第五章-觸發(fā)器

基本概念觸發(fā)器：是具有記憶功能的基本邏輯單元，一個觸發(fā)器能夠存貯一位二值信號。觸發(fā)器輸出：①有兩種可能的狀態(tài)：0、1；②輸出狀態(tài)在觸發(fā)信號作用之下可以發(fā)生轉(zhuǎn)變。

③輸出狀態(tài)不只與現(xiàn)時的輸入有關(guān)，還與原來的輸出狀態(tài)有關(guān)；

記憶：有外觸發(fā)時,觸發(fā)器狀態(tài)改變;

觸發(fā)信號撤除,維持狀態(tài)不變。第五章集成觸發(fā)器觸發(fā)器分類：電平觸發(fā)脈沖觸發(fā)邊沿觸發(fā)按結(jié)構(gòu)分：基本RS觸發(fā)器鐘控RS觸發(fā)器主從觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器按功能分：RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器T′觸發(fā)器按觸發(fā)方式分：

基本RS觸發(fā)器，又稱RS鎖存器，是各種觸發(fā)器電路中結(jié)構(gòu)形式最簡單的一種，也是各種復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的基本組成部分。一、電路結(jié)構(gòu)§1基本RS觸發(fā)器由兩個與非門首尾相接，交叉耦合構(gòu)成。在觸發(fā)器中，通常用Q的狀態(tài)表示觸發(fā)器的狀態(tài)，即:為觸發(fā)器的0狀態(tài)；為觸發(fā)器的1狀態(tài)。SR也可由或非門構(gòu)成RS觸發(fā)器輸入RD=1,SD=1時10111001①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)&G1&G2二、工作原理輸入RD=1,SD=1時11①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)&G1&G2②若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)010110&G1&G2輸入RD=0,SD=1時①若原狀態(tài)：11001010輸出：保持原態(tài)②若原狀態(tài)：01101010輸出：&G1&G2輸入RD=0,SD=1時①若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)輸入RD=1,SD=0時①若原狀態(tài)：10101001輸出：&G1&G2輸入RD=1,SD=0時①若原狀態(tài)：輸出：&G1&G2②若原狀態(tài)：輸出：保持原態(tài)01010110輸入RD=0,SD=0時0011不論原態(tài)如何，輸出全是1&G1&G21.當(dāng)RD=SD=0時,Q=Q=1違背互補輸出的條件,

故不允許RD=SD=0同時輸入。2.當(dāng)RD=SD=0同時變?yōu)?時，翻轉(zhuǎn)快的門輸出變?yōu)?，另一個維持為1,不得翻轉(zhuǎn)。基本RS觸發(fā)器小結(jié)電路維持原狀態(tài)不變。RD觸發(fā)，Q=0，Q=1。在RD=0信號消失后，電路保持0狀態(tài)不變。RD端稱為置0輸入端或復(fù)位端。SD觸發(fā)，Q=1，Q=0。在SD=0信號消失后，電路保持1狀態(tài)不變。SD端稱為置1輸入端或置位端。Q=Q=1，不是定義的1狀態(tài)和0狀態(tài)。而且RD、SD同時回到1以后，無法確定觸發(fā)器是1狀態(tài)還是0狀態(tài)。因此，正常工作時，輸入信號應(yīng)遵守RD

+SD=1的約束條件，即不允許輸入RD=SD=0的信號。注：⑴稱觸發(fā)器的新狀態(tài)或次態(tài)為Qn+1；⑵稱觸發(fā)器的原狀態(tài)或初態(tài)為Qn

?；居|發(fā)器的真值表

11不變0101101000不定

輸入信號直接加在輸出門上，在輸入信號全部作用時間內(nèi)，都能直接改變輸出端的狀態(tài)。故又稱基本RS觸發(fā)器為直接復(fù)位、置位觸發(fā)器。為電平觸發(fā)方式。三、動作特點約束條件:RD

