第四章[1]. 触发器

1、(4-1) 时序电路时序电路必然具有记忆必然具有记忆功能，因而组功能，因而组成时序电路的成时序电路的基本单元是触基本单元是触发器。发器。时序逻辑电路的特点时序逻辑电路的特点 在数字电路中，凡是任一时刻的在数字电路中，凡是任一时刻的稳定输出不仅决定于该时刻的输入，稳定输出不仅决定于该时刻的输入，而且而且还和电路原来的状态有关还和电路原来的状态有关者，都者，都叫做时序逻辑电路，简称叫做时序逻辑电路，简称时序电路时序电路。组合逻辑电路组合逻辑电路存储功能存储功能.XYZW(4-2)电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分第四章第四章 触发器触发器(4-3)第四章第四章 触发器触发器 4.1 4.1

2、概述概述 4.2 4.2 触发器的基本形式触发器的基本形式 4.3 4.3 触发器按逻辑功能的分类触发器按逻辑功能的分类 4.4 4.4 触发器逻辑功能的转换触发器逻辑功能的转换 4.5 4.5 触发器的触发方式触发器的触发方式 4.6 4.6 触发器应用举例触发器应用举例(4-4)能够存储一位二进制数字信号的基本单元能够存储一位二进制数字信号的基本单元触发器输出有两种可能的状态：触发器输出有两种可能的状态：0、1；双稳态触发器双稳态触发器输出状态不只与现时的输入有关，还输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；与原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。触发器是有记忆功能

3、的逻辑部件。按功能分类：按功能分类：R-S触发器、触发器、D型触发器、型触发器、JK触发器、触发器、T型触发器等。型触发器等。 4.1 概述概述触发器触发器(4-5)&a&bQQDRDS反馈反馈两个输入端两个输入端两个输出端两个输出端 4.2 基本基本RS触发器触发器基本基本RS触发器各种功能触发器的基本单元触发器各种功能触发器的基本单元(4-6)(4-7)&a&bQQDRDS输入输入RD=0, SD=1时时若原状态：若原状态：10QQ11001010输出仍保持：输出仍保持：10QQ工作原理与逻辑功能(4-8)&a&bQQDRDS输入输入RD=0

4、, SD=1时时若原状态：若原状态：01QQ01111010输出变为：输出变为：10QQ即输入即输入R RD D=0, =0, S SD D=1=1时时 触发器始终处于触发器始终处于“0”0”状态，状态，也称复位状态也称复位状态(4-9)输入输入RD=1, SD=0时时若原状态：若原状态：10QQ10101011输出变为：输出变为：01QQ&a&bQQDRDS(4-10)输入输入RD=1, SD=0时时若原状态：若原状态：01QQ00110101输出保持：输出保持：01QQ&a&bQQDRDS即输入即输入R RD D=1, =1, S SD D=0=0时时 触发

5、器始终处于触发器始终处于“1”1”状态，状态，也称置位状态也称置位状态(4-11)输入输入RD=1, SD=1时时若原状态：若原状态：10111001输出保持原状态：输出保持原状态：01QQ01QQ&a&bQQDRDS(4-12)输入输入RD=1, SD=1时时若原状态：若原状态：10QQ01110110输出保持原状态：输出保持原状态：10QQ&a&bQQDRDS即输入即输入R RD D=1, =1, S SD D=1=1时时 触发器始终处于记忆状态触发器始终处于记忆状态(4-13)输入输入RD=0, SD=0时时0011输出全是输出全是1但当但当RD=SD=0

6、同时变为同时变为1时，翻转快时，翻转快的门输出变为的门输出变为0，另一个不得翻转。，另一个不得翻转。&a&bQQDRDS(4-14)基本触发器的功能表基本触发器的功能表Q(4-15)1. 基本触发器是双稳态器件，只要令基本触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情，触发器即保持原态。稳态情况下，两个输出互补。一般定义况下，两个输出互补。一般定义Q为触为触发器的状态。发器的状态。2. 在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。变化。SD端加入负脉冲，使端加入负脉冲，使Q = 1，SD称称为为“置位置位”或或“置置 1 ”

