《數(shù)字電子技術(shù)》課件第4章 觸發(fā)器

第4章觸發(fā)器內(nèi)容提要

在各類數(shù)字電路應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常需要將二進(jìn)制的代碼信息保存起來進(jìn)行處理。觸發(fā)器就是實(shí)現(xiàn)存儲二進(jìn)制信息功能的單元電路。由于二進(jìn)制信息只有0、l兩種狀態(tài)，所以觸發(fā)器也必須具備有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：0狀態(tài)和l狀態(tài)。觸發(fā)器可以在外加脈沖(又稱觸發(fā)脈沖)作用下．在兩種穩(wěn)定狀態(tài)間互相轉(zhuǎn)換。觸發(fā)器屬于時(shí)序邏輯電路，即該電路當(dāng)前的輸出狀態(tài)不僅與當(dāng)前輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與電路原來的內(nèi)部狀態(tài)和輸出狀態(tài)有關(guān)。

本章內(nèi)容4.1觸發(fā)器概述4.2基本RS觸發(fā)器

4.3同步觸發(fā)器4.4主從觸發(fā)器4.5T觸發(fā)器

4.6集成觸發(fā)器

觸發(fā)器的描述方法基本上有四種：邏輯圖、真值表(又稱特性表或功能表)、特性方程(即邏輯表達(dá)式)和波形圖。所謂特性方程，是指觸發(fā)器的次態(tài)和當(dāng)前輸入變量及現(xiàn)態(tài)之間的邏輯關(guān)系式。其中，現(xiàn)態(tài)是指觸發(fā)器在觸發(fā)脈沖作用時(shí)刻之前的狀態(tài)，也就是觸發(fā)器原來的穩(wěn)定狀態(tài)，用Qn表示；次態(tài)是指觸發(fā)器在觸發(fā)脈沖作用后新的穩(wěn)定狀態(tài)，用Qn+1表示。觸發(fā)器的種類很多，可按以下幾種方式進(jìn)行分類：根據(jù)是否有時(shí)鐘脈沖輸入端，可將觸發(fā)器分為基本觸發(fā)器和鐘控觸發(fā)器。根據(jù)邏輯功能的不同，可將觸發(fā)器分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器。根據(jù)電路結(jié)構(gòu)的不同，可將觸發(fā)器分為基本觸發(fā)器、同步觸發(fā)器、維持阻塞觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器。根據(jù)觸發(fā)方式的不同，可將觸發(fā)器分為電平觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器。4.1觸發(fā)器概述基本RS觸發(fā)器是由兩個(gè)與非門交叉連接構(gòu)成，邏輯圖如圖（a）所示，R和S是信號輸入端，字母上面的反號表示低電乎有效，即R、S端為低電平時(shí)表示有信號、為高電平時(shí)表示無信號，Q和Q既表示觸發(fā)器的狀態(tài)，又是兩個(gè)互補(bǔ)的信號輸出端。

4.2.1基本RS觸發(fā)器邏輯符號如圖（b）所示，方框下面輸入瑞處的小圓圈表示低電平有效，這是一種約定，只有當(dāng)所加信號的實(shí)際電壓力低電平時(shí)才表示有信號，否則就是無信號。方框上面的兩個(gè)輸出端，一個(gè)無小圓圈，為Q端，一個(gè)有小圓圈，為Q端，在正常工作情況下，兩者狀態(tài)是互補(bǔ)的．即一個(gè)為高電平另一個(gè)就是低電平，反之亦然。4.2.1基本RS觸發(fā)器4.2.2基本RS觸發(fā)器邏輯功能

工作原理①R=0、S=1時(shí)：由于R=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成0狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置0或復(fù)位。R端稱為觸發(fā)器的置0端或復(fù)位端。4.2.2基本RS觸發(fā)器邏輯功能②R=1、S=0時(shí)：由于S=0，不論原來Q為0還是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q＝0。即不論觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)都將變成1狀態(tài)，這種情況稱將觸發(fā)器置1或置位。S端稱為觸發(fā)器的置1端或置位端。③R=1、S=1時(shí)：根據(jù)與非門的邏輯功能不難推知，觸發(fā)器保持原有狀態(tài)不變，即原來的狀態(tài)被觸發(fā)器存儲起來，這體現(xiàn)了觸發(fā)器具有記憶能力。④R=0、S=0時(shí)：Q=Q=1，不符合觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。并且由于與非門延遲時(shí)間不可能完全相等，在兩輸入端的0同時(shí)撤除后，將不能確定觸發(fā)器是處于1狀態(tài)還是0狀態(tài)。所以觸發(fā)器不允許出現(xiàn)這種情況，這就是基本RS觸發(fā)器的約束條件。4.2.2基本RS觸發(fā)器邏輯功能特性表（真值表）

