第9部分触发器

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1、内内 容容 提提 要要 本章讲述数字电路的另外一类基本本章讲述数字电路的另外一类基本逻辑电路逻辑电路触发器，介绍基本触发器，介绍基本SR触发触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器的电路结构及其工作原理，重点介发器的电路结构及其工作原理，重点介绍描述触发器逻辑功能的不同方法。绍描述触发器逻辑功能的不同方法。9.1概概 述述 1、基本特性、基本特性：(1)它有两个稳定状态，可分别用来表它有两个稳定状态，可分别用来表示二进制数码示二进制数码0和和1；(2)在输入信号作用下，触发器的两个在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换，输入信号消失后，已稳定状态可

2、相互转换，输入信号消失后，已转换的稳定状态可长期保持下来。触发器能转换的稳定状态可长期保持下来。触发器能够记忆二进制信息，常用作二进制存储单元。够记忆二进制信息，常用作二进制存储单元。2、工作特点、工作特点:“不触不发，一触即发不触不发，一触即发”。只有在一定。只有在一定的外部条件的作用下，触发器的状态才会发的外部条件的作用下，触发器的状态才会发生变化。生变化。3、逻辑功能的描述：、逻辑功能的描述：可用特性表、驱动表、特可用特性表、驱动表、特性方程、状态转换图和波形图等。性方程、状态转换图和波形图等。4、分类：、分类：基本基本SR触发器、同步触发器、同步SR触发器、主触发器、主从触发器、维持阻

3、塞触发器、边沿触发器等。从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等。触发器是时序逻辑电路触发器是时序逻辑电路(第第10章章)最基本的存储器件最基本的存储器件9.2 基本触发器基本触发器9.2.1基本基本SR触发器触发器(a)逻辑图逻辑图 (b)逻辑符号逻辑符号 图图9-1 与非门组成的基本与非门组成的基本S触发器和逻辑符号触发器和逻辑符号 (1)电路结构电路结构 由两个与非门的输入和输出交叉耦合组成的基本由两个与非门的输入和输出交叉耦合组成的基本SR触发触发器如图器如图9-1(a)所示，图所示，图(b)为其逻辑符号。该电路与组合逻辑为其逻辑符号。该电路与组合逻辑电路的根本区别在于电路中有反馈线。图

4、为信号输入端上面电路的根本区别在于电路中有反馈线。图为信号输入端上面的的“”“”表示低电平有效。图表示低电平有效。图9-1（b）的图形符号上，用）的图形符号上，用 输入端的小圆圈表示低电平有效。和为输出端，一般情况下输入端的小圆圈表示低电平有效。和为输出端，一般情况下 它们是互补输出的。我们将它们是互补输出的。我们将Q1，时，称为触发器的，时，称为触发器的1状态；状态；将，时，称为将，时，称为触发器的触发器的0状态。状态。现态：现态：是指触发器输入信号是指触发器输入信号(端和端和 端端)变化前的状态，用表示；变化前的状态，用表示；次态：次态：是指触发器输人信号变化后的状态，是指触发器输人信号变

5、化后的状态，用用 表示。触发器次态表示。触发器次态 与输入信号和电路与输入信号和电路原有状态原有状态(现态现态)之间关系的真值表称作特性表。之间关系的真值表称作特性表。因此，上述基本触发器的逻辑功能可用表因此，上述基本触发器的逻辑功能可用表9-1所示的特性表来表示。所示的特性表来表示。DRDS*Q*Q概念：概念：表表9-1 与非门组成的基本与非门组成的基本SR触发器的特性表触发器的特性表 说说 明明 0 触发器状态不定触发器状态不定 1 0 1 0 1 0 触发器置触发器置0 l 1 0 0 1 1 1 触发器置触发器置1 l 1 l 1 0 1 0 1 触发器保持原状态不变触发器保持原状态不

