第五章 觸發(fā)器

1、觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路中的基本單元電路觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路中的基本單元電路,觸觸 發(fā)發(fā) 器器外加信號(hào)變化之前觸發(fā)器的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài)外加信號(hào)變化之前觸發(fā)器的狀態(tài)稱為現(xiàn)態(tài),用用Qn表示表示外加信號(hào)變化之后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為次態(tài)外加信號(hào)變化之后觸發(fā)器的狀態(tài)稱為次態(tài),用用Qn+1表示表示基本性質(zhì)：基本性質(zhì)： (1) 具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)， 0狀態(tài)和狀態(tài)和1狀態(tài)狀態(tài) (2) 由一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一穩(wěn)態(tài)，必須有外界信號(hào)的觸發(fā)。由一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一穩(wěn)態(tài)，必須有外界信號(hào)的觸發(fā)。否則它將穩(wěn)定在某個(gè)狀態(tài)，即長(zhǎng)期保持所記憶的信息；否則它將穩(wěn)定在某個(gè)狀態(tài)，即長(zhǎng)期保持所記憶的信息； (3) 具有兩個(gè)輸出端：原碼輸出具

2、有兩個(gè)輸出端：原碼輸出Q和反碼輸出和反碼輸出Q。一般。一般用用Q的狀態(tài)表明觸發(fā)器的狀態(tài)。如外界信號(hào)使的狀態(tài)表明觸發(fā)器的狀態(tài)。如外界信號(hào)使Q=Q， 則破則破壞了觸發(fā)器的狀態(tài)，這種情況在實(shí)際運(yùn)用中是不允許出現(xiàn)的。壞了觸發(fā)器的狀態(tài)，這種情況在實(shí)際運(yùn)用中是不允許出現(xiàn)的。 觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特點(diǎn)觸發(fā)器分類：觸發(fā)器分類：基本觸發(fā)器基本觸發(fā)器鐘控觸發(fā)器鐘控觸發(fā)器電位觸發(fā)器電位觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器RS觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器觸發(fā)器按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)按邏輯功能按邏輯功能1.基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 基本基本RS觸發(fā)器是各種觸發(fā)器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種觸發(fā)器是各

3、種觸發(fā)器中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種,可可用兩個(gè)與非門或兩個(gè)或非門通過(guò)交叉耦合構(gòu)成。用兩個(gè)與非門或兩個(gè)或非門通過(guò)交叉耦合構(gòu)成。（1）當(dāng)）當(dāng)S=0、R=0 時(shí)時(shí): 保持保持（2）當(dāng)）當(dāng)S=0,R=1時(shí)時(shí): 置置0（3）當(dāng)）當(dāng)S=1,R=0時(shí)時(shí): 置置1（4）當(dāng)）當(dāng)S=1,R=1時(shí)時(shí): 不確定不確定基本基本RS觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表001RSQn000101101110110nnQSRQRS狀態(tài)方程狀態(tài)方程基本基本RS觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表10nnQSRQRS狀態(tài)方程狀態(tài)方程基本基本RS觸發(fā)器的激勵(lì)表觸發(fā)器的激勵(lì)表QnRS基本基本RS觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)移表基本基本RS觸發(fā)器的時(shí)序圖觸發(fā)

4、器的時(shí)序圖RSQQ不確定不確定邏輯關(guān)系的表示形式：邏輯關(guān)系的表示形式：組合邏輯：真值表、邏輯函數(shù)、波形、卡諾圖、波組合邏輯：真值表、邏輯函數(shù)、波形、卡諾圖、波 形、形、 邏輯電路邏輯電路時(shí)序邏輯：真值表、狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、激勵(lì)表、狀時(shí)序邏輯：真值表、狀態(tài)方程、驅(qū)動(dòng)方程、激勵(lì)表、狀 態(tài)圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、波形、邏輯電路態(tài)圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、波形、邏輯電路11G1G2QQ(a)QQSR(b)RSSR10nnQSRQRSRSQQ不確定不確定由或非門構(gòu)成的基本由或非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器的時(shí)序圖觸發(fā)器的時(shí)序圖同步觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)同步觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn): : 同步觸發(fā)器又稱電平控制觸發(fā)器或門控觸發(fā)器。其同步觸發(fā)

