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1、第四章 集成触发器,4.2. 钟控触发器,4.1. 基本触发器,4.3. 主从触发器,4.4. 边缘触发器,4.1 基本触发器,4.1.2 基本触发器功能的描述,4.1.1 基本触发器电路组成和工作原理,1,1,&,&,G2,G1,Q,Q,Q,Q,SD,RD,(a),(b),图4-1-1 基本触发器电路,4.1.1 基本触发器电路组成和工作原理,基本触发器电路由两个与非门（或非门）交叉耦合组成。有两个输出端和两个输入端。,综上所述：基本触发器具有置0（复位）、置1（置位）和保持的功能。基本触发器又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。,此时如果两个输入信号同时发生由0到1的变化，则会出现所
2、谓竞争现象。由于两个与非门的延迟时间无法确定，使得触发器最终稳定状态也不能确定。,表示低电平有效。,状态转移真值表 描述触发器在输入信号作用下，下一稳定状态（次态）Qn+1与触发器的原稳定状态（现态） Qn 以及输入信号之间关系的一种表格。,4.1.2 基本触发器功能的描述,特征方程（状态方程） 描述触发器逻辑功能的函数表达式。,特征方程：,、状态转移图 描述触发器状态变化及其相应输入条件的一种图形。,图4-1-4 基本触发器状态转移图,圆圈表示触发器两个稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁边的标注表示状态转移的条件。,激励表（驱动表） 描述触发器由现态转移到确定的次态时，
3、对输入信号的要求的一种表格。,激励表实际上是状态转移图的一种表格表示形式，也是状态转移真值表的派生表。,4.工作波形图 描述触发器在各种输入信号的作用下状态转移情况的一种图形。,不定,Q,Q,SD,RD,图4-1-2 工作波形图,初始状态为0,基本触发器具有置0、置1和保持（记忆）的功能。 优点：电路结构简单，是构成各种时钟触发器的基本电路，可以用来存储1位二进制数。 缺点：输出受输入信号直接控制，输入信号有变化，输出也随之改变（抗干扰性差）；输入信号之间有约束。 触发器逻辑功能的描述方法有五种，但都是等价的，只要知道其中之一，便可知触发器的逻辑功能，而且可以很方便地得到其余几种。,小 结,4
4、.2 钟控触发器,4.2.2 钟控D触发器,4.2.1 钟控R-S触发器,4.2.3 钟控J-K触发器,4.2.4 钟控T触发器,4.2.5 电位触发方式的工作特性,&,&,G1,G2,Q,Q,RD,SD,图4-2-1 钟控 R-S 触发器,结构与功能 由基本触发器和触发引导电路组成。,&,&,G3,G4,R,S,CP,当CP=0时，不论输入信号R和S如何变化，基本触发器输入信号全为1，所以触发器保持原状态不变。,4.2.1 钟控R-S触发器,当CP=1时，输入信号R和S可以使触发器状态发生变化，且与基本触发器具有相同的逻辑功能。此时有：,(1) 状态转移真值表,表4-2-1 钟控R-S触发器
5、状态转移真值表,(2) 特征方程,功能描述（CP =1）,(4) 激励表,表4-2-2 钟控R-S触发器激励表,G2,G1,Q,Q,SD,RD,图4-2-4 钟控D触发器,结构与功能 由基本触发器和触发引导电路组成。,G4,G3,D,CP,当CP=0时，不论输入信号D 如何变化，基本触发器输入信号全为1，所以触发器保持原状态不变。,4.2.2 钟控D触发器,功能描述,(1) 状态转移真值表,表4-2-3 D触发器状态转移真值表,G1,G2,Q,Q,RD,SD,图4-2-6 钟控J-K触发器,结构与功能 由基本触发器和触发引导电路组成。,G3,G4,K,J,CP,4.2.3 钟控J-K触发器,当
6、CP=0时，不论输入信号 如何变化，基本触发器输入端全为1，所以触发器保持原状态不变。,(1) 状态转移真值表,表4-2-5 J-K 触发器状态转移真值表,(2) 激励表,功能描述,(3) 状态转移图,J =1，K =,J =，K =1,J = K= 0,J = 0 K=,图4-2-7 钟控J-K 触发器状态转移图,在钟控J-K触发器的基础上，将J和K连在一起，改作T，作为输入信号，构成钟控T触发器。,在CP=1时，触发器的状态方程为：,4.2.4 钟控T触发器,可见，若T=1，每来一个CP，触发器状态改变一次；若T=0，触发器状态保持不变。,钟控触发器在CP为低电平时，不接受输入激励信号，状
7、态保持不变；当CP为高电平时，触发器接受输入激励信号，状态发生转移。这种钟控方式称为电位触发方式。,4.2.5 电位触发方式的工作特性,电位触发方式的触发器，在CP1且脉冲宽度较宽时，将随着输入信号的变化出现连续不停的多次翻转。如果要求每来一个CP脉冲触发器仅翻转一次，则对钟控信号约定电平的宽度有极其苛刻 的要求。,为了避免多次翻转，必须采用其他的电路结构。,补充内容:触发器逻辑功能的转换,方法:通过比较特征方程,求出转换电路的逻辑表达式 1.JK型触发器转换为RS,D,T型触发器 (1)从JK型到RS型的转换 (2)从JK型到D型的转换 (3)从JK型到T型的转换,2.D型触发器转换为RS,
