第5章触发器 湘潭大学 数字电路基础

1、组组合合逻逻辑辑电电路路构成组合逻辑电路构成组合逻辑电路的基本单元是的基本单元是门电路门电路在前面所学习的组合逻辑电路中，在前面所学习的组合逻辑电路中，当时的当时的输入输入当时的当时的输出输出而在而在“时序逻辑电路时序逻辑电路”中，中，时时序序逻逻辑辑电电路路这，就要求时序逻辑电路必须这，就要求时序逻辑电路必须我们将要学习的我们将要学习的“触发器触发器”，它就具有记忆功能。，它就具有记忆功能。当时的当时的输出输出不仅与不仅与当时的当时的输入输入 有关有关而且与而且与过去的过去的输出输出 有关有关第第5 5章章 触发器触发器5.1 5.1 概述概述 5.2 SR5.2 SR锁存器锁存器5.3 5

2、.3 电平触发的触发器电平触发的触发器5.45.4脉冲触发的触发器脉冲触发的触发器5.55.5边沿触发的触发器边沿触发的触发器5.65.6触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。它是一种具有记忆功能具有记忆功能，能储存，能储存1 1位二进制信息的逻辑电路。位二进制信息的逻辑电路。触发器的特点：触发器的特点： 我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状我们把输入信号作用前的触发器状态称为现在状态态(“(“现态现态”) )，用，用Q Q表示；把在输入信号作用后触发器表示；把在输入信号作用后触发器的状态

3、称为下一状态的状态称为下一状态(“(“次态次态”) )，用，用Q Q* *表示。表示。具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态；具有两个稳定的状态，用来表示电路的两个逻辑状态；在输入信号作用下，可以被置成在输入信号作用下，可以被置成“0”0”态或态或“1”1”状态；状态；当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。当输入信号撤消后，所置成的状态能够保持不变。5.15.1 概述概述 按按逻辑功能逻辑功能划分划分S R S R 触发器触发器 D D 触发器触发器 J K J K 触发器触发器T T触发器等等。触发器等等。电平触发电平触发脉冲触发脉冲触发边沿触发边沿触发 按按触发方式触发方式划

4、分划分触发器如何分类触发器如何分类 ? ?静态触发静态触发动态触发动态触发 按按存储数据的原理存储数据的原理划分划分一、一、SRSR锁存器的电路结构与动作特点锁存器的电路结构与动作特点SRSR锁存器（又称基本锁存器（又称基本RSRS触发器），它又是许触发器），它又是许多复杂电路结构触发器的组成部分。多复杂电路结构触发器的组成部分。 ( (一一) ) 基本电路结构与工作原理基本电路结构与工作原理 5.2 SR5.2 SR锁存器锁存器 RDSD正是由于正是由于，才使电路具才使电路具有有反馈反馈反馈反馈SR SR 锁锁存存器器两两个个输输出出端端复位复位输入端输入端R RD D置位置位输入端输入端S

5、 SD D使使Q Q端端为为 0 0使使Q Q端端为为 1 1基本基本RSRS触发器也可以用与非门构成。触发器也可以用与非门构成。 图图形形符符号号QSRSDRDQ(1). (1). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 1 1(2). (2). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 0 01000 11. 输入输入R RD D= = 0 0，S SD D= = 1 1 时时(a(a、b b 为或非门）：为或非门）：1 010 结论：当结论：当R RD D0 0、 S SD D1 1时，不管时，不管Q Q端的端的初始状态是什么，最终必为初始状态是什么，最终必为 1 1！0101 0QQabSDRD

6、QQabSDRD1 1Q Q ：输入信号到来输入信号到来前前触发器的状态，触发器的状态， 简称简称原原状态状态 ；Q Q * * ：输入信号到来输入信号到来后后触发器的状态触发器的状态 ， 简称简称次次状态状态 。0 1 0 1RD SD Q Q *0 1 1 1用或非门组成用或非门组成RSRS触发器的特性表触发器的特性表置置1(1). (1). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 0 001 02.2. 输入输入R RD D= = 1 1，S SD D= = 0 0 时时 (a(a、b b 为或非门为或非门) )：0 10 结论：当结论：当R RD D1 1、 S SD D0 0时，不管时，

