第12章觸發(fā)器主要內(nèi)容12.1概述12.2基本SR觸發(fā)器（SR鎖存器）12.3同步觸發(fā)器（電平觸發(fā)）12.4主從觸發(fā)器（脈沖觸發(fā)）12.5邊沿觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）12.7觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換一.重點(diǎn)掌握的內(nèi)容：

1.各種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。

2.各種觸發(fā)器的邏輯功能。二.主要考察方式：畫輸出波形。12.1概述一、FF觸發(fā)器翻跟頭觀點(diǎn)的突然大翻轉(zhuǎn)12.1概述１.觸發(fā)器概念：FF:(Flip-Flop,簡(jiǎn)稱FF)能夠存儲(chǔ)１位二進(jìn)制信號(hào)的基本單元電路，具有對(duì)信號(hào)的記憶存儲(chǔ)功能。２.特點(diǎn)：（１）有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)：０狀態(tài)和１狀態(tài)。（２）在觸發(fā)信號(hào)控制下，根據(jù)不同輸入信號(hào)可置成0或1狀態(tài)。（觸發(fā)信號(hào)為時(shí)鐘脈沖信號(hào)）觸發(fā)器工作的簡(jiǎn)化模型二、FF的初態(tài)和次態(tài)初態(tài)Q：指FF原來(lái)的狀態(tài)0,1；次態(tài)Q*：指FF新的狀態(tài)1,0。三、FF邏輯功能描述方法功能表（特性表）、特性方程、狀態(tài)圖、波形圖按觸發(fā)方式分為(輸入信號(hào))直接觸發(fā)邊沿觸發(fā)電平觸發(fā)脈沖觸發(fā)四、FF分類按邏輯功能可分為SRFFJKFFDFFT和T’FF按邏輯功能可分為12.2基本SR觸發(fā)器（SR鎖存器）

基本SR觸發(fā)器也稱為SR鎖存器（Set-ResetLatch），它是最簡(jiǎn)單的觸發(fā)器形式，是后續(xù)各種復(fù)雜觸發(fā)器的基本組成部分。

它沒(méi)有觸發(fā)控制信號(hào)（時(shí)鐘脈沖），而是直接由輸入信號(hào)來(lái)控制完成0、1兩個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變。

因此，可將基本SR觸發(fā)器的觸發(fā)方式稱為（輸入信號(hào)）直接觸發(fā)。12.2.1由與非門構(gòu)成的基本SR觸發(fā)器一、電路結(jié)構(gòu)與工作原理觸發(fā)器的1狀態(tài)：觸發(fā)器的0狀態(tài)：置位端或置1端復(fù)位端或置0端1、電路結(jié)構(gòu)3、定義觸發(fā)器的狀態(tài)，適用于后續(xù)各種觸發(fā)器2、邏輯符號(hào)加注非號(hào)及小圓圈是常用的提示低電平有效的方法當(dāng)時(shí)，電路維持原狀態(tài)不變不允許出現(xiàn)當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，置1狀態(tài)置0狀態(tài)1100110011110000010101010111001*1*1*表示狀態(tài)未定義約束條件5、特性方程保持置1置0未定義4、特性表由與非門構(gòu)成基本SR觸發(fā)器的卡諾圖約束項(xiàng)[例]已知基本SR觸發(fā)器輸入信號(hào)的波形，畫出輸出信號(hào)波形。t1

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t8QQ’OOOOtttt電壓波形圖1100110011110000010101010111001*1*12.2.2由或非門組成的基本SR觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)復(fù)位端或置0端置位端或置1端沒(méi)有非號(hào)及小圓圈，高電平有效當(dāng)時(shí)，電路維持原狀態(tài)不變不允許出現(xiàn)當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，置1狀態(tài)置0狀態(tài)0011001100001111010101010111000*0*0*表示狀態(tài)未定義約束條件5、特性方程保持置1置0未定義4、特性表由或非門構(gòu)成基本SR觸發(fā)器的卡諾圖約束項(xiàng)[例]已知基本SR觸發(fā)器輸入信號(hào)的波形，畫出輸出信號(hào)波形。t1

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t8QQ’OOOOtttt電壓波形圖0011001100001111010101010111000*0*

