SR觸發(fā)器原理

1、概述時序邏輯電路與組合邏輯電路的不同之處在于，它的輸出不僅與當(dāng)前的輸入有關(guān)，而且還與前一時刻的電路狀態(tài)有關(guān)。因此，時序邏輯電路需要對前一時刻的狀態(tài)進(jìn)行記憶，完成記憶功能的部件稱為存儲單元。觸發(fā)器就是時序邏輯電路中實現(xiàn)記憶功能的基本存儲單元。本章主要介紹觸發(fā)器的性質(zhì)、功能和結(jié)構(gòu)，觸發(fā)器的觸發(fā)方式，及常用的集成電路觸發(fā)器。第一節(jié)觸發(fā)器的性質(zhì)與分類一、觸發(fā)器的基本性質(zhì)在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要記憶和存貯各種數(shù)據(jù)和信息，實現(xiàn)這些記憶和存貯的電路叫做雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，簡稱觸發(fā)器。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即端Q1， 0是一種穩(wěn)定的工作狀態(tài)；Q0， 1是觸發(fā)器的另一種穩(wěn)定狀態(tài)。如果沒有信號的觸發(fā)，觸發(fā)器

2、將永遠(yuǎn)保持原來的狀態(tài)不變（不能斷電）。利用觸發(fā)器的這一特點，可以用來存貯和記憶信息。QQ一個觸發(fā)器可以記憶和存貯一位二進(jìn)制信息。觸發(fā)器是一種最基本的記憶單元電路。它除了記憶和存貯單元外，也可以構(gòu)成各種計數(shù)器。二、基本RS觸發(fā)器1.基本RS觸發(fā)器電路組成和工作原理 基本RS觸發(fā)器由兩個與非門交叉耦合組成。符號原理圖與非門邏輯規(guī)律：有0出1，全1出0二、基本RS觸發(fā)器工作原理Q Q、 是觸發(fā)器的輸出端，當(dāng)Q0， 1時，稱觸發(fā)器狀態(tài)為0；Q1，0時稱觸發(fā)器狀態(tài)為1。 是觸發(fā)器的信號輸入端，端稱為觸發(fā)器的置1（或稱為置位）輸入端；端稱為觸發(fā)器的復(fù)0（或稱為復(fù)位）輸入端。根據(jù)與非門的邏輯關(guān)系有：（1）當(dāng)

3、0，1時，則 1，Q0，觸發(fā)器被復(fù)0（即觸發(fā)器的狀態(tài)為0）。QQRS、QSRRS（2）當(dāng)1，0時，則 0，Q1，觸發(fā)器被置1（即觸發(fā)器的狀態(tài)為1）。（3）當(dāng)1，1時，觸發(fā)器的狀態(tài)不會發(fā)生變化，即觸發(fā)器具有保持的功能。（4）當(dāng)0，0時， 1，Q1，觸發(fā)器兩個輸出端均為1，這是不允許的，稱不確定狀態(tài)，QQ三、基本RS觸發(fā)器功能描述1.真值表RSRSRS基本RS觸發(fā)器的真值表QQ2.狀態(tài)轉(zhuǎn)移表001101不定不定100101010011110111000001Qn1QnRS簡寫形式01Qn不定10011100Qn1RSQ表示原狀態(tài)Q1表示新狀態(tài)3.特性方程0RQSQ1RSnn4.波形圖SQSRRQ預(yù)

4、備知識：1.幾個術(shù)語和符號時鐘輸入端CP時鐘脈沖的輸入端，通常輸入周期性時鐘脈沖。數(shù)據(jù)輸入端也稱控制輸入端。對SR觸發(fā)器，控制輸入端是S和R；對D觸發(fā)器，控制輸入端是D；對JK觸發(fā)器，控制輸入端是J和K；對T觸發(fā)器，控制輸入端是T。初態(tài)Qn某個時鐘脈沖作用前觸發(fā)器的狀態(tài)，即原狀態(tài)。次態(tài)Qn+1某個時鐘脈沖作用后觸發(fā)器的狀態(tài)，即新態(tài)，也稱現(xiàn)態(tài)。2.表達(dá)時鐘觸發(fā)器的邏輯功能，常采用的四種形式功能真值表功能真值表以表格的形式表達(dá)在一定的控制輸入下，在時鐘脈沖作用前后，初態(tài)Qn向次態(tài)Qn1轉(zhuǎn)化的規(guī)律，通常也稱“狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表”。激勵表激勵表以表格的形式表達(dá)為在時鐘脈沖作用下實現(xiàn)一定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換（初態(tài)Qn