7、不管Q Q端的端的初始状态是什么，最终必为初始状态是什么，最终必为 0 0！1(2). (2). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 1 1001010 101QQabSDRDQQabSDRDQ Q ：输入信号到来输入信号到来前前触发器的状态，触发器的状态， 简称简称原原状态状态 ；Q Q * * ：输入信号到来输入信号到来后后触发器的状态触发器的状态 ， 简称简称次次状态状态 。0 1 0 1RD SD Q Q *0 1 1 1用或非门组成用或非门组成RSRS触发器的特性表触发器的特性表1 0 0 01 0 1 0置置1 1清清0 0(1). (1). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 0

8、 001 03.3. 输入输入R RD D= = 0 0，S SD D= = 0 0 时时 (a(a、b b 为或非门为或非门) ) ：0 01 结论：当结论：当R RD D0 0、 S SD D0 0时，不管时，不管Q Q端的端的初始状态是什么，最终保持原状态初始状态是什么，最终保持原状态 ! !1(2). (2). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 1 1011010 000QQabSDRDQQabSDRD0 1 0 1RD SD Q Q *0 1 1 1用或非门组成用或非门组成RSRS触发器的特性表触发器的特性表1 0 0 01 0 1 00 0 0 00 0 1 1Q Q ：输入信号

9、到来输入信号到来前前触发器的状态，简称触发器的状态，简称原原状态状态 ；Q Q * * ：输入信号到来输入信号到来后后触发器的状态触发器的状态 ，简称，简称次次状态状态 。置置1 1清清0 0保持保持(1). (1). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 0 001 04. 4. 输入输入R RD D= = 1 1，S SD D= = 1 1 时时 (a(a、b b 为或非门为或非门) ) ：1 110(2). (2). 设设Q Q的初的初始状态为始状态为 1 1001011 100 结论：当结论：当R RD D1 1、 S SD D1 1时，不管时，不管Q Q端的端的初始状态是什么，初始状态

10、是什么，最终最终 ! !0 QQQQabSDRDQQabSDRD00 01 10001假设假设 a a 门翻转快门翻转快假设假设 b b 门翻转快门翻转快10 0 当当R RD D= S= SD D = 1 = 1且且同时变为同时变为 0 0 时，翻转快的门时，翻转快的门输出变为输出变为 0 0，另一个门则不翻转。一般并不了解，另一个门则不翻转。一般并不了解门的翻转速度门的翻转速度 ，故而该电路的输出端可能处于，故而该电路的输出端可能处于失控状态失控状态 。通常。通常“ “ 禁止禁止 ” ” 出现出现 这种变化。这种变化。QQabSDRD1 0 0 01 0 1 00 1 0 10 1 1 1

11、用或非门组成用或非门组成RSRS触发器的特性表触发器的特性表RD SD Q Q *0 0 0 00 0 1 1称为称为“保保持持” ” ! !1 1 0 0*1 1 1 0*输出状态不定输出状态不定! !若若 R RD D 、S SD D 不一样不一样 ，则，则 Q Q * * = S = SD D。总结一下：总结一下：* R RD D 、S SD D 的的1 1状态同时消失后状态不定状态同时消失后状态不定1 0 0 11 0 1 10 1 0 00 1 1 0用与非门组成用与非门组成RSRS触发器的特性表触发器的特性表1 1 0 01 1 1 1称为称为“保保持持” ” ! !0 0 0 1

12、*0 0 1 1*输出状态不定输出状态不定! !R D S D Q Q *若若 R RD D 、S SD D 不一样不一样 ，则，则 Q Q * * = R = RD D 。用与非门组成的SR锁存器* R R D D 、S S D D 的的0 0状态同时消失后状态不定状态同时消失后状态不定 基本基本 R-S R-S 触触发器的发器的小结小结1 1、基本、基本RSRS触发器是双稳态器件，只要令触发器是双稳态器件，只要令R RD D=S=SD D=1=1 触发器即保持原有状态。稳态情况触发器即保持原有状态。稳态情况下，两输出互补。一般定义下，两输出互补。一般定义Q Q端的状态代端的状态代表整个触发

13、器的状态。表整个触发器的状态。2 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，可以使触发器状态发生变化：发生变化：S SD D 端加入负脉冲，使端加入负脉冲，使Q = 1Q = 1，S SD D 称为称为“置位置位”或或“ “ 置置 1 1 ”端；端；R RD D 端端加入负脉冲，使加入负脉冲，使Q = 0Q = 0， R RD D 称为称为“复位复位”或或“ “ 清清 0 0 ”端。端。例：例：画出基本画出基本RSRS触发触发器的输出端波形图，器的输出端波形图，假设假设Q Q端的初始状态端的初始状态为为 0 0 。Q QabDR DS 0 1 X 0 1 0 X 1 1 1

