數(shù)字電子技術(shù)-05觸發(fā)器

第5章觸發(fā)器5.2基本RS觸發(fā)器

5.1觸發(fā)器概述5.3同步觸發(fā)器5.4JK觸發(fā)器5.5維持-阻塞D觸發(fā)器2/3/20231第5章觸發(fā)器

觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元電路。觸發(fā)器具有記憶功能，能存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼。觸發(fā)器有三個基本特性：

（1）有兩個穩(wěn)態(tài)，可分別表示二進(jìn)制數(shù)碼0和1，無外觸發(fā)時可維持穩(wěn)態(tài)；（2）外觸發(fā)下，兩個穩(wěn)態(tài)可相互轉(zhuǎn)換（稱翻轉(zhuǎn)）；（3）有兩個互補輸出端。

以下按觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)、觸發(fā)方式、邏輯功能分別進(jìn)行介紹。2/3/202325.2基本RS觸發(fā)器

圖5-1與非門組成的基本RS觸發(fā)器（a）邏輯電路（b）邏輯符號

1狀態(tài)：Q＝1、Q＝00狀態(tài)：Q＝0、Q＝1Reset為置0端（或復(fù)位端）

Set為置1端（或置位端）非號“－”：表示低電平有效表示低電平有效返回1.電路組成及邏輯符號

5.2.1與非門實現(xiàn)的基本RS觸發(fā)器2/3/202332.工作原理表5-1與非門組成的基本RS觸發(fā)器的功能表3.功能表

2/3/202344．狀態(tài)轉(zhuǎn)換表（特性表）現(xiàn)態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化前的狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：指觸發(fā)器輸入信號變化后的狀態(tài)，用Qn+1表示。特性表：次態(tài)Qn+1與輸入信號和現(xiàn)態(tài)Qn之間關(guān)系的真值表。與非門組成的基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表2/3/202355.特征方程式據(jù)表5-1畫出卡諾圖如圖5.2所示，化簡得：R+S=1(約束條件)圖5.2卡諾圖2/3/202366.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖（簡稱狀態(tài)圖）

如圖5.3所示。圖中,圓圈表示狀態(tài)的個數(shù)，箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，箭頭線上標(biāo)注的觸發(fā)信號取值表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。圖5.3狀態(tài)圖2/3/20237通常用虛線或陰影表示觸發(fā)器處于不定狀態(tài)。置1置0不允許不定置17.基本RS觸發(fā)器的時序圖(設(shè)初態(tài)為0）2/3/20238觸發(fā)器的不定狀態(tài)有兩種含義：一、Q=Q=1時，觸發(fā)器既不是0狀態(tài)，也不是1狀態(tài)；二、R、S同時從0回到1時，觸發(fā)器的新狀態(tài)不能預(yù)先確定。返回2/3/202395.2.2應(yīng)用舉例

利用基本RS觸發(fā)器的記憶功能消除機械開關(guān)振動引起的干擾脈沖。

圖5-4機械開關(guān)（a）電路(b)輸出電壓波形干擾脈沖返回2/3/202310A有0就置1B有0就置0圖5-5利用基本RS觸發(fā)器消除機械開關(guān)振動的影響（a）電路（b）電壓波形2/3/2023115.3同步觸發(fā)器基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動作特點）：邏輯電平直接觸發(fā)。（由輸入信號直接控制）在實際工作中，要求觸發(fā)器按統(tǒng)一的節(jié)拍進(jìn)行狀態(tài)更新。措施：

同步觸發(fā)器（時鐘觸發(fā)器或鐘控觸發(fā)器）：具有時鐘脈沖CP控制的觸發(fā)器。該觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時鐘脈沖同步。

CP：控制時序電路工作節(jié)奏的固定頻率的脈沖信號，一般是矩形波。同步觸發(fā)器的狀態(tài)更新時刻：受CP輸入控制。觸發(fā)器更新為何種狀態(tài)：由觸發(fā)輸入信號決定。2/3/2023121.電路組成及邏輯符號圖5-6同步RS觸發(fā)器

（a）邏輯電路（b）邏輯符號

返回在CP=0期間，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器狀態(tài)不變。在CP=1期間，由R和S端信號決定觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。結(jié)論：觸發(fā)器的動作時間是由時鐘脈沖CP控制的。觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式只有CP=1時（高電平有效），觸發(fā)器的狀態(tài)才由輸入信號R和S來決定。2/3/2023132.特征方程

