项目四 触发器

1、项目四项目四 触发器的功能触发器的功能 抢答器锁存电路的设计抢答器锁存电路的设计 本项目的任务是熟悉集成触发器的功能，掌握集成触发器的应用；触发器是构成时序逻辑电路的基本元件。 触发器是具有记忆功能的单元电路，它是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。由门电路组成，专门用来接收、存储、输出0、1代码。触发器它有双稳态、单稳态和无稳态之分。本书只介绍双稳态触发器，即电路的输出有两个稳定状态0、1。 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；按触发工作方式不同为上边沿、下降沿触发器和高

2、、低电平触发器。 触发器的定义就是只有输入触发信号有效时，输出状态才有可能转换；否则，输出将保持不变。4.1 触发器的概述触发器的概述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，低电平触发信号有效。信号输入端，低电平触发信号有效。信号输出端，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，4.2 基本触发器基本触发器 SR QQ&工作原理工作原理R SQ10010 10R=0、S=1时：由于R=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0

3、。即不论触发器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置0或复位或复位。R端称为触发器的置置0端或复位端端或复位端。 SR QQ&0110R SQ1 00R=1、S=0时：由于S=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q0。即不论触发器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1或置位。S端称为触发器的置1端或置位端。1 01 SR QQ&1110R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储存储起来，这体现了触发器具有记忆能力记忆能力。R SQ1 000 111 1不变10 SR Q

4、Q&0011R SQ1 000 111 1不变0 0不定R=0、S=0时：Q=Q=1，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0同时撤除后，将不能确定不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件约束条件。R SnQ1nQ功 能0 0 00 0 1不 用不 用不 允 许0 1 00 1 10001nQ置 01 0 01 0 11111nQ置 11 1 01 1 101nnQQ1保 持特性表（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

5、之后所处的新的稳定状态。 Qn0001111000011011RS次态次态Qn+1的卡诺图的卡诺图约束条件 1)(1SRQRSQRSQnnn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之间的逻辑关系式状态图状态图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011/1/10/01/当触发器处在0状态，即Qn=0时，若输入信号 01或11，触发器仍为0状态；RS当触发器处在1状态，即Qn=1时，若输入信号 10或11，触发器仍为1状态；RSRS若 10，触发器就会翻转成为1状态。RS若 01，触发器就会翻转成为0状态。波形图波形图反映触发器输入信号取值和状态之间对应

6、关系的图形称为波形图RSQQ置1置0置1置1置1保持不允许基本基本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和必须是互补关系，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。4.3 同步触发器同步触发器 在数字系统中，常常要求某些触发器按一定的节拍同步动作，以取得系统的协调。所以，产生了由时钟信号CP控制的触发器（

7、又称钟控触发器）。即在CP信号有效时触发器的输出才能根据输入信号状态改变，故称同步触发器同步触发器。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(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。CP R S QnQn+1功能0 QnnnQQ1 保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1 保持1 0 1 01 0 1 11111nQ 置 11 1 0 01 1 0 10001nQ 置 01

8、 1 1 01 1 1 1不用不用不允许特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRSQnnCP=1期间有效期间有效主主要要特特点点波波形形图图（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时为1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 2、同步触发器存在的问题、同步触发器存在的问题4.4 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&a

9、mp;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&（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

10、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 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RS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。但其仍然存在着约束问题，即在CP1期间，输入信号R和S不能同时为1。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nnKQ

11、RQJS 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CPJKQ时时序序图图J=K=0时，保持J和K不等时，随JJ=K=1时，翻转 Q Q J KJ CP KQ Q曾用符号 1J 1KJ CP KQ Q国标符号CPC1电路特点电路特点逻辑符号逻辑符号主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直

12、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 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 SDJ 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

13、器的逻辑符号触发器的逻辑符号集成主从集成主从JK触发器触发器 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 GND321KKKK 321JJJJ 低电平有效低电平有效CP下降沿触发 1J 2K S RSD J1 J2 J3 CP K1 K2 K3

14、RDQ QCP&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。4.5 边沿触发器边沿触发器 边沿触发器是在时钟信号CP上升沿或下降沿到来瞬间，触发器才根据输入触发信号改变输出状态，而在时钟信号CP的其它时刻，触发器保持输出状态不变。所以防止了由于 CP时间过长而引起的空翻和振荡现象。1 1、边沿、边沿JK触发器触发器DCP&Q

15、Q1&1111JK&nnnnnnnnnnQKQJKJQKQJQKQJKQQJKQQJD)()(nnnQKQJDQ1CP下降沿时刻有效 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(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 2

16、J 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 VSS74LS112为为CP下降沿触发下降沿触发。CC4027为CP上升沿触发，且其异步输入端RD和SD为高电平有效。2. 2. 边沿边沿D触发器触发器工作原理工作原理G5 G6G1 G2CPG3 从 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&（1）CP0时，门G7、G8被封锁，门

17、G3、G4打开，从触发器的状态取决于主触发器Q=Qm、Q=Qm，输入信号D不起作用。（2）CP1时，门G7、G8打开，门G3、G4被封锁，从触发器状态不变，主触发器的状态跟随输入信号D的变化而变化，即在CP1期间始终都有Qm=D。G5 G6G1 G2CPG3 从 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&DQn1下降沿时刻有效（3）CP下降沿到来时，封锁门G7、G8，打开门G3、G4，主触发器锁存CP下降时刻D的值，即Qm=D，随后将该值送入从触发器，使Q=D、Q=D。（4）CP下降沿过后，主触发器锁存的CP下降沿时刻D的值被保存下来，而从触发器的状态也将保持不变。

18、综上所述，边沿D触发器的特性方程为： D CP Q Q DQ Q曾用符号 D CP 1DQ Q国标符号 CP C1逻辑符号逻辑符号边沿边沿D触发器的功能表触发器的功能表下降沿时刻有效DQn1 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 8CC4013 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

19、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上升沿触发上升沿触发 写出已有触发器和待求触发器的特性方程。 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。 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。 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。4.6 触发器的相互转换触发器的相互转换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01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQ

20、SRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(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：RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比较，得：1J C11KSCPRQQ电路图电路图JK触发器触发器D触发器触发器1J C11KDQQ1CP写出D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JK触发器的特性方程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1与JK触发器的特性方程比较，得：DKDJ电电路路图图JK触发器触发器T触发器触发器在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号T取值的不同，具有保持和翻转功能的电路，即当T0时能保持状态不变，T1时一定翻转的电路，都称为T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 C1T触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1与JK触发器的特性方程比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11KTQQCP01T=1/1/0/0/CP