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1、自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心1第四章第四章 触发器触发器数字电路与数字电路与系统设计系统设计自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心2第四章第四章 触发器触发器4.1 概述概述4.2 基本基本RS触发器触发器4.3 同步触发器同步触发器4.4 主从触发器主从触发器4.5 边沿触发器边沿触发器4.6 触发器的逻辑功能分类及相互转换触发器的逻辑功能分类及相互转换*4.7 触发器的动态特性触发器的动态特性自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心34.1 概述概述1. 特点特点 （1 1）有两个能自行保持的状态（记忆功能）有两个能自行保持的状态（记忆功能
2、）有两个能自行保持的状态（记忆功能）有两个能自行保持的状态（记忆功能）（2 2）根据输入信号可以置成根据输入信号可以置成根据输入信号可以置成根据输入信号可以置成0 0 0 0或或或或1 1 1 1（1 1 1 1） 按电路结构（基本，同步，主从，边沿）按电路结构（基本，同步，主从，边沿）按电路结构（基本，同步，主从，边沿）按电路结构（基本，同步，主从，边沿）（2 2 2 2） 逻辑功能（逻辑功能（逻辑功能（逻辑功能（RSRS, , , , JKJK, , , , D D, , , , T T，TT）2. 分类分类 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心44.2 基本基本RS触发器
3、触发器4.2.1 基本基本RS触发器的电路结构与触发器的电路结构与 工作原理工作原理 1. 电路结构电路结构 基本基本RS触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心52. 工作原理工作原理两个与非门接成反馈，引出输入端用来置0、1。定义： 为“1”状态 为“0”状态 为置0输入端， 为置1输入端自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心64.2.2 触发器功能的描述方法触发器功能的描述方法1. 特性表特性表 基本基本RS触发器的特性表触发器的特性表输入输入输出输出功能功能1100保持保持11110101置置101111000
4、置置0 010100001*不允许不允许0011*根据工作原理得到特性表根据工作原理得到特性表因为如果输入因为如果输入 的的 “0”信号同时撤销，导信号同时撤销，导致输出端状态不确定，所致输出端状态不确定，所以在正常工作时，应遵循以在正常工作时，应遵循RS=0的约束条件的约束条件自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心72. 特性方程特性方程 由特性表可作出基本由特性表可作出基本RS触发器的卡诺图并化简触发器的卡诺图并化简由卡诺图，得其特性方程由卡诺图，得其特性方程基本基本RS触发器的卡诺图触发器的卡诺图3. 状态转换图状态转换图基本基本RS触发器的状态转换图触发器的状态转换图自动
5、化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心84. 时序图时序图基本基本RS触发器的时序图触发器的时序图t1到到t2之间出现输入信号之间出现输入信号 不再互补。不再互补。t2时刻时刻，（率先撤销），触发器回到，（率先撤销），触发器回到，但由于，但由于t4时刻时刻，输出端，输出端，正常状态。正常状态。t3到到t4之间出现输入信号之间出现输入信号，输出端，输出端触发器出现不定状态。触发器出现不定状态。（二者同时撤销），（二者同时撤销），自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心94.3 同步触发器同步触发器4.3.1 同步同步RS触发器触发器 1. 电路结构电路结构 同步同步RS触发
6、器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 输入控制门输入控制门+基本基本RS触发触发器，只有同步信号器，只有同步信号CP到到达，达，S和和R才起作用才起作用自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心102. 特性表特性表 同步同步RS触发器的特性表触发器的特性表异步置位异步置位异步复位异步复位 时钟时钟输入输入输出输出功能功能001*不允许不允许011置置1100置置0110保持保持11100保持保持111101置置1111010置置0111111*不允许不允许自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心11例例4.3.1 已知同步已知同步RS触发器的输入信号波形触发器的
7、输入信号波形如图如图4.3.2所示，设触发器的初始状态为所示，设触发器的初始状态为0，试画出输出端波形。，试画出输出端波形。解：解：在在CP=1期间期间R、S的状态决定触的状态决定触发器的输出，发器的输出，CP=0期间期间R、S对输出无对输出无影响影响，由此可得其，由此可得其输出端波形。输出端波形。例例4.3.1的波形图的波形图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心124.3.2 同步同步D触发器触发器1. 电路结构电路结构 同步同步D触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心132. 特性表特性表同步同步D触发器的特性表
