数字电路 第4章 (触发器)

1、学习要点：学习要点：触发器的触发方式和逻辑功能触发器的使用 触发器的电路结构和工作原理触发器的电路结构和工作原理触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。 它有两个稳定的状态：0状态和1状态； 在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态； 当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。所以，触发器可以记忆1位二值信号。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T触发器；按照结构形式的不同，又可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。触发器通常还有一个触发控制脉冲，用于控制触发器状态触发器通常还有一个触发控制脉冲，用于控制触发器状态发生改变的时刻，因

2、此研究触发器应着重触发器的：发生改变的时刻，因此研究触发器应着重触发器的：逻辑功能逻辑功能触发方式触发方式4. 1 基本基本RS触发器触发器（电平控制触发）（电平控制触发）1.与非门构成，低电平有效基本与非门构成，低电平有效基本RS触发器触发器由输入信号直接决定触发器的状态：由输入信号直接决定触发器的状态： reset，复位、置，复位、置0 set，置位、置，置位、置1又称置又称置0置置1触发器、置位复位触发器。触发器、置位复位触发器。RS电电路路组组成成和和逻逻辑辑符符号号 SR QQ S R Q Q(a) 逻辑图(b) 逻辑符号& SR信号输入端，低电平有效。信号输入端，低电平有效。信号输

3、出端，信号输出端，Q=0、Q=1的状态称的状态称0状态，状态，Q=1、Q=0的状态称的状态称1状态，状态， SR QQ&工作原理工作原理Q10011 00R=0、S=1时：由于时：由于R=0（复位信号有效）（复位信号有效），不论原来，不论原来Q为为0还是还是1，都有，都有Q=1；再由；再由S=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器。即不论触发器原来处于什么状态都将变成原来处于什么状态都将变成0状态，这种情况称将触发器置状态，这种情况称将触发器置0或或复位。复位。R端称为触发器的置端称为触发器的置0端或复位端。端或复位端。RS SR QQ&0110Q1 00R=1、S=0时：由于时：由于S=0（置

4、位信号有效）（置位信号有效），不论原来，不论原来Q为为0还是还是1，都有，都有Q=1；再由；再由R=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器。即不论触发器原来处于什么状态都将变成原来处于什么状态都将变成1状态，这种情况称将触发器置状态，这种情况称将触发器置1或或置位。置位。S端称为触发器的置端称为触发器的置1端或置位端。端或置位端。0 11RS SR QQ&1110R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记忆能力。触发器具有

5、记忆能力。Q1 000 111 1不变10RS SR QQ&0011Q1 000 111 1不变0 0不定R=0、S=0时：时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除同时撤除后，将不能确定触发器是处于后，将不能确定触发器是处于1状态还是状态还是0状态。所以触发器不状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是基本允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件。触发器的约束条件。RS波形图波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为反映触发器输入信号取值

6、和状态之间对应关系的图形称为波形图波形图QQ置1置0置1置1置1保持不允许RS2.与非门构成高电平有效基本与非门构成高电平有效基本RS触发器触发器11S QR QSR&QQQRQQSQ3.或非门构成高电平有效基本或非门构成高电平有效基本RS触发器触发器S QR QQRQQSQSR1QQ1QRQRQQSQSQ基本基本RS触发器的触发信号是加在触发器的触发信号是加在R、S端的高低电平，端的高低电平，是一种是一种电平控制触发器电平控制触发器。电路翻转后的稳定状态并不需。电路翻转后的稳定状态并不需要由触发脉冲来维持。要由触发脉冲来维持。4.基本基本RS触发器的应用触发器的应用控制电机起停：I1电机起动

7、信号I2电机停止信号S QR QI1I2S=I1R=I2Q初值 置1维持置0 维持基本基本RS触发器的特点触发器的特点（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。（2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。（3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态必须是互补关系，即有约束条件。在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。集成基本集成基本RS触发器触发器(a) 74LS279 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS2

8、79 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 4S 4R 4Q 3SA 3SB 3R 3Q1R 1SA 1SB 1Q 2R 2S 2Q GND(b) CC4044 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9CC4044 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 4S 4R 1Q 2R 2S 3Q 2Q4Q NC 1S 1R EN 1R 1S VSSEN1时工作EN0时禁止1S=SASB3S4. 2 同步触发器同步触发器（脉冲控制触发）（脉冲控制触发）1 1、同步、同步RS触发器触发器G1 G2G3 G4S CP RS CP R&Q QS CP RS CP RQ QQ Q(a) 逻辑电路(

