基本RS触发器

第5章触发器5.1基本RS5.25.35.4触发器逻辑功能的相互转换5.5集成触发器及触发器的典型应用重点掌握1．触发器及其特点，触发器现态、次态和时序的概念。2．触发器的电路组成、逻辑功能表示和动作特点。3．触发器逻辑功能之间的相互转换。5.触发器典型应用。概述１．触发器及其特点触发器(FlipFlop，缩写FF)－－能够记忆二值信息(“1”和“0”)的基本时序逻辑单元电路。触发器由门电路构成，分为双稳态触发器、单稳态触发器、无稳态触发器(多谐振荡器)等几种。本章介绍双稳态触发器，两个稳状态分别用“1”和“0”表示。双稳态触发器具有以下基本特点：⑴有两个稳定的状态，以便于记忆“1”和“0”。⑵在输入的触发信号作用下，电路能被置于“1”或“0”。⑶输入信号消失后，电路能保持获得的状态－－具有“记忆”能力。２．触发器现态、次态和时序的概念现态－－输入信号作用的t时刻，触发器所处的状态，用Qn表示。次态－－t时刻输入信号作用后，触发器获得的新状态，用Qn+1表示。时序－－在输入信号作用下，触发器状态更新和演化过程的时间序列。触发器的状态方程：Qn+1(tn)=f[Qn(tn)、xi(tn)]３．触发器的种类根据电路结构的不同，将触发器分为：基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边缘触发器等。根据逻辑功能的不同，将触发器分为：RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。根据时钟触发方式不同，将触发器分为：同步(电平)触发器和边缘触发器等。不同的电路结构，有不同的动作特点；不同的逻辑功能，有不同的工作原理。了解触发器的这些特点，对本章的学习内容十分重要。5.触发器逻辑功能的表示方法⑴逻辑电路－－实现触发器逻辑功能的电路。⑵特性表－－又称功能表，用来反映触发器输出状态的变化规律。⑶特性方程－－又称状态方程，反映触发器输出状态变化的函数式。⑷状态转换图－－反映触发器“0”和“1”两种状态之间转换及条件的图形。⑸时序图－－又称输出状态演化时序波形图，类似组合逻辑电路的波形图。5.1基本RS触发器5.1.1基本RS触发器电路组成及其基本特点5.1.2基本RS触发器工作原理、动作特点5.1.3基本RS触发器逻辑功能的表示5.1.1基本RS触发器电路组成及其特点(a)与非门电路(b)或非门电路图5.1.1基本RS触发器原理电路1．电路组成和逻辑符号与非门和或非门构成的原理电路，如图5.1.1(a)、(b)所示。电路有两个输入端R和S，又称触发信号端；有两个互反的输出端Q和Q。把Q=1，Q=0的状态称为触发器的“1”状态，把Q=0，Q=1的状态称为触发器的“0”状态。&QQSR&≥1QQSR≥1显然，不应该出现Q=Q=0，或Q=Q=1的状态。把这两种状态称为不定态，用“0*”或“1*”表示。与非门和或非门构成的触发器逻辑符号，如图5.1.2(a)、(b)所示。(a)与非门(b)或非门图5.1.2基本RS触发器逻辑符号QQSRQQSR2．基本特点基本RS触发器是一种最简单的触发器，是构成其他种类触发器的基础。两个与非门(或非门)的输入和输出交叉反馈连接而成，使电路具有了一定的记忆能力－－输入触发信号消失，电路也能保持获得的状态。两个触发信号输入端R和S，与非门电路为低电平有效输入方式，或非门电路为高电平有效输入方式。3．基本RS触发器的输入电路和工作状态(a)与非门(b)或非门图5.1.3基本RS触发器输入电路QQRSVCC10k10kRS51051011QQSRVCC51051000RS&&≥1≥15.1.2基本RS触发器工作原理及动作特点1．工作原理基本RS触发器工作原理图示如下。图5.1.4(a)与非门基本RS触发器工作原理&&Q=0，Q=110Q=1，Q=111输入都有效，电路处于不定态1*&&Q=1，Q=001Q=1，Q=111&&Q=0，Q=110Q=1，Q=111Q=1，Q=001&&Q=1，Q=001Q=1，Q=001S有效，置“1”。