+SD=1

在數(shù)字信號系統(tǒng)中，為協(xié)調(diào)各部分的動作，常常要求某些觸發(fā)器于同一時刻動作。為此，必須引入同步信號，使這些觸發(fā)器只有在同步信號到達(dá)時才按輸入信號改變狀態(tài)。通常把這個同步信號叫做時鐘脈沖，或稱為時鐘信號，簡稱時鐘，用cp表示。這種受時鐘信號控制的觸發(fā)器稱為時鐘觸發(fā)器、鐘控RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器?！?同步RS觸發(fā)器由G1、G2組成基本RS觸發(fā)器,由G3、G4組成輸入控制(導(dǎo)引)電路。

cp控制翻轉(zhuǎn)時間，R、S決定翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。一、電路結(jié)構(gòu)&&G1RQG2SQ&&cpG3G4二、工作原理3、4門被封鎖，R、S不會影響輸出狀態(tài)，故觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變。R、S信號通過G3、G4反相加到基本RS觸發(fā)器上，使觸發(fā)器狀態(tài)跟隨輸入信號狀態(tài)的變化而改變?；綬S觸發(fā)器&&G1RQG2SQ&&cpG3G41101cp=0時，cp=1時，真值表約束條件R?S=0

cp=1的全部時間內(nèi)，R、S變化都將引起觸發(fā)器狀態(tài)變化。為電平觸發(fā)方式。RSQn+1功能說明00011011Q10d不變置1置0不定三、動作特點RDSD=11RDSD=10RDSD=01RDSD=00

觸發(fā)器真值表不直觀，若將Qn稱為狀態(tài)變量，作為一個變量列入真值表，就得到觸發(fā)器的特性表（或功能表）。四、功能描述方法1.特性表同步RS觸發(fā)器特性表利用約束條件求特性方程Qn+1=S+RQnR?S=0QnRSQn+1

0

00000110100011不定

100110111100111不定10001111001RSQnd01100d2.特性方程RSQn+1功能說明00011011Q10d不變置1置0不定Qn

Qn+1RS00001011010110

3.激勵表根據(jù)狀態(tài)變化要求,找出輸入信號(激勵信號)規(guī)律QnRSQn+1

0

00000110100011不定

100110111100111不定特性表4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖獨立狀態(tài)——有標(biāo)號的圈表示轉(zhuǎn)移方向——現(xiàn)態(tài)次態(tài)轉(zhuǎn)移條件——輸入條件Qn

Qn+1RS00001011010110

三要素使輸出全為1CPRSQSetResetCP撤去后狀態(tài)不定不變5波形圖RSQ(n+1)功能說明00011011Q10d不變置1置0不定說明(續(xù))（2）cp=1期間,若輸入信號多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器狀態(tài)將多次翻轉(zhuǎn)，從而降低了電路的抗干擾能力。作為計數(shù)使用時，將發(fā)生空翻。CPDQ（3）基本RS觸發(fā)器和同步RS觸發(fā)器的不足:①輸入有約束條件,②存在空翻現(xiàn)象。5.3.2電平觸發(fā)D觸發(fā)器設(shè)觸發(fā)器初態(tài)為0，試畫出觸發(fā)器Q端的輸出電壓波形。5.3.5．同步觸發(fā)器存在的問題——空翻在一個時鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻。

有效翻轉(zhuǎn)

空翻為避免計數(shù)混亂，要求每來一個CP脈沖，觸發(fā)器只發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。

對信號的要求是：信號的最小周期大于時鐘周期。電平觸發(fā)方式的JK觸發(fā)器電平觸發(fā)方式的JK觸發(fā)器符號電平觸發(fā)方式的T觸發(fā)器同時具有保持、翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，又稱可控的翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器。有一個控制端T：當(dāng)T=0時，保持；T=1時，翻轉(zhuǎn)。即變成T’觸發(fā)器?！?不同功能觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換觸發(fā)器按功能分有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。一、T和T’