14、 X 保保 持持 0 0 X 禁禁 止止 RD SD Q Q *Q *=DRQQ DS DR/ /基本基本SRSR触发器的动作特点触发器的动作特点 在基本在基本RSRS触发器中，输入信号直接加在输出门触发器中，输入信号直接加在输出门上，所以输入信号在全部作用时间里上，所以输入信号在全部作用时间里( (即即S SD D或或R RD D为为1 1的全部时间的全部时间) )，都能直接改变输出端，都能直接改变输出端Q Q和和 Q Q 的状态。的状态。5.3 5.3 电平触发的触发器电平触发的触发器RSCLKQ QG2G1G4G3QQ RSC电平触发SR触发器一、电路结构与工作原理一、电路结构与工作原理

15、 同步控制同步控制高电平有效高电平有效 由它的功能表可由它的功能表可见：在见：在R R、S S不相等不相等时，时，Q Q 服从于服从于 S !S ! 这是一个值得重视的这是一个值得重视的规律，有必要进一步归规律，有必要进一步归纳和进行形象化的表达。纳和进行形象化的表达。CLK R S Q * 1 0 0 保保 持持 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 禁禁 止止 0 X X 保保 持持QRSCCLKQ同步同步 SR SR 触发器的功能表触发器的功能表异步复位端异步复位端 在在CLKCLK的有效电平到达之前预的有效电平到达之前预先将触发器置成制定状态先将触发器置成制定状态 “ “ 同步同

16、步 ” ”的含义：由时钟的含义：由时钟CLKCLK决定决定R R、S S能能否对输出端起控制作用。否对输出端起控制作用。平时常平时常为为 1 1平时常平时常为为 1 1异步置位端异步置位端逻辑逻辑符号符号QQ RD SD RSCR:Reset; S:SetRD SD RSCLKQ QG2G1G4G3 1.1.当当CLK = 0 CLK = 0 时时, ,无论无论R R、S S 为何种取值组合，为何种取值组合，输出端均输出端均“保持原态保持原态”； 2.2.只有当只有当CLK=1CLK=1时时, ,将将G G3 3门和门和G G4 4门打开，控制门打开，控制端端R R、S S的取值组合才会在输出

17、端有所反映，的取值组合才会在输出端有所反映，即有所谓即有所谓“功能表功能表”。 二、电平触发方式的动作特点二、电平触发方式的动作特点如果在如果在CLKCLK1 1期间期间S S、R R发生多次翻转，则发生多次翻转，则降低了抗干扰能力。降低了抗干扰能力。例：画出同步例：画出同步RSRS触发器的输出端波形触发器的输出端波形图。图。 假设假设Q Q的初始状态为的初始状态为 0 0。CLKRSQQ 在在CLK = 0 CLK = 0 期间，触发器的状态期间，触发器的状态“ “ 保持保持 ” ”不定不定动作特点：在动作特点：在CLK=1CLK=1的全部时间内的全部时间内S S和和R R的变化都的变化都将

18、引起触发器状态的相应改变将引起触发器状态的相应改变基本基本RS RS 触发器触发器导引门电路导引门电路(1). (1). 电路组成电路组成三、三、D D 锁存器锁存器Q QDCLKD D型锁存器的特性型锁存器的特性 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 X X 保保 持持QQ DCLK逻辑符号逻辑符号结论：结论：Q Q* * = D = DQCLK D 功能表功能表*QQ QDCLKCLKDQQ D锁存器的波形图锁存器的波形图Q 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 X X 保保 持持CLK D功能表功能表*Q这种这种”空翻空翻“破坏

19、了触发器的平衡，不能保证触发器状态破坏了触发器的平衡，不能保证触发器状态的改变与时钟脉冲同步的改变与时钟脉冲同步 若若 CP1的时间太长，会造成的时间太长，会造成Q端不止翻转端不止翻转一次而造成一次而造成 所谓所谓“ 空翻空翻 ” ：5.4 5.4 脉冲触发器脉冲触发器一、电路结构和工作原理 为了提高触发器工作的可靠性，希望在每个CLK周期里输出端的状态只能改变一次。 其典型结构形式如下：CLKSRG6G8G5G7QmQmG3G4G1G2SSRSQQ主触发器从触发器主从SR触发器CLKCLK1 1时，主触发器打开，从触发器封锁时，主触发器打开，从触发器封锁 ；CLKCLK0 0时，主触发器封锁