6、变DRDSQ*Q(2)逻辑功能逻辑功能 0DS0DR1DS1DR0DD SR1DD SR (a)逻辑图逻辑图 (b)逻辑符号逻辑符号 图图9-2 由或非门组成的基本由或非门组成的基本SR触发器触发器由或非门组成的基本由或非门组成的基本SR触发器触发器 优点优点：结构简单：结构简单应用应用：用来消除电路中按键开关的抖动。如图：用来消除电路中按键开关的抖动。如图9-3手动微手动微机复位电路。机复位电路。基本基本SR触发器的应用触发器的应用图图9-3 微机复位电路微机复位电路 它可以消除按键开关抖动对微机复位的不良它可以消除按键开关抖动对微机复位的不良影响，保证微机可靠复位。其中，电容器影响，保证微

7、机可靠复位。其中，电容器C用于用于复位延时，使按键开关复位延时，使按键开关K松开后，松开后，G1门输入端的门输入端的低电平能够保持一段时间，保证低电平能够保持一段时间，保证 有足够有足够长的低电平时期，实现微机的可靠复位。该电路长的低电平时期，实现微机的可靠复位。该电路还兼有加电后自动复位的功能。还兼有加电后自动复位的功能。)(RST9.2.2 同步触发器同步触发器 定义：定义：给触发器加一个时钟控制端给触发器加一个时钟控制端CP，只有在，只有在CP端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。由于时钟脉冲控制的触发器状态的改变与化。由于时钟脉冲控制的触发器状

8、态的改变与时钟脉冲同步，所以称为同步触发器。时钟脉冲同步，所以称为同步触发器。1 同步同步SR触发器触发器(a)电路结构电路结构 (b)图形符号图形符号 图图9-4 同步触发同步触发器器(2)逻辑功能逻辑功能 当当CP0时，控制门时，控制门G3、G4关闭，都输出关闭，都输出1。这时，。这时，不管不管R端和端和S端的信号如何变化，触发器的状态保持端的信号如何变化，触发器的状态保持不变。不变。当当CP1时，时，G3、G4打开，打开，R、S端的输入信号才能端的输入信号才能通过这两个门，使基本通过这两个门，使基本SR触发器的状态翻转，其输触发器的状态翻转，其输出状态由出状态由R、S端的输入信号决定。电

9、路的逻辑功能端的输入信号决定。电路的逻辑功能见表见表9-2。由此可以看出，同步由此可以看出，同步SR触发器的状态转换分别由触发器的状态转换分别由R、S和和CP控制，其中，控制，其中，R、S控制状态转换的方向，即控制状态转换的方向，即转换为何种次态；转换为何种次态；CP控制状态转换的时刻，即何时控制状态转换的时刻，即何时发生转换。发生转换。(3)触发器功能的几种表示方法触发器功能的几种表示方法 特性方程。特性方程。触发器次态触发器次态 与输入状态与输入状态R、S及现态及现态Q之间之间关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。根据表关系的逻辑表达式称为触发器的特性方程。根据表9-2可画出同步可画出同步

10、SR触发器触发器 的卡诺图，如图的卡诺图，如图9-5所示。所示。根据卡诺图可得同步根据卡诺图可得同步SR触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：(9.1)*Q*Q)(0*约束条件SRQRSQ由表由表10-2可看出，在可看出，在=l时，触发器的输出状态不定，时，触发器的输出状态不定，为避免出现这种情况，应使为避免出现这种情况，应使SR=0。表表9-2 同步触发器的特性表同步触发器的特性表 CP S R Q Q*0 000 1110000100111100111011101001011011101*11111*图图9-5 同步同步SR触发器的卡诺图触发器的卡诺图 图图9-6 同步同步SR触发器的状