觸發(fā)器⒈

T’

觸發(fā)器：只有翻轉(zhuǎn)功能的觸發(fā)器，又稱翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器、計數(shù)觸發(fā)器，即每來一個時鐘脈沖，狀態(tài)改變一次。⒉

T觸發(fā)器：(1)不單獨生產(chǎn)，由其他觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而得;(2)時鐘脈沖極性由被轉(zhuǎn)換的觸發(fā)器決定。T觸發(fā)器功能描述真值表：特征表：激勵表：000011101110QnQn+1TQnTQn+100001101110特征方程：TQn+10Qn1Qn說明：5.4主從觸發(fā)器1、電路結(jié)構(gòu)與工作原理（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理1）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開，接收輸入信號R、S，根據(jù)輸入信號狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。5.4.1主從SR觸發(fā)器2）輸出信號過程CP下降沿到來時，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。因此，在CP的一個周期里，觸發(fā)器輸出端的狀態(tài)只改變一次，克服了多次翻轉(zhuǎn)。2、邏輯功能描述特性方程CP下降沿到來時有效（3）邏輯符號輸出延遲下降沿有效QmQmQQ已知CP、S、R的波形，試畫出主從RS觸發(fā)器Q和Q的波形。設(shè)初始狀態(tài)為Q=0。

Q錯誤正確總結(jié)主從RS觸發(fā)器的主要特點1.主從控制。主觸發(fā)器接受輸入信號；從觸發(fā)器接收主觸發(fā)器該時刻的狀態(tài)。3.R、S之間有約束,RS=0

。CP

由于從觸發(fā)器輸出端的變化只能發(fā)生在CP的下降沿，所以克服了空翻現(xiàn)象。2.克服了空翻現(xiàn)象。4、與同步RS觸發(fā)器邏輯功能完全一樣(當(dāng)RS信號在CP=1期間沒有改變）。功能更完善，且R=S=1時，觸發(fā)器狀態(tài)也確定的一種觸發(fā)器。5.4.2主從JK觸發(fā)器1、結(jié)構(gòu)特點SR&&&&&&&&G3G1G7G5QG9G4G2G8G6QCPSRQmQm1R＝KQR→K，S

→JS＝JQ

將從觸發(fā)器的Q、Q端作為一對附加控制信號，接回到輸入端。功能上不同與RS觸發(fā)器，故用J、K表示信號輸入端，稱主從J、K觸發(fā)器。KJ5.4.2

主從JK觸發(fā)器代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒有約束。2、工作原理KSJR&&&&&&&&G4G2G8G6QG9G3G1G7G5QCPQmQm1R＝KQS＝JQJ=K=0時，相當(dāng)R=0，S=0，維持原態(tài)不變J=0，K=1時，相當(dāng)R=Q，S=0，