20、，从触发器打开时，主触发器封锁，从触发器打开 。动作特点：动作特点：F F主主、F F从从轮流工作轮流工作CLKSRG6G8G5G7QmQmG3G4G1G2SSRSQQ主触发器从触发器工作过程工作过程简述如下：简述如下：CLK=1CLK=1时，时，F F从从 被封锁，输出端保持原状态不变。被封锁，输出端保持原状态不变。F F主主 被被打开，进入工作状态。打开，进入工作状态。小结：小结：R1R1、S1S1之值向上传送一级，抵达之值向上传送一级，抵达Q Q ；CLK=0CLK=0时，时， F F从从 被打开，进入工作状态。被打开，进入工作状态。 F F主主 被封锁，被封锁，输出端保持原状态不变。输

21、出端保持原状态不变。小结：小结：R1R1、S1S1又向上传送一级，抵达又向上传送一级，抵达 Q Q端端 。SRCLK1SC11RQQ主从触发器的特性表在图形符号框中， 表示“延迟输出”即CLK回到低电平（有效电平消失）以后，输出状态才改变。电路的输出状态发生在下降沿。逻辑符号 从电平触发到脉冲触发的这一演变，克服了CLK=1期间触发器输出状态可能发生多次翻转问题，但由于主触发器本身是电平触发SR触发器，所以在CLK1期间Qm和Qm的状态仍然会随S、R状态的变化而多次改变，输入信号仍需遵守SR=0的约束条件CLKSRG6G8G5G7QmQmG3G4G1G2SSRSQQ主触发器从触发器触发器的电路

22、触发器的电路结构演变过程结构演变过程由两个与非门构成基由两个与非门构成基本本R RS S触发器触发器由四个与非门构成同由四个与非门构成同步步R RS S触发器触发器由九个与非门构成主由九个与非门构成主从从R RS S触发器触发器公共公共结构结构让其接受让其接受时钟控制时钟控制克服克服空翻空翻QQabSDRDQ QabDR DS RSCLKQ QG2G1G4G3CLKSRG6G8G5G7QmQmG3G4G1G2SSRSQQ主触发器从触发器CLKSRG6G8G5G7QmQmG3G4G1G2SSRSQQ主触发器从触发器主从主从RSRS触发器：触发器： SR=0SR=0JK JK 触发器：当触发器：当

23、S=R=1S=R=1时，时， RS=0RS=0的条件满足。的条件满足。KQRQJS,总是互补的。与而QQJK JK 触发器触发器逻辑符号逻辑符号JKCLK1SC11RQQQQ RSCCLKQQ QQ RSCCLK 1 12 2JKJK 触发器触发器QQ RSCCLKQQ QQ RSCCLK 1 12 2SR主从主从RSRS触发器触发器F F从从F F主主1 0R1 K Qn，.S1 J Qn.QQF主主F从从QQRSCCPQQQQRSCCP1 12 2JK100111010(1). J = 0，K = 1，假设，假设 Qn = 1R1 = Qn K S1 = Qn J = 1 1= 1= 0

24、0= 0010Q n+1 = J 0 !(2). J = 0，K = 1，假，假设设 Qn = 0R1= 0 ，S1= 0 ，F主主保持保持Q n+1 = J 0 !10同理可以证明同理可以证明:无论无论 Q 是什么状态，只要是什么状态，只要 J1 且且 K 0，则，则 Q * = J = 1 ！阶段性小结阶段性小结 ： 0 1 1 0 J K Q Q * 2、主从型的触发器，必定在时钟的下、主从型的触发器，必定在时钟的下降沿到来后才有确定的状态。降沿到来后才有确定的状态。结论结论 ：1、无论、无论 Q 是什么值是什么值 ，只要，只要 J、K 不相不相等，等， Q *就必然服从于就必然服从于J

25、 ！ 0 1 0 0 JKJK触发器的触发器的功能表功能表：CLK主从主从RSRS触发器触发器QQ RSCQQ QQ RSCCLK 1 12 2JKF F从从F F主主0 0 Q1 1 Q 0 1 0 1 0 1 J K Q * 例5.4.3 在主从JK触发器中，已知CLK、J、K的电压波形如图所示，试画出与之对应的输出电压波形，设触发器的初始状态为Q0。CLKJKQQQ RSCQQ QQ RSCCLK 1 12 2JKF F从从F F主主QmTQQRSCCPQQQQRSCCP1 12 2T触发器触发器F从从F主主T Q n+1 0 Qn 1 Qn功能表功能表 T = 0 时，将时，将F主主封

