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1、第五章 触 发 器,5.1 时序电路概述 5.2 基本触发器 5.3 集成触发器,输入变量,状态输出函数,输出函数,控制函数,时序电路就是通过记忆元件的不同状态，来记忆以前的状态。设时间t时刻记忆元件的状态输出为 ， 称为时序电路的现态。那么， 在该时刻的输入 及现态 的共同作用下，组合电路将产生输出函数 及控制函数 。而控制函数用来建立记忆元件的新的状态输出函数，用 表示，称为次态。,这样时序电路可由下面两组表达式描述：,时序电路按输出变量的依从关系来分，又可分为米里(Mealy)型和莫尔(Moore)型两类。 米里型电路的输出是输入变量及现态的函数，即,其框图如图所示。,莫尔型电路的输出仅
2、与电路状态的现态有关， 其框图如下图所示， 且具有如下关系：,表 5 1 状态表(米里型),状态表是反映时序电路输出 F 、次态 Qn+1 和输入 X 、现态 Q n 间对应取值关系的表格。,表 5 2 状态表(莫尔型),例 1 表 5 - 3 为米里型状态表。从表上可看出：现态Qn为Q1，当输入信号x=0 时，次态Qn+1为Q1，输出F=0；当输入信号x=1时，次态Qn+1为Q2, 输出F=1。同理，当现态Qn为Q2, 输入信号x=0，次态为Q2，输出F=1；当输入信号x=1时， 次态Q n+1为Q1, 输出F=0。,表 5 3 状态表(米里型),例 2 表5-4为莫尔型状态表，各行各列的含
3、义与表5-3相似，不同之处是输出F与输入x无关。不管输入信号x是0 还是 1，只要现态Qn=Q1或Q3, 则输出F=0。同理，只要Qn=Q2, 则输出F=1。,表5-4 状态表（莫尔型）,状态图是反映时序电路状态转换规律及相应输入、输出取值情况的几何图形。,表 5 5 真 值 表,图 5 5 求例 4 的逻辑表达式 (a) 求Qn+1; (b) 求F,由图得如下关系：,图 5 6 例 4 状态图,触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。可以记忆1位二值信号。 根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T触发器； 按照结构形式的不同，又可分为基本RS触发器、同步触发
4、器、主从触发器和边沿触发器。,5.2 基本触发器,5.2.1 基本RS触发器,电路组成和逻辑符号,信号输入端，低电平有效。,信号输出端，Q=0、Q=1的状态称0状态，Q=1、Q=0的状态称1状态，,工作原理,Rd Sd,Q,1,0,0,1,0 1,0,Rd=0、Sd=1时：由于Rd=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由Sd=1、Q=1可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成0状态，这种情况称将触发器置0或复位。Rd端称为触发器的置0端或复位端。,0,1,1,0,Rd Sd,Q,0 1,0,Rd=1、Sd=0时：由于Sd=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由Rd=1、Q=1可得
5、Q0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成1状态，这种情况称将触发器置1或置位。Sd端称为触发器的置1端或置位端。,1 0,1,1,1,1,0,Rd=1、Sd=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记忆能力。,Rd Sd,Q,0 1,0,1 0,1,1 1,不变,1,0,0,0,1,1,Rd Sd,Q,0 1,0,1 0,1,1 1,不变,0 0,不定,？,Rd=0、Sd=0时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除后，将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发
6、器不允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件。,特性表（真值表）,现态：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态。,次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。,次态Qn+1的卡诺图,特性方程,触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系式,状态图,描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图,0,1,1/,1/,10/,01/,当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号RdSd 01或11，触发器仍为0状态；,当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号 RdSd 10或11，触发器仍为1状态；,若 RdSd 10，触发器就会翻转成