7、端；端；RD端加入负脉端加入负脉冲，使冲，使 Q = 0，RD 称为称为“复位复位”或或“ 清清 0 ”端。端。(4-16)二 触发器逻辑功能的描述方法 1、状态转移真值表 2、状态转移方程 3、状态转移图(4-17)（1）状态转移真值表(特性表）现（初）态：电路在某各考察瞬间现（初）态：电路在某各考察瞬间t tn n时刻的状态时刻的状态Q Qn n次次 态：电路将要达到的下一个状态态：电路将要达到的下一个状态Q Qn+1n+1(4-18)简化真值表(4-19)(4-20)(4-21)(4-22)波形分析：波形分析：RSQQ(4-23)4.3.4.3.同步同步RSRS触发器触发器&c&

8、amp;dQQDRDS&a&bRSCP时钟信号时钟信号直接清直接清0、置、置1端端 为协调各触发器的动作，加时钟脉冲信号为协调各触发器的动作，加时钟脉冲信号CPCP，叫同步，叫同步（钟控）触发器。按控制信号的不同，触发器又分成以下（钟控）触发器。按控制信号的不同，触发器又分成以下不同种类：不同种类：R R、S S为输入为输入控制端控制端 4.3 触发器按逻辑功能的分类触发器按逻辑功能的分类(4-24)&c&dQQ&a&bRSCPCP=0时时011触发器保持原态触发器保持原态(4-25)CP=1 R=0 S=0时时1RS&c&dQQ

9、&a&bRSCP0011触发器保持原态触发器保持原态(4-26)CP=1 R=0 S=1时时1RS&c&dQQ&a&bRSCP0110触发器变为触发器变为“1”态态011(4-27)CP=1 R=1 S=0时时1RS&c&dQQ&a&bRSCP1001触发器变为触发器变为“0”态态10(4-28)CP=1 R=1 S=1时时1RS&c&dQQ&a&bRSCP1101触发器变为不确定态触发器变为不确定态01(4-29)同步同步RSRS触发器的功能表触发器的功能表Q(4-30)简化的功能

10、表简化的功能表R S Qn+1 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 不不确确定定 Qn+1 -下一状态下一状态 （一个时钟脉冲过后的状态）（一个时钟脉冲过后的状态）Qn -原状态原状态(4-31)RSCQQ逻辑符号逻辑符号(4-32)例：画出同步例：画出同步RS触发器的输出波形触发器的输出波形 。CPRSQQSetReset使输出全为使输出全为1CP撤去后撤去后状态不定状态不定(4-33)状态方程状态方程(4-34)(4-35)&c&dQQDRDS&a&bRSCP异步置异步置1 1端端平时置平时置1 1异步置异步置0 0端端平时置平时置1 1(4-36

11、)RDSDRSCQQ逻辑符号逻辑符号(4-37)5.2.2 同步同步D触发器触发器D&c&dQQDRDS&a&bCP输入端输入端(4-38)图4.2.7 D 型锁存器电路（a）基本形式 （b）7475采用的电路(4-39)CP=0时，时，a、b门被堵塞，输出保持原态：门被堵塞，输出保持原态：011保持保持D&c&dQQDRDS&a&bCP(4-40)CP=1时，时，a、b门被打开，输出由门被打开，输出由D决定：决定：若若D=01011001D&c&dQQDRDS&a&bCP(4-41)CP=1时，时

12、，a、b门被打开，输出由门被打开，输出由D决定：决定：若若D=11100110D&c&dQQDRDS&a&bCP(4-42)RDSDD CQQD Qn+1 0 0 1 1 功能表功能表逻辑符号逻辑符号(4-43)CPDQQ例：画出同步例：画出同步D触发器的输出波形。触发器的输出波形。(4-44)5.2.3 时钟时钟JK触发器触发器在在JK触发器中，触发器中，J,K可以同时为可以同时为“1”。得到的次态和初态相反。得到的次态和初态相反。(4-45)JK触发器的触发器的特性方程：特性方程：J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQ(4-46

13、)例：画出同步例：画出同步JK触发器的输出波形。触发器的输出波形。(4-47)5.2.4 T5.2.4 T触发器触发器R2S2CF从从QQR1S1CF主主QQCPQQCPTT T=0=0时时CPCP不起不起作用，作用，T T=1=1时时状态翻转状态翻转。(4-48)T 0 1 nQnQ1nQ功能表功能表逻辑符号逻辑符号nnnQTQTQ1状态方程状态方程(4-49)时序图时序图CPQT(4-50)1、 触发方式触发方式触发触发方式方式正边沿触发正边沿触发负边沿触发负边沿触发CP上升沿时刻翻转上升沿时刻翻转CP下降沿时刻翻转下降沿时刻翻转 5.2.5同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题空翻空翻