11、态转换图触发器的状态转换图 状态转换图状态转换图 Q R S 0 00 11 01 1 0 0 1 1 0 0 驱动表驱动表 表表9-3 同步同步SR触发器的驱动表触发器的驱动表*Q 波形图波形图 触发器的功能也可以用输入输出波形图直观地表示出来，触发器的功能也可以用输入输出波形图直观地表示出来，图图9-7所示为同步所示为同步SR触发器的波形图。触发器的波形图。图图9-7 同步同步SR触发器的波形图触发器的波形图 图图9-8 同步同步SR触发器的空翻波形触发器的空翻波形2同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题-空翻空翻 在一个时钟周期的整个高电平期间或整个低电在一个时钟周期的整个高电平期间或

12、整个低电平期间都能接收输入信号并改变状态的触发方式称平期间都能接收输入信号并改变状态的触发方式称为电平触发。由此引起的在一个时钟脉冲周期中，为电平触发。由此引起的在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻，如图触发器发生多次翻转的现象叫做空翻，如图9-8所示。所示。空翻是一种有害的现象，它使得时序电路不能按时空翻是一种有害的现象，它使得时序电路不能按时钟节拍工作，造成系统的误动作。钟节拍工作，造成系统的误动作。造成空翻现象的原因是同步触发器结构的不完造成空翻现象的原因是同步触发器结构的不完善，可从结构上采取措施，从而克服了空翻现象。善，可从结构上采取措施，从而克服了空翻现象。【思考

13、题与练习题】【思考题与练习题】1.阐述基本阐述基本SR触发器的工作原理。触发器的工作原理。2.由与非门构成的基本由与非门构成的基本SR触发器和由或触发器和由或非门构成的基本非门构成的基本SR触发器有什么不同？触发器有什么不同？9.3 *主从触发器主从触发器 主从触发器由两级触发器构成，其中一级直接接收输入信号，称为主从触发器由两级触发器构成，其中一级直接接收输入信号，称为主触发器，另一级接收主触发器的输出信号，称为从触发器。两级触发主触发器，另一级接收主触发器的输出信号，称为从触发器。两级触发器的时钟信号互补，从而有效地克服了空翻。器的时钟信号互补，从而有效地克服了空翻。9.3.1主从主从SR

14、触发器触发器(1)电路结构电路结构 主从主从SR出发器的电路结构如图出发器的电路结构如图9-9(a)所示，图所示，图(b)为它为它的电路符号，的电路符号，“”表示该触发器为主从式。它是由两个同表示该触发器为主从式。它是由两个同步步SR触发器串联组成的，它们的时钟信号相位相反。其中触发器串联组成的，它们的时钟信号相位相反。其中由门由门 组成的同步组成的同步SR触发触发 器为从触发器，由门器为从触发器，由门 组成的同步组成的同步SR触发器为主触发器。触发器为主触发器。41GG85GG （a）逻辑图）逻辑图 （b）逻辑符号）逻辑符号 图图9-9 主从主从SR触发器触发器(2)逻辑功能逻辑功能 当当C

15、P1时，时，CP0，从触发器被封锁，保持原状态不，从触发器被封锁，保持原状态不变。这时，变。这时，G7、G8打开，主触发器工作，接收打开，主触发器工作，接收R和和S端的输端的输入信号。入信号。当当CP由由1跃变到跃变到0时，即时，即CP=0、CP1。主触发器被封。主触发器被封锁，输入信号锁，输入信号R、S不再影响主触发器的状态。而这时，由不再影响主触发器的状态。而这时，由于于CP1，G3、G4打开，从触发器接收主触发器输出端的打开，从触发器接收主触发器输出端的状态。状态。由上分析可知，主从触发器的翻转是在由上分析可知，主从触发器的翻转是在CP由由1变变0时刻时刻（CP下降沿）发生的，下降沿）发

