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第四章　 触发器

第四章　 触发器. 4.1 概述. 前面说过，组合逻辑电路的输出只与 输入有关，时序逻辑电路的输出既与当前 的输入有关，又与以前的历史状态有关。 那么以前的状态在哪里保存？ —— 存在触发器里面。触发器是逻辑电路的基 本记忆单元。 本章学习有关触发器的知识，主要是 基本 RS 触发器、同步 RS 触发器、主从触发器 ( 按结构分 ) 等，以及 D 、 RS 和 J-K 触发器 ( 按功能分 ) 。. 绪论 定义：能够存储一位二进制信号的基本单元电路

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第四章　 触发器

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Presentation Transcript

  1. 第四章　 触发器 4.1 概述 前面说过，组合逻辑电路的输出只与 输入有关，时序逻辑电路的输出既与当前 的输入有关，又与以前的历史状态有关。 那么以前的状态在哪里保存？—— 存在触发器里面。触发器是逻辑电路的基 本记忆单元。 本章学习有关触发器的知识，主要是 基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器(按结构分)等，以及D、RS和 J-K触发器(按功能分) 。

  2. 绪论 • 定义：能够存储一位二进制信号的基本单元电路 • 特点：具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的0和1，或二进制数的1和0 根据不同的输入信号可以置0或1 在输入信号消失后，能将获得的新状态保存下来 • 分类 基本RS触发器 RS触发器 电路结构 逻辑特性 同步RS触发器 JK触发器 主从触发器 D触发器 边沿触发器 T触发器

  3. 4.2 触发器的电路结构与动作特点 基本触发器电路简单，但它是所有触发器的基础，它 将输出信号反馈到输入，可以实现对输出状态的锁定。 4.2.1 基本RS触发器 一、电路结构与工作原理 触发器通常有互补的两个输 出 Q 和Q ，若： Q=1，Q=0 称为状态 1 Q=0，Q=1 称为状态 0

  4. 1. 用或非门组成的基本RS触发器 图4.2.1 用或非门组成的基本RS触发器（a）、（b）电路结构（c）图形符号

  5. 下面分析工作原理： （1）RD= 1 SD=0 时 RD A Q Q =0 Q=1 因输出状态为0，输入RD高有效，可认为是清零 Reset

  6. （2）RD=0 SD=1 输出状态为1，SD高有效 Q=0 称为置1，Set Q=1 （3）RD = SD = 0 Q 和 Q 互锁，保持不变。 这是触发器的特点：当输入处 于某一状态时，输出保持。 （4）RD = SD = 1 不受欢迎的状态，因为： Q = Q = 0 不符合逻辑。 当 RD和 SD同时由 1 变 0 时， 次态不定。

  7. 2、基本触发器功能的描述 触发器的描述与组合电路的描述类似，但有区别。 最主要的区别就是要反映过去、现在和将来的不同状态。 通常有三种表示方法。 (1)状态转换真值表 （特性表） 所谓状态是指不同时刻的输出情况。 状态转换真值表可以说明在输入信号作用下，触发器 下一状态与当前状态之间的关系。或者说是输入信号变化 前后输出状态之间的转换。 基本触发器的状态转移真值表见下图：

  8. 现态 次态 RD SD Qn Qn+1注解 RD SD Qn+1 1 0 0 0 清0 1 0 0 1 0 1 0 清0 0 1 1 0 1 0 1 置1 0 0 Qn 0 1 1 1 置1 1 1 0* 0 0 0 0 保持 0 0 1 1 保持 SDRD 1 1 0 0* 次态 Qn 00 01 11 10 1 1 1 0* 不定 0 0 0 0 * 1 1 1 0 0 * 1

  9. 2、特征方程（状态方程）相当于组合电路的逻辑表达式，但有前后状态的区别。 由Qn+1的真值表，可以写出如下表达式： Qn+1 = SD +RDQn SD . RD =0 约束条件 3、状态转移图 和激励表

  10. 激励表与真值表相对应，根据状态变化反推输入激励表与真值表相对应，根据状态变化反推输入 基本触发器激励表 状态转移 激励输入 Qn Qn+1 RD SD 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 × 0 1 1 0 × 基本触发器逻辑符号：SD S Q RD R Q

  11. 基本触发器激励表 状态转移 激励输入 Qn Qn+1 RD SD 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 × 0 1 1 0 ×

