SR触发器原理

JHR第六章触发器【本章主要讲授内容】1.触发器的性质与分类；2.触发器的功能；3.触发器的结构和触发方式；4.触发器的时间参数。【本章重点、难点内容】1.重点：各种逻辑功能的触发器及其应用2.难点：触发器的应用JHR概述时序逻辑电路与组合逻辑电路的不同之处在于，它的输出不仅与当前的输入有关，而且还与前一时刻的电路状态有关。因此，时序逻辑电路需要对前一时刻的状态进行记忆，完成记忆功能的部件称为存储单元。触发器就是时序逻辑电路中实现记忆功能的基本存储单元。本章主要介绍触发器的性质、功能和结构，触发器的触发方式，及常用的集成电路触发器。JHR第一节触发器的性质与分类一、触发器的基本性质在数字系统中，常常需要记忆和存贮各种数据和信息，实现这些记忆和存贮的电路叫做双稳态触发器，简称触发器。双稳态触发器具有两个稳定的工作状态，即端Q＝1，＝0是一种稳定的工作状态；Q＝0，＝1是触发器的另一种稳定状态。如果没有信号的触发，触发器将永远保持原来的状态不变（不能断电）。利用触发器的这一特点，可以用来存贮和记忆信息。QQJHR一个触发器可以记忆和存贮一位二进制信息。触发器是一种最基本的记忆单元电路。它除了记忆和存贮单元外，也可以构成各种计数器。二、基本RS触发器1.基本RS触发器电路组成和工作原理基本RS触发器由两个与非门交叉耦合组成。符号原理图与非门逻辑规律：有0出1，全1出0JHR二、基本RS触发器工作原理QQ、是触发器的输出端，当Q＝0，＝1时，称触发器状态为0；Q＝1，＝0时称触发器状态为1。即用触发器Q端的值表示触发器的状态。是触发器的信号输入端，端称为触发器的置1（或称为置位）输入端；端称为触发器的复0（或称为复位）输入端。根据与非门的逻辑关系有：（1）当＝0，＝1时，则＝1，Q＝0，触发器被复0（即触发器的状态为0）。QQRS、QSRRSJHR（2）当＝1，＝0时，则＝0，Q＝1，触发器被置1（即触发器的状态为1）。（3）当＝1，＝1时，触发器的状态不会发生变化，即触发器具有保持的功能。（4）当＝0，＝0时，＝1，Q＝1，触发器两个输出端均为1，这是不允许的，称不确定状态，QQ三、基本RS触发器功能描述1.真值表RSRSRSJHR基本RS触发器的真值表QQJHR2.状态转移表001101不定不定100101010011110111000001Qn＋1QnRS　简写形式01Qn不定10011100Qn＋1RS　Qｎ表示原状态Qｎ＋1表示新状态JHR3.特性方程0RQSQ1RSnn＋＝＋4.波形图SQSRRQJHR第二节时钟触发器的逻辑功能预备知识：1.几个术语和符号①时钟输入端CP－时钟脉冲的输入端，通常输入周期性时钟脉冲。②数据输入端－也称控制输入端。对SR触发器，控制输入端是S和R；对D触发器，控制输入端是D；对JK触发器，控制输入端是J和K；对T触发器，控制输入端是T。③初态Qn－某个时钟脉冲作用前触发器的状态，即原状态。JHR④次态Qn+1－某个时钟脉冲作用后触发器的状态，即新态，也称现态。2.表达时钟触发器的逻辑功能，常采用的四种形式①功能真值表功能真值表以表格的形式表达在一定的控制输入下，在时钟脉冲作用前后，初态Qn向次态Qn＋1转化的规律，通常也称“状态转换真值表”。②激励表激励表以表格的形式表达为在时钟脉冲作用下实现一定的状态转换（初态Qn→次态Qn＋1），JHR应有怎样的输入条件。③状态图以图形的形式表达在时钟脉冲作用下，状态变化与控制输入之间的关系，也称状态转换图。④特性方程以方程的形式表达在时钟脉冲作用下，次态Qn＋1与控制输入及初态Qn之间的逻辑函数关系。JHR一、SR触发器1.同步式SR触发器的逻辑原理图及功能真值表SRJHRSR触发器功能真值表由功能真值表可归纳如下：SR＝00状态不变SR＝01置0SR＝10置1SR＝11不定JHR2.激励表SR触发器激励表3..状态图JHR4.