数字电子技术张建华主编 (3)

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1、第4章 触发器 4.1 概述4.2 几种常用触发器的电路组成、工作原理、特性4.3 触发器的应用4.4 本章小结主要要求：了解触发器的概念、基本特性和作用。4.1 概 述了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。4.1 概述触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种 具有记忆功能，能储存1位二进制信息的逻辑电路。触发器的特点：我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状 态(“现态”)，用Qn和Qn表示(或用Q和Q表示)；把在输 入信号作用后触发器的状态称为下一状态(“次态”)， 用Qn+1和Qn+1表示。具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态；在输入信号作用下，可以被置成“0”态或“1”

2、状态；当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。4.2几种常用触发器主要要求：掌握几种常用触发器的逻辑功能和工作特点。 掌握 RS 触发器、D 触发器、JK 触发器的逻 辑功能及其特性方程。 能根据触发器符号识别其逻辑功能和触发方 式，并进行波形分析。一、电路结构和逻辑符号4.2.1 基本RS触发器由两个与非门的输入端、输 出端交叉连接构成。(反馈)信号输入端，低电平有效。互补输出端： Q=0、Q=1的状态称“0”态， Q=1、Q=0的状态称“1”态。RD SDQn+110010 10RD=0、SD=1时：不论触发器原来处于什么状态次态都将变成 “0”态，这种情况称将触发器置“0”或复位。R

3、D端称为触发 器的置“0”端或复位端(低电平有效)。二、工作原理4.2.1 基本RS触发器0110RD SDQn+10 101 014.2.1 基本RS触发器RD=1、SD=0时：不论触发器原来处于什么状态次态都将变成 “1”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(低电平有效)。1110RD=1、SD=1时：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 SDQn+10 101 011 1保持104.2.1 基本RS触发器0011RD SDQn+10 101 011 1保持0 0不定？4.2.1 基本RS触发器RD

4、=0、SD=0时：Qn+1=Qn+1=1，不符合触发器的互补输出关系。 并且当RD、SD同时由0变为1时，由于两与非门的延迟时间不等 ，使触发器的次态不确定。这种情况是不允许的。 规定RS触发器要遵循 RD+SD=1的约束条件。1.状态转移真值表4.2.1 基本RS触发器三、基本RS触发器的功能描述将触发器的次态Qn+1与现态Qn，以及输入信号之间的逻辑关 系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表，简称状态表或 真值表。基 本 RS 触 发 器 状 态 真 值 表RD SDQnQn+1功能 0 00不允许许0 01 0 100Qn+10 置“0”0 110 1 001Qn+11 置“1”1

5、011 1 100Qn+1Qn 保持1 111RD SDQn+1 0 0不定 0 10 1 01 1 1Qn简化真值表记忆！次态Qn+1的卡诺图4.2.1 基本RS触发器2.特征方程描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程，又 称状态方程或次态方程。描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为 状态转移图，简称状态图。014.2.1 基本RS触发器3.状态转移图（状态图）RD= SD=1RD=1 SD=RD=0,SD=1RD=1,SD=0圆圈表状态箭头表转 移方向标注表转 移条件RDSDQQ置1置0置1置1置1保持不允许4.2.1 基本RS触发器工作波形图又称为时序图，是描述触发器的输出状

6、态随时间和输入信号变化的规律的图形。4.波形图4.2.2 同步（钟控）RS触发器二、工作原理电平触发方式CP0时，RD=SD=1， 触发器保持原来状态不变。CP1时，RD=R，SD=S 工作情况与基本RS触发器相同 。三、功能描述1.特征方程（CP1时）R SQn+1 0 0Qn 0 11 1 00 1 1不定2.状态真值表（CP1时）不 变不 变不 变不 变不 变不 变置 1置 0置 1置 0不 变4.2.2 同步（钟控）RS触发器3.状态转移图（CP=1）4.波形图（设初态为0 ）01R= S=0R=0 S= R=1,S=0R=0,S=14.2.2 同步（钟控）RS触发器四、同步RS触发器

7、存在的问题空翻现象在一个时钟脉冲周期（CP=1）中，触发器发生多次 翻转的现象叫做空翻。由于在CP=1期间，G3、G4门为“开门”，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。为避免计数混乱，要 求每来一个CP脉冲，触发 器只发生一次翻转。CP脉冲的宽度（CP1 ）应限制在 2tpd tCP 3tpd4.2.3 主从JK触发器一、电路结构和逻辑符号主触发器从触发器4.2.3 主从JK触发器二、工作原理 CP=1时，主 触发器接收输 入信号，从触 发器被封锁， 输出状态保持 不变。主触发器的状态方程：（无约束条件 ）4.2.3 主从JK触

8、发器3.波形图主从JK触发器工作过程分两步：CP=1时，主触发器接收输入信号，从触发器被封锁而保持不变；CP由“1”变“0”时，主触发器被封锁，从触发器接收主触发器的状 态，触发器的状态发生相应变化，CP0期间，触发器状态保持。 而输出状态如何变化，是由时钟CP下降沿到来前一瞬间的J、K值按 JK触发器的特征方程来决定。设初态Q=0Q和Q的变化仅发生在CP的下降沿。脉冲触发方式（克服了空翻现象）4.2.3 主从JK触发器四、主从JK触发器存在的问题一次翻转现象所谓一次翻转现象是指在CP=1期间，主触发器接收了输入激 励信号只发生一次翻转后，主触发器状态就一直保持不变， 它 不再随输入激励信号J