5、器又稱電平控制觸發(fā)器或門控觸發(fā)器。其特點(diǎn)是特點(diǎn)是: :當(dāng)時(shí)鐘控制信號(hào)為某一種電平值時(shí)（在上述同步電當(dāng)時(shí)鐘控制信號(hào)為某一種電平值時(shí)（在上述同步電路中路中,CP=1,CP=1時(shí)）時(shí)）, ,輸入信號(hào)能影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)輸入信號(hào)能影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài), ,此時(shí)稱此時(shí)稱為時(shí)鐘控制信號(hào)有效；而當(dāng)時(shí)鐘控制信號(hào)為另外一種電平為時(shí)鐘控制信號(hào)有效；而當(dāng)時(shí)鐘控制信號(hào)為另外一種電平值時(shí)（在上述同步電路中值時(shí)（在上述同步電路中,CP=0,CP=0時(shí)）時(shí)）, ,輸入信號(hào)不會(huì)影響觸輸入信號(hào)不會(huì)影響觸發(fā)器的輸出發(fā)器的輸出, ,其狀態(tài)保持不變其狀態(tài)保持不變, ,此時(shí)稱時(shí)鐘信號(hào)無(wú)效。此時(shí)稱時(shí)鐘信號(hào)無(wú)效。 2.同步同步RS觸發(fā)器

6、觸發(fā)器 同步同步RS觸發(fā)器是在基本觸發(fā)器是在基本RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)時(shí)鐘控制端構(gòu)成的時(shí)鐘控制端構(gòu)成的,其目的是提高觸發(fā)器的其目的是提高觸發(fā)器的抗干擾抗干擾能力能力,同同時(shí)使多個(gè)觸發(fā)器能夠在一個(gè)控制信號(hào)的作用下同步工作。時(shí)使多個(gè)觸發(fā)器能夠在一個(gè)控制信號(hào)的作用下同步工作。 & &G1G2QQ(a)QQ1S1R(b)SRCP & &G3G4SCPRC1（1）當(dāng)）當(dāng)CP=0時(shí)時(shí),R=S=1,保持保持（2）當(dāng)）當(dāng)CP=1 時(shí)，觸發(fā)器工作，時(shí)，觸發(fā)器工作，其邏輯功能如下：其邏輯功能如下： R=0, S=, Qn+1=1，置，置“1”； R=1,

7、S=0, Q n+1=0，置，置“0”； R=S=0, Qn+1=Qn，保持；，保持； R=S=1, 不允許。不允許。 RS11,100nnnnQSRQCPRSQQCP狀態(tài)方程：狀態(tài)方程：同步RS觸發(fā)器的特性表 RSQQCP無(wú)法確定無(wú)法確定雖然增加了控制信號(hào)，依然存在限制條件，使用不便。雖然增加了控制信號(hào)，依然存在限制條件，使用不便。3、D觸發(fā)器觸發(fā)器基本基本RS觸發(fā)器在觸發(fā)器在R和和S之間連接一個(gè)非門之間連接一個(gè)非門,使使R和和S互反?；シ?。則自動(dòng)滿足：則自動(dòng)滿足：RS0 & &QQ(a)QQ1DC1(b)DCP & &DCP1功能描述功能描述當(dāng)當(dāng)CP=0 時(shí)

