第4章觸發(fā)器4.1概述4.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點(diǎn)4.3觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法第四章觸發(fā)器

觸發(fā)器具有記憶功能，能存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼。為此觸發(fā)器應(yīng)具有以下三個基本特性：（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(bǔ)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。在各種復(fù)雜的數(shù)字電路中不但需要對二值信號進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，還經(jīng)常需要將運(yùn)算結(jié)果保存下來。為此，需要使用具有記憶功能的基本邏輯單元。能夠存儲1位二值信號的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路的基本單元電路。4.1概述4.2觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點(diǎn)圖4-1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一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1、電路組成和邏輯符號4.2.1基本RS觸發(fā)器2.工作原理(仿真運(yùn)行圖4－1)表4-1與非門組成的基本RS觸發(fā)器的功能表仿真

3.功能表4．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)換表二、動作特點(diǎn)在基本RS觸發(fā)器中，輸入信號直接加在輸出門上，所以輸入信號在全部作用時間內(nèi)，都能直接改變輸出端的狀態(tài)，這就是其動作特點(diǎn)。（即只要有輸入信號，就能作用于電路。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1基本RS觸發(fā)器的時序圖(設(shè)初態(tài)為0）仿真

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。返回三、或非門組成的基本RS觸發(fā)器圖4-3或非門組成的基本RS觸發(fā)器（a）邏輯電路（b）邏輯符號注意符號的區(qū)別：輸入信號R、S為高電平有效觸發(fā)。返回仿真

或非門組成的基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表R高電平有效置0S高電平有效置1四、應(yīng)用舉例

利用基本RS觸發(fā)器的記憶功能消除機(jī)械開關(guān)振動引起的干擾脈沖。圖4-4機(jī)械開關(guān)（a）電路(b)輸出電壓波形干擾脈沖返回A有0就置1B有0就置0圖4-5利用基本RS觸發(fā)器消除機(jī)械開關(guān)振動的影響（a）電路（b）電壓波形復(fù)習(xí)觸發(fā)器有什么特點(diǎn)？請畫出與非門實現(xiàn)的基本ＲＳ觸發(fā)器的電路圖。請列出基本ＲＳ觸發(fā)器的功能表。什么叫現(xiàn)態(tài)？次態(tài)？基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式？返回4.2.2同步RS觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動作特點(diǎn)基本RS觸發(fā)器的觸發(fā)方式（動作特點(diǎn)）：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。（這就需要引入同步信號，又稱為時鐘脈沖）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。一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理1.電路組成及邏輯符號同步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.工作原理(仿真運(yùn)行圖4－6)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。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4.工作波形（又稱為時序圖，設(shè)初態(tài)為0）同步RS觸發(fā)器的時序圖

置1保持置0置1仿真

5.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。123仿真

二、動作特點(diǎn)：

1、動作特點(diǎn)：在CP＝1的全部時間里S和R的變化都將引起觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的變化。4.2.3主從觸發(fā)器的電路特點(diǎn)和動作特點(diǎn)

1.電路組成及邏輯符號

主從RS觸發(fā)器

（a）邏輯電路（b）邏輯符號

返回主觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF2），其狀態(tài)由輸入信號決定從觸發(fā)器：同步RS觸發(fā)器（FF1），其狀態(tài)由主觸發(fā)器的狀態(tài)決定表示觸發(fā)器靠CP下降沿觸發(fā)表示主從觸發(fā)方式2.工作原理（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?？芍?，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(diǎn)：克服了空翻，提高了工作的可靠性。

3.功能表（只在CP從1變?yōu)?時有效）主從RS觸發(fā)器功能表S和R都為高電平有效觸發(fā)功能與同步RS觸發(fā)器完全相同。4.工作波形（又稱為時序圖，設(shè)初態(tài)為0）

主從RS觸發(fā)器的時序圖

置1置0置1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(qiáng)抗干擾能力。

4.2.4邊沿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.電路組成及邏輯符號2.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。3.時序圖

圖4-14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。

復(fù)習(xí)同步觸發(fā)器的觸發(fā)方式？什么是同步觸發(fā)器的空翻？主從觸發(fā)器的觸發(fā)方式？邊沿觸發(fā)器的觸發(fā)方式？Ｄ觸發(fā)器的邏輯功能？

4.3.1觸發(fā)器的分類：按邏輯功能不同：RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T′觸發(fā)器等。按觸發(fā)方式不同：電平觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器和主從觸發(fā)器等。按電路結(jié)構(gòu)不同：基本RS觸發(fā)器，同步觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、主從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等。4.3觸發(fā)器的邏輯功能及其描述方法觸發(fā)器的邏輯功能通常用功能表、時序圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)換表、特性方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。一、RS觸發(fā)器RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

返回以主從RS觸發(fā)器為例分析RS觸發(fā)器的邏輯功能。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換表是表示觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Qn、輸入信號和次態(tài)Qn+1之間轉(zhuǎn)換關(guān)系的表格。1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表S

RQnQn+10

00

001010

10

101001

01

001111

11

101××R有效置0S有效置1R、S不允許同時有效R、S同時無效保持2.特性方程（又稱為狀態(tài)方程）由狀態(tài)轉(zhuǎn)換表得到Qn+1的狀態(tài)轉(zhuǎn)換卡諾圖。圖4-15RS觸發(fā)器的Qn+1卡諾圖

進(jìn)一步可寫出Qn+1的表達(dá)式。S

RQnQn+10

00

001010

10

101001

01

001111

11

101××輸入輸出約束條件，表示不允許將R、S同時取為13.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

圖4-16

RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：表示觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的圖形。它是觸發(fā)器從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)或保持原狀不變時，對輸入信號（R、S）提出的要求。兩個圓圈表示狀態(tài)0和1箭頭表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的方向在箭頭旁邊用文字或符號表示實現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必備的條件二、D觸發(fā)器1.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

返回DQnQn+10000101011112.特性方程

Qn+1=D

3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

D觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

三、JK觸發(fā)器

JK觸發(fā)器的邏輯符號（a）下降沿觸發(fā)

（b）上升沿觸發(fā)

JK觸發(fā)器是一種多功能觸發(fā)器，在實際中應(yīng)用很廣。

JK觸發(fā)器是在RS觸發(fā)器基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，在使用中沒有約束條件。常見的JK觸發(fā)器有主從結(jié)構(gòu)的，也有邊沿型的。2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

1.功能表

JK觸發(fā)器功能表JK觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表3.特性方程4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖5.時序圖（以CP下降沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器為例）JK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。具有保持和翻轉(zhuǎn)功能。四、T觸發(fā)器T觸發(fā)器的功能表

1.功能表

2.狀態(tài)轉(zhuǎn)換表

T觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表3.特性方程4.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖T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。

JK觸發(fā)器接成T觸發(fā)器5.T′觸發(fā)器

（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。T′觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表特性方程為（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。

JK觸發(fā)器的計數(shù)形式（a）電路（b）工作波形仿真

（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。接成計數(shù)形式的D觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形

仿真

第四章小