9、、K的变化而变化的现象。在主触发器状态未改变之前， ，所以在 CP1期间，从触发器状态不变，主触发器状态按JK逻辑功能发生变化，即 。一旦主触发器的状态发生一次翻转后，即 ，此后，主触发器的状态方程变为： 。而在 CP1期间从触发器状态不变，所以当主触发器在CP1期间发生了一次翻转之后，就一直保持不变，也就不随输入J、K的变化而变化。设初态Q=0错误动作要求在CP1期间输入信号J 、K不能发生变化，则应使 CP=1的宽度尽可能窄。4.2.3 主从JK触发器一次翻转现象4.2.3 主从JK触发器设初态Q=0练习：主从JK触发器，试画出Q的波形图。边沿触发方式的触发器有两种类型：一种是维持阻塞式触

10、发器，它是利用直流反馈来维持翻转后的新状态，阻塞触发器在同一时钟内再次产生翻转；另一种是边沿触发器，它是利用触发器内部逻辑门之间延迟时间的不同，使触发器只在约定时钟跳变时才接收输入信号。 4.2.4 边沿触发器同时具备以下条件的触发器称为边沿触发器： 触发器仅在CP某一约定跳变沿到来时，才接收输入信号； 在CP=0或CP=1期间，输入信号的变化不会引起触发器输 出状态变化。优点：不仅克服了空翻现象，而且大大提高了抗干扰能力。4.2.4 边沿触发器一、维持阻塞式D触发器RD、SD为直接置“0”、置“1”端， 低电平有效。其操作不受CP控制，因 此也称异步置“0”、置“1”端。1.电路结构和逻辑符

11、号4.2.4 边沿触发器2.工作原理011DD1DDD触发器的特征方程为：即D触发器的输出状态仅在CP的上升沿发生变化，且由CP 上升沿到达前瞬间输入信号D的值决定。4.2.4 边沿触发器3. 维持、阻塞线的作用线：置“1”维持线；线：置“0”阻塞线。线：置“0”维持线；线：置“1”阻塞线。1011101110置“1”有效防止了“空翻”，且抗干扰能力强。4.2.4 边沿触发器4. 功能描述DQn+1 00 11状态真值表01D=0D=1D=0D=1状态转移表波形图QCPD123451）触发器的触发翻转仅发生在CP的上升沿。 2）判断触发器次态的依据是CP上升沿前一瞬间输入端D的状态。设初态Q=

12、04.2.4 边沿触发器 二、由CMOS传输门构成的边沿D触发器RD、SD为异步置“0”、置“1”端，高电平有效。正常工 作时，SD=RD=0。主触发器从触发器输出门1.电路结构4.2.4 边沿触发器2.工作原理主触发器从触发器输出门DCP 0 SD=RD=0DDD D状态方程为：D（上升沿触发 ）4.2.4 边沿触发器三、利用传输延迟时间构成的边沿触发器 1.负边沿JK触发器电路结构和逻辑符号QC11KQ&1J1J C1 1KSRQQC11K1JJKCPQQ特征方程4.2.4 边沿触发器2.功能描述（CP下降沿触发）J KQn+1 0 0Qn 0 10 1 01 1 1Qn状态真值表波形图设

13、初态Q=04.2.4 边沿触发器四、T触发器和T触发器1.T触发器特征方程：将JK触发器的J和K相连作为T 输入端就构成了T触发器。TQn+1 0Qn 1Qn状态真值表01T=0T=0T=1T=1状态转移表2.T触发器 当T触发器的输入端为T=1时，称为T触发器。特征方程为：QC1TQ1NCPT触发器逻辑符号4.3 触发器的应用一、触发器的五种逻辑功能及其转换 (一)触发器五种逻辑功能的比较RS 功能不定01 QnQn+111011000SRQn+1 = S + RQn RS = 0(约束条件)D 功能1 0Qn+110DQn+1 = DJK 功能 Qn10 QnQn+111011000KJQ

14、n+1 = JQn + KQnT 功能 QnQnQn+110TT功能 (计数功能) 只有 CP 输入端， 无数据输入端。 来一个CP翻转一次Qn+1 = Qn无约束， 但功能少无约束， 且功能强令 J = K = T 即可令J = K = 1 即可(二)不同逻辑功能间的相互转换转换方法(1) 写出待求触发器和给定触发器的特性方程。(3)画出用给定触发器实现待求触发器的电路。(2)比较上述特性方程，得出给定触发器中输入信号的接法。2. JK T、T因此J =D, K = D已有 Qn+1 = JQn+ KQn 欲得 Qn+1 = DQQ CPD C11J1K1. JK DQQ C11J1KQQ

15、CP1 C11J1KT CP已有 Qn+1 = D 欲得 Qn+1 = JQn + KQn因此，令4. D T5. D T已有 Qn+1 = D 欲得 Qn+1 =已有 Qn+1 = D 欲得 Qn+1 = Qn因此，令D = Qn因此，令D =QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK3. D JK二、触发器的应用与分析举例 应用注意 触发器由门电路构成，因此，门电路的应用注意事项在这里也适用。例如，TTL 触发器的输入端悬空相当于输入高电平，而 CMOS 触发器的输入端不允许悬空。 实际工作中，应根据需要选定触发器的功能和触发方式。例如：同步触发器通常只用于数据锁存，构成计数器、移位寄存器时一般要用边沿触发器。Q2Q11D1DFF1FF2石英方波振荡器 4MHzC1C1CPCP对 CP 二分频Q20Q10fQ1 = fCP/2 = 2 MHz， fQ2 = fCP/4 = 1 MHz对 CP 四分频解：两个 D 触