8、，觸發(fā)器不工作，處于維持狀態(tài)。時(shí)，觸發(fā)器不工作，處于維持狀態(tài)。當(dāng)當(dāng)CP=1 時(shí)：時(shí)：D=0, S輸出為輸出為 1，R輸出為輸出為 0，則，則Qn+1=0;D=1，S輸出為輸出為 0，R輸出為輸出為 1，則，則Q n+1=1。RSD觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表 狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： Qn+1=DD觸發(fā)器狀態(tài)表、狀態(tài)圖、波形圖觸發(fā)器狀態(tài)表、狀態(tài)圖、波形圖CPDQQCMOS傳輸門構(gòu)成的電平觸發(fā)傳輸門構(gòu)成的電平觸發(fā)D觸發(fā)器觸發(fā)器4、T觸發(fā)器觸發(fā)器T觸發(fā)器真值表1nnnnQTQTQTQ特征方程為特征方程為:保持保持翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)00111001Q nTQ n+110(b)0101(a)T觸發(fā)器狀態(tài)表和狀態(tài)圖觸發(fā)器

9、狀態(tài)表和狀態(tài)圖5、JK觸發(fā)器觸發(fā)器1nnnQJQKQ基本觸發(fā)器的空翻和振蕩現(xiàn)象基本觸發(fā)器的空翻和振蕩現(xiàn)象1.空翻現(xiàn)象空翻現(xiàn)象為了保證觸發(fā)器可靠地工作，防止出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，必須限為了保證觸發(fā)器可靠地工作，防止出現(xiàn)空翻現(xiàn)象，必須限制輸入控制端信號(hào)在制輸入控制端信號(hào)在CP期間不發(fā)生變化。期間不發(fā)生變化。A&QQB&C&D&CPRCDSCPStRQQ2. 振蕩現(xiàn)象振蕩現(xiàn)象T觸發(fā)器觸發(fā)器JK觸發(fā)器觸發(fā)器nQ不確定不確定主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器主從觸發(fā)器由兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)相反的同步觸發(fā)器相連而成。主從觸發(fā)器由兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)相反的同步觸發(fā)器相連而成。 & &G1G2QQ(

10、a)QQ1S1R(b)SRCP & &G3G4SCPRC1 & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9從觸發(fā)器主觸發(fā)器工作原理分析工作原理分析:CP=1,輸入信號(hào)輸入信號(hào)R和和S能影響輸出能影響輸出Q1和和Q1;從觸發(fā)器的時(shí)鐘從觸發(fā)器的時(shí)鐘CP=0,其輸其輸出出Q和和Q 不會(huì)發(fā)生變化。不會(huì)發(fā)生變化。 CP=0,主同步主同步RS觸發(fā)器的時(shí)鐘控制觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)無(wú)效信號(hào)無(wú)效, R和和S不會(huì)影響輸出不會(huì)影響輸出Q1和和Q1;從同步從同步RS觸發(fā)器的輸入信號(hào)不觸發(fā)器的輸入信號(hào)不變變,其輸出其輸出Q和和Q一旦穩(wěn)定后就不會(huì)一旦穩(wěn)定后就不會(huì)再發(fā)生變化。再

11、發(fā)生變化。當(dāng)當(dāng)CP由由01時(shí)，非門時(shí)，非門G9的輸出在的輸出在Q1和和Q1 可能出現(xiàn)變化之前變?yōu)榭赡艹霈F(xiàn)變化之前變?yōu)?,從而封鎖了與非門從而封鎖了與非門G3和和G4,使輸出使輸出Q和和Q，保持不變。保持不變。當(dāng)當(dāng)CP：10，在此時(shí)刻之前，在此時(shí)刻之前,Q1和和Q1 如果發(fā)生了變化如果發(fā)生了變化,意味著從觸發(fā)意味著從觸發(fā)器的輸入信號(hào)發(fā)生了變化。在從觸器的輸入信號(hào)發(fā)生了變化。在從觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)變?yōu)橛行r(shí)發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)變?yōu)橛行r(shí),觸觸發(fā)器的輸出將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。發(fā)器的輸出將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。如果在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有如果在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間（效期間（CP=1）,Q1和和Q1端