在實(shí)際應(yīng)用中，觸發(fā)器的工作狀態(tài)不僅要由R、S端的信號來決定，而且還希望觸發(fā)器按一定的節(jié)拍翻轉(zhuǎn)。為此，給觸發(fā)器加一個(gè)時(shí)鐘控制端CP，只有在CP端上出現(xiàn)時(shí)鐘脈沖時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能變化。具有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器狀態(tài)的改變與時(shí)鐘脈沖同步，所以稱為同步觸發(fā)器。

4.3同步觸發(fā)器4.3.1同步RS觸發(fā)器CP＝0時(shí)，R=S=1，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。CP＝1時(shí)，工作情況與基本RS觸發(fā)器相同。4.3.1同步RS觸發(fā)器特性表特性方程CP=1期間有效4.3.1同步RS觸發(fā)器主要特點(diǎn)（1）時(shí)鐘電平控制。在CP＝1期間接收輸入信號，CP＝0時(shí)狀態(tài)保持不變，與基本RS觸發(fā)器相比，對觸發(fā)器狀態(tài)的轉(zhuǎn)變增加了時(shí)間控制。（2）R、S之間有約束。不能允許出現(xiàn)R和S同時(shí)為1的情況，否則會使觸發(fā)器處于不確定的狀態(tài)。波形圖不變不變不變不變不變不變置1置0置1置0不變4.3.1同步RS觸發(fā)器

觸發(fā)器的特性方程，是指觸發(fā)器輸出狀態(tài)的次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn及輸入之間的邏輯關(guān)系表達(dá)式。觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Qn既是觸發(fā)器現(xiàn)在的輸出狀態(tài)，又同時(shí)與輸入R、S共同決定著觸發(fā)器下一個(gè)輸出狀態(tài)即次態(tài)Qn+1

。所以，特性方程實(shí)際上是以觸發(fā)器的輸入及現(xiàn)態(tài)作變量，輸出次態(tài)為函數(shù)的邏輯方程

為了解決同步RS觸發(fā)器同時(shí)出現(xiàn)R、S都為1時(shí)次態(tài)不確定的問題，只需在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上，對其控制電路稍做改變，即在R、S輸入端之間加一個(gè)非門，構(gòu)成一個(gè)單輸入觸發(fā)器，這種觸發(fā)器稱作同步D觸發(fā)器。

4.3.2同步D觸發(fā)器4.3.2同步D觸發(fā)器將S=D、R=D代入同步RS觸發(fā)器的特性方程，得同步D觸發(fā)器的特性方程：CP=1期間有效4.3.2同步D觸發(fā)器狀態(tài)圖波形圖在數(shù)字電路中，凡在CP時(shí)鐘脈沖控制下，根據(jù)輸入信號D情況的不同，具有置0、置1功能的電路，都稱為D觸發(fā)器。4.3.3同步觸發(fā)器存在的問題—空翻

在一個(gè)時(shí)鐘周期的整個(gè)高電平期間或整個(gè)低電平期間都能接收輸入信號并改變狀態(tài)的觸發(fā)方式稱為電平觸發(fā)。由此引起的在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期中，觸發(fā)器發(fā)生多次翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象叫做空翻?？辗且环N有害的現(xiàn)象，它使得時(shí)序電路不能按時(shí)鐘節(jié)拍工作，造成系統(tǒng)的誤動作。

為了克服觸發(fā)器存在的空翻現(xiàn)象，要求在一個(gè)CP脈沖的作用周期內(nèi)，觸發(fā)器的狀態(tài)只能翻轉(zhuǎn)一次。為此，又設(shè)計(jì)出多種能解決空翻問題的觸發(fā)器，如邊沿觸發(fā)器、主從觸發(fā)器等。主從觸發(fā)器只在時(shí)鐘脈沖CP的上升沿和下降沿時(shí)刻才有效，電路狀態(tài)才能發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而沒有空翻現(xiàn)象。這里介紹常用的主從RS觸發(fā)器、主從JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器。

4.4主從觸發(fā)器4.4.1主從RS觸發(fā)器工作原理（1）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發(fā)器控制門G7、G8打開，接收輸入信號R、S，有：