特性方程如将功能真值表所表示的触发器逻辑功能，经次态卡诺图的化简，便可得到该时钟触发器的逻辑表达式－－特性方程。特性方程反映出次态Qn＋1和数据输入（S、R）、初态（Qn）之间的关系：JHR01RSQRSQnn（约束条件）约束条件是为了避免触发器状态不定而给数据输入S、R规定的限制条件。JHR二、D触发器1.同步式D触发器逻辑电路图、功能真值表D触发器功能真值表JHR2.激励表D触发器激励表3.状态图4.特性方程DQn1JHR三、JK触发器1.同步式JK触发器逻辑电路图、功能真值表JK触发器功能真值表JHR2.激励表JK触发器激励表3.状态转换图JHR4.特性方程nnnQKQJQ1四、T触发器T触发器是JK触发器在J＝K条件下的特例，T触发器只有一个控制输入端T。1.T触发器逻辑电路图JHR2.功能真值表T触发器功能真值表JHR3.激励表T触发器激励表4.状态转换图JHR5.特性方程nnnQTQTQ1T＝0时，触发器保持原状态不变，即Qn+1＝Qn;T＝1时，触发器翻转，即Qn+1＝。nQJHR第三节时钟触发器的结构形式及触发方式一、同步式触发器时钟触发器的各种结构形式中最简单的是同步式触发器。所谓时钟触发器的触发方式是指时钟触发器在CP脉冲的什么时刻接收控制输入信号，并且可改变状态。1.同步式触发器的触发方式现以同步式D触发器为例来分析。JHR电路图工作原理在CP脉冲为低电平时门3、门4被封锁，这时不管输入信号D是“0”，还是“1”，它们的输出、均为高电平，门1、门2是基本触发器，在、均为高电平时，不可能改变原状态。RSRSJHR当时钟脉冲CP到来，CP为高电平时，门3、门4的封锁被解除，它们的输出则由当时的输入数据来决定：若D＝1时，＝0、＝1，基本触发器状态为“1”；若D＝0时，＝1、＝0，基本触发器状态为“0”。综上分析可知：同步式触发器在CP高电平期间接收控制信号，并改变状态，这种触发方式称为CP高电平触发方式，或简称电平触发。RSRSJHR2.同步式时钟触发器的毛病－－－空翻同步式时钟触发器的触发方式是CP高电平触发，若在CP高电平期间，控制输入端状态改变，触发器的输出状态会跟着改变。如果在一个时钟脉冲作用下，触发器的状态发生了两次或两次以上的翻转，变就叫做“空翻”。对于触发器来说，“空翻”意味着失控，即触发器的输出不能严格地接时钟节拍动作。JHR现以SR触发器为例来说明空翻现象：在一个时钟脉冲内，触发器输出状态变化了五次，这就是“空翻”现象。JHR为克服空翻现象，实现触发器状态的可靠翻转，对其进一步改进，产生了许多种结构的触发器，应用较多和性能较好的有维持阻塞触发器、主从式触发器和边沿触发器。二、维持阻塞触发器维持阻塞型触发器是利用电路的维持阻塞线所产生的“维持阻塞”作用来克服“空翻”现象的时钟触发器。维持阻塞型触发器大部分都做成D型触发器，它的触发方式是边沿触发（一般为上升沿触发），即仅在时钟脉冲上升沿接收控制输入信号并改变状态。JHR1.电路结构及逻辑符号置0维持线置1维持线①－置0阻塞线；②－置1维持线；③－置1阻塞线；④－置0维持线。JHR逻辑符号表示1D1CQQDCP2.工作原理CP＝0时，门3、门4被封锁，Q3＝1、Q4＝1，基本SR触发器保持原状态，即Qn+1＝QnCP＝1时，若D＝1，则门6导通，Q6＝0；门5截止，Q5＝1。门4截止，Q4＝1，门3导通，Q3＝0，且Q3反馈至门4及门5输入端，使得门4、门5的输出端均为Q4＝Q5＝1。JHR由于门3的输出Q3＝0，门1截止，输出Q＝1，门3的两条反馈线使得该电路1态，阻止该电路牌0态。若D＝0，则门6截止，门5导通，Q6＝1，Q5＝0。则Q4＝0，Q3＝1，Q＝0，门4的输出反馈至门6的输入端，门6截止，此时D外部激励变化不能改变门6的状态，使电路牌逻辑0态。在反馈线的作用下，逻辑电路能够防止空翻现象发生。维持阻塞型D触发器也称边沿D触发器。3.维持阻塞D触发器的激励表JHR三、边沿触发器边沿触发器是利用电路内部速度差来克服空翻现象的时钟触发器。