12、變化端變化多次多次,則只有最后一次變化的結(jié)果會(huì)則只有最后一次變化的結(jié)果會(huì)反映到反映到Q和和Q端。端。主從RS觸發(fā)器的特性表 nCPRSQ01000001010011100101110111n 1Q0101110010nnQSRQRSCPRQSQ圖412 帶異步輸入端的主從RS觸發(fā)器 （a）電路圖;（b）邏輯符號(hào) & &G1G2QQ(a)QQ1S1R(b)SRCP & &G3G4SCPRC1 & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9主觸發(fā)器DRDSSDRDDRDS & &G1G2QQ(a)QQ1J1K(b)JKC

13、P & &G3G4JCPKC1 & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9主從主從JK觸發(fā)器觸發(fā)器在CP的下降沿到來(lái)時(shí), J=0、K=0, 保持原來(lái)的狀態(tài); J=0、K=1, 觸發(fā)器置0;J=1、K=0, 觸發(fā)器置1; J=1、K=1, 翻轉(zhuǎn)。JK觸發(fā)器觸發(fā)器nQ1nnnQJQKQCPJKQQQQ1QCPJKQQQ11Q & &G1G2QQ(a)QQ1TC1(b)TCP & &G3G4TCP & &G5G6 & &G7G8Q11Q1G9主從主從T觸發(fā)器觸發(fā)器1nnnQTQTQCPT

14、QQ主從觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)主從觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn): :主從觸發(fā)器的狀態(tài)變化分兩步進(jìn)行主從觸發(fā)器的狀態(tài)變化分兩步進(jìn)行: :第一步第一步, ,在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間, ,輸入信號(hào)影輸入信號(hào)影響主觸發(fā)器的狀態(tài)響主觸發(fā)器的狀態(tài), ,此時(shí)從觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化此時(shí)從觸發(fā)器的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生變化; ;第二步第二步, ,在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由有效變?yōu)闊o(wú)效而從在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由有效變?yōu)闊o(wú)效而從觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由無(wú)效變?yōu)橛行r(shí)觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)由無(wú)效變?yōu)橛行r(shí), ,從觸發(fā)器的狀從觸發(fā)器的狀態(tài)根據(jù)主觸發(fā)器的狀態(tài)而變化。態(tài)根據(jù)主觸發(fā)器的狀態(tài)而變化。在主觸發(fā)器的

15、時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間在主觸發(fā)器的時(shí)鐘控制信號(hào)有效期間, ,如果輸入信號(hào)發(fā)生如果輸入信號(hào)發(fā)生過(guò)變化過(guò)變化, ,則在時(shí)鐘控制信號(hào)的有效邊沿到來(lái)時(shí)，從觸發(fā)器則在時(shí)鐘控制信號(hào)的有效邊沿到來(lái)時(shí)，從觸發(fā)器的狀態(tài)不一定按照此時(shí)刻的輸入信號(hào)來(lái)確定。的狀態(tài)不一定按照此時(shí)刻的輸入信號(hào)來(lái)確定。4.邊沿觸發(fā)器邊沿觸發(fā)器利用傳輸延遲的邊沿利用傳輸延遲的邊沿JK觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號(hào)觸發(fā)器邏輯圖和邏輯符號(hào)CP=0,與或非門與或非門3及及4被部分封鎖，又由被部分封鎖，又由于于h和和g端為端為1，故觸發(fā)器狀態(tài)保持。，故觸發(fā)器狀態(tài)保持。CP=0,觸發(fā)器狀態(tài)保持。觸發(fā)器狀態(tài)保持。CP:1011:10nnnnnnnnnCPhJQg