同步觸發(fā)器相比于基本SR觸發(fā)器增加了起同步作用的觸發(fā)信號(hào)，習(xí)慣上把這個(gè)同步觸發(fā)信號(hào)稱為時(shí)鐘脈沖，簡(jiǎn)稱時(shí)鐘（用CLK表示）。

在數(shù)字電路中，當(dāng)希望多個(gè)觸發(fā)器在同一時(shí)刻動(dòng)作時(shí)，就必須通過(guò)CLK來(lái)對(duì)它們進(jìn)行同步觸發(fā)控制。

利用時(shí)鐘脈沖進(jìn)行同步控制的時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間段各有兩種：上升沿或下降沿、高電平或低電平。

12.3同步觸發(fā)器(電平觸發(fā))下面要介紹的同步觸發(fā)器是在CLK高電平時(shí)間段內(nèi)觸發(fā)的觸發(fā)器，因此從觸發(fā)方式的角度將其歸為電平觸發(fā)類。1.電路結(jié)構(gòu)與工作原理12.3.1同步SR觸發(fā)器在基本SR觸發(fā)器基礎(chǔ)上構(gòu)成。該電路包括兩部分，由與非門G1、G2構(gòu)成的基本SR觸發(fā)器，以及由與非門G3、G4構(gòu)成的輸入控制電路。其中S、R為信號(hào)輸入端，CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端。方框中的C1表示CLK的編號(hào)，因?yàn)橛行┯|發(fā)器輸入的時(shí)鐘脈沖不止一個(gè)。而1S、1R分別表示受C1這個(gè)CLK控制的兩個(gè)輸入信號(hào)。電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)CP=0時(shí)，門G3、G4截止，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變CP=1時(shí)，與基本RS觸發(fā)器工作原理相同觸發(fā)器狀態(tài)

00110011000011110101010101010111001*1*1*表示狀態(tài)未定義00111111112.同步SR觸發(fā)器的特性表約束條件3.特性方程保持置1置0未定義保持同步SR觸發(fā)器卡諾圖約束項(xiàng)動(dòng)作特點(diǎn):1、在CLK=1的全部時(shí)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；2、如果CLK=1期間內(nèi)輸入信號(hào)多次發(fā)生變化，則觸發(fā)器的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)，這降低了電路的抗干擾能力。3、

CLK=0時(shí)間段內(nèi)，不管輸入信號(hào)如何變化，觸發(fā)器都不動(dòng)作，只保持原狀態(tài)。[例]已知同步SR觸發(fā)器輸入信號(hào)的波形，畫出輸出信號(hào)波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=012.3.2同步D觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)邏輯符號(hào)

在同步SR觸發(fā)器電路基礎(chǔ)上，將S端通過(guò)一個(gè)反相器與R端相連，然后將S端更名為D端，就得到了同步D觸發(fā)器----Data,Delay單端輸入信號(hào)將S=D，R=D‘代入SR觸發(fā)器的特性方程式中，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)就可得到D觸發(fā)器的特性方程CLKDQQ*功

能0×00保持0×111000置010101101置11111同步D觸發(fā)器的功能表表明同步D觸發(fā)器的次態(tài)只取決于輸入信號(hào)D，而與觸發(fā)器的原狀態(tài)無(wú)關(guān)，約束條件自動(dòng)滿足[例]已知D觸發(fā)器輸入信號(hào)的波形，畫出輸出信號(hào)波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=012.4主從觸發(fā)器(脈沖觸發(fā))

同步觸發(fā)器在CLK=1時(shí)輸入信號(hào)對(duì)輸出狀態(tài)的直接控制降低了其抗干擾能力。

為提高觸發(fā)器工作的可靠性，在同步觸發(fā)器的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器。

主從觸發(fā)器由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器兩部分構(gòu)成，其輸出的狀態(tài)在每個(gè)CLK周期內(nèi)只能改變一次。12.4.1主從SR觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)CLKs