26、锁，封锁，输出端输出端维持原态维持原态 ；01 T = 1 时，右图电路即时，右图电路即为为 T 触发器，当触发器，当CP到来到来时，输出端将时，输出端将正常翻转正常翻转 。 T T 触发器触发器R1 = TQS1 = TQQQTC逻辑符号逻辑符号nnnQTQTQ1二、脉冲二、脉冲触发方式的动作特点触发方式的动作特点 1 1、触发器的翻转分两步动作。、触发器的翻转分两步动作。a a、在在CLK=1CLK=1期间主触发器接收输入端的信号，被置成相应的状期间主触发器接收输入端的信号，被置成相应的状态，而从触发器不动作；态，而从触发器不动作；b b、在在CLKCLK下降沿到达时从触发器按主触发器的状

27、态翻转。下降沿到达时从触发器按主触发器的状态翻转。2 2、因为主触发器本身是一个、因为主触发器本身是一个同步同步RSRS触发器触发器，故，故 在在CLK=1CLK=1的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。 只有在CLK1的全部时间里输入状态始终未变的条件下，用CLK下降沿到达时输入的状态确定触发器的次态才是肯定的。否则必须考虑CLK1期间输入状态的全部变化过程，才能确定CLK下降沿到达时触发器的次态。5.5 5.5 边沿触发器边沿触发器1 1、电路结构和工作原理、电路结构和工作原理(CMOS(CMOS边沿触发器）边沿触发器）QQ原理图DCL

28、KCLK11DC11DC1CLK2FF1FF2 当CLK=0时,TG1导通,TG2截止，Q1=D,TG3截止,TG4导通，输出维持. 当CLK上升沿到达时, TG1截止, TG2导通,由于G1的电容存储效应, Q1在TG1切断前保存, TG3导通,TG4截止故Q= Q* = D(CLK上升沿到达时D的状态）.Q Q1 C TG1TG2G1C CG2CC TG3TG4G3C CG4CQC CLKCDFF1FF2Q1 为了实现异步置位、复位功能，需要引人SD和RD信号。SD和RD是以高电平作为置1和置0输入信号的，把上图中的4个反相器改成或非门，形成如图所示的电路。CLKJK QQ Q1JK QQ

29、 CLKQ2讨论讨论 CLK假设初始状态假设初始状态 Q = 0 Q = 0 Q1Q2看懂逻辑符号看懂逻辑符号 ；熟练使用功能表熟练使用功能表 。0 0 0 00 0 1 1一、触发器按逻辑功能的分类一、触发器按逻辑功能的分类1 1、RSRS触发器触发器1 0 0 01 0 1 00 1 0 10 1 1 1RSRS触发器的特性表触发器的特性表R S Q Q *1 1 0 X1 1 1 X特性方程特性方程0*SRQRSQ状态转换图状态转换图5.6 5.6 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 2 2、JKJK触发器触发器JKJK触发器的特性表触发器的特性表特性方程特性方程Q

30、KQJQ*状态转换图状态转换图0 1 0 00 1 1 00 0 0 00 0 1 11 1 0 11 1 1 01 0 0 11 0 1 1 J K Q Q *4 4、D D触发器触发器1 0 11 1 10 0 00 1 0D D 触发器的特性表触发器的特性表 D Q Q *特性方程特性方程DQ *状态转换图状态转换图应用举例：画出主从应用举例：画出主从 JK JK 触发器输出端波形图。触发器输出端波形图。J K Q * 0 0 Q1 1 Q 0 1 0 1 0 1 CLKJKQQQ KJCLKSD RD 画出下图所示各电路中输出端的波形图画出下图所示各电路中输出端的波形图 ：Q1JKAC

31、LKCLK123456ACLK123456ABQ1JQ2输出没有回送到输入端，输出没有回送到输入端，不仿也称其为不仿也称其为 “ “ 开开环环 ” 。JKQ2CLKAB5.6.25.6.2触发器的电路结构和逻辑功能、触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系触发方式的关系转换电路转换电路 已有已有 触发器触发器QQQQ输输入入CLKRdSd 电路结构和逻辑功能之间不存在固定的对应关系。 用同一种电路结构形式可以接成不同逻辑功能的触发器，反过来说，同样一种逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构实现。一、一、 JK D二、二、JK TD 触发器：触发器：DKDJ（1）JK D、T、T、RSQTTQQ*T 触发器：触发器：TKJ JK1QQQQDSdRdCPJKQQQQTSdRdCP方法：利用特性方程联