  12. 由与非门组成的基本RS触发器 SD 触发器通常有互补的两个输 B Q 出 Q 和 /Q，若： Q=1，Q=0 称为状态 1 Q=0，Q=1 称为状态 0 下面分析工作原理： （1）RD= 0 SD=1 时 RD A Q Q =1 Q=0 因输出状态为0，输入RD低有效，可认为是清零 Reset & &

  13. （2）RD=1 SD=0 输出状态为1，SD低有效 Q=1 称为置一，Set Q=0 （3）RD = SD = 1 Q 和 Q 互锁，保持不变。 这是触发器的特点：当输入处 于某一状态时，输出保持。 （4）RD = SD = 0 不受欢迎的状态，因为： Q = Q = 1 不符合逻辑。 当 RD和 SD同时由 0 变 1 时， 次态不定。 A门延迟小时输出为 Q=1，Q=0 B门延迟小时输出为 Q=0，Q=1

  14. 1、状态转换真值表 现态 次态 RD SD Qn Qn+1注解 RD SD Qn+1 0 1 0 0 清0 0 1 0 0 1 1 0 清0 1 0 1 1 0 0 1 置1 1 1 Qn 1 0 1 1 置1 0 0 1* 1 1 0 0 保持 1 1 1 1 保持 SDRD 0 0 0 1* 次态 Qn 00 01 11 10 0 0 1 1* 不定 0 1* 1 0 0 1 1*1 1 0

  15. 2、特征方程（状态方程）相当于组合电路的逻辑表达式，但有前后状态的区别。 由Qn+1的真值表，可以写出如下表达式： Qn+1 = SD +RDQn SD + RD =1 约束条件 3、状态转移图 和激励表

  16. 激励表与真值表相对应，根据状态变化反推输入激励表与真值表相对应，根据状态变化反推输入 基本触发器激励表 状态转移 激励输入 Qn Qn+1 RD SD 0 0 X 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 X 基本触发器逻辑符号：SD Q RD /Q

  17. 基本RS触发器特点： • 优点：1、简单 • 2、具有置0、置1功能 • 缺点：1、电平直接控制输出 • 2、R、S具有约束项

  18. 例 图4.2.3 例4.2.1的电路和电压波形（a）电路结构 （b）电压波形图

  19. 4.2.2 同步触发器 基本触发器具有保持功能，输出与输入不象组合电 路那样一一对应，输入同为1，输出可为状态0，也可为 状态 1。 但基本触发器又与组合电路类似，输入任意时刻发 生变化，输出马上跟着改变。 在时序电路中，常常希望输入信号只作为输出变化 的条件，何时开始翻转要由节拍器（时钟）来决定。显 然基本触发器不具有这样的功能。 同步触发器具有按时钟拍节工作的特点，下面我们 看看几种同步触发器的工作原理。

  20. 一、电路结构与工作原理 由右图可见，将基本触 发器加以修改，SD和RD求 反，由时钟信号CP控制： CP = 1时，完成基本触发器 的功能，只是输入信号比原 来反了相位。 CP = 0时，RD和SD都为 1 相当基本触发器保持。 可见，CP信号可以决定触发 器的变与不变。 同步RS触发器

  21. 我们根据修改情况，写出基本触发器输入的表达式，代入基本触发器的特征方程，就可以得到同步触发器的方程。我们根据修改情况，写出基本触发器输入的表达式，代入基本触发器的特征方程，就可以得到同步触发器的方程。 RD = R  CP SD =S  CP 代入后： Q n+1 = S + RQn RS = 0

  22. 图4.2.5 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

  23. 二、动作特点： • CP=0时，封闭 • CP=1时，S和R的变化将引起输出变化。

  24. 图4.2.6 例4.2.2 的电压波形图

  25. 二、同步D触发器 同步 D触发器可以认为是特殊的 RS 同步触发器，条 件是： R = S = D 代入RS的特性方程，可得到 D触发器的方程： Qn+1 = D 另外由于R和S 肯定反相，所以 RS=0 的约束条件必然满 足，因此同步D触发器没有约束条件。