16、KQCPQSRQJQKQ QJQKQQQ1SC1SCP1RRQQ1DC1DCPQQ1JC1JCP1KKQQ1TC1TCP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器QQ1SC1SCP1RRQQ1DC1DCPQQ1JC1JCP1KKQQ1TC1TCP下降沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器常用邊沿觸發(fā)器的邏輯符號(hào)常用邊沿觸發(fā)器的邏輯符號(hào)邊沿觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)邊沿觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn):觸發(fā)器輸出的次態(tài)僅僅取決于現(xiàn)態(tài)和動(dòng)作邊沿（觸發(fā)器輸出的次態(tài)僅僅取決于現(xiàn)態(tài)和動(dòng)作邊沿（CP的上的上升沿或下降沿）時(shí)的輸入信號(hào)升沿或下降沿）時(shí)的輸入信號(hào),在這之前的輸入信號(hào)變化在這之前的輸入信號(hào)變化對(duì)觸發(fā)器輸出的次態(tài)無(wú)影響，從而提高了可靠性對(duì)觸發(fā)器輸出的次態(tài)無(wú)影響，

17、從而提高了可靠性,增強(qiáng)了增強(qiáng)了抗干擾能力抗干擾能力下降沿動(dòng)作的主從下降沿動(dòng)作的主從JK觸發(fā)器和邊觸發(fā)器和邊沿沿JK觸發(fā)器對(duì)比時(shí)序圖觸發(fā)器對(duì)比時(shí)序圖4.2.2 觸發(fā)器的邏輯功能和分類觸發(fā)器的邏輯功能和分類1.RS觸發(fā)器觸發(fā)器基本基本RS觸發(fā)器的特性表觸發(fā)器的特性表10nnQSRQRS狀態(tài)方程狀態(tài)方程基本基本RS觸發(fā)器的激勵(lì)表觸發(fā)器的激勵(lì)表2. D觸發(fā)器觸發(fā)器D觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表 狀態(tài)方程：狀態(tài)方程： Qn+1=DT觸發(fā)器真值表觸發(fā)器真值表1nnnnQTQTQTQ保持保持翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)00111001Q nTQ n+110(b)0101(a)T觸發(fā)器狀態(tài)表和狀態(tài)圖觸發(fā)器狀態(tài)表和狀態(tài)圖3.T觸發(fā)器觸

18、發(fā)器1nnnQJQKQ4.JK觸發(fā)器觸發(fā)器4.2.3 不同邏輯功能觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換不同邏輯功能觸發(fā)器間的轉(zhuǎn)換附加轉(zhuǎn)換電路已有觸發(fā)器QQ期待觸發(fā)器公式法的轉(zhuǎn)換步驟公式法的轉(zhuǎn)換步驟:(1)寫出已有觸發(fā)器和期待有的觸發(fā)器的特性方程寫出已有觸發(fā)器和期待有的觸發(fā)器的特性方程;(2)將期待觸發(fā)器的特性方程變換成已有觸發(fā)器特性方程形式將期待觸發(fā)器的特性方程變換成已有觸發(fā)器特性方程形式;(3)比較兩個(gè)觸發(fā)器的特性方程比較兩個(gè)觸發(fā)器的特性方程,求出轉(zhuǎn)換電路的邏輯表達(dá)式求出轉(zhuǎn)換電路的邏輯表達(dá)式;(4)畫出邏輯電路圖。畫出邏輯電路圖。圖表法的轉(zhuǎn)換步驟圖表法的轉(zhuǎn)換步驟:(1)根據(jù)期待觸發(fā)器的特性表和已有觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表列出轉(zhuǎn)換根據(jù)期待觸發(fā)器的特性表和已有觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)表列出轉(zhuǎn)換電路的真值表電路的真值表;(2)根據(jù)真值表求出轉(zhuǎn)換電路的邏輯表達(dá)式根據(jù)真值表求出轉(zhuǎn)換電路的邏輯表達(dá)式;(3)畫出邏輯電路圖。畫出邏輯電路圖。1.JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為觸發(fā)器轉(zhuǎn)換為RS、D、T觸發(fā)器觸發(fā)器