8、触发器的特性表时钟时钟输入输入输出输出功能功能00 0保持保持01 1100 0101 0110 1111 13. 特性方程特性方程将将带入带入RS触发器的特性方程，得触发器的特性方程，得自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心144. 状态转换图状态转换图同步同步D触发器的状态转换图触发器的状态转换图5. 时序图时序图同步同步D触发器的时序图触发器的时序图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心154.3.3 同步同步JK触发器触发器1. 电路结构电路结构 同步同步JK触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中
9、心162. 特性表特性表同步同步JK触发器的特性表触发器的特性表时钟时钟输入输入输出输出功能功能0保持保持100保持保持1101置置11010置置0111翻转翻转3. 特性方程特性方程将将带入带入RS触发器的特性方程，得触发器的特性方程，得自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心174. 状态转换图状态转换图同步同步JK触发器的状态转换图触发器的状态转换图5. 时序图时序图同步同步JK触发器的时序图触发器的时序图空翻现象！空翻现象！自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心184.4 主从触发器主从触发器4.4.1 主从主从RS触发器触发器 1. 电路结构电路结构主从主从
10、RS触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 提高可靠性，要求提高可靠性，要求每个每个CP周期输出周期输出状态只能改变状态只能改变1 1次次主触发器主触发器从触发器从触发器自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心192. 工作原理工作原理（1）CP=1时，主触发器按时，主触发器按S、R翻转，从触发器保持翻转，从触发器保持（2）CP下降沿到达时，主触发器保持，从触发器根下降沿到达时，主触发器保持，从触发器根据主触发器的状态翻转据主触发器的状态翻转所以，每个所以，每个CP周期触发器最多可能翻转一次周期触发器最多可能翻转一次自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心20
11、主从主从RS触发器的触发器的特性表特性表时钟时钟输入输入输出输出功能功能00保持保持101置置1010置置0111*不允许不允许3. 特性表特性表自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心21例例4.4.1已知主从已知主从RS触发器各输入端的波形如触发器各输入端的波形如图所示，试分别画出主触发器输出端和从图所示，试分别画出主触发器输出端和从触发器输出端的波形。设触发器的初始状触发器输出端的波形。设触发器的初始状态为态为0。解：解：首先根据首先根据CP=1期间期间R、S的状态确的状态确定主触发器的输出，定主触发器的输出，然后根据然后根据CP下降沿下降沿主触发器的状态确定主触发器的状态确
12、定从触发器的输出。从触发器的输出。例例4.4.1的波形图的波形图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心224.4.2 主从主从JK触发器触发器 1. 电路结构电路结构主从主从JK触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 等效结构等效结构自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心23主主主主从从从从SR J J K KQQQQQQmQQmmCPCP2. 工作原理工作原理自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心243. 特性表特性表主从主从JK触发器的特性表触发器的特性表时钟时钟输入输入输出输出0000保持保持00111001置置110110100置置0
13、01101101翻转翻转1110自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心25例例4.4.2已知主从已知主从JK触发器输入端的波形如触发器输入端的波形如图所示，试画出输出端对应的波形。设触图所示，试画出输出端对应的波形。设触发器的初始状态为发器的初始状态为0 0 。解：解：首先根据首先根据CP=1期间期间J、K的状态确定的状态确定主触发器的输出，然主触发器的输出，然后根据后根据CP下降沿主触下降沿主触发器的状态确定从触发器的状态确定从触发器的输出。但要注发器的输出。但要注意主从意主从JK触发器的触发器的一一次翻转次翻转问题。问题。例例4.4.2的波形图的波形图自动化学院应用电子教学中
14、心自动化学院应用电子教学中心264.5 边沿触发器边沿触发器 为了提高可靠性，增强抗干扰能力，要求为了提高可靠性，增强抗干扰能力，要求为了提高可靠性，增强抗干扰能力，要求为了提高可靠性，增强抗干扰能力，要求触触触触发器的次态发器的次态发器的次态发器的次态仅取决于仅取决于仅取决于仅取决于CPCP的下降沿（或上升沿）到的下降沿（或上升沿）到的下降沿（或上升沿）到的下降沿（或上升沿）到达达达达时时时时的输入信号状态，与在此前、后输入的状态的输入信号状态，与在此前、后输入的状态的输入信号状态，与在此前、后输入的状态的输入信号状态，与在此前、后输入的状态没有关系。没有关系。没有关系。没有关系。用门电路传