5、次態(tài)Qn1），應(yīng)有怎樣的輸入條件。 狀態(tài)圖以圖形的形式表達(dá)在時鐘脈沖作用下，狀態(tài)變化與控制輸入之間的關(guān)系，也稱狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。特性方程以方程的形式表達(dá)在時鐘脈沖作用下，次態(tài)Qn1與控制輸入及初態(tài)Qn之間的邏輯函數(shù)關(guān)系。一、SR觸發(fā)器1.同步式SR觸發(fā)器的邏輯原理圖及功能真值表SRSR觸發(fā)器功能真值表由功能真值表可歸納如下：SR00狀態(tài)不變SR01置0SR10置1SR11不定2.激勵表SR觸發(fā)器激勵表 3.狀態(tài)圖4.特性方程如將功能真值表所表示的觸發(fā)器邏輯功能，經(jīng)次態(tài)卡諾圖的化簡，便可得到該時鐘觸發(fā)器的邏輯表達(dá)式特性方程。特性方程反映出次態(tài)Qn1和數(shù)據(jù)輸入（S、R）、初態(tài)（Qn）之間的關(guān)系：01RS

6、QRSQnn（約束條件）約束條件是為了避免觸發(fā)器狀態(tài)不定而給數(shù)據(jù)輸入S、R規(guī)定的限制條件。二、D觸發(fā)器1.同步式D觸發(fā)器邏輯電路圖、功能真值表D觸發(fā)器功能真值表2.激勵表D觸發(fā)器激勵表3.狀態(tài)圖4.特性方程DQn1三、JK觸發(fā)器1.同步式JK觸發(fā)器邏輯電路圖、功能真值表JK觸發(fā)器功能真值表2.激勵表JK觸發(fā)器激勵表3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖4.特性方程nnnQKQJQ1四、T觸發(fā)器T觸發(fā)器是JK觸發(fā)器在JK條件下的特例，T觸發(fā)器只有一個控制輸入端T。1.T觸發(fā)器邏輯電路圖2.功能真值表T觸發(fā)器功能真值表3.激勵表T觸發(fā)器激勵表4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5.特性方程nnnQTQTQ1T0時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，即Qn

7、+1Qn;T1時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，即Qn+1。nQ第三節(jié)時鐘觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)形式及觸發(fā)方式一、同步式觸發(fā)器時鐘觸發(fā)器的各種結(jié)構(gòu)形式中最簡單的是同步式觸發(fā)器。所謂時鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式是指時鐘觸發(fā)器在CP脈沖的什么時刻接收控制輸入信號，并且可改變狀態(tài)。1.同步式觸發(fā)器的觸發(fā)方式現(xiàn)以同步式D觸發(fā)器為例來分析。電路圖工作原理在CP脈沖為低電平時門3、門4被封鎖，這時不管輸入信號D是“0”，還是“1”，它們的輸出、均為高電平，門1、門2是基本觸發(fā)器，在、均為高電平時，不可能改變原狀態(tài)。RSRS當(dāng)時鐘脈沖CP到來，CP為高電平時，門3、門4的封鎖被解除，它們的輸出則由當(dāng)時的輸入數(shù)據(jù)來決定：若D1時，0、1，基本觸

8、發(fā)器狀態(tài)為“1”；若D0時，1、0，基本觸發(fā)器狀態(tài)為“0”。綜上分析可知：同步式觸發(fā)器在CP高電平期間接收控制信號，并改變狀態(tài)，這種觸發(fā)方式稱為CP高電平觸發(fā)方式，或簡稱電平觸發(fā)。RSRS2.同步式時鐘觸發(fā)器的毛病空翻同步式時鐘觸發(fā)器的觸發(fā)方式是CP高電平觸發(fā)，若在CP高電平期間，控制輸入端狀態(tài)改變，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)會跟著改變。如果在一個時鐘脈沖作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生了兩次或兩次以上的翻轉(zhuǎn)，變就叫做“空翻”。對于觸發(fā)器來說，“空翻”意味著失控，即觸發(fā)器的輸出不能嚴(yán)格地接時鐘節(jié)拍動作。現(xiàn)以SR觸發(fā)器為例來說明空翻現(xiàn)象：在一個時鐘脈沖內(nèi)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)變化了五次，這就是“空翻”現(xiàn)象。為克服空翻現(xiàn)