但从“0”到“1”时历经不定态S=0R=0S=0R=0S=0R=1S=0R=1图5.1.4(b)与非门基本RS触发器工作原理&&Q=0，Q=110Q=0，Q=110S=1R=0&&Q=1，Q=001Q=1，Q=1Q=0，Q=11110S=1R=0R有效，置“0”。但从“1”到“0”时历经不定态。&&Q=0，Q=110Q=0，Q=110S=1R=1&&Q=1，Q=001Q=1，Q=001S=1R=1都为无效输入，电路保持现态不变。即：Qn+1=Qn。问题：⑴电路不输入(等待状态)时，输入触发信号处于什么状态?⑵实际电路中，低电平有效如何实现?图5.1.4(c)或非门基本RS触发器工作原理10≥1≥1Q=0，Q=1Q=0，Q=1R=0S=001≥1≥1Q=1，Q=0Q=1，Q=0R=0S=0都为无效输入，电路保持现态不变。即：Qn+1=Qn。100001≥1≥1Q=0，Q=1Q=0，Q=0R=0S=1Q=1，Q=001≥1≥1Q=1，Q=0R=0S=1Q=1，Q=0S有效，置“1”。但从“0”到“1”时历经不定态0*问题：⑴电路初态都是先设为“0”，输入触发信号都是“00、01、10到11，电路的输出状态有什么不同?⑵实际电路有什么不同?图5.1.4(d)或非门基本RS触发器工作原理0100100010≥1≥1Q=0，Q=1R=1S=0Q=0，Q=1R有效，置“0”。但从“1”到“0”时历经不定态0*010010≥1≥1Q=1，Q=0Q=0，Q=0R=1S=0Q=0，Q=1≥1≥1Q=0，Q=1Q=0，Q=0R=1S=1≥1≥1Q=1，Q=0Q=0，Q=0R=1S=1输入都有效，电路处于不定态0*总结：不论Qn=0(Qn=1)，还是Qn=1(Qn=0)，只要R和S均为有效输入时，电路将处于不定状态。与非门电路的不定态为“1*”，或非门电路的不定态为“0*”。不论Qn=0(Qn=1)，还是Qn=1(Qn=0)，只要R无效S有效，最终电路被置为“1”状态，即：Qn+1=Qn=1，Qn+1=Qn=0。(由“0”状态置为“1”状态时历经不定态)。不论Qn=0(Qn=1)，还是Qn=1(Qn=0)，只要R有效S无效，最终电路被置为“0”状态，即：Qn+1=Qn=0，Qn+1=Qn=1。(由“1”状态置为“0”状态时历经不定态)。不论Qn=0(Qn=1)，还是Qn=1(Qn=0)，当R和S均为无效输入时，都将使Qn+1=Qn=0，Qn+1=Qn=1；或Qn+1=Qn=1，Qn+1=Qn=0。基本RS触发器保持现态不变，表示为Qn+1=Qn。2．基本特点⑴电路由两个与非门(或非门)的输入和输出交叉反馈连接而成，因此电路具有了一定的“记忆”能力。⑵电路有两个稳定状态，分别用“0”和“1”表示。即：Qn=0(Qn=1)，Qn=1(Qn=0)。⑶两个输入端R和S，与非门构成的电路为低电平有效输入方式，用反变量表示；或非门构成的电路为高电平有效输入方式，用原变量表示。⑷工作速度高，但抗干扰能力差。3⑴在输入信号作用下，电路能够被置“1”或置“0”，且具有一定的“记忆”能力。⑵在输入信号作用的全部时间内，电路的输出状态都有可能改变。⑶当输入信号都有效时，电路输出状态无法确定－－不定态。⑷从“0”置“1”和从“1”置“0”时，电路分两步动作，且以不定状态过渡，因此，有约束条件。触发器状态演化的时序过程：t时刻，触发器的现态Qn，在输入触发信号作用下获得次态Qn+1的演化时序过程，如图5.1.5所示。图5.1.5触发器状态演化的时序示意图QQSRQnQnRSQn+1Qn+1时间轴t时刻QnR、SQn+1△t→tpd5.1.3基本RS触发器的逻辑功能表示触发器的功能可采用逻辑图(逻辑符号)、特性表、特性方程、状态转换图、时序波形图(又称时序图)来描述。1．特性表和特性方程根据对基本RS触发器工作原理的分析，列表5.1.1就是基本RS触发器特性表。由表可以写出特性方程。