15、输延迟时间的边沿触发器用门电路传输延迟时间的边沿触发器用门电路传输延迟时间的边沿触发器用门电路传输延迟时间的边沿触发器维持阻塞结构的边沿触发器维持阻塞结构的边沿触发器利用利用CMOS传输门构成的边沿触发器传输门构成的边沿触发器 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心274.5.1 利用门电路传输延迟时间的边沿利用门电路传输延迟时间的边沿触发器触发器两个与或非逻辑两个与或非逻辑门门G3G8构成构成基本基本RS触发器，由与非门触发器，由与非门G1、G2构构成触发导引电路；成触发导引电路； 1. 电路结构电路结构边沿边沿JK触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号自动化学院应用
16、电子教学中心自动化学院应用电子教学中心282. 工作原理工作原理G5和和G8继续锁定，输出保持。经过一段延迟时间，继续锁定，输出保持。经过一段延迟时间，Q1、Q2反映反映J、K信号的作用。信号的作用。（3）CP由由1变变0时，时，G3、G5抢先关闭，抢先关闭，G1、G2的的延迟使延迟使Q1、Q2仍作用于仍作用于G4、G6。 Q1、Q2来不及变来不及变化，直接影响触发器输出化，直接影响触发器输出（1）CP=0时，时，G3、G7和和G1、G2均封锁，均封锁，输出保持不变。输出保持不变。（2）CP由由0变变1时，时， G3、G7抢先打开，抢先打开，自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心
17、29时钟时钟输入输入输出输出功能功能00保持保持101置置1010置置011翻转翻转边沿边沿JK触发器的特性表触发器的特性表3. 特性表特性表自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心304.5.2 维持阻塞结构的边沿触发器维持阻塞结构的边沿触发器 1. 电路结构电路结构维持阻塞维持阻塞D触发器的逻辑图及逻辑符号触发器的逻辑图及逻辑符号 同步同步D触发器触发器+3根反馈线根反馈线置置1维持线维持线置置0维持线维持线置置1阻塞线阻塞线置置0阻塞线阻塞线自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心312. 工作原理工作原理D=1时，时，CP=0期间，期间，G3、G4使触发器保持，
18、使触发器保持，G6为为0，G5为为1；CP由由0变变1，G3为为0，因为因为G3为为0，加上，加上1号反馈线的作用，导致即使号反馈线的作用，导致即使D变为变为0，输出端仍维持，输出端仍维持1；因为；因为G3为为0，加上，加上2号反馈线的作号反馈线的作用，导致用，导致G4封锁，即封锁置封锁，即封锁置0信号信号自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心32D=0时，时，CP=0期间，期间，G3、G4使触发器保持，使触发器保持，G6为为1，G5为为0。CP由由0变变1，G4为为0，因为因为G4为为0，加上，加上3号反馈线的作用，导致即使号反馈线的作用，导致即使D变变为为1，G6保持保持1，
19、阻塞置，阻塞置1信号，维持触发器的信号，维持触发器的0状态状态自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心33维持阻塞维持阻塞D触发器的特性表触发器的特性表 时钟时钟输入输入输出输出11003. 特性表特性表自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心34具有异步置位、复位端的维持阻塞D触发器 逻辑图和逻辑符号逻辑图和逻辑符号自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心35例例4.5.2已知维持阻塞已知维持阻塞D触发器的脉冲及输入信号触发器的脉冲及输入信号的波形如图所示，试画出触发器输出端的波形。的波形如图所示，试画出触发器输出端的波形。设触发器的初始状态为设触发器的初
20、始状态为1。解：解：维持阻塞维持阻塞D触发器为上触发器为上升沿触发的边沿触发器，触升沿触发的边沿触发器，触发器输出端的状态取决于上发器输出端的状态取决于上升沿时刻的输入信号升沿时刻的输入信号D，由，由D触发器的特性方程，触发器的特性方程，CP上上升沿时刻的升沿时刻的D的的状态即为下状态即为下一个时钟周期输出端的状态。一个时钟周期输出端的状态。但要注意异步置位、复位端但要注意异步置位、复位端的作用的作用例例4.5.2的波形图的波形图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心364.5.3 利用利用CMOS传输门构成的传输门构成的 边沿触发器边沿触发器 1. 电路结构电路结构利用利用CM
21、OS传输门构成的边沿触发器传输门构成的边沿触发器 反相器反相器G1、G2和传输门和传输门TG1、TG2组成组成主触发器主触发器，反相器反相器G3、G4和传输门和传输门TG3、TG4组成组成从触发器从触发器。 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心372. 工作原理工作原理CP=0时时TG1导通，导通，TG2截止，截止，D端的输入信号送入主触发器端的输入信号送入主触发器中，中，Qm随随D端的状态发生变化。端的状态发生变化。同时，由于同时，由于TG3截止、截止、TG4导导通，从触发器保持原状态不变通，从触发器保持原状态不变当的上升沿到达即当的上升沿到达即CP=1时，时，TG1截止，截
22、止，TG2导导通，输入端通，输入端D的信号被阻断，主触发器保持原的信号被阻断，主触发器保持原状态不变。同时由于状态不变。同时由于TG3导通、导通、TG4截止，主触截止，主触发器的状态送至从触发器输出端，使发器的状态送至从触发器输出端，使Q=Qm自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心38具有异步置位、复位端的用具有异步置位、复位端的用CMOS传输门构传输门构成的边沿成的边沿D触发器触发器 具有异步置位、复位端的具有异步置位、复位端的CMOSCMOS传输门构成的边沿触发器传输门构成的边沿触发器 自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心394.6 触发器逻辑功能分类触发器逻
