RS觸發(fā)器學(xué)習(xí)資料課件

本章基本要求

1.掌握RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T′觸發(fā)器的邏輯功能。

2.掌握觸發(fā)器功能的描述方法：特性表（功能表）、特性方程（狀態(tài)方程、次態(tài)方程）、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、波形圖（時序圖）。

3.理解各種觸發(fā)器的工作原理，熟悉它們的邏輯符號及動作特點(diǎn)。

4.了解觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)及不同功能觸發(fā)器之間的相互轉(zhuǎn)換。第4章

觸發(fā)器

1

觸發(fā)器是具有記憶功能，能存儲數(shù)字信號的基本邏輯單元。

觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，1狀態(tài)和0狀態(tài)。

在輸入觸發(fā)信號作用下，兩個穩(wěn)定狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換（從1→0或從0→1），并且在觸發(fā)信號消失后能保持信號作用時的穩(wěn)態(tài)不變。按邏輯功能的不同可分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T′觸發(fā)器等；

按其結(jié)構(gòu)不同可分為基本型、主從型和維持阻塞型、邊沿型等。

在觸發(fā)方式上有電平觸發(fā)、主從觸發(fā)和邊沿觸發(fā)等。

24.1.1基本RS觸發(fā)器

1.電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號

電路結(jié)構(gòu)：由兩個與非門和反饋線交叉連接而成。

兩個輸出端：Q和Q

在正常條件下，Q與Q的邏輯狀態(tài)能保持相反。

兩種穩(wěn)定狀態(tài)：Q=1，Q=0Q=0，Q=1

兩個輸入端：S

(Set)和R

(Reset)

S

稱為直接置位端或直接置“1”端；

R

稱為直接復(fù)位端或直接置“0”端。稱為置位狀態(tài)或

1態(tài)；Q的狀態(tài)即為觸發(fā)器的狀態(tài)。稱為復(fù)位狀態(tài)或

0

態(tài)。2.工作原理QG1＆＆SRQG2邏輯符號QRSQRS3QG1＆＆SRG2Q

如不考慮輸入信號的作用,即S、

R都接高電平或懸空(S=R

=1)

設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為“1”態(tài)，即Q=1、Q=0。則觸發(fā)器的“1”狀態(tài)可以自動保持，形成穩(wěn)態(tài)；

此時，Q=0、Q=1,即無論觸發(fā)器的初態(tài)為何態(tài),

觸發(fā)器置為“0”態(tài)。當(dāng)脈沖消失后，觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變。同理若觸發(fā)器的初始狀態(tài)為“0”態(tài)，即Q=0、Q=1，觸發(fā)器也可自動保持“0”態(tài)?？梢姡|發(fā)器具有保持原狀態(tài)不變的功能，這就是它的存儲或記憶的功能。1)

S

=1，R=0

下面分析S

、R加輸入信號時,輸出與輸入的邏輯關(guān)系111001010100114QG1＆＆SRG2Q10101100

此時，Q=1、Q=0,即無論觸發(fā)器的初態(tài)為何態(tài)，觸發(fā)器置為“1”態(tài)。當(dāng)脈沖消失后，觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變。2）

S＝0，R＝1

3）S＝0，R＝0

當(dāng)R端和S端同時加低電平或負(fù)脈沖時,兩個與非門輸出都為1,這不符合Q與Q狀態(tài)相反的邏輯要求,且當(dāng)負(fù)脈沖消失后,觸發(fā)器將由各種偶然因素決定其最終狀態(tài)。因此這是不允許出現(xiàn)的狀態(tài)，使用時應(yīng)禁止出現(xiàn)?？梢?，由與非門組成的基本RS觸發(fā)器在低電平信號作用下,觸發(fā)器可以從一個穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個穩(wěn)態(tài)。5基本

RS

觸發(fā)器特性表的簡化表示Qn00101010不定11Qn+1SR

置0端R

和置1端S低電平有效。

約束條件注意3.邏輯功能的描述方法(1)特性表（真值表）000011

觸發(fā)器狀態(tài)不定001010100

觸發(fā)器置000101101

觸發(fā)器置111111×0×1觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變說明Qn+1QnSR與非門組成的基本RS觸發(fā)器的特性表禁用R