9、b) 曾用符号1S C1 1RQ Q(c) 国标符号&RSCP0时，R=S=1，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与基本RS触发器相同。触发器逻辑功能的描述方式：触发器逻辑功能的描述方式：1、特性表、特性表表明触发器下一个输出状态（次态表明触发器下一个输出状态（次态Qn+1）与输入信）与输入信号及现在输出状态（现态号及现在输出状态（现态Qn）关系的表格。）关系的表格。2、特性方程、特性方程由状态真值表写出的表明次态（由状态真值表写出的表明次态（Qn+1）与输入信号）与输入信号及现态（及现态（Qn）关系的逻辑函数表达式。）关系的逻辑函数表达式。3、状态（转换）图、状态（转换）图用用 表示

10、状态表示状态 和和“/”表示状态转换方向和输入表示状态转换方向和输入/输出取值关系的图输出取值关系的图形。形。4、时序图（波形图）、时序图（波形图）特性表（真值表）特性表（真值表）现态：触发器接收输入信号之前的状现态：触发器接收输入信号之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态。态，也就是触发器原来的稳定状态。次态：触发器接收输入信号之后所处次态：触发器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。的新的稳定状态。R SnQ 1nQ 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图约束条件 01SRQRS

11、Qnn特性方程特性方程触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系式 00 01 11 10 0 0 1 1 1 1 0 0 RSQnQn+1R SnQ 1nQ 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 状态图状态图描述触发器的状态转换关系及转换条件的描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态图图形称为状态图010 /0/SR=10/01/当触发器处在当触发器处在0状态，即状态，即Qn=0时，若输入信号时，若输入信号SR01或或00，触发器仍为，触发器仍为0状态；状态；当触发器处在当触发

12、器处在1状态，即状态，即Qn=1时，若输入信号时，若输入信号 SR10或或00，触发器仍为，触发器仍为1状态；状态；若若SR10，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为1状态。状态。若若 SR01，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为0状态。状态。R SnQ 1nQ 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 主主要要特特点点波波形形图图（1）时钟电平控制。在）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，期间接收输入信号，按触发器的逻辑功能进行状态翻转。按触发器的逻辑功能进行状态翻转。CP0时状态保时状态保持不变，与基本

13、持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现之间有约束。不能允许出现R和和S同时为同时为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。C PRSQQ不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变2、同步、同步D触发器（触发器（D锁存器）锁存器）G3 G4G1 G2 S RDG1 G2CPQ Q(a) D 触发器的构成1D D CP 1D C1Q Q(c) 逻辑符号CPG3 G4&Q Q(b) D 触发器的简化电路SR&DQDDQRSQnnn1CP=1期间有效期

14、间有效将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：01D=1/0/0/1/状状态态图图波波形形图图在数字电路中，凡在在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输时钟脉冲控制下，根据输入信号入信号D情况的不同，具有置情况的不同，具有置0、置、置1功能的电路，功能的电路，都称为都称为D触发器。触发器。CPDQQ动作特点动作特点电平触发：电平触发：CP=1的全部时间内的全部时间内S和和R的变化都将引起触发器的变化都将引起触发器输出端状态的变化。所以，如果在输出端状态的变化。所以，如果在CP=1期间期间R、S发生多次发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。变化，则触

15、发器的状态也可能发生多次翻转。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。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，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。造成系统的误动作。 CPSRQ有效翻转空翻同步RS触发器的空翻波形同步触发器：同步触发器：逻辑功能：逻辑功能：RS触发器、触发器、D触发器。触发器。触发器状态改变被控制在一个时间段里。触发器状态改变被控制在一个时间段里。CP=1（或（或0）期间，）期间，触发器按照相应的逻辑功能和输入信号进行状态翻转，触发器按照相应的逻辑功能和

16、输入信号进行状态翻转，CP=0（或（或1）期间，保持状态不变。）期间，保持状态不变。触发方式：脉冲（控制）触发触发方式：脉冲（控制）触发4. 3 主从触发器主从触发器1 1、主从、主从RS触发器触发器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）接收输入信号过程CP=1期间：主触发器控制门G7、G8打开，接收输入信号R、S，有： 从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。01RSQRSQnmnmG5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9

17、&（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门G7、G8封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门G3、G4被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在CP=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、Q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 从触发器只能输出 CP=1期间，主触发器最后一 次变化所得到的状态。 在 CP=1期间，主触发器随 R、S端状态的改变而多次改变，但在CP下降沿到来时，从触发器最多只能改变一次。为使主从 RS 触发器按其特性表正常工作， 必须在 CP=1 期间