14、电平触发电平触发正电平触发正电平触发负电平触发负电平触发CP=1时刻时刻CP=0时刻时刻(4-51)由于在由于在CPCP=1=1期间，期间，G G3 3、G G4 4门都是开着的，都能接收门都是开着的，都能接收R R、S S信号，所信号，所以，如果在以，如果在CPCP=1=1期间期间R R、S S发生多次变化，则触发器的状态也可发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。能发生多次翻转。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。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。这种空翻现象应该避免。为了解决空翻问题，需采用其他类型的这种空翻现象应该避免。为了解决空翻问题

15、，需采用其他类型的触发器。触发器。2、空翻、空翻(4-52)5.3 边沿触发器边沿触发器为了免除为了免除CPCP=1=1期间输入控制电平不许改变期间输入控制电平不许改变的限制，可采用的限制，可采用边沿触发边沿触发方式。目前用于数字方式。目前用于数字集成电路产品中的边沿触发器电路有利用集成电路产品中的边沿触发器电路有利用CMOSCMOS传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器、利用传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器、利用门电路传输延迟时间的边沿触发器等，其特点门电路传输延迟时间的边沿触发器等，其特点是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在是：触发器只在时钟跳转时发生翻转，而在CPCP=1=1或或CPCP

16、=0=0期间，输入端的任何变化都不影响期间，输入端的任何变化都不影响输出。输出。如果翻转发生在上升沿就叫如果翻转发生在上升沿就叫“上升沿触发上升沿触发”或或“正边沿触发正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫。如果翻转发生在下降沿就叫“下降沿触发下降沿触发”或或“负边缘触发负边缘触发”。下面以边缘。下面以边缘触发的触发的维持阻塞维持阻塞D D触发器为例讲解触发器为例讲解。(4-53)&e&fQQ&c&d&a&bDCP设原态设原态Q=0并设并设D=11CP=0期间，期间，c 、d被锁，被锁，输出为输出为1。001101、正边缘触发的、正边缘触发的维持

17、阻塞维持阻塞D触发器：触发器：(4-54)1c=1 、d=1反馈到反馈到a、b的输入，的输入，a、b输出输出为为0、1。001111010&e&fQQ&c&d&a&bDCP(4-55)CP正沿到正沿到达时达时c、d开开启，使启，使c=1，d=0。11110110Q翻转为翻转为101&e&fQQ&c&d&a&bDCP(4-56)CP正沿过后，正沿过后，d=0将将c封锁封锁,并使并使b=1，维，维持持d=0，即维，即维持触发器为持触发器为1,阻止了阻止了c=0。11001因此以后因此以后CP=1期期间间

18、D的变的变化不影响化不影响输出。输出。001&e&fQQ&c&d&a&bDCP(4-57)CP D Qn+1 0 Qn 1 Qn 0 0 1 1 边沿触发的边沿触发的D触发器功能表触发器功能表正沿触发正沿触发(4-58)逻辑符号逻辑符号CQQCQQ负沿触发负沿触发正沿触发正沿触发DD(4-59)例例4.3.1 4.3.1 已知维持已知维持阻塞阻塞D D触发器的输入波形，画出输出波形图。触发器的输入波形，画出输出波形图。解：在波形图时，应注意以下解：在波形图时，应注意以下两点：两点：（1 1）触发器的触发翻转发生）触发器的触发翻转发生在在CPCP的

19、上升沿。的上升沿。（2 2）判断触发器次态的依据）判断触发器次态的依据是是CPCP上升沿前一瞬间输入上升沿前一瞬间输入端端D D的状态。的状态。根据根据D D触发器的功能表，可画触发器的功能表，可画出输出端出输出端Q Q的波形图。的波形图。(4-60)2.2.传输延迟时间的边沿传输延迟时间的边沿JKJK触发器触发器(4-61)3 3、CMOSCMOS主从结构的边沿触发器主从结构的边沿触发器1 1电路结构电路结构: :由由CMOSCMOS逻辑门和逻辑门和CMOSCMOS传输门组成主从传输门组成主从D D触发器。触发器。由于引入了由于引入了传输门传输门，该电路虽为主从结构，却没有一次变，该电路虽为