Qn+1=S+QnR·S=0(約束條件)3.功能表（在CP=1期間有效）現(xiàn)態(tài)：CP脈沖作用前觸發(fā)器的原狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)：CP脈沖作用后觸發(fā)器的新狀態(tài)，用Qn+1表示。表5-2同步RS觸發(fā)器功能表R為高電平有效觸發(fā)S為高電平有效觸發(fā)R、S不允許同時有效2/3/2023144.工作波形（又稱為時序圖，設(shè)初態(tài)為0）圖5-7同步RS觸發(fā)器的時序圖

置1保持置0置12/3/2023155.同步觸發(fā)器的空翻同步觸發(fā)器在一個CP脈沖作用后，出現(xiàn)兩次或兩次以上翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為空翻。圖5-8同步RS觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象

123下面介紹幾種能克服空翻的觸發(fā)器。2/3/2023161.電路組成及邏輯符號圖5-9主從JK觸發(fā)器

（a）邏輯電路（b）邏輯符號

返回從觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF1），其狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定主觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF2），其狀態(tài)由輸入信號決定表示主從觸發(fā)方式表示觸發(fā)器靠CP下降沿觸發(fā)5.4JK觸發(fā)器2/3/2023172.工作原理(仿真運行圖4－9)（1）當(dāng)CP=1時，從觸發(fā)器FF1的輸出狀態(tài)保持不變，主觸發(fā)器FF2的輸出狀態(tài)由R和S來決定。（2）當(dāng)CP由1跳到0時（或稱CP脈沖下降沿到來時），主觸發(fā)器FF2的輸出狀態(tài)保持不變，從觸發(fā)器FF1的輸出狀態(tài)由FF2的狀態(tài)決定。此時，由于CP=0，輸入信號R和S被封鎖。可知，主從觸發(fā)器分兩步工作：第一步，CP=1期間，主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由輸入信號R和S的狀態(tài)確定，從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變。第二步，當(dāng)CP從1變?yōu)?時，主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)送入從觸發(fā)器中，從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)由主觸發(fā)器當(dāng)時的狀態(tài)決定。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變，因而受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也保持不變。觸發(fā)方式：主從觸發(fā)方式（CP下降沿有效）。主從觸發(fā)器狀態(tài)的更新只發(fā)生在CP脈沖的下降沿，觸發(fā)器的新狀態(tài)由CP脈沖下降沿到來之前的R、S信號決定。優(yōu)點：克服了空翻，提高了工作的可靠性。2/3/2023183.功能表（只在CP從1變?yōu)?時有效）表5-3主從JK觸發(fā)器功能表4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

表5-4JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表2/3/2023195.特性方程6.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖5-9JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2/3/2023207.時序圖（以CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器為例）圖5-10JK觸發(fā)器的時序圖

在CP的下降沿更新狀態(tài)，次態(tài)由CP下降沿到來之前的J、K輸入信號決定。2/3/202321邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿或下降沿進(jìn)行觸發(fā)。正邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖上升沿觸發(fā)。負(fù)邊沿觸發(fā)器：靠CP脈沖下降沿觸發(fā)。觸發(fā)方式：邊沿觸發(fā)方式?？商岣哂|發(fā)器工作的可靠性，增強抗干擾能力。圖5-11維持-阻塞D觸發(fā)器

（a）邏輯電路（b）邏輯符號返回表示觸發(fā)器靠CP上升沿觸發(fā)表示CP為邊沿觸發(fā)方式1.維持-阻塞D觸發(fā)器電路組成及邏輯符號5.5維持-阻塞D觸發(fā)器2/3/2023222.工作原理（1）當(dāng)CP=0時，G3、G4被封鎖，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)保持不變。（2）當(dāng)CP從0變?yōu)?時，G3、G4打開，它們的輸出由G5、G6決定。此瞬間，若D=0，觸發(fā)器被置為0狀態(tài)；若D=1，觸發(fā)器被置為1狀態(tài)。（3）當(dāng)CP從0變?yōu)?之后，雖然CP=1，門G3、G4是打開的，但由于電路中幾條反饋線①～④的維持—阻塞作用，輸入信號D的變化不會影響觸發(fā)器的置1和置0，使觸發(fā)器能夠可靠地置1和置0。因此，該觸發(fā)器稱為維持—阻塞觸發(fā)器。