  26. 4.3 主从触发器 一、主从RS触发器

  27. 由图可见，主从触发器结构上分两级，节拍上分两由图可见，主从触发器结构上分两级，节拍上分两 拍。第一拍：主触发器工作，接受输入激励，改变 Q主 状态。从触发器锁定在以前状态。 第二拍：主触发器锁定在第一拍最后状态，从触发 器始终跟随该状态，由于Q主被锁定，故Q = Q主。 总之，触发器的总输出Q只在CP由 1 变 0 时刻可能 发生翻转，我们称之为下降沿触发。 状态方程： 主触发器为RS，方程为 Q主n+1= S + RQ主n = S + RQn 因为前次的Q主就是当前的Q。 从触发器为RS触发器， 其S为Q主n+1、R= Q主n+1，R=S 相当于D的触发器，故Q n+1=Q主n+1= S + RQn

  28. 图4.2.9 例4.2.3 的电压波形图

  29. 为了去掉主从RS的约束项，设计了主从JK触发器为了去掉主从RS的约束项，设计了主从JK触发器

  30. 图4.2.10 主从 J K 触发器 S=JQn R=KQn代入RS触发器方程，得 Q n+1 = JQn + KQn

  31. 图4.2.11 具有多输入端的主从 J K 触发器

  32. 图4.2.12 例4.2.4 的电压波形图

  33. 三、主从JK触发器的一次翻转现象 由于JK触发器反馈的扩大化，使它存在一种特殊的 现象，即一次翻转现象。 一次翻转现象的定义是： 主从JK触发器在CP=1期间，如果输入信号 J、K使 Q主发生一次翻转，则此后无论J、K如何变化，都不会 使Q主再次翻转。直到CP=0后，再次为1，才可产生新的 翻转。 下面看前图加以说明。 注意：一次翻转现象是指主触发器在CP=1期间只能 发生一次变化的现象，而不是主从结构使从触发器只在 CP下降沿变化一次的现象。

  34. 图4.2.13 例4.2.5 的电压波形图 S R

  35. 主从触发器一次翻转现象的要害在于，在CP=1期间，如果本不应翻转，但由于有干扰使Q主发生翻转，则后果无法挽回。主从触发器一次翻转现象的要害在于，在CP=1期间，如果本不应翻转，但由于有干扰使Q主发生翻转，则后果无法挽回。

  36. 4.2.4 边沿触发器 主从触发器使输出只在某一时刻发生翻转，但其主 触发器在CP=1 期间都对输入信号敏感，J K主从触发器 还存在一次翻转现象，抗干扰能力受到影响。 为了提高电路的抗干扰能力，我们可以把对输入信 号的敏感时间缩短，从一个时段变为一个时刻，这就是 边沿触发器。 边沿触发器构造方法有多种，如：利用传输门构造的边沿触发器、维持阻塞边沿触发器、利用传输延迟时间的边沿触发器等 需要说明的是，但不能彻底避免干扰的影响，边沿触发器使发生一次翻转现象的几率大大减小。

  37. 一、D边沿触发器 • 对于边沿边沿触发器，仅从逻辑功能上理解，也就是理解它的逻辑符号： D主从

  38. 二、JK边沿触发器 JK主从

  39. 基本RS触发器 电路结构 4.3.1 触发器按逻辑功能的分类 同步RS触发器 主从触发器 边沿触发器 逻辑特性 RS触发器 JK触发器 D触发器 T触发器

  40. 激励表 状态转移 激励输入 Qn Qn+1 R S 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 × 0 1 1 0 × 一、RS触发器 • 1、定义 (1)时钟 （2）功能 • 2、表达式 Qn+1 = S +RQn S . R =0 约束条件 3、

  41. 4、状态转换图

  42. 二、JK触发器 • 1、定义 • 2、特性表 • 3、表达式 Qn+1 = J Qn+KQn • 4、激励表 • 5、状态转换图

  43. 三、T触发器 • 1、定义 • 2、特性表 • 3、表达式 Qn+1 = T Qn+TQn • 4、激励表 • 5、状态转换图 • 6、T`触发器 Qn+1 = Qn

  44. 四、D触发器 • 1、定义 • 2、特性表 • 3、表达式 Qn+1 = D • 4、激励表 • 5、状态转换图

  45. 1、JK D 2、JK RS 3、JK T 4、JK D 4.3.2 触发器类型的转换 通过前面的学习我们知道：无论触发器如何各不相同，它们能具有的功能是一样的 ——置0、置1、翻转和保持 用A型触发器可以模仿的B型触发器功能，但要作一些修改，这就是触发器类型的互换。

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