16、生的，CP一旦变为一旦变为0后，主触发器被封锁，后，主触发器被封锁，其状态不再受其状态不再受R、S影响，故主从触发器对输入信号的敏感影响，故主从触发器对输入信号的敏感时间大大缩短，只在时间大大缩短，只在CP由由1变变0的时刻触发翻转，因此不会的时刻触发翻转，因此不会有空翻现象。但仍需遵守约束条件有空翻现象。但仍需遵守约束条件 。0SR9.3.2 主从主从JK触发器触发器 SR触发器的特性方程中有一约束条件触发器的特性方程中有一约束条件SR=0，即在工作，即在工作时，不允许输入信号时，不允许输入信号R、S同时为同时为1。这一约束条件使得。这一约束条件使得SR触发器在使用时，有时感觉不方便。如何解

17、决这一问触发器在使用时，有时感觉不方便。如何解决这一问题呢？我们注意到，触发器的两个输出端题呢？我们注意到，触发器的两个输出端Q、Q在正常在正常工作时是互补的，即一个为工作时是互补的，即一个为1，另一个一定为，另一个一定为0。因此，。因此，如果把这两个信号通过两根反馈线分别引到输入端的如果把这两个信号通过两根反馈线分别引到输入端的G7、G8门，就一定有一个门被封锁，这时，就不怕输入信号门，就一定有一个门被封锁，这时，就不怕输入信号同时为同时为1了。这就是主从了。这就是主从JK触发器的构成思路触发器的构成思路.(1)电路结构电路结构 为表示与主从为表示与主从SR触发器在逻辑功能上的区别，以触发器

18、在逻辑功能上的区别，以J、K表示两个信号输入端，并把图表示两个信号输入端，并把图9-10电路称为主从结构电路称为主从结构的的JK触发器（简称主从触发器（简称主从JK触发器）。触发器）。（a）逻辑图 （b）逻辑符号 图9-10 主从JK触发器(2)逻辑功能逻辑功能 JK触发器的逻辑功能与触发器的逻辑功能与SR触发器的逻辑功能基本相同，触发器的逻辑功能基本相同，不同之处是不同之处是JK触发器没有约束条件，在触发器没有约束条件，在J=K=1时，每输入一时，每输入一个时钟脉冲后，触发器向相反的状态翻转一次。表个时钟脉冲后，触发器向相反的状态翻转一次。表9-4为为JK触发器的特性表。触发器的特性表。根据

19、表根据表9-4可画出可画出JK触发器触发器 的卡诺图，如图的卡诺图，如图9-11所示。根据卡诺图可得所示。根据卡诺图可得JK触发器的特性方程为触发器的特性方程为 (9.2)*QQKJQQ*表表9-4 主从主从JK触发器的特性表触发器的特性表 表表9-5 JK触发器的驱动表触发器的驱动表 Q Q*J K 0 00 11 01 1 0 1 1 0 JK触发器的状态转换图如图触发器的状态转换图如图9-12所示。所示。图图9-11 JK触发器触发器Q*的卡诺图的卡诺图 图图9-12 JK触发器的状态转换图触发器的状态转换图 将将JK触发器的触发器的J端和端和K端连接在一起作为端连接在一起作为T输入端的

20、触输入端的触发器称为发器称为T触发器，对照触发器，对照JK触发器的特性方程得到触发器的特性方程得到T触发器触发器特性方程：特性方程：（a）逻辑图）逻辑图 （b）电路逻辑符号）电路逻辑符号 图图9-14 用用JK触发器构成的触发器构成的T触发器触发器QTTQQ*T触发器和触发器和T触发器触发器 表9-6 T 触发器的特性表T Q Q*功能说明 00 01 01 保持原状态11 01 10 每输入一个脉冲输出状态翻转一次 T触发器的状态转换图如图9-15所示。驱动表如表9-7所示。表9-7 T触发器的驱动表 图9-15 T触发器的状态转换图Q Q*T 0 00 11 0 1 1 0 1 1 0.当