边沿触发器的触发方式是边沿触发，一般多采用下降沿触发方式，即仅在CP下降沿时刻接收控制输入信号并改变状态。对边沿触发器，不要求掌握其内部结构和工作原理，只要求掌握其边沿触发方式的特点。现举例说明其工作情况：JHR【例2】一个下降沿触发的JK功能边沿触发器，其初态为“0”，在已知CP、J、K波形的作用下，试画出其输出Q、的波形。Q、的波形画法如下：QQJHR第1个脉冲下跳沿时，因为J＝1、K＝0，Qn+1＝1，因此JK触发器会由“0”变“1”，其输出Q由0→1。第2个脉冲下跳沿时，因为J＝0、K＝1，Qn+1＝0，因此JK触发器由“1”变“0”，其输出Q，由1→0。第3个脉冲下跳沿时，因为J＝K＝1，Qn+1＝＝1，因此JK触发器由“0”变“1”，输出Q由0→1。第4个脉冲下跳沿时，因为J＝K＝0，Qn+1＝Qn＝1，因此JK触发器维持“1”状态不变，其输出Q、也保持原先的1、0状态。nQQJHR四、主从触发器主从触发器具有“主从结构”，并以“双拍工作”方式工作，以其主从触发方式克服空翻现象。（一）主从JK触发器1.电路结构及逻辑符号主触发器从触发器JHR2.工作原理当脉冲CP＝1时，门7、门8被打开，而门3、门4被封锁，此时主触发器按照输入信号J、K的状态翻转，而从触发器则保持原状态不变。当CP由1回0时，门7、门8被封锁，因而在CP＝0的整个时间段内，主触发器的状态不会改变。与此同时，门3、门4被打开，从触发器就按照与主触发器相同的翻转。使触发器在CP的一个变化周期中，其输出状态只改变一次，从而有效地克服了空翻现象。JHR综上分析工作原理分两步完成：（1）在CP＝1时，主触发器接收信号，而从触发器状态不变。（2）在CP的下降沿，将主触发器的状态传送给从触发器，使得nnnQKQJQ1＋＝＋特性方程并在CP＝0期间保持不变，此时主触发器不接收信号。这样就保证了整个时钟周期内，从触发器只能在CP由1→0这一瞬间发生一次状态变化。JHR3.主从JK触发器状态表由状态表可归纳如下：JK＝00状态不变JK不同与J相同JK＝11次态取非4.波形图JHRJHR五、时钟触发器的直接置位和直接复位除了时钟脉冲输入端及触发器输出端外，绝大多数实际的触发器电路还有以下两个输入端：①直接置位输入端直接置位输入端也称作“直接置1端”，记着。②直接复位输入端直接复位输入端也称作“直接置0端”，记着。dSdRJHRJHR、为低电平有效，要把触发器置成“0”状态时可在端加一负脉冲；要把触发器置成“1”状态时可在端加一负脉冲。但不允许同时出现＝0，＝0。触发器工作时＝1，＝1。由此可见，时钟触发器可以通过以下两种途径改变状态：（1）不管CP和控制输入信号如何，通过直接置位端和直接复位端改变状态。（2）在和为“1”的前提下，通过时钟脉冲CP和控制输入端改变状态。dRdSdRdSdRdSdRdSdSdRdSdRJHR六、触发器的逻辑符号带置位、复位输入的上跳沿触发D触发器的新标准符号带置位、复位输入的下跳沿触发JK触发器的新标准符号JHR通过前面对各类触发器的分析可得：触发器的基本性质有两个：一是有两个稳态Q＝0，＝1；二是可触发翻转。因此触发器可以用来存储二进制信息。QJHR［例题1］设维持阻塞D触发器的初始状态Qn＝0。试画出在如图所示的CP、D信号作用下触发器Q端的工作波形。维持阻塞D触发器是一个上升沿触发的触发器。QJHR［例题2］将如图所示波形作用在下降沿触发的边沿式触发器上，试画出触发器Q端的工作波形。设初态Qn＝0。QJHR［例题3］已知CP脉冲，对如图所示电路，画出其输出波形。设触发器的状态Qn＝1。CPQQ［解］解答这类问题的关键，是要能根据电路图列出相应的次态方程，然后分析它的触发脉冲是谁产生的以及触发器的状态翻转变化的情况。在此基础上画出输出波形图。JHR0Q1QQQKQJQ111111n＝＋＝＋nnnnnCPQ［例题4］已知CP脉冲，对如图所示电路，画出其输出波形。