從觸發(fā)器控制門G3、G4封鎖，其狀態(tài)保持不變。4.4.1主從RS觸發(fā)器（2）輸出信號過程CP下降沿到來時(shí)，主觸發(fā)器控制門G7、G8封鎖，在CP=1期間接收的內(nèi)容被存儲起來。同時(shí)，從觸發(fā)器控制門G3、G4被打開，主觸發(fā)器將其接收的內(nèi)容送入從觸發(fā)器，輸出端隨之改變狀態(tài)。在CP=0期間，由于主觸發(fā)器保持狀態(tài)不變，因此受其控制的從觸發(fā)器的狀態(tài)也即Q、Q的值當(dāng)然不可能改變。特性方程CP下降沿到來時(shí)有效4.4.1主從RS觸發(fā)器邏輯符號電路特點(diǎn)主從RS觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。但其仍然存在著約束問題，即在CP＝1期間，輸入信號R和S不能同時(shí)為1。4.4.1主從RS觸發(fā)器主從RS觸發(fā)器要點(diǎn)歸納(1)主從RS觸發(fā)器的邏輯功能和同步RS觸發(fā)器相同，因此，它們的真值表、狀態(tài)轉(zhuǎn)換驅(qū)動表、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖也一樣。時(shí)鐘脈沖邊沿控制，下降沿觸發(fā)。(3)主從RS觸發(fā)器是主從兩個(gè)觸發(fā)器交替工作，總只能是一個(gè)導(dǎo)通。所以，觸發(fā)器的輸入信號R、S無法直接影響輸出端的狀態(tài)，在一個(gè)CP脈沖的作用周期內(nèi)，觸發(fā)器的狀態(tài)只能翻轉(zhuǎn)一次，所以解決了觸發(fā)器空翻這一問題。(4)輸入信號R、S之間仍有約束。

為了解決主從RS觸發(fā)器的輸入信號之間存在約束的問題，對主從RS觸發(fā)器進(jìn)行一些改進(jìn)，產(chǎn)生一種主從JK觸發(fā)器。

4.4.2主從JK觸發(fā)器代入主從RS觸發(fā)器的特性方程，即可得到主從JK觸發(fā)器的特性方程：將主從JK觸發(fā)器沒有約束。4.4.2主從JK觸發(fā)器特性表時(shí)序圖4.4.2主從JK觸發(fā)器電路特點(diǎn)邏輯符號①主從JK觸發(fā)器采用主從控制結(jié)構(gòu)，從根本上解決了輸入信號直接控制的問題，具有CP＝1期間接收輸入信號，CP下降沿到來時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)。②輸入信號J、K之間沒有約束。③存在一次變化問題。主從JK觸發(fā)器存在的問題——一次變化現(xiàn)象

主從JK觸發(fā)器在CP=1期間，主觸發(fā)器只變化（翻轉(zhuǎn)）一次，這種現(xiàn)象稱為一次變化現(xiàn)象。一次變化現(xiàn)象也是一種有害的現(xiàn)象，如果在CP=1期間，輸入端出現(xiàn)干擾信號，就可能造成觸發(fā)器的誤動作。為了避免發(fā)生一次變化現(xiàn)象，在使用主從JK觸發(fā)器時(shí)，要保證在CP=1期間，J、K保持狀態(tài)不變。

4.4.2主從JK觸發(fā)器

4.5T觸發(fā)器

T觸發(fā)器可認(rèn)為是主從JK觸發(fā)器在J=K情況下的一個(gè)特例，當(dāng)有一個(gè)CP信號作用時(shí)，它具有保持和翻轉(zhuǎn)功能。主從JK觸發(fā)器雖然解決了輸入信號之間存在的約束和空翻問題，但當(dāng)輸入條件決定的新狀態(tài)與原狀態(tài)一致時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)不會隨CP的到來而翻轉(zhuǎn)，而T觸發(fā)器能解決這個(gè)問題。4.5.1T觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)T觸發(fā)器只有一個(gè)控制端,只要將主從JK觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端J和K連接起來作為一個(gè)輸入端T，就構(gòu)成了T觸發(fā)器

用JK觸發(fā)器構(gòu)成的T觸發(fā)器

（a）邏輯圖

（b）邏輯符號

4.5.2T觸發(fā)器的邏輯功能特性表T觸發(fā)器特性方程：4.5.2T觸發(fā)器的邏輯功能狀態(tài)圖時(shí)序圖4.5.3T觸發(fā)器要點(diǎn)歸納1、T觸發(fā)器只有一個(gè)控制端，可將主從JK觸發(fā)器的J和K端連成T端。

2、輸入信號無約束條件。

3、觸發(fā)器不存在空翻現(xiàn)象。

4、如果將T觸發(fā)器的T端設(shè)為1，就構(gòu)成了T＇觸發(fā)器。則每來一個(gè)CP脈沖，觸發(fā)器的狀態(tài)都會翻轉(zhuǎn)，構(gòu)成了計(jì)數(shù)狀態(tài)。

74LS系列的集成觸發(fā)器芯片有很多種，這里只簡單介紹幾種，其他可通過查集成電路手冊獲得相關(guān)資料。觸發(fā)器應(yīng)用方面將介紹觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器電路。

4.6集成觸發(fā)器74系列集成基本RS觸發(fā)器中的74LS279的引腳排列圖

4.6.1常見的集成觸發(fā)器74