可見，該觸發(fā)器的觸發(fā)方式為：在CP脈沖上升沿到來之前接受D輸入信號，當(dāng)CP從0變?yōu)?時，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。

由于觸發(fā)器接受輸入信號及狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)均是在CP脈沖上升沿前后完成的，故稱為邊沿觸發(fā)器。2/3/202323DQnQn+10000101011113、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表表5-5D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

4.特性方程

Qn+1=D

5.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖5-12D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

2/3/2023246.時序圖

圖5-13維持—阻塞邊沿D觸發(fā)器時序圖當(dāng)CP從0變?yōu)?時，Q將由CP上升沿到來之前一瞬間D的狀態(tài)決定。

2/3/202325表5-9T觸發(fā)器的功能表

返回1.功能表

2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

表5-10T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表5.5.1T觸發(fā)器（具有保持和翻轉(zhuǎn)功能）。5.6T和T’觸發(fā)器2/3/2023263.特性方程4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖5-21T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖令JK觸發(fā)器的J＝K＝T，就可實現(xiàn)T觸發(fā)器。圖5-22JK觸發(fā)器接成T觸發(fā)器2/3/202327（1）T′觸發(fā)器的功能把T=1時的T觸發(fā)器稱為計數(shù)型觸發(fā)器，又叫做T′觸發(fā)器。每來一個CP脈沖，T′觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次，顯然能實現(xiàn)計數(shù)功能。表4-11T′觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表特性方程為5.5.2T’觸發(fā)器

2/3/202328（2）JK觸發(fā)器的計數(shù)形式令JK觸發(fā)器的J=K=1，就可以構(gòu)成T′觸發(fā)器。

圖5-23JK觸發(fā)器的計數(shù)形式（a）電路（b）工作波形2/3/202329（3）D觸發(fā)器的計數(shù)形式令D=Qn，D觸發(fā)器就可以構(gòu)成T′觸發(fā)器。圖5-24接成計數(shù)形式的D觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形

2/3/2023301.觸發(fā)器是具有記憶功能的的邏輯電路，每個觸發(fā)器能存儲一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。2.按照邏輯電路結(jié)構(gòu)的不同，可以把觸發(fā)器分為基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器。按照觸發(fā)方式不同，可以把觸發(fā)器分為異步電平觸發(fā)、同步電平觸發(fā)、主從觸發(fā)、邊沿觸發(fā)。按照邏輯功能不同，可以把觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器。本章小結(jié)返回2/3/2023313.RS觸發(fā)器具有約束條件。

T觸發(fā)器和D觸發(fā)器比較簡單。T′觸發(fā)器是一種計數(shù)型觸發(fā)器。JK觸發(fā)器是多功能觸發(fā)器，它可以方便地構(gòu)成D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器。4.描述觸發(fā)器邏輯功能的方法有功能表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和時序圖。5.集成觸發(fā)器產(chǎn)品通常為D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器。在選用集成觸發(fā)器時，不僅要知道它的邏輯功能，還必須知道它的觸發(fā)方式，只有這樣，才能正確的使用好觸發(fā)器。

2/3/202332⑴邏輯符號“∧”表示邊沿觸發(fā)方式,“┐”表示主從觸發(fā)方式,非號“－”：表示低電平有效,加小圓圈“ο”：表示低電平有效觸發(fā)或下降沿有效觸發(fā),不加小圓圈“ο”：表示高電平有效觸發(fā)或上升沿有效觸發(fā)?？偨Y(jié)：觸發(fā)器的兩要素返回1．邏輯功能描述方法：邏輯符號、特性表、驅(qū)動表、特性方程

2/3/202333⑵特性表

DQnQn+10000101011112/3/202334⑶驅(qū)動表⑷特性方程2/3/202335(1)基本RS觸發(fā)器直接電平觸發(fā)（低電平有效/高電平有效），無CP返回2.觸發(fā)方式(2)同步觸發(fā)

CP的（高/低）電平期間觸發(fā)，在整個電平期間接收信號RS/JK/D/T，在整個電平期間狀態(tài)相應(yīng)更新，所以存在空翻。(3)邊沿觸發(fā)只在CP的↑或↓邊沿觸發(fā)，只在CP的↑或↓邊沿接收信號RS/JK/D/T，只在CP的↑或↓邊沿狀態(tài)更