9、象，實現(xiàn)觸發(fā)器狀態(tài)的可靠翻轉(zhuǎn)，對其進(jìn)一步改進(jìn)，產(chǎn)生了許多種結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器，應(yīng)用較多和性能較好的有維持阻塞觸發(fā)器、主從式觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。二、維持阻塞觸發(fā)器維持阻塞型觸發(fā)器是利用電路的維持阻塞線所產(chǎn)生的“維持阻塞”作用來克服“空翻”現(xiàn)象的時鐘觸發(fā)器。維持阻塞型觸發(fā)器大部分都做成D型觸發(fā)器，它的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)（一般為上升沿觸發(fā)），即僅在時鐘脈沖上升沿接收控制輸入信號并改變狀態(tài)。1.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號置0維持線置1維持線置0阻塞線；置1維持線；置1阻塞線；置0維持線。邏輯符號表示1D1CQQDCP2.工作原理CP0時，門3、門4被封鎖，Q31、Q41，基本SR觸發(fā)器保持原狀態(tài)，即Qn+1QnCP

10、1時，若D1，則門6導(dǎo)通，Q60；門5截止，Q51。門4截止，Q41，門3導(dǎo)通，Q30，且Q3反饋至門4及門5輸入端，使得門4、門5的輸出端均為Q4Q51。由于門3的輸出Q30，門1截止，輸出Q1，門3的兩條反饋線使得該電路1態(tài)，阻止該電路牌0態(tài)。若D0，則門6截止，門5導(dǎo)通，Q61，Q50。則Q40，Q31，Q0，門4的輸出反饋至門6的輸入端，門6截止，此時D外部激勵變化不能改變門6的狀態(tài)，使電路牌邏輯0態(tài)。在反饋線的作用下，邏輯電路能夠防止空翻現(xiàn)象發(fā)生。維持阻塞型D觸發(fā)器也稱邊沿D觸發(fā)器。3.維持阻塞D觸發(fā)器的激勵表三、邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器是利用電路內(nèi)部速度差來克服空翻現(xiàn)象的時鐘觸發(fā)器。邊

11、沿觸發(fā)器的觸發(fā)方式是邊沿觸發(fā)，一般多采用下降沿觸發(fā)方式，即僅在CP下降沿時刻接收控制輸入信號并改變狀態(tài)。對邊沿觸發(fā)器，不要求掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，只要求掌握其邊沿觸發(fā)方式的特點。現(xiàn)舉例說明其工作情況：【例2】一個下降沿觸發(fā)的JK功能邊沿觸發(fā)器，其初態(tài)為“0”，在已知CP、J、K波形的作用下，試畫出其輸出Q、的波形。Q、的波形畫法如下：QQ第1個脈沖下跳沿時，因為J1、K0，Qn+11，因此JK觸發(fā)器會由“0”變“1”，其輸出Q由01。第2個脈沖下跳沿時，因為J0、K1，Qn+10，因此JK觸發(fā)器由“1”變“0”，其輸出Q，由10。第3個脈沖下跳沿時，因為JK1，Qn+11，因此JK觸發(fā)器由

12、“0”變“1”，輸出Q由01。第4個脈沖下跳沿時，因為JK0，Qn+1Qn1，因此JK觸發(fā)器維持“1”狀態(tài)不變，其輸出Q、也保持原先的1、0狀態(tài)。nQQ四、主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器具有“主從結(jié)構(gòu)”，并以“雙拍工作”方式工作，以其主從觸發(fā)方式克服空翻現(xiàn)象。（一）主從JK觸發(fā)器1.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號2.工作原理當(dāng)脈沖CP1時，門7、門8被打開，而門3、門4被封鎖，此時主觸發(fā)器按照輸入信號J、K的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，而從觸發(fā)器則保持原狀態(tài)不變。當(dāng)CP由1回0時，門7、門8被封鎖，因而在CP0的整個時間段內(nèi)，主觸發(fā)器的狀態(tài)不會改變。與此同時，門3、門4被打開，從觸發(fā)器就按照與主觸發(fā)器相同的翻轉(zhuǎn)。使觸發(fā)器在CP的一個