主從SR觸發(fā)器由兩個(gè)相同的同步SR觸發(fā)器構(gòu)成，分別命名為主觸發(fā)器（用FFm

表示）和從觸發(fā)器（用FFs表示）FFmFFs工作原理：

（1）CLK=0時(shí)，F(xiàn)Fm不工作，其狀態(tài)保持不變。此時(shí)CLKs=1，盡管FFs處于工作狀態(tài)，但由于為其提供輸入信號(hào)的FFm不工作，即Qm不變，因此FFs的狀態(tài)也保持不變。工作原理：

（2）當(dāng)CLK由0變1時(shí)（上升沿），F(xiàn)Fs將停止工作，此時(shí)FFs有一個(gè)最終狀態(tài)；

與此同時(shí)，CLK由0變1，F(xiàn)Fm開(kāi)始工作觸發(fā)，盡管FFm處于工作狀態(tài)，但FFs不工作，其輸出保持原狀態(tài)。由于FFs的輸出代表了整個(gè)主從觸發(fā)器的狀態(tài)，因此上升沿期間，主從SR觸發(fā)器將保持原狀態(tài)。工作原理：

（3）CLK=1時(shí)，F(xiàn)Fm工作，其次態(tài)由輸入信號(hào)決定，按照同步SR觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)和功能進(jìn)行觸發(fā)。

由于CLKs=CLK'=0，故FFs不工作，其輸出保持原狀態(tài)。由于FFs的輸出代表了整個(gè)主從觸發(fā)器的狀態(tài)，因此CLK=1期間，主從SR觸發(fā)器將保持原狀態(tài)。工作原理：

（4）當(dāng)CLK由1變0時(shí)（下降沿），F(xiàn)Fm將停止工作，此時(shí)FFm有一個(gè)最終狀態(tài)；

與此同時(shí)，CLKs由0變1，F(xiàn)Fs開(kāi)始工作觸發(fā)，由于其輸入信號(hào)由FFm提供，因此FFs的次態(tài)等于此時(shí)FFm的狀態(tài)，即Q*=Qm。工作原理：一般將一個(gè)CLK周期分3個(gè)階段：1）CLK=1時(shí),主FF工作:Qm*=S+R’Qm;從FF保持(不變)。2）CLK下降沿,主FF停工;從FF開(kāi)工,次態(tài)Q*=Qm

(變)。3）CLK=0時(shí),主FF保持Qm不變;從FF工作,但狀態(tài)不變。動(dòng)作特點(diǎn)：1）在整個(gè)CLK=1期間，輸入信號(hào)都控制主FF的狀態(tài),主FF動(dòng)作依據(jù)：同步SRFF的特性。2）只在CLK下降沿，從FF的狀態(tài)才依照當(dāng)時(shí)主FF狀態(tài)改變，從FF動(dòng)作依據(jù)：Q*=Qm。主從SRFF的邏輯符號(hào)“彎角”表明：表示主從觸發(fā)器的狀態(tài)變化發(fā)生在CLK的下降沿同步SRFF

主從SR觸發(fā)器的基本單元還是同步SR觸發(fā)器，因此其邏輯功能和同步SR觸發(fā)器相同，仍具有保持、置0、置1這3種邏輯功能CLKSRQ*功

能×××Q保持00Q保持101置1010置0111*未定義主從SR觸發(fā)器的功能表

表示其脈沖觸發(fā)特性，它包含了兩個(gè)時(shí)間段和時(shí)間點(diǎn)：高電平時(shí)FFm觸發(fā)、在時(shí)鐘下降沿時(shí)FFs觸發(fā)。約束條件特性方程約束項(xiàng)波形畫法：1）先畫主FF的Qm波形。注：主FF在CLK=1時(shí)動(dòng)作，其余時(shí)間狀態(tài)不變。依據(jù)：同步SRFF特性。2）再畫從FF波形。注：從FF只在CLK下降沿動(dòng)作，其余時(shí)間狀態(tài)不變。依據(jù)：Q*=Qm

，即從FF次態(tài)等于當(dāng)時(shí)主FF狀態(tài)。波形畫法：1）主FF在CLK=1時(shí)動(dòng)作，其余時(shí)間狀態(tài)不變。2）在CLK下降沿，依據(jù)當(dāng)時(shí)Qm畫出從FF的Q波形。例（設(shè)初態(tài)Q=Qm=0）主FF(同步SRFF)功能：S=1,R=0:Qm*=1S=0,R=1:Qm*=0S=0,R=0:Qm*=Qm[例]已知主從SR觸發(fā)器的CLK、S和R端的電壓波形如圖所示，畫出輸出信號(hào)Qm和Q波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=Qm=012.4.2主從JK觸發(fā)器