18、，使 R、S 端的状态保持不变。带来的问题带来的问题：特别注意：特别注意：动作特点动作特点：G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 从 G4Q Q1G9Qm Qm&2 2、主从、主从JK触发器触发器nnKQRQJS 下降沿到来时有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn 1代入主从RS触发器的特性方程，即可得到主从JK触发器的特性方程：将主从JK触发器没有约束。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

19、图图电路特点电路特点主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。输入信号J、K之间没有约束。存在一次变化问题。G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 从 G4Q Q1G9Qm Qm&一次变化现象：一次变化现象：而在CP=1期间，输入J出现正向干扰，就有：在Qn=0，CP=1期间，若J=0，K=，则Qn+1=0J=0，K=Qm=0J=1，K=Qm=1 干扰J=0，K=Qm=1 干扰过去CP 时， Qn+1=1 错误01=1=010在Q=0时，J端出现正向干扰，在Q=1时，K端出现正向干扰，触发器

20、的状态只能根据输入端的信号（正向干扰信号）改变一次的现象称为一次变化现象。一次变化现象降低了主从JK触发器的抗干扰能力。主从JK触发器在使用时要求J、K信号在CP上升沿前加入，CP=1期间保持不变，CP下降沿时触发器状态发生改变。G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&带清零端和预置端的带清零端和预置端的主从主从JK触发器触发器RD=0，直接置001111001SD=0，直接置1G1 G2J K CP G7 G8G5 G6 G3 G4Q Q1G9RDSD&10001111带清零端和预置端的主从带清零端和预置端的主从JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号 SD

21、J CP K RD Q QSD RD J KJ CP KQ Q曾用符号国标符号CPRDSD S 1J 1K R Q QC1 14 13 12 11 10 9 87472 1 2 3 4 5 6 7VCC SD RD K3 K2 K1 Q(b) 7472 的引脚图(a) 74LS76 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS76 1 2 3 4 5 6 7 81K 1Q 1Q GND 2K 2Q 2Q 2J1CP 1SD 1RD 1J VCC2CP 2SD 2RDNC CP J1 J2 J3 Q GND集成主从集成主从JK触发器触发器321KKKK 321JJJJ 低电平有

22、效低电平有效CP下降沿触发与输入主从与输入主从JK触发器的逻辑符号触发器的逻辑符号主从JK触发器功能完善，并且输入信号J、K之间没有约束。但主从JK触发器还存在着一次变化问题，即主从JK触发器中的主触发器，在CP1期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是J、K变化引起，也可以是干扰脉冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。 1J 2K S R SD J1 J2 J3 CP K1 K2 K3 RDQ QCP&在画主从触发器的波形图时，在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：应注意以下两点：触发器的触发翻转发生在触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）下降

23、沿）判断触发器次态的依据是判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降时主触发器的时钟脉冲下降时主触发器的状态。状态。 已知主从JK触发器的输入信号波形如图所示，试画出输出端电压波形。设触发器初始状态为Q=02. 动作特点无论是主从无论是主从RS触发器还是主从触发器还是主从JK触发器，都有以下两个特点：触发器，都有以下两个特点：(1) 触发器触发器翻转分两步动作翻转分两步动作。第一步，。第一步，CP=1期间期间主触发器主触发器接接收输入端（收输入端（S、R或或J、K）信号，被置成相应的状态，而）信号，被置成相应的状态，而从从触发器触发器不动；第二步，不动；第二步，CP下降沿下降沿到来时从触发器按照到来时

24、从触发器按照主触主触发器发器状态翻转，所以状态翻转，所以Q、 端状态的改变发生在端状态的改变发生在CP的下降的下降沿。沿。(2) CP=1的全部时间里输入信号都将对的全部时间里输入信号都将对主触发器主触发器起控制作用。起控制作用。Q对于主从对于主从JK触发器，存在触发器，存在“一次变化一次变化”效应。效应。 边沿触发器特点：边沿触发器特点：触发翻转控制在触发翻转控制在CP触发沿到来的一触发沿到来的一瞬间，而且将接收输入信号的时间也控制在瞬间，而且将接收输入信号的时间也控制在CP触发沿触发沿到来的前一瞬间。到来的前一瞬间。因此，边沿触发器既没有空翻现象，因此，边沿触发器既没有空翻现象，也没有一次