8、JK,T型触发器 D型触发器转换为RS型触发器 (2) D型触发器转换为JK型触发器 (3) D型触发器转换为T型触发器,4.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象,4.3.3 主从J-K触发器集成单元,4.3.1 主从触发器基本原理,4.3.4 集成主从J-K触发器的脉冲工作特性,4.3 主从触发器,图4-3-1 主从R-S触发器,主从R-S触发器电路结构,G5,G6,Q主,Q主,G7,G8,R,S,CP,G1,G2,Q,Q,G3,G4,G9,由两个电位触发方式的钟控触发器级联而成，分别称为主触发器和从触发器。主触发器的输出是从触发器的输入，分别受互补的时钟脉冲控制。,4.3.1 主
9、从触发器基本原理,主从R-S触发器工作原理,当CP1时，主触发器打开并接收输入信号，而从触发器被封锁，因此触发器状态保持不变。这一阶段称为准备阶段。,主从R-S触发器工作原理,在CP由负跳变至时刻（CP的下降沿），主触发器被封锁，状态保持不变；从触发器打开，根据这一时刻主触发器的状态发生相应变化。,主从R-S触发器工作原理,当CP后，主触发器仍被封锁，不再接收输入信号，因此也不会引起触发器状态发生两次以上的翻转。,主从R-S触发器工作原理,由以上分析可见：主从R-S触发器状态的转移发生在CP信号的下降沿，其逻辑功能与钟控R-S触发器一致：,主从R-S触发器工作波形,CP,R,S,Q主,Q,主从
10、J-K触发器,与主从R-S触发器对比可知：主从J-K触发器消除了对输入信号的约束条件，在CP信号的下降沿触发，功能与钟控J-K触发器一致。,在CP=1期间，主触发器的状态转移方程为：,现象描述,4.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象,4.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象,4.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象,若在CP由0变1或CP=1期间，主触发器状态发生翻转，即：,4.3.2 主从J-K触发器主触发器的一次翻转现象,这说明主触发器状态将一直保持不变，不再随输入信号的变化而变化。这就是主触发器的一次翻转现象。,对触发器的影响,由于主触发器发生一次翻转后，
11、不能及时反映输入信号的后续变化；而从触发器的状态在CP下降沿到来时与主触发器的状态相同，因此，将使得从触发器的状态与输入信号之间的关系与主从J-K触发器状态方程描述的结果不一致。为了使主从J-K触发器的状态转移与主从J-K触发器状态方程描述的结果一致,就要求在CP=1期间输入激励信号J、K不发生变化.,Q主,Q,图4-3-5 集成主从J-K触发器,K,J,CP,&,&,A,Q,Q,&,&,&,&,RD,SD,B,D,C,Q主,F,G,H,E,Q主,T1,T2,Q,Q,电路结构,4.3.3 主从J-K触发器集成单元,直接置0端,直接置1端,逻辑符号及功能说明,Q,&,K,&,J,Q,SD,RD,
12、CP,图4-3-5 J-K触发器逻辑符号,CP端的小圆圈表示CP下降沿时触发器状态翻转。直接置0端和直接置1端的小圆圈表示低电平或负脉冲有效。,脉冲工作特性：触发器正常工作时，对时钟信号及输入信号的要求。,时钟CP由0变1及CP=1的准备阶段，要完成主触发器状态的正确转移。因此要求：,(1) 在CP上升沿到达时，J、K信号已处于稳定状态，并且在CP=1期间， J、K信号不发生变化；,(2) 主触发器状态发生变化从CP上升沿开始至最后稳定，需经历两级与或非门的延迟时间。若一级与或非门的延迟时间为1.4tpd（tpd为与非门的平均延迟时间），则要求CP=1持续期为：,4.3.4 集成主从J-K触发
13、器的脉冲工作特性,CP由1变0时，从触发器接受主触发器的状态。,设三极管T1和T2开关的延迟时间为0.5tpd，则从CP由1变0直到触发器状态转移完成，需2.5tpd时间，这就要求CP=0的持续时间满足：,触发器的工作频率：时钟信号的最高工作频率为,主从J-K触发器主触发器有一次翻转特性，为了提高抗干扰能力，在满足对tCPH要求的条件下，尽可能使CP=1的持续时间缩短，采用窄脉冲触发。,主从J-K触发器是一种脉冲触发方式，由脉冲的下降沿触发，有时将触发器的状态方程写成：,主从触发器小结,主从触发器由主触发器和从触发器两部分级联而成，分别受两个互补的时钟信号控制。,主触发器和从触发器在时钟信号的
14、驱动下，交替工作；状态的转移发生在时钟信号的下降沿。,主从触发器和相同类型的钟控触发器具有相同的状态方程，但触发方式和时机不同。,主从J-K触发器的主触发器具有一次翻转特性，因此该触发器的抗干扰能力较弱。,4.4.2 下降沿触发的边沿触发器,4.4.3 CMOS传输门构成的边沿触发器,4.4.1 维持阻塞触发器,4.4 边沿触发器,置0阻塞线,置0维持线,置1阻塞线,置1维持线,图4-4-1 维持阻塞R-S触发器,维持阻塞触发器基本工作原理,&,&,F,G,R,S,CP,&,&,A,B,Q,Q,&,&,C,E,SD,RD,a,b,4.4.1 维持阻塞触发器,当CP=0时，S=0,R=1;触发器状态保持不变。 a=0,b=1,当CP由0跳变至1时，触发器状态发生转移。 若S=0、R=1，a=0,b=1;则RD=1、 SD=0，这使得：