21、T触发器的输入控制端为T=1时，则触发器每输入一个时钟脉冲CP，状态便翻转一次，我们将这种只有翻转功能的触发器称为T触发器。图9-16为T触发器的逻辑电路和符号，触发器的特性方程为：(9.3)（a）逻辑图 （b）电路逻辑符号 图9-16 用JK触发器构成的触发器*QQ【思考题与练习题】【思考题与练习题】1.什么叫主从式触发器？它的工作特点是什么？什么叫主从式触发器？它的工作特点是什么？2.主从式触发器的电路符号用什么符号来表征主从式触发器的电路符号用什么符号来表征“主从式主从式”？3.主从式触发器和基本主从式触发器和基本SR触发器在电路结构触发器在电路结构和功能特点上有什么不同？和功能特点上有

22、什么不同？4.如何将主从式如何将主从式JK触发器接成触发器接成T触发器和触发器和T触发器。触发器。9.4边沿触发器边沿触发器 定义定义：边沿触发器只在时钟信号：边沿触发器只在时钟信号CP的上升沿或的上升沿或下降沿时接收输入信号，使得电路状态发生变下降沿时接收输入信号，使得电路状态发生变换。换。优点优点：克服空翻现象。：克服空翻现象。分类分类：维持阻塞结构的边沿触发器、：维持阻塞结构的边沿触发器、CMOS主从主从结构的边沿触发器。结构的边沿触发器。1.D触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能D Q Q*功能说明功能说明00110101 0011 输出状态与输出状态与D状态相同状态相同 定义：定义：凡在

23、时钟信号作用下逻辑功能符合表凡在时钟信号作用下逻辑功能符合表9-8特性表所规特性表所规定的逻辑功能者，即为定的逻辑功能者，即为D触发器。触发器。D触发器的特性方程为：触发器的特性方程为：Q*=D (9.4)D触发器的状态转换图如图触发器的状态转换图如图9-17所示。驱动表如表所示。驱动表如表9-9所示。所示。表表9-8 D触发器的特性表触发器的特性表 表表9-9 D触发器的驱动表触发器的驱动表 图图9-17 D触发器的状态转换图触发器的状态转换图Q Q*D 0 00 1101 1 0 1 0 1 2维持维持阻塞边沿阻塞边沿D触发器的结构及工作原理触发器的结构及工作原理工作原理：工作原理：（1）

24、输入）输入D=1 在在CP=0时，时，G3、G4被封被封锁，锁，Q31、Q41，G1、G2状态不变。状态不变。Q5=0，Q3=1，Q6=1。当当CP由由0变变1时，时，Q4=0。继。继而，而，Q翻转为翻转为1，Q翻转为翻转为0，完，完成了使触发器翻转为成了使触发器翻转为1状态的全状态的全过程。过程。图9-18 维持阻塞边沿D触发器（2）输入）输入D=0 在在CP=0时，时，G3、G4被封锁，被封锁，Q31、Q41，G1、G2保持原状态不变。因保持原状态不变。因D=0，Q5=1，G6输入全输入全1，输出，输出Q6=0。当当CP由由0变变1时，时，Q3=0，Q翻转为翻转为1，Q翻转翻转为为0，完成

25、了使触发器翻转为，完成了使触发器翻转为0状态的全过程。状态的全过程。可见，维持可见，维持阻塞触发器是利用了维持线和阻塞触发器是利用了维持线和阻塞线，将触发器的触发翻转控制在阻塞线，将触发器的触发翻转控制在CP上升沿到上升沿到来的一瞬间，并接收来的一瞬间，并接收CP上升沿到来前一瞬间的上升沿到来前一瞬间的D信信号。号。例例9.2 维持阻塞维持阻塞D触发器如图触发器如图9-18所示，设初始状态为所示，设初始状态为0，已，已知输入知输入D的波形图如图的波形图如图9-19所示，画出输出所示，画出输出Q的波形图。的波形图。解解：在画边沿触发器波形图时，应注意以下两点：在画边沿触发器波形图时，应注意以下两