在写特性方程时，把“不定态”当“1”来考虑，这就相当有约束存在。当然，也可用卡诺图来表示和化简，如图5.1.6所示图5.1.6卡诺图表示及其化简QnRS=00RS=01RS=10RS=11Qn+100101*11101*说明保持Qn+1=Qn置“1”Qn+1=1置“0”Qn+1=0不定态1*表5.1.1基本RS触发器特性表RSQnQn+1说明000101保持Qn+1=Qn010111置“1”Qn+1=1100100置“0”Qn+1=011011*1*不定态1*00011110011×11×RSQnQn+1=S+RQnRS=0(约束条件)2．状态转换图状态转换图如图5.1.7所示，简称状态图。R=×S=0R=0S=×R=×S=1R=1S=×图5.1.7状态图013．时序波形图基本RS触发器的时序图如图5.1.8所示，设电路初态Q=0。图5.1.8时序波形图不定态SQRQ【思考题】1．基本RS触发器输入的触发信号消失后，电路还能否保持获得的次态不变(记忆能力)?2．电路处于等待触发的状态时，输入端、输出端应处于什么状态?3．按逻辑功能的不同，触发器有哪几种类型？基本RS触发器电路结构有什么特点?可以实现几种功能?5.输入触发信号R、S高、低电平有效如何理解?5．基本RS触发器的不定状态有几种情况?6．基本RS触发器的动作特点是什么?5.2同步触发器5.2.1同步RS5.2.2JK、D和T5.2.3同步JK5.2.4同步D触发器5.2.5同步T触发器RDSDRDSD5.2.1同步RS触发器图5.2.1所示，是与非门和或非门构成的同步RS触发器的原理电路。图5.2.1同步RS触发器原理电路RCPSQQRS(a)与非门逻辑电路&&&&G1G2G3G4SCPRQQSR(b)或非门逻辑电路≥1G1G2G3G4≥1≥1≥1异步控制原理－－以与非门电路为例。从电路的结构可以看出，异步控制不仅能直接影响输出，而且能直接锁定输入。控制原理分析如下。是低电平输入有效直接置“0”、置“1”端，设置触发器的初状态。二者不能同时有效输入，即只能输入或者输入RD、SDRD=0，SD=1；RDSDRCPSQQRS&&&&G1G2G3G4RD=1，SD=0。即异步置“1”，门G1、G4锁定，输出Q=1，R=1，则：Q=0，门G3也被锁定，触发器置“1”，直至异步控制消失。RD=1，SD=0即异步置“0”，门G2、G3锁定，输出Q=1，S=1，则：Q=0，门G4也被锁定，触发器置“0”，直至异步控制消失。RD=0，SD=1异步控制端存在有效输入时，电路被锁定为“0”状态或“1”状态，输入也被封锁，其级别最高。图5.2.2所示，是同步RS触发器的逻辑符号。QQRCPSDDSR(c)QQRCPS(b)DDSRQQRCPS(a)DDSRQQRCPS(d)图5.2.2同步RS触发器的逻辑符号DDSR电路输入端增加了时钟控制的门电路，触发器能否工作取决于时钟控制信号是否有效。电路有了时钟控制，才真正具有了时序工作基础。２．工作原理对与非门构成的同步RS触发器进行分析。CP=0期间电路被封锁不工作；CP=1期间电路工作原理如下：图5.2.3(a)与非门同步RS触发器工作原理1110CP=1&&&&S=0R=0Q=0，Q=1Q=0，Q=11101CP=1&&&&S=0R=0Q=1，Q=0Q=1，Q=0都为无效输入，电路保持现态不变。即：Qn+1=Qn。1010CP=1&&&&S=0R=1Q=0，Q=1Q=0，Q=110011110CP=1&&&&S=0R=1Q=1，Q=1Q=1，Q=0Q=0，Q=1R有效，置“0”。但从“1”到“0”时历经不定态。图5.2.3(b)与非门同步RS触发器工作原理01101101CP=1&&&&S=1R=0Q=1，Q=1Q=0，Q=1Q=1，Q=00101CP=1&&&&S=1R=0Q=1，Q=0Q=1，Q=0R有效，置“0”。但从“1”到“0”时历经不定态。0010CP=1&&&&S=1R=1Q=1，Q=1Q=0，Q=10100CP=1&&&&S=1R=1Q=1，Q=1Q