=S

=0Qn：現(xiàn)態(tài)(觸發(fā)信號到來之前的狀態(tài))；Qn+1：次態(tài)(觸發(fā)信號到來之后的狀態(tài))。6

由特性表可畫出Qn+1的卡諾圖：

（2）特性方程（狀態(tài)方程）：

（約束條件）

QnRSQn+1說明01110011置101001100置001111101保持010000××不允許7（3）時序圖（波形圖）10111110000011111111000111不定Q

n00101010不定11Q

n+1SR

在基本RS觸發(fā)器中，只要輸入信號有變化，就可能直接引起觸發(fā)器動作，使觸發(fā)器的狀態(tài)改變，這就是基本RS觸發(fā)器的動作特點(diǎn)。QG1＆＆SRG2Q設(shè)觸發(fā)器的初態(tài)為“0”。8ＱＱＱ

Ｑ≥1≥1

（a）（b）（a）邏輯圖（b）邏輯符號

RSSRG1G24.由或非門組成的基本RS觸發(fā)器

RS觸發(fā)器還可用或非門組成,不同之處:一是R、S的位置對換,二是R、S無反號,即輸入高電平有效。

工作原理：

①當(dāng)R=0，S=0時→觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變;

②當(dāng)R=0，S=1時→Q=1，

Q=0，觸發(fā)器置1；

③當(dāng)R=1，S=0時→Q=0，

Q=1，觸發(fā)器置0

；

④當(dāng)R=1，S=1時，Q=0，Q=0，這種狀態(tài)是不允許出現(xiàn)的。這就是RS觸發(fā)器的約束條件。001001119特性表

RSQn+1

功能00100111Qn01×

不變置0

置1不允許由特性表可畫Qn+1的卡諾圖特性方程

約束條件

從特性表中可以看出：由于S=R=1時，觸發(fā)器的狀態(tài)Q=Q=0，所以正常工作時不允許加S=R=1的輸入信號，即需遵守S·R=0的約束條件。RSQn0011001×1110×0011010

輸入

輸出功能說明1110010000011011

Qn01

不定

保持置0

置1

不允許

輸入端各自取反，即它們的觸發(fā)電平相反。其特性表相同，表明它們具有相同的邏輯功能。SSRRQn+1注意

弄清輸入信號是低電平有效還是高電平有效。邏輯符號QRSQRSQRSQRSS（S）為有效電平時，觸發(fā)器直接置位R（R）為有效電平時，觸發(fā)器直接復(fù)位。兩輸入端不允許同時出現(xiàn)有效電平。11

驅(qū)動表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

根據(jù)觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Qn和次態(tài)Qn+1的取值來確定輸入信號取值的關(guān)系表，稱為觸發(fā)器的驅(qū)動表，又稱激勵表。驅(qū)動表

Qn→Qn+1RS00011011

×001100×ＱnRS

Ｑn+1010000010100111101110000011111××12狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

在狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖中，用兩個圓圈分別代表觸發(fā)器的兩種穩(wěn)定狀態(tài)，用帶箭頭的孤線表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向，在弧線旁邊標(biāo)注狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件。S=1,R=0S=×R=×0S=0,R=1R=01S=0

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示觸發(fā)器從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)或保持原狀態(tài)不變時，對輸入信號（R、S）提出的要求。Qn→Qn+1RS00011011

×001100×135.RS觸發(fā)器的應(yīng)用

這是一個簡單開關(guān)電路，從理論上講，合上開關(guān),輸出一個低電平“0”，但由于機(jī)械開關(guān)在扳動過程瞬間存在接觸抖動，使得A端電壓不能從＋5V直接躍變到0V，而是會發(fā)生多次電壓抖動，在幾十毫秒的時間內(nèi)產(chǎn)生多個脈沖后才能穩(wěn)定下來。如果用這種電路產(chǎn)生的信號去驅(qū)動數(shù)字電路，可能導(dǎo)致電路發(fā)生誤動作。