20、主从结构，却没有一次变化问题，具有边沿触发器的特性。化问题，具有边沿触发器的特性。(4-62)2 2工作原理工作原理触发器的触发翻转分为两个节拍：触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当）当CPCP变为变为1 1时，时，TGTG1 1开通，开通，TGTG2 2关闭。主触发器接收关闭。主触发器接收D D信号。信号。同时，同时，TGTG3 3关闭，关闭，TGTG4 4开通，从触发器保持原状态不变。开通，从触发器保持原状态不变。（2 2）当）当CPCP由由1 1变为变为0 0时，时，TGTG1 1关闭，关闭，TGTG2 2开通，主触发器自保持。开通，主触发器自保持。同时，同时，TGTG3 3开通，

21、开通，TGTG4 4关闭，从触发器接收主触发器的状态。关闭，从触发器接收主触发器的状态。D(4-63) 书中提到的利用书中提到的利用CMOS传输门的边沿触传输门的边沿触发器、维持阻塞触发器、利用传输延迟发器、维持阻塞触发器、利用传输延迟时间的边沿触发器其次态均是仅取决于时间的边沿触发器其次态均是仅取决于CP信号的上升沿或下降沿到达时输入的信号的上升沿或下降沿到达时输入的逻辑状态，而在这以前或以后，输入信逻辑状态，而在这以前或以后，输入信号的变化对触发器输出的状态没有影响。号的变化对触发器输出的状态没有影响。(4-64)5.4 主从触发器主从触发器一、电路结构与工作原理一、电路结构与工作原理提高

22、可靠性，要求每个提高可靠性，要求每个CLKCLK周期输出状态只能改变周期输出状态只能改变1 1次次1、主从、主从RS 触发器触发器(4-65)G5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9(a) 逻辑电路&工作原理工作原理（1 1）接收输入信号过程）接收输入信号过程CP=1CP=1期间：主触发器控制门期间：主触发器控制门G G7 7、G G8 8打开，接收输入信号打开，接收输入信号R R、S S，有：，有： 从触发器控制门从触发器控制门G G3 3、G G4 4封锁，其封锁，其状态保持不变。状态保持不变。01RSQ

23、RSQnmnm(4-66)G5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9&（2 2）输出信号过程）输出信号过程CPCP下降沿到来时，主触发器控下降沿到来时，主触发器控制门制门G G7 7、G G8 8封锁，在封锁，在CP=1CP=1期间接期间接收的内容被存储起来。同时，收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门从触发器控制门G G3 3、G G4 4被打开，被打开，主触发器将其接收的内容送入主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状从触发器，输出端随之改变状态。在态。在CP=0CP=0期间，由于主触发期间，

24、由于主触发器保持状态不变，因此受其控器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即制的从触发器的状态也即Q Q、Q Q的值当然不可能改变。的值当然不可能改变。01RSQRSQnnCP下降沿到来时有效特性特性方程方程(4-67) Q Q S RS CP RQ Q(b) 曾用符号 1S 1RS CP RQ Q(c) 国标符号CPC1逻辑符号逻辑符号电路特点电路特点主从主从RSRS触发器采用主从控制触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有信号直接控制的问题，具有CPCP1 1期间接收输入信号，期间接收输入信号，CPCP下降沿到来时触发翻转的下降沿到

25、来时触发翻转的特点。但其仍然存在着约束特点。但其仍然存在着约束问题，即在问题，即在CPCP1 1期间，输期间，输入信号入信号R R和和S S不能同时为不能同时为1 1。(4-68)XXX X0000001110011011010001101101*1111*QQRSCLKnQ特性表特性表(4-69)也是确定的的情况下，即使出现为解除约束触发器主从*12QRSJK.1101, 110, 1) 1 (*后，“从”，“主”“主”保持时，则若clkQQclkKJ0000111, 0)2(*后，“从”，“主”保持，“主”时，则若clkQQclkKJ(4-70)后，“从”保持“主”保持时，则若clkQQc

26、lkKJ01103*)(4-71)列出真值表列出真值表XXX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 0111 10*QQKJCLK*QX XX X00 0000 1110 0110 1101 0001 1011 01*11 11*QQRSCLK*Q(4-72)J K QnQn+1功能0 0 00 0 101nnQQ1 保持0 1 00 1 10001nQ 置 01 0 01 0 11111nQ 置 11 1 01 1 110nnQQ1 翻转特特性性表表CPJKQ时时序序图图(4-73) Q Q J KJ CP KQ Q曾用符号 1J 1KJ CP KQ Q国标符号