Qn=0時，RS=00→Qn＋1＝0Qn=1時，RS=10→Qn＋1→0置0J=1，K=0時，相當(dāng)R=0，S=Q，

Qn=0時，RS=01→Qn＋1→1Qn=1時，RS=00→Qn＋1＝1置1J=1，K=1時，相當(dāng)R=Q，S=Q，

Qn=0時，RS=01→Qn＋1→1Qn=1時，RS=10→Qn＋1→0

此時，Q狀態(tài)在cp作用下，交替翻轉(zhuǎn)，稱為計數(shù)翻轉(zhuǎn)，Qn＋1=Qn

。特征表和特征方程真值表：特征表：

QnJKQn+100000010010101111001101011011110JKQn+100Qn010101

11Qn

JK=00時，維持原態(tài)不變，Qn＋1=

QnJK=01時，置0Qn＋1=0JK=10時，置1Qn＋1=1JK=11時，計數(shù)翻轉(zhuǎn)Qn＋1=Qn

11

110001111001JKQn特征方程：(2)驅(qū)動表QnQn+1JK

000×

011×

10×111×0

QnJKQn+100000010010101111001101011011110

cpJKQmQ(4)時序圖翻轉(zhuǎn)置0保持置1置0故當(dāng)cp為

時，Q翻成Q＝Qm＝1。(1)cp=1期間J、K不能變化，否則可能產(chǎn)生誤動作。只有兩種情況會產(chǎn)生錯誤：3、一次性翻轉(zhuǎn)Q=0時，J：0→1Q=1時，K：0→1G9KJ&&&&&&&&G4G2G8G6QG3G1G7G5QCPQmQm1CPJKQmQt1t2100(2)一次變化(錯翻一次,不再恢復(fù))：分析:因為Q、Q引回7、8門輸入端，必然

封鎖一個門，設(shè)Q=0，封鎖8門。1t1時刻，如J:0→1，會使

Qm=1。＝100111t2時刻，如J:1→0,Qm維持為1,不再變化。分析:Cp＝1期間,如Q＝1,而K由0→1時的過程此時，Qm

會變化嗎？只會發(fā)生1次變化JK＝10，置1JK＝11,翻轉(zhuǎn)(2)主觸發(fā)器本身仍是一個同步RS觸發(fā)器，故在cp=1期間輸入信號對主觸發(fā)器起控制作用。5、動作特點(1)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為兩步動作，

cp=1期間主觸發(fā)器接收輸入信號，被置成相應(yīng)狀態(tài)，從觸發(fā)器維持不變； 在cp時刻，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)成主觸發(fā)器狀態(tài)。主從JK觸發(fā)器已克服了空翻和輸入的約束條件，但仍存在一次翻轉(zhuǎn)的缺陷。①維持阻塞邊沿觸發(fā)器(5.5.2)；②利用各門電路傳輸延遲時間的不同構(gòu)成邊沿觸發(fā)器；③利用CMOS傳輸門的邊沿觸發(fā)器(5.5.1)；④利用二極管進(jìn)行配置的邊沿觸發(fā)器等。§5.5邊沿觸發(fā)器主要有：邊沿觸發(fā)器即利用cp邊沿觸發(fā)的觸發(fā)器，也就是觸發(fā)器的次態(tài)僅取決于cp信號的上升沿(↑)或下降沿(↓)到達(dá)時刻輸入信號的狀態(tài)。

形式上也是一種主從結(jié)構(gòu)，具有完全不同的動作特點。5.5.1、CMOS邊沿觸發(fā)器⒈電路結(jié)構(gòu)Q1TG1DcpG3QTG31TG21TG41cpcpcpcpcpcpcpQmQmG1G2G4主觸發(fā)器從觸發(fā)器1TG1DcpG3QTG31TG21TG41cpcpcpcpcpcpcpQmQmQG1G2G4傳輸門TG2,TG3，在cp＝1時導(dǎo)通。傳輸門TG1,TG4，在cp＝0時導(dǎo)通。⒉

工作原理（復(fù)習(xí)傳輸門的導(dǎo)通條件）

輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在cp上升沿，稱上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。說明：

(1)cp、cp作用，使主、從觸發(fā)器一通一止，無空翻。

(2)傳輸門的cp、cp互換，可實現(xiàn)下降沿觸發(fā)。

3、動作特點：

觸發(fā)器類型轉(zhuǎn)換1、觸發(fā)器的類型按邏輯功能可分為：T’觸發(fā)器RS觸發(fā)器JK觸發(fā)器D觸發(fā)器T觸發(fā)器類型邏輯功能置0、置1、保持置0、置1、保持、翻轉(zhuǎn)置0、置1保持、翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)特性方程轉(zhuǎn)換為T’功能觸發(fā)器二、觸發(fā)器類型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方法：即原輸入端→通過轉(zhuǎn)換電路→新觸發(fā)輸入端。求轉(zhuǎn)換邏輯電路。1、JK觸發(fā)器的轉(zhuǎn)換(→D,→T,→T’)：JK