25、变化问题，从而大大提高了触发器工作的也没有一次变化问题，从而大大提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力。可靠性和抗干扰能力。 包括包括:利用利用CMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器维持阻塞触发器维持阻塞触发器利用传输延迟时间的边沿触发器利用传输延迟时间的边沿触发器4. 4 边沿触发器（边沿触发）边沿触发器（边沿触发）1. 利用CMOS传输门的边沿触发器由由CMOS逻辑门和逻辑门和CMOS传输门组成传输门组成主从主从D触发器触发器触发器的触发翻转分为两个触发器的触发翻转分为两个节拍：节拍：(1) 当当CP为为0时，时，TG1开通，开通，TG2关闭。关闭。主触发器主触发器接收接收D信信号。号

26、。同时，同时，TG3关闭，关闭，TG4开通，开通，从触发器从触发器保持原状态不变。保持原状态不变。(2) 当当CP由由0变为变为1时，时，TG1关关闭，闭，TG2开通，开通，主触发器主触发器自保自保持。持。同时，同时，TG3开通，开通，TG4关闭，关闭，从触发器从触发器接收主触发器的状接收主触发器的状态。态。由于引入了由于引入了传输门传输门，该电路虽为主，该电路虽为主从结构，却没有一次变化问题，从结构，却没有一次变化问题，具有边沿触发器的特性。具有边沿触发器的特性。CPDQnQn+1x上升沿上升沿上升沿上升沿上升沿上升沿上升沿上升沿x0011x0101Qn0011异步置位端异步置位端异步复位端

27、异步复位端上升沿触发端上升沿触发端CMOS边沿触发器特性表边沿触发器特性表2.维持阻塞触发器G3、G5和和G4、G6形成两个基本形成两个基本RS触发器，触发器， 或或 的低电平输入的低电平输入信号（置信号（置1或置或置0信号）被存入这信号）被存入这两个基本两个基本RS触发器中。触发器中。SR置置1维持线维持线置置0维持线维持线置置0阻塞线阻塞线置置1阻塞线阻塞线维持阻塞D触发器维持阻塞维持阻塞D触发器的特点：触发器的特点：(1)上升沿触发上升沿触发(2)触发后电路次态同输入信号触发后电路次态同输入信号D(3)输入信号输入信号D必须先于必须先于CP上升沿前送到上升沿前送到3. 利用传输延迟时间的

28、边沿触发器动作特点：动作特点：下降沿触发下降沿触发利用传输延迟时间的边沿JK触发器特性表CPJ KQnQn+1功能说明功能说明xx xxQn无影响无影响下降沿下降沿下降沿下降沿0 00 00101保持原状态保持原状态下降沿下降沿下降沿下降沿1 01 00111置置1下降沿下降沿下降沿下降沿0 10 10100置置0下降沿下降沿下降沿下降沿1 11 10110变为相反状态变为相反状态 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q 2Q1RD 1D 1CP 1SD 1Q 1Q GND 14 13 12 11 10 9 8CC

29、4013 1 2 3 4 5 6 7VCC 2Q 2Q 2CP 2RD 2D 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1D 1SD VSS (a) 74LS74引脚排列图 (b) CC4013引脚排列图集成边沿集成边沿D触发器触发器：CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效。CP上升沿触发 J CP K Q Q J KQ Q曾用符号 J CP K 1J 1KQ Q国标符号 CP C1边沿边沿JK触发器触发器的逻辑符号的逻辑符号边沿边沿JK触发触发器的特点器的特点边沿触发，无一次变化问题。功能齐全，使用方便灵活。抗干扰能力极强，工作速度很高。集成边沿集成边沿JK触发器触发器74LS112为CP下

30、降沿触发。CC4027为CP上升沿触发，且其异步输入端RD和SD为高电平有效。(a) 74LS112 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS112 1 2 3 4 5 6 7 8VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q GND(b) CC4027 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9CC4027 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 2Q 2Q 2CP 2RD 2K 2J 2SD1Q 1Q 1CP 1RD 1K 1J 1SD VSS边沿触发器：边沿触发器：逻辑功能：逻辑功能：RS触发器、触发器

31、、JK触发器、触发器、D触发器。触发器。触发器状态改变被控制在某一时刻。CP脉冲上升沿（或下降沿）前，触发器接收信号，上升沿（或下降沿）时刻触发器按照相应的逻辑功能和输入信号进行状态翻转，之后，保持新状态不变。触发方式：边沿触发触发方式：边沿触发CQQCQQCP上升沿翻转CP下降沿翻转4. 5 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。（2）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。（3）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。（4）根据转换逻辑画出逻辑电路图。利用令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。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01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RS触发器特性方程变换RS触发器的特性方程，使之形式与JK触发器的特性方程一致：RKSJnnnQKQJQ1