RS触发器改做成D触发器。即：使S=D、R=/D，如下页图所示：说明：33D触发器：Qn+1=D输入端D&G1&G2QQ&G3&G4CP控制端Qn+1=S+RQn=D＋DQn=DRSQ/Q34D触发器功能表:波形图：CPDQCP=1期间，输出状态跟随D变化，CP↓时，输出状态被锁存。锁存的内容是CP下降沿瞬间D的值。工作原理：DQn+10011/Q35CPDQ上述D触发器的不足:存在空翻现象广泛使用的D触发器是一种可防止空翻的集成D触发器，即：维持阻塞D触发器。36一、主从RS触发器1.电路结构：QQCP&&&&&&&&G3G1G7G5G9G4G2G8G6SRQ/Q/1主触发器从触发器§3主从触发器377、8门打开，输入信号R、S接收进去。如：RS=01→Q'=1；2.工作原理（1）CP（设初态Qn=0）3、4门被封锁，维持原状态不变，Q=0；从：/cp=0主：cp=1&&&&&&&&G3G1G7G5G9G4G2G8G6SRQ/Q/1CPCPQQ01101010称上升沿存贮准备阶段387、8门被封锁，隔断主触发器与R、S的联系。使Q'=1维持不变；(Q'=1)从：/cp=1（2）CP&&&&&&&&G3G1G7G5G9G4G2G8G6SRQ/Q/1CPCPQQ01101010主：cp=0013、4门打开，可以翻转，决定于Q’、/Q’，则Qn+1=Q'=1，称下降沿触发翻转阶段39(3)cp=0期间①主触发器与R、S无联系，即R、S变化不能使Q’变化。②从触发器翻转后，由于Q’和/Q’不变，故输出Q也不再变，即一个脉冲，只能翻转一次，无空翻现象。403.状态转换真值表及特征方程QnSRQn+1000000100101011不定100110101101111不定Qn+1=S+/RQn(CP↓沿有效)RS=0（约束条件）特征方程：当CP下降沿到来时：保持复位置位41CPRSQ4.波形图42（1）主从RS触发器，完成RS触发功能，但仍有约束：R·S=0；说明:（2）动作特点：CP↑开始准备；CP↓翻转；（3）当CP↓到来时，主触发器状态根据CP=1期间R、S变化的情况而定。若CP=1期间输入违反了约束条件，将导致触发器输出不确定。因此电路的结构还需要改进。43二、主从J-K触发器目的：改进电路，克服CP=1时输入约束条件原理：CP↑，接收输入信号并暂存到主触发器，此时从触发器被封锁，保持原状态不变。CP↓，主触发器状态传送到从触发器，是从触发器输出变到新的状态。44主从J-K触发器的描述：功能表12JKQn+1功能说明00Qn不变010置0101置111/Qn翻转1nQJQKQ特征方程：卡诺图00011110QJK010111000145JK=00，01JK=10，0001JK=11，01状态转换图JK=10，1146cpJK时序图JKQn+100Qn01010111QnQ47注意：一次变化问题CP=1期间，输入信号J、K不能变化，否则可能产生误动作。有两种情况会产生错误：Qn=0时，J：由0误翻为1Qn=1时，K：由0误翻为148分析：CP=1Qn=0时，J：由0误翻为1CPJKQ/Qt1t2Q’0149主从J-K触发器的特点：（1）后沿型触发器，无空翻现象发生（2）存在一次变化问题。故要求CP=1期间输入信号保持不变。（3）CP上升沿采样J-K值，CP下降沿新状态被输出自行分析：CP=1期间，Qn=1时，K：由0误翻为1的过程50§4边沿触发器目的：解决空翻和一次变化问题边沿触发方式：仅在时钟边沿瞬间起触发作用，抗干扰能力强。51&&&&G1/QQ&&G7G2G3G4G5G6/SD/RDCPD置1阻塞线置0阻塞线置1维持线置0维持线一、维持阻塞D触发器上升沿采样并将新状态输出52维持阻塞线路的作用：仅当CP的上升沿出现的一瞬间，D端的数据才能置入触发器。/RD和/SD的用途：/RD：直接复位端，低电平有效/SD：直接置位端，低电平有效注意：不允许/RD和/SD同时有效53逻辑符号QDcpQ上升沿触发置位端复位端D/RD/S54功能表：CPDQn+10Qn1Qn0011上升沿触发特征方程:Qn+1=D（CP↑）55CPDQ(设原态Q=1)DRDS异步清0异步置1变0转0变0变0转1Qn+1=Dn时序图：56QJcpKQ逻辑符号：二、边沿JK触发器(74LS112)下降沿采样并将新状态输出57功能表:CPKQn+10Qn1Qn↓00↓10J0Qn1↓011↓1Qn58特征方程:Qn+1=J·/Qn+/K·Qn(CP↓)在CP=1和CP=0期间保持原状态不变，只有在CP↓到来时，根据上特征方程改变输出状态59波形图CPJKQQ60§5集成触发器一、集成D触发器1、逻辑符号QDcpCPQDRDS不允许置位和复位信号同时有效当置位和复位信号有效时，触发器的状态立即被确定，不受CP和D的控制，CP上升沿有效/SD/RD612、特征方程Qn+1=D/SD./RD=1同步工作时(约束条件)Qn+1=SD+/RD.Qn/SD+/RD=1异步工作时(约束条件)623、波形图CPDQDRDS/RD/SD63二、集成JK触发器G9KJ&&&&&&&&G3G1G7G5QG4G2G8G6QCPQ/Q/1DSDR异步清零、置位，优先级最高/RD/SD64有些集成电路产品中，输入端有多个，如J1、J2、J3和K1、K2、K3等，则J=J1*J2*J3，K=K1*K2*K3。符号：下降沿状态改变QJcpKQDRDS/SD/RD65三、T触发器目的：实际中仅需要自动翻转和现态保持功能。构成：仅需将J-K端连起来作为T输入端66T触发器功能描述:真值表：特征表：QnTQn+1000011101110特征方程：TQn+10Qn1Qn67四、T’触发器只有翻转功能的触发器，又称翻转触发器、计数触发器，即每来一个时钟脉冲，状态改变一次。CPSDQQRD(1)不单独生产，由其他触发器转换而得;(2)时钟脉冲极性由被转换的触发器决定。说明：68§6不同功能触发器间的转换触发器按功能分有RS触发器，JK触发器，D触发器，T触发器和T’触发器。转换方法：即原输入端→通过转换电路→新触发输入端。求转换逻辑电路。691、D触发器转换成J-K触发器（1）画出J-K触发器的逻辑框图为把D输入转换为J、K输入，需设计一组合电路，以实现从J、K到D的变换。DQQ组合逻辑CPJK触发器KJC组合电路（2）求组合逻辑的逻辑表达