主從JK觸發(fā)器是以主從SR觸發(fā)器為基礎(chǔ)，進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)得到的，目的是消除SR=0的約束，即實(shí)現(xiàn)能同時(shí)輸入兩個(gè)高電平信號(hào)。

它是將FFs的輸出信號(hào)Q和Q’分別引回到輸入端，并通過(guò)G1、G2兩個(gè)門與外界輸入信號(hào)J、K相與后，作為主從SR觸發(fā)器的輸入信號(hào)電路結(jié)構(gòu)SRJKQ’QJ—置1端；K—置0端；（高電平有效）QQ’等效電路美國(guó)人JackSt.ClairKilby（杰克.基爾比），集成電路發(fā)明者特性方程推導(dǎo)SRJKQ’Q約束條件自動(dòng)滿足：邏輯功能分析CLKJKQQ*功

能×××00保持×××110000保持00110100置001101001置110111101翻轉(zhuǎn)1110工作原理SRJKQ’Q2）CLK=1時(shí),主FF工作:Qm*=JQ’m+K’Qm;

狀態(tài)隨J、K變化，但只能變化一次??！從FF不變。3）下降沿,主FF停工,不變;從FF開(kāi)工,次態(tài)Q*=Qm*(變)1）CLK=0時(shí),主FF的Qm不變;從FF工作,但Q=Qm不變。CLKs=Qm=Qm*動(dòng)作特點(diǎn)：1）在整個(gè)CLK=1期間，主FF受J、K信號(hào)控制。

（控制規(guī)則：Qm*=JQ’m+K’Qm）2）主從JK觸發(fā)器與主從SR觸發(fā)器的不同之處在于CLK=1期間，不論輸入信號(hào)J、K如何變化，F(xiàn)Fm的狀態(tài)只可能翻轉(zhuǎn)變化一次，這里稱為一次變化現(xiàn)象。3）只在CLK下降沿，從FF的狀態(tài)才依照當(dāng)時(shí)主FF

狀態(tài)改變。（改變規(guī)則：Q*=Qm*）波形畫法：1）先畫主FF的Qm波形。注：主FF在CLK=1時(shí)動(dòng)作，但Qm只能變化一次。依據(jù)：Qm*=JQ’m+K’Qm2）再畫從FF波形。注：只在CLK下降沿動(dòng)作，其余時(shí)間Q狀態(tài)不變。依據(jù)：Q*=Qm*，即主FF狀態(tài)等于當(dāng)時(shí)從FF狀態(tài)。畫主FF依據(jù)：J=K=0,Qm*保持。J=0,K=1,Qm*置0。J=1,K=0,Qm*置1。J=K=1,Qm*翻轉(zhuǎn)。例：畫波形（設(shè)初態(tài)Q=Qm=0)：1）CLK=1時(shí)Qm只能變化一次。

2）CLK下降沿，Q*=Qm*。

主FF從FF1011011001此處狀態(tài)發(fā)生變化，以后不會(huì)再變！此處狀態(tài)發(fā)生變化，以后不會(huì)再變！主從FF畫波形思考特性方程表明：從FF次態(tài)Q*可由J、K及初態(tài)Q決定。問(wèn)題：是否可以根據(jù)下降沿時(shí)刻J、K信號(hào)

