数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院

数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院第5章触发器5.1基本RS触发器5.2时钟控制的触发器5.3集成触发器5.4触发器的逻辑符号及时序图数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.1基本RS触发器5.1.1电路结构和工作原理图5–1基本RS触发器(a)&&RDSDQQQQSDRD(b)数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院基本RS触发器是构成各种功能触发器的基本单元，所以称为基本触发器。它可以用两个与非门或两个或非门交叉耦合构成。图5-1(a)是用两个与非门构成的基本RS触发器，它有两个互补输出端Q和Q，一般用Q端的逻辑值来表示触发器的状态。Q=1，Q=0时，称触发器处于1状态；Q=0,Q=1时，称触发器处于0状态。RD、SD为触发器的两个输入端(或称激励端)。当输入信号RD、SD不变化(即RDSD=11)时，该触发器必定处于Q=1或Q=0的某一状态保持不变，所以它是具有两个稳定状态的双稳态触发器。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院当输入信号变化时，触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状态(简称现态)，用Qn和Qn(或Q、Q)表示，把在输入信号作用后触发器所进入的状态称为下一状态(简称次态)，用Qn+1和Qn+1表示。因此根据图5-1(a)电路中的与非逻辑关系，可以得出以下结果：①当RD=0，SD=1时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一定为0，即Qn+1=0，Qn+1=1，称触发器处于置0(复位)状态。②当RD=1，SD=0时，无论触发器原来处于什么状态，其次态一定为1，即Qn+1=1，Qn+1=0，称触发器处于置1(置位)状态。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院③当RD=1，SD=1时，触发器状态不变，即Qn+1=Qn，Qn+1=Qn，称触发器处于保持(记忆)状态。④当RD=0，SD=0时，两个与非门输出均为1(高电平)，此时破坏了触发器的互补输出关系，而且当RD、SD同时从0变化为1时，由于门的延迟时间不一致，使触发器的次态不确定，即Qn+1=Ø，这种情况是不允许的。因此规定输入信号RD、SD不能同时为0，它们应遵循RD+SD=1的约束条件。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院从以上分析可见，基本RS触发器具有置0、置1和保持的逻辑功能，通常SD称为置1端或置位(SET)端，RD称为置0或复位(RESET)端，因此该触发器又称为置位—复位(SetReset)触发器或RDSD触发器，其逻辑符号如图5-1(b)所示。因为它是以RD和SD为低电平时被清0和置1的，所以称RD、SD低电平有效，且在图5-1(b)中RD、SD的输入端加有小圆圈。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.1.2基本RS触发器的功能描述方法1.状态转移真值表(状态表)将触发器的次态Qn+1与现态Qn、输入信号之间的逻辑关系用表格形式表示出来，这种表格就称为状态转移真值表，简称状态表。根据以上分析，图5-1(a)基本RS触发器的状态转移真值表如表5-1(a)所示，表5-1(b)是它的简化表。它们与组合电路的真值表相似，不同的是触发器的次态Qn+1不仅与输入信号有关，还与它的现态Qn有关，这正体现了时序电路的特点。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院表5–1基本RS触发器状态表数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5–2次态卡诺图×RDSDQ0001111001001×011Qn+1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院2.特征方程(状态方程)描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程或状态方程。对图5-2次态卡诺图化简，可以求得基本RS触发器的特征方程为11DDnDDnRSQRSQ(约束条件)特征方程中的约束条件表示RD和SD不允许同时为0，即RD和SD总有一个为1。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院3.状态转移图(状态图)与激励表状态转移图是用图形方式来描述触发器的状态转移规律。图5-3为基本RS触发器的状态转移图。图中两个圆圈分别表示触发器的两个稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁的标注表示转移条件。图5–3基本RS触发器的状态图RD=1SD=001RD=×SD=1SD=×RD=1RD=0SD=1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院激励表(也称驱动表)是表示触发器由当前状态Qn转至确定的下一状态Qn+1时，对输入信号的要求。基本RS触发器的激励表如表5-2所示。表5–2基本RS触发器的激励表QnQn+1RDSD00011011×110011×数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院4.波形图工作波形图又称时序图，它反映了触发器的输出状态随时间和输入信号变化的规律，是实验中可观察到的波形。图5–4基本RS触发器波形图不定不定QQRDSD数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.2时钟控制的触发器5.2.1钟控RS触发器钟控RS触发器是在基本RS触发器基础上加两个与非门构成的，其逻辑电路及逻辑符号分别如图5-5(a)、(b)所示。图中C、D门构成触发引导电路，R为置0端，S为置1端，CP为时钟输入端。从图5-5(a)看出，其中基本RS触发器的输入函数为CPSSCPRRDD,数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院(a)QQ1S1R(b)图5-5&&RDSDQQ&&CPRSBDCAC1CP数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院当CP=0时，C、D门被封锁，RD=1，SD=1，由基本RS触发器功能可知，触发器状态维持不变。当CP=1时，RD=R,SD=S，触发器状态将发生转移。