26、点：（1）触发器输出状态的变化发生在时钟信号的上升沿或）触发器输出状态的变化发生在时钟信号的上升沿或下降沿（这里是上升沿）。下降沿（这里是上升沿）。（2）判断触发器次态的依据是时钟信号触发沿前一瞬间）判断触发器次态的依据是时钟信号触发沿前一瞬间（这里是上升沿前一瞬间）输入端的状态。（这里是上升沿前一瞬间）输入端的状态。图图9-19 例例9.2波形图波形图3触发器的直接置触发器的直接置0和置和置1端端 为了实现异步置位、复位功能，引入置为了实现异步置位、复位功能，引入置1 和置和置0 信号信号,如图如图9-20(a)所示。图（所示。图（b）为其电路符号。三角号表示）为其电路符号。三角号表示边沿触

27、发。边沿触发。DSDRDSDR (a)维持维持阻塞阻塞D触发器的逻辑图触发器的逻辑图 (b)电路符号电路符号 图图9-20 带有带有 和和 端的维持端的维持阻塞阻塞D触发器触发器DSDR提醒：提醒：和和 的作用主要是用来给触发器设置初始的作用主要是用来给触发器设置初始状态，或对触发器的状态进行特殊的控制。在使用时要注状态，或对触发器的状态进行特殊的控制。在使用时要注意，任何时刻，只能一个信号有效，不能同时有效意，任何时刻，只能一个信号有效，不能同时有效。同理亦可构成边沿同理亦可构成边沿JK触发器、边沿触发器、边沿T触发器等，如图所触发器等，如图所示。示。图图9-21上升沿触发的上升沿触发的JK

28、触发器触发器 图图9-22下降沿触发的下降沿触发的T触发器触发器【思考题与练习题】【思考题与练习题】1.什么叫边沿触发器？它有什么优点？什么叫边沿触发器？它有什么优点？2.边沿边沿JK触发器和主从式触发器和主从式JK触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能是否相同？是否相同？3.写出边沿写出边沿JK触发器、边沿触发器、边沿D触发器、边沿触发器、边沿T触触发器的电路符号（分上升沿和下降沿），并阐述发器的电路符号（分上升沿和下降沿），并阐述相应的逻辑功能。相应的逻辑功能。4.图图9-20中和两个输入端起什么作用？中和两个输入端起什么作用？小小 结结1触发器有两个基本性质：触发器有两个基本性质：（1）在一定

29、条件下，触发器可维持在两种稳定状）在一定条件下，触发器可维持在两种稳定状态（态（0或或1状态）之一而保持不变状态）之一而保持不变（2）在一定的外加信号作用下，触发器可从一个）在一定的外加信号作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。稳定状态转变到另一个稳定状态。这就使得触发器能够记忆二进制信息这就使得触发器能够记忆二进制信息0和和1，常被用作二进制存储单元。常被用作二进制存储单元。触发器输出的次态与输出的现态及输入信号之触发器输出的次态与输出的现态及输入信号之间的逻辑关系。描写触发器逻辑功能的方法主要有间的逻辑关系。描写触发器逻辑功能的方法主要有特性表、特性方程、驱动表、状态转换图和

30、波形图特性表、特性方程、驱动表、状态转换图和波形图等。等。2触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能:3.根据逻辑功能的不同，触发器可分为：根据逻辑功能的不同，触发器可分为：(1)SR触发器触发器)(0*约束条件RSQRSQ(2)JK触发器触发器(3)T 触发器触发器 (4)触发器触发器 (5)触发器触发器 5同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一电路结构的触发器可以做成不同的逻辑功能；同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现；同一逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现；不同结构的触发器具有不同的触发条件和动作特点，不同结构的触发器具有不同的触发条件和动作特点，边沿触发器逻辑符号中边沿触发器逻辑符号中CP 端有小圆圈的为下降沿触端有小圆圈的为下降沿触发；没有小圆圈的为上升沿触发。发；没有小圆圈的为上升沿触发。QKJQQ*QTTQQ*T*QQDQ*