7、为1状态。,若 RdSd 01，触发器就会翻转成为0状态。,波形图,反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为波形图,置1,置0,置1,置1,置1,保持,不允许,上述基本RS触发器具有直接置“0”、 置“1”的功能， 当Rd和Sd的输入信号发生变化时， 触发器的状态就会立即改变。 在实际使用中， 通常要求触发器按一定的时间节拍动作。 这就要求触发器的翻转时刻受时钟脉冲的控制， 而翻转到何种状态由输入信号决定，从而出现了各种时钟控制的触发器。 按功能分有RS触发器、 D触发器、 T触发器和JK触发器。在基本RS触发器的基础上， 加两个与非门即可构成钟控RS触发器， 如图 510 所示。,
8、5.2.2 时钟控制的RS触发器,Sd,Rd,CP0时，Rd=Sd=1，触发器保持原来状态不变。,CP1时，工作情况与基本RS触发器相同。,表 5 9 钟控RS触发器真值表,2. 状态表、状态图及特征方程,约束条件,CP=1期间有效,主要特点,波形图,（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。 （2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。,不变,不变,不变,不变,不变,不变,置1,置0,置1,置0,不变,图 5-13 D触发器,1. 功能描述 当CP=0 时，触发器不
9、工作，触发器处于维持状态。 当CP=1 时，触发器功能如下： D=0, 与非门D输出为 1，与非门C输出为 0，则 Qn+1=0; D=1，与非门D门输出为 0，C输出为 1，则 Q n+1=1。,表 5 10 D触发器真值表,2. 状态表、状态图及特征方程,Qn+1=D,即触发器向何状态翻转，由当前输入控制函数D确定： D=0，则Qn+1=0; D=1，则Q n+1=1。,状态图,波形图,D触发器在CP时钟脉冲控制下，将D端输入数据送入触发器，故常用作锁存器，因此D触发器又称为D锁存器。,不变,不变,不变,不变,不变,D,D,D,D,D,1,1,1,0,0,1,1,0,1,0,真值表,特性表
10、,T触发器特性方程：,T,状态表,状态图,逻辑图,5.2.5 JK触发器 JK触发器是一种多功能触发器。 它具有RS触发器和T触发器的功能。 正因为如此， 集成触发器产品主要是JK触发器和D触发器。 JK触发器也是一种双输入端触发器， 将图 515 的T端断开， 分别作为J、 K输入端即可, 如图 5 17 所示。,图 5 17 JK触发器,特性表,JK=00时不变 JK=01时置0 JK=10时置1 JK=11时翻转,图 5 18 JK触发器状态表和状态图,波形图,不变,不变,不变,不变,不变,置0,置1,必翻,保持,置1,5.2.6 基本触发器的空翻和振荡现象,图 5 19 触发器的空翻现
11、象,空翻,0,1,0,1,由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。 在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做振荡。,2. 振荡现象,图 5 20 T触发器,设Q=0, Q=1，当CP=1时，经过tpd时间使D门输出为 0，再经一个tpd后，Q=0，新状态经反馈线又反馈到C, D门的输入端。如CP脉冲仍存在将产生振荡；如CP脉冲消失，新状态反馈回来对触发器无影响，克服了振荡。因此，要求新状态反馈回来以前，CP脉冲必须消失，即要求CP脉冲宽度应小于3tpd。是不是CP脉冲宽度越小越好呢?
12、 也不是，因为CP脉冲宽度一定要保证触发器可靠地翻转，故要求其脉冲宽度大于2tpd，也就是要求CP脉冲宽度满足下式要求：,5.3 集 成 触 发 器,5.3.1 维持阻塞触发器,维持阻塞触发器是利用电路内部的维持阻塞线产生的维持阻塞作用来克服空翻的。 维持是指在CP期间， 输入发生变化的情况下， 使应该开启的门维持畅通无阻， 使其完成预定的操作。 阻塞是指在CP期间， 输入发生变化的情况下， 使不应开启的门处于关闭状态， 阻止产生不应该的操作。,维持阻塞触发器一般是在CP脉冲的上升沿接收输入控制信号并改变其状态。 其它时间均处于保持状态。 以D维持阻塞触发器为例。 其逻辑符号如图 5 21(a
13、)所示， CP端加有符号“”， 表示边沿触发， 不加“”表示电平触发。 CP输入端加了“”且加了“o”表示下降沿触发； 不加“o”表示上升沿触发。 如已知CP和输入控制信号， 设起始状态Q=0， 则其波形关系如图 521(b)所示。,图 5 21 维持阻塞触发器 (a) 逻辑符号； (b) 波形图,图 5 22 边沿触发器 (a) 逻辑符号； (b) 波形图,图 5 23 主从JK触发器,电路特点： 主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有 CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。 输入信号J、K之间没有约束。,图 5-24 主从JK触发器波形图,2. 直接复位输入端 直接复位输入端又称直接复位端，也可称为直接置“0”端，用Rd表示。有的器件将直接复位端称为清除端， 用Clear表示。 直接置位端与直接复位端的作用优先于输入控制端， 即Rd或Sd起作用时，触发器的功能失效，状态由Rd和Sd决定。只有当Rd和Sd不起作用时(即均为“1”时)，触发器的状态才由CP和输入控制端确定。,表 5 13 D触发器功能表,表 5 14 JK触发器功能表,图 5 25 多输入控制端触发器 (a) 惯用符号;(b) 新标准符号,有些集成触发器的输入控制端不只一个，通常是三个，输入控制信号等于各个输入信号相与。,本节小结,