3.3KΩAS+5V5VUA0t

（a）開關(guān)接觸抖動14

要消除上示電路中因開關(guān)抖動而產(chǎn)生不止一個輸出脈沖的現(xiàn)象，可在開關(guān)S與輸出端A之間接一個基本RS觸發(fā)器。

當(dāng)開關(guān)S在圖示位置時，A端輸出為高電平。在開關(guān)S被向下扳動過程中一旦出現(xiàn)低電平，立即使觸發(fā)器的輸出A點(diǎn)跳變到低電平，即使在開關(guān)S處會出現(xiàn)抖動脈沖，但對觸發(fā)器來說也是無效電平，其狀態(tài)不會發(fā)生變化，A端會出現(xiàn)邊沿陡峭的階躍信號。&&3.3KΩ×2S+5VA5VUA0t

（b）無抖動開關(guān)15

在數(shù)字電路中為了協(xié)調(diào)各有關(guān)邏輯部件的動作，通常要求各觸發(fā)器按一定的時間節(jié)拍協(xié)調(diào)動作，即觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)仍由輸入控制端的電平情況決定，但翻轉(zhuǎn)的時刻應(yīng)由統(tǒng)一的脈沖信號來進(jìn)行控制，這一控制信號稱為時鐘脈沖，用

CP(ClockPulse)表示，CP為一個正脈沖序列。這類觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器4.1.2同步RS觸發(fā)器

同步觸發(fā)器分為兩大類:一類叫做脈沖（電平）觸發(fā)器，其CP的全部作用時間內(nèi)觸發(fā)器的輸入信號都可能影響輸出狀態(tài)；另一類叫做邊沿觸發(fā)器。其觸發(fā)器輸出的狀態(tài)僅僅取決于CP脈沖沿（可能是上升沿，也可能是下降沿）到達(dá)時刻輸入信號的狀態(tài)。CP16

門G1、G2組成基本RS觸發(fā)器，

G3、G4為控制門，CP為控制信號（時鐘信號）2．電路特點(diǎn)

（1）CP=0，G3、G4門被封鎖，RS不起作用，

Q與Q維持原態(tài)。

（2）CP由0→1,G3、G4門打開,RS起作用,此時Q與Q狀態(tài)由RS決定。1．電路結(jié)構(gòu)與邏輯符號QQG1

＆＆G2S

RG3＆＆G4SCPR17QQG1

＆＆G2S

RG3＆＆G4SCPR3．工作原理

100111001011010101

輸入輸出邏輯功能SRQnQn+10000保持不變110100置0101001置111110×狀態(tài)不允許1×Q1R1SQRSC1CP（1）特性表（CP=1）Qn+1=S+RQnR·S=0（約束條件）（2）特性方程：（狀態(tài)方程）CP=1期間有效18（3）波形圖（設(shè)初態(tài)為0）

同步RS觸發(fā)器動作特點(diǎn)為：在CP=1期間的所有時間內(nèi)，只要輸入信號有變化，就可能產(chǎn)生觸發(fā)器的狀態(tài)改變。在CP=0時，輸入驅(qū)動信號對觸發(fā)器的狀態(tài)沒有影響。19例：初始狀態(tài)Q=1，畫出Q的波形。CPRSQ

輸入

輸出SRQnQn+1000011010010100111110×1×205.D鎖存器

在同步RS觸發(fā)器中，RS存在約束，為了解決這個問題，可將同步RS觸發(fā)器接成D鎖存器，它只有一個輸入端D。可用來鎖存一位的二值信息。（1）電路構(gòu)成與邏輯符號

門G3的輸出送到G1，同時又送回到G4

。QQ＆＆G2＆＆

（b）邏輯符號D(a）邏輯圖QDCPQC11DG1G3G4CP21QQ＆＆G2＆＆

DG1G3G4CP（2）工作原理

CP=0時，Q保持原狀態(tài)

。011CP=1時，Q轉(zhuǎn)移可見，D觸發(fā)器永遠(yuǎn)滿足約束條件。22（3）特性表與特性方程

1）特性表（CP=1期間）

2）特性方程

Qn+1=D（CP=1期間有效）

（4）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

CP=1期間有效QnDQn+1說明

000100置0011111置1

D=1D=00D=1D=0123（5）波形圖

（初態(tài)為0）

在CP=1期間，Q隨D的變化而變化；在CP=0期間，Q保持不變。

D觸發(fā)器的動作特點(diǎn)為：246.同步觸發(fā)器的空翻

（1）空翻的概念

如果在CP=1期間，輸入信號多次變化會引起觸發(fā)器輸出狀態(tài)多次變化（翻轉(zhuǎn)）。在一個時鐘脈沖作用下（CP=1期間）,輸入信號變化使觸發(fā)器狀態(tài)變化多次的現(xiàn)象，稱為空翻。