27、CPC1电路特点电路特点逻辑符号逻辑符号主从主从JKJK触发器采用触发器采用主从控制结构，从根主从控制结构，从根本上解决了输入信号本上解决了输入信号直接控制的问题，具直接控制的问题，具有有CPCP1 1期间接收期间接收输入信号，输入信号，CPCP下降沿下降沿到来时触发翻转的特到来时触发翻转的特点。点。输入信号输入信号J J、K K之间之间没有约束。没有约束。存在一次变化问题。存在一次变化问题。(4-74)二、脉冲触发方式的动作特点二、脉冲触发方式的动作特点输出状态只能改变一次”状态翻转到达后，“从”按“主第二步“从”保持时，“主”接收信号，第一步分两步动作：clkclk11.。最后的状态，决定

28、前要找出，期间里输入发生变化时在“主”只可能翻转一次高电平期间，在主从起控制作用里输入信号对“主”都的全部时间，“主”为同步主从*11. 2QQclkclkclkJKclkSRSR(4-75)例(4-76)(4-77)J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQ功能表功能表逻辑符号逻辑符号JCQQKnnnQKQJQ1状态方程状态方程(4-78)图4.2.11具有多输入端的主从 J K 触发器(4-79)时序图时序图CPKJQJQ 保持保持T(4-80)4、 不同类型触发器之间的转换不同类型触发器之间的转换（1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程。写出已有触发器和待求触

29、发器的特性方程。（2）变换待求触发器的特性方程，使之形式与）变换待求触发器的特性方程，使之形式与已有触发器的特性方程一致。已有触发器的特性方程一致。（3）比较已有和待求触发器的特性方程，根据）比较已有和待求触发器的特性方程，根据两个方程相等的原则求出转换逻辑。两个方程相等的原则求出转换逻辑。（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。）根据转换逻辑画出逻辑电路图。利用已有触发器和待求触发器的特性方程相等的利用已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则，求出转换逻辑。原则，求出转换逻辑。(4-81)1 1、将、将JK触发器转换为触发器转换为RS、D、T和和T触发器触发器JK触发器触发器RS触发器触发器01

30、RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RS触发器特性方程触发器特性方程变换变换RS触发器的特性方程，使之形式与触发器的特性方程，使之形式与JK触发器的特性方程一致：触发器的特性方程一致：(4-82)RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比较，得：1J C11KSCPRQQ电路图电路图(4-83)2.JK2.JK触发器转换成触发器转换成D D触发器触发器DCQQKJCPDQQKQJQnnnn11比较比较JKJK触发器和触发器和D D触发器触发器可得：可得：DKDJ;(4-84)3.JK触发器触发

31、器T触发器触发器在数字电路中，凡在在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号时钟脉冲控制下，根据输入信号T取值取值的不同，具有保持和翻转功能的电路，即当的不同，具有保持和翻转功能的电路，即当T0时能保持状态时能保持状态不变，不变，T1时一定翻转的电路，都称为时一定翻转的电路，都称为T触发器。触发器。T QnQn +1功 能0 00 101nnQQ1 保 持1 01 110nnQQ1翻 转特性表特性表逻辑符号逻辑符号 T CP 1TQ Q C1(4-85)T触发器特性方程：触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1与与JK触发器的特性方程比较，得：触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路

32、图图1J C11KTQQCP(4-86)01T=1/1/0/0/CPTQQ状状态态图图时时序序图图(4-87)4.JK触发器触发器T触发器触发器在数字电路中，凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称在数字电路中，凡每来一个时钟脉冲就翻转一次的电路，都称为为T触发器。触发器。特性表特性表逻辑符号逻辑符号 CP Q Q C1QnQn +1功 能0110nnQQ1翻 转(4-88)T 触发器特性方程：触发器特性方程：与与JK触发器的特性方程比较，得：触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11K1QQCPnnQQ1变换变换T触发器的特性方程：触发器的特性方程：nnnnQQQQ111(4-89)CPQQ01状状态态图图时时序序图图(4-90)2 2、将、将D触发器转换为触发器转换为JK、T和和T触发器触发器1.D触发器触发器JK触发器触发器J1D C1QQCP1&1K(4-91)2.D触发器触发器T触发器触发器nQTDT1D C1QQCP=1(4-92)3.D3.D触发器转换成触发器转换成T T 触发器触发器CQQDCP比较比较D D触发器和触发器和T T触发触发器器nnnQQDQ11可得：可得：nQD (4-93)5.7 触发器的动态特性触发器的动态特性一、输入信号宽度二、传输延迟时间PHLPLHtt