23、辑功能分类 及相互转换及相互转换 4.6.1 触发器逻辑功能分类触发器逻辑功能分类RS触发器：触发器：JK触发器：触发器：D触发器：触发器：T触发器：触发器：T触发器：触发器：自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心404.6.2 不同类型触发器之间的转换不同类型触发器之间的转换1. 转换方法转换方法（1 1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程；）写出已有触发器和待求触发器的特性方程；（2 2）变换待求触发器的特性方程，使其在形式上与）变换待求触发器的特性方程，使其在形式上与 已有触发器的特性方程一致；已有触发器的特性方程一致；（3 3）比较两种触发器的特性方程，根据）比较两种触
24、发器的特性方程，根据“变量相同，变量相同， 对应系数相等，则方程一定相等对应系数相等，则方程一定相等”的原则，求出转的原则，求出转 换逻辑。换逻辑。（4 4）画电路图）画电路图自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心412. 转换实例转换实例（1 1）JK触发器到触发器到D、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、JK触发器转换成触发器转换成D触发器触发器JK触发器：触发器：D触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心42转换实例转换实例（1 1）JK触发器到触发器到D、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、JK触发器转换成触发器转换成T T触发器触
25、发器JK触发器：触发器：T触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心43转换实例转换实例（1 1）JK触发器到触发器到D、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、JK触发器转换成触发器转换成T触发器触发器JK触发器：触发器：T触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心44转换实例转换实例（1 1）JK触发器到触发器到D、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、JK触发器转换成触发器转换成RS触发器触发器JK触发器：触发器：RS触发器：触发器：由于由于则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心45转换实例转换实例（2 2）
26、D触发器到触发器到JK、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、D触发器转换成触发器转换成JK触发器触发器JK触发器：触发器：D触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心46转换实例转换实例（2 2）D触发器到触发器到JK、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换、D触发器转换成触发器转换成T触发器触发器D触发器：触发器：T触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心47转换实例转换实例（2 2）D触发器到触发器到JK、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换D触发器转换成触发器转换成T触发器触发器D触发器：触发器：T触发器：触发器：则则自
27、动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心48转换实例转换实例（2 2）D触发器到触发器到JK、T、T和和RS触发器的转换触发器的转换D触发器转换成触发器转换成RS触发器触发器D触发器：触发器：RS触发器：触发器：则则自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心49*4.7 触发器的动态特性触发器的动态特性 为了保证触发器在动态工作时可靠地翻转，为了保证触发器在动态工作时可靠地翻转，输入信号、时钟信号以及它们在时间上的相互配输入信号、时钟信号以及它们在时间上的相互配合应满足一定的要求。这些要求表现在对建立时合应满足一定的要求。这些要求表现在对建立时间、保持时间、时钟信号的宽度和
28、最高工作频率间、保持时间、时钟信号的宽度和最高工作频率的限制上的限制上 。（略）。（略）自动化学院应用电子教学中心自动化学院应用电子教学中心50本章小结本章小结（1 1）掌握不同结构触发器的工作原理、动作特点）掌握不同结构触发器的工作原理、动作特点（2 2）掌握触发器逻辑功能的描述方法，会用各种）掌握触发器逻辑功能的描述方法，会用各种 方法描述不同逻辑功能的触发器方法描述不同逻辑功能的触发器（3 3）不同逻辑功能触发器之间的转换方法）不同逻辑功能触发器之间的转换方法（4 4）理解）理解RS触发器的约束条件、同步触发器的空触发器的约束条件、同步触发器的空 翻现象和主从翻现象和主从JK触发器的一次翻转问题触发器的一次翻转问题（5 5）了解触发器的动态特性指标）了解触发器的动态特性指标