将RD、SD代入基本RS触发器的特征方程式(5-1)中，可得出钟控RS触发器的特征方程为01RSQRSQnn(约束条件)其中RS=0表示R与S不能同时为1。该方程表明当CP=1时，钟控RS触发器的状态按式(5-2)转移，即时钟信号为1时才允许外输入信号起作用。(5-2)数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院同理还可得出CP=1时，钟控RS触发器的状态转移真值表、激励表分别如表5-3和表5-4所示，状态转移图、时序图分别如图5-6(a)、(b)所示。钟控RS触发器是在R和S分别为1时清“0”和置“1”，称为R、S高电平有效，所以逻辑符号的R、S输入端不加小圆圈。表5–3钟控RS触发器状态转移真值表RSQn+100011011Qn10×数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院表5–4钟控RS触发器激励表QnQn+1RDSD00011011×101100×数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5–6钟控RS触发器的状态图和波形图(a)状态转移图；(b)时序波形R=0S=101R=×S=0S=×R=0R=1S=0(a)RCP(b)不定QS数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.2.2钟控D触发器为了解决R、S之间有约束问题，可以将图5-5(a)钟控RS触发器的R端接至D门的输出端，并将S改为D，便构成了图5-7(a)所示的钟控D触发器，其逻辑符号如图5-7(b)所示。图5-7(a)中，门A和B组成基本触发器，门C和D组成触发引导门。基本触发器的输入为CPDCPSRCPDSDDD当CP=0时，SD=1，RD=1，触发器状态维持不变。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院当CP=1时，SD=D，RD=D，代入基本RS触发器的特征方程得出钟控D同理，可以得出钟控D触发器在CP=1时的状态转移真值表(表5-5)、激励表(表5-6)和状态图(图5-8)。DQn1钟控D触发器在时钟作用下，其次态Qn+1始终和D输入一致，因此常把它称为数据锁存器或延迟(Delay)触发器。由于D触发器的功能和结构都很简单，因此目前得到普遍应用。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5-7D触发器(a)逻辑电路；(b)逻辑符号(a)QQ(b)&&RDSDQQ&&CPDBDCACP1DC1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5-8D触发器状态图01D=0D=0D=1D=1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院表5–5D触发器状态转移真值表DQn+10101QnQn+1D000110110101表5–6Ｄ触发器激励表nQ数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.2.3钟控T触发器钟控T触发器的逻辑电路及符号分别如图5-9(a)、(b)所示。从图中看出，它是将钟控RS触发器的互补输出Q和Q分别接至原来的R和S输入端，并在触发引导门的输入端加T输入信号而构成的。这时等效的R、S输入信号为nnTQRQTS,由于Qn和Qn互补，它不可能出现SR=11的情况，因此这种结构也解决了R、S之间的约束问题。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5–9T触发器(a)逻辑电路；(b)逻辑符号(a)QQ1T(b)&&RDSDQQ&&CPTC1CP数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院由图5-9(a)可见：CPTQRCPQTSnDnD,当CP=0时，SD=1，RD=1，触发器状态维持不变。当CP=1时，代入基本RS触发器的特征方程得出钟控T触发器的特征方程为nDnDTQRQTS,nnnnnnnDDnQTQTQTQTQQTQRSQ1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5-1001T=0T=1T=1T=0数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院表5–7T触发器状态转移真值表TQn+101QnQnQnQn+1T000110110110表5–8T触发器激励表注：当Ｔ输入法为１时，输出端的状态出现安全空翻，在这种条件下，触发器也称这为触发器。T数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.2.4钟控JK触发器钟控JK触发器的逻辑电路及符号分别如图5-11(a)、(b)所示。从图中看出，它是将钟控RS触发器的互补输出Q和Q分别接至原来的R和S输入端，并在触发引导门的输入端加J和K输入信号而构成的。这时等效的R、S输入信号为nnKQRQJS,由于Qn和Qn互补，它不可能出现SR=11的情况，因此这种结构也解决了R、S之间的约束问题。数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院(a)QQ1J(b)图5-11&&RDSDQQ&&CPJC1K1KCP数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院由图5-11(a)可见：CPKQRCPQJSnDnD,当CP=0时，SD=1，RD=1，触发器状态维持不变。当CP=1时，代入基本RS触发器的特征方程得出钟控T触发器的特征方程为nDnDKQRQJS,nnnnnnDDnQKQJQKQQJQRSQ1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5-12JK触发器状态图0K=×J=0J=×K=0K=×J=1J=×K=11nnnQKQJQ1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院表5-9JK触发器状态转移真值表JKQn+100011011Qn01Qn表5-10JK触发器激励表QnQn+1JK000110110×1××1×0数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院图5-13JK触发器转换为其它触发器QC11K1JQQC11K1JQCPDCPT1QC11K1JQCPSRnnnQKQJQ1数字与逻辑电路教程江西师范大学物理与通信电子学院5.2.5电位触发方式的工作特点电位触发方式的特点是，在约定钟控信号电平(CP=1)期间，触发器的状态对输入信号敏感，输入信号的变化都会引起触发器的状态变化。而在非约定钟控信号电平(CP=0)期间，不论输入信号如何变化，都不会影响输出，触发器的状态维持不变。但是必须指出，这种电位触发方式，对于T′触发器，其状态转移为，当在CP=1且脉冲宽度较宽时，T′触