例：初態(tài)為0

25（2）空翻的危害

在數(shù)字系統(tǒng)中，特別是計數(shù)器中，觸發(fā)器的CP端實質(zhì)上是一個計數(shù)脈沖輸入端，此時觸發(fā)器作為一個二進(jìn)制計數(shù)單元，每接收一個計數(shù)脈沖CP，計數(shù)器狀態(tài)變化一次，如出現(xiàn)空翻，將使計數(shù)器無法正常計數(shù)，故要克服空翻。

SRQn+100011011不變01不定CP=1期間有效264.1.3主從RS觸發(fā)器

為了解決同步RS觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象，引入主從RS觸發(fā)器

。1.電路組成和邏輯符號

由兩個同步RS觸發(fā)器組成主從RS觸發(fā)器。主觸發(fā)器接收信號，其狀態(tài)直接由輸入信號決定。

從觸發(fā)器的輸入與主觸發(fā)器的輸出相連，其狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定。從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)為主從觸發(fā)器的狀態(tài)。＆＆Q

QG1＆＆

G2從觸發(fā)器3G4ˊRˊCPQˊQˊ

＆＆1主觸發(fā)器G7

＆＆G8CPSRG6G5SG272．電路特點(diǎn)

CP=0→從觸發(fā)器禁止?fàn)顟B(tài)，Q、Q保持原狀態(tài)。

（1）CP=1：主觸發(fā)器工作，同步RS→QˊQˊ。

CP由0→1，從觸發(fā)器工作，同步RˊSˊ→Q、Q。

（2）CP由1→0，主觸發(fā)器禁止?fàn)顟B(tài)，QˊQˊ保持原狀態(tài)。

在CP的一個周期內(nèi)，CP=1期間接收信號，CP由1→0（下降沿）翻轉(zhuǎn)（Q狀態(tài)可改變），且Q與Q只能翻轉(zhuǎn)一次，克服了觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象。在CP=0時,主、從觸發(fā)器的狀態(tài)是一致的。。

＆＆Q

QG1＆＆

G2從觸發(fā)器3G4ˊRˊCPQˊQˊ

＆＆1主觸發(fā)器G7

＆＆G8CPSRG6G5SG28＆＆Q

QG1＆＆

G2從觸發(fā)器3G4ˊRˊCPQˊQˊ

＆＆1主觸發(fā)器G7

＆＆G8CPSRG6G5SG3．工作原理

（1）當(dāng)CP=0時，CP=1。在CP=0期間，RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)始終不會變，即Qn+1=Qn。

010→11→0RS起作用主觸發(fā)器接收信號←

從觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)→CP1個CP

（2）當(dāng)CP由0跳變到1之后，即CP=1，CP=0。主觸發(fā)器被打開接收R、S信號，使Q’和Q’獲得一個新狀態(tài)。但從觸發(fā)器被封鎖，所以輸出端Q、Q保持原來狀態(tài)不變。

29＆＆Q

QG1＆＆

G2從觸發(fā)器3G4ˊRˊCPQˊQˊ

＆＆1主觸發(fā)器G7

＆＆G8CPSRG6G5SG（3）當(dāng)CP由1下降為0時，CP變?yōu)?，CP變?yōu)?，這時主觸發(fā)器被封鎖，從觸發(fā)器打開，接收在此之前（CP=1時）主觸發(fā)器存儲的信號，使從觸發(fā)器的輸出狀態(tài)變化。

1→00→1QQ1SSC1CP1RR30

4．特性表與特征方程（CP由1→0下降沿有效）

顯然：從特性表中可知，其特性與同步RS觸發(fā)器相同。但注意：同步RS為CP=1期間有效；主從RS為CP由1→0有效

。主從RS觸發(fā)器的特性方程為

（CP下降沿有效）

主從RS觸發(fā)器解決了空翻問題，但在CP=1期間，RS仍存在約束條件。CPRSQnQn+1說明↓↓000