直接畫出從FF的Q端波形？Key：可以。但前提是:CLK=1期間，J、K

信號(hào)必須保持不變！否則，還是要依據(jù)Qm確定Q。從FF從FF0111001

CLK=1期間，若J、K信號(hào)保持不變，則可以根據(jù)下降沿時(shí)刻J、K信號(hào)直接確定Q端波形！不然可能出錯(cuò)！0正確波形錯(cuò)誤波形對(duì)主從SRFF亦如此！12.5邊沿觸發(fā)器（邊沿觸發(fā)）1.用兩個(gè)電平觸發(fā)DFF組成的邊沿FF（三種電路結(jié)構(gòu)）1)CLK=0時(shí)，F(xiàn)F1工作，Q1*=D（輸出跟隨）;FF2狀態(tài)不變。Q12)CLK=0->1時(shí)，F(xiàn)F1停工，Q1最終等于上升沿時(shí)D的值；FF2開(kāi)工，Q2*=Q1=上升沿時(shí)D值。3)CLK=1時(shí)，F(xiàn)F1不工作，Q1不變;FF2工作，但不變(Q2=Q1)。上升沿觸發(fā)的邊沿DFFQ2D2.維持阻塞結(jié)構(gòu)的邊沿FF上升沿觸發(fā)的邊沿DFF特性方程、邏輯功能、符號(hào)均同1。邏輯符號(hào)“三角”表明：上升沿觸發(fā)特性方程：Q*=D邏輯功能：保持置0置1同步DFF邊沿DFF3.利用傳輸延遲時(shí)間的邊沿FF下降沿觸發(fā)的邊沿JKFF“小圈及三角”表明：下降沿觸發(fā)特性表邏輯符號(hào)特性方程：主從JKFF4.邊沿FF動(dòng)作特點(diǎn):

FF的次態(tài)僅僅取決于CLK上升沿（或下降沿）時(shí)刻輸入信號(hào)情況，其他時(shí)間輸入信號(hào)對(duì)FF狀態(tài)無(wú)影響。

邊沿FF有效地提高了FF的抗干擾能力，因而也提高了電路的工作可靠性。邊沿FF優(yōu)點(diǎn):問(wèn)題：上升沿和下降沿觸發(fā)方式相互轉(zhuǎn)換的方法？CLK端加一個(gè)非門。

僅上升沿(或下降沿)時(shí)刻判斷Q端狀態(tài)，其它時(shí)間Q不變。依據(jù)特性方程判斷狀態(tài)。邊沿FF波形畫法：

動(dòng)作時(shí)間：上升沿或下降沿（依據(jù)符號(hào)）動(dòng)作依據(jù)：（JKFF/DFF）特性方程。畫波形練習(xí)例1:（1）判斷下面符號(hào)表示的FF類型。（2）畫輸出端Q的波形,設(shè)初始狀態(tài)為0。DQDCLKQ1Q2DQDCLKCLKDQ1DQDCLKQ1特性方程：Q*=DQ2DQDCLKCLKDQ2特性方程：Q*=DQ01110010例2:畫出符號(hào)所示JKFF的Q波形，設(shè)初態(tài)0.邊沿JKFF（下降沿）例3:畫出符號(hào)所示DFF的Q波形，設(shè)初態(tài)0.DQDCLKQ112.7觸發(fā)器的邏輯功能及其轉(zhuǎn)換按邏輯功能可分為SRFFTFFJKFFDFF觸發(fā)器的邏輯功能

SRFF1.特性表定義：具有保持、置0、置1功能。2.特性方程，由卡諾圖獲得3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01S=1R=0S=0R=1S=0R=×S=×R=0(約束條件)SRFF的特性方程為兩個(gè)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(hào)表示實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換所必備的條件

JKFF1.特性表功能最全的觸發(fā)器。2.特性方程，由卡諾圖獲得3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01J=1K=×J=×K=1J=0K=×J=×K=0JKFF的特性方程為將JKFF的J、K端相連，即可獲得TFF。電路圖TFF獲得方法：邏輯符號(hào)

TFF

Toggle定義：具有翻轉(zhuǎn)和保持功能。

TFF1.特性表2.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01T=1T=1T=0T=0當(dāng)T=1時(shí)，稱為T’FF。(只翻轉(zhuǎn)）

DFF1.特性表2.特性方程3.狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖01D=1D=0D=0D=1FF電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能、觸發(fā)方式的關(guān)系按邏輯功能不同：

SR觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、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SR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。1.分類4.6.2FF電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能、觸發(fā)方式的關(guān)系

同一種邏輯功能的FF可以用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。如DFF：同步結(jié)構(gòu)或維持阻塞結(jié)構(gòu)反過(guò)來(lái)，用同一種電路結(jié)構(gòu)形式可以制成不同邏輯功能的FF。如主從結(jié)構(gòu)：SRFF或JKFF。2.觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能