13、變化周期中，其輸出狀態(tài)只改變一次，從而有效地克服了空翻現(xiàn)象。綜上分析工作原理分兩步完成：（1）在CP1時，主觸發(fā)器接收信號，而從觸發(fā)器狀態(tài)不變。（2）在CP的下降沿，將主觸發(fā)器的狀態(tài)傳送給從觸發(fā)器，使得nnnQKQJQ1特性方程并在CP0期間保持不變，此時主觸發(fā)器不接收信號。這樣就保證了整個時鐘周期內(nèi)，從觸發(fā)器只能在CP由10這一瞬間發(fā)生一次狀態(tài)變化。3.主從JK觸發(fā)器狀態(tài)表由狀態(tài)表可歸納如下：JK00狀態(tài)不變JK不同與J相同JK11次態(tài)取非4.波形圖五、時鐘觸發(fā)器的直接置位和直接復(fù)位除了時鐘脈沖輸入端及觸發(fā)器輸出端外，絕大多數(shù)實際的觸發(fā)器電路還有以下兩個輸入端：直接置位輸入端直接置位輸入端也

14、稱作“直接置1端”，記著。直接復(fù)位輸入端直接復(fù)位輸入端也稱作“直接置0端”，記著。dSdR、為低電平有效，要把觸發(fā)器置成“0”狀態(tài)時可在端加一負(fù)脈沖；要把觸發(fā)器置成“1”狀態(tài)時可在端加一負(fù)脈沖。但不允許同時出現(xiàn)0，0。觸發(fā)器工作時1，1。由此可見，時鐘觸發(fā)器可以通過以下兩種途徑改變狀態(tài)：（1）不管CP和控制輸入信號如何，通過直接置位端和直接復(fù)位端改變狀態(tài)。（2）在和為“1”的前提下，通過時鐘脈沖CP和控制輸入端改變狀態(tài)。dRdSdRdSdRdSdRdSdSdRdSdR六、觸發(fā)器的邏輯符號帶置位、復(fù)位輸入的上跳沿觸發(fā)D觸發(fā)器的新標(biāo)準(zhǔn)符號帶置位、復(fù)位輸入的下跳沿觸發(fā)JK觸發(fā)器的新標(biāo)準(zhǔn)符號通過前面對

15、各類觸發(fā)器的分析可得：觸發(fā)器的基本性質(zhì)有兩個：一是有兩個穩(wěn)態(tài)Q0，1；二是可觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。因此觸發(fā)器可以用來存儲二進(jìn)制信息。Q例題1設(shè)維持阻塞D觸發(fā)器的初始狀態(tài)Qn0。試畫出在如圖所示的CP、D信號作用下觸發(fā)器Q端的工作波形。維持阻塞D觸發(fā)器是一個上升沿觸發(fā)的觸發(fā)器。Q例題2將如圖所示波形作用在下降沿觸發(fā)的邊沿式觸發(fā)器上，試畫出觸發(fā)器Q端的工作波形。設(shè)初態(tài)Qn0。Q例題3已知CP脈沖，對如圖所示電路，畫出其輸出波形。設(shè)觸發(fā)器的狀態(tài)Qn1。CPQQ解解答這類問題的關(guān)鍵，是要能根據(jù)電路圖列出相應(yīng)的次態(tài)方程，然后分析它的觸發(fā)脈沖是誰產(chǎn)生的以及觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)變化的情況。在此基礎(chǔ)上畫出輸出波形圖。0Q1Q

16、QQKQJQ111111nnnnnnCPQ例題4已知CP脈沖，對如圖所示電路，畫出其輸出波形。設(shè)觸發(fā)器的狀態(tài)Qn1。CPF1F2Q1Q21Q2Q解122222212111n1QQ0QQ1QKQJQCPQDQn應(yīng)用實例1用雙JK觸發(fā)器集成電路74LS76作為彩燈控制電路。1.電路組成2.電路功能分析該電路將J1與K1、J2與K2連在一起，作為雙T觸發(fā)器使用，在時鐘秒信號脈沖作用下，使LA、LB、LC三盞燈按如圖所示的順序亮暗。應(yīng)用實例2設(shè)計一個4人搶答邏輯電路。具體要求如下：（1）每個參賽者控制一個按鈕，用按動按鈕發(fā)出搶答信號。（2）競賽主持人另有一個按鈕，用于將電路復(fù)位。（3）競賽開始后，先按動按鈕者將對應(yīng)的一個發(fā)光二極管點亮，此后其他3人再按動按鈕對電路不起作用。解電路如圖所示：RC11DRC11DRC11DRC11DOOOOOOOO&OVCCDADBDCDDR5R6R7R8R9VCCR1R2R4R3ABCDGJCPAQBQCQDQ圖中A、B、C、D四個按鈕各由一名參賽者控制，按