数字电路触发器..

1、第七章第七章 触发器和时序逻辑电路触发器和时序逻辑电路 特点： (1)电路的基本元件是门电路，不含记忆单元（存储元件）。 (2)只有从输入到输出的通路 组合逻辑电路(简称组合电路) -任何时刻电路的输出状态只取决于这一时刻的输入状态，而与电路原来的状态无关。数字电路按逻辑功能分两类： 7.1 7.1 概述概述 时序逻辑电路(简称时序电路) -任何时刻电路的输出状态不仅取决于这一时刻的输入，还与原来状态有关（即电路具有记忆功能），具有这种特征的电路。基本单元电路基本单元电路-触发器触发器特点： (1)时序电路时序电路基本单元电路单元电路是触发器（记忆单元、存储元件）。 (2)有从输出反馈到输入的

2、回路。（1）触发器由基本门电路组成，有一个或多个输入端，两个互补输出端，分别用 和 表示。QQ触发器特点： （2）具有两个能自行保持的稳定状态（0态、1态），分别表示二进制数码0和1(是一个只有0和1两种工作状态的双稳态电路)；（3）根据不同的输入信号，两个稳定状态可以相互转换。输入信号即使消失后，已转换的稳定状态可长期保持，直到有新的输入信号到来，触发器才可能改变状态。nQn 1Q（4）通常把输入信号作用之前的状态称为现态，记作 ，而把输入信号作用之后的状态称为次态，记作 。（2）根据逻辑功能 R-S触发器、D触发器、J-K触发器、T触发器。（3）根据存储数据原理 静态触发器：靠电路状态的自

3、锁存储数据； 动态触发器：通过在MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据。（4）根据触发功能 基本触发器、时钟触发器（5）根据构成触发器的门电路种类 TTL触发器、CMOS触发器（6）根据触发方式 电平触发、脉冲触发、边沿触发 2触发器分类（1）根据电路结构形式基本RS触发器、同步触发器、主从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等。 又称直接复位-置位触发器或RS锁存器，是最简单的触发器，也是构成各种功能触发器的基本部件。 1由与非门构成的基本RS触发器 7.2 7.2 触发器电路结构与动作特点触发器电路结构与动作特点7.2.1 7.2.1 基本基本RSRS触发器触发器（1）电路结构两个与非门和

4、反馈线交叉耦合构成（2）工作原理由逻辑图写出逻辑函数式将表达式整理成与或式特性表逻辑功能分析功能说明000001XX不稳定状态00110111置111000100置0 11110101保持（记忆、存储） S RnQ1nQnnn1nQRSQRSQSQnnn1nQSRQSRQRQ有效。端（置位端），低电平为置。，触发器置、1 S 1 1R 0S 有效。端（复位端），低电平为置。，触发器置、0R 0 0R 1S 变。，触发器保持原状态不、 1R 1S 的约束条件。信号应遵守触发器正常工作时输入，触发器状态不确定。0SR 0R S 1,0同为同为和QQRS（3）工作波形图 功能说明000001XX不稳

5、定状态00110111置111000100置0 11110101保持（记忆、存储） S RnQ1nQ设初始状态为1态1,0同为同为和QQRSStRtt t1 t2 t3 t4 t7 t8 t5 t6 （4）动作特点t1,0同为同为和QQRSQt基本RS触发器缺陷：输入信号有约束限制；抗干扰能力差；且不能实施多个触发器的同步工作。QQ 按照一定时间间隔重复出现的控制脉冲串，称为时钟脉冲，常以 CP（Clock Pulse）表示。7.2.2 7.2.2 同步同步RSRS触发器触发器同步触发器分：同步触发器分： 同步同步RS触发器、同步触发器、同步D触发器、同步触发器、同步JK触发器触发器 受时钟信

6、号控制的触发器统称为时钟触发器受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器（状态改变与时钟脉冲同步，又称为同步触发器）。（状态改变与时钟脉冲同步，又称为同步触发器）。时钟控制信号输 入 信 号触发器状态变化现 态一一 电路结构与工作原理电路结构与工作原理1同步RS触发器（1 1）电路结构）电路结构 基本RS触发器输入控制电路+ CP=0，G3、G4截止，基本RS触发器保持原状态不变，即同步RS触发器状态保持不变。0（2）工作原理）工作原理说明说明00 0101保持原状保持原状态不变态不变110 0000101触发器保触发器保持原状态持原状态1101010100触发器置触发器置0与与S相同相同1110

7、100111触发器置触发器置1与与S相同相同11111101触发器状触发器状态不定态不定CP SRnQn 1Q1 CP=1，G3、G4开启，同步RS触发器状态随输入信号而变换。同步RS触发器有SR=0约束条件当CP=0，输入信号不能控制触发器状态，同步RS触发器状态保持不变；CP=1时，同步RS触发器状态才由输入信号控制。（3）动作特点直接置0端（异步复位端、异步置0端）直接置1端（异步置位端、异步置1端）（4）存在问题 u空翻现象空翻现象-同步同步触发器在一个时钟脉触发器在一个时钟脉冲冲CPCP作用下，随输入作用下，随输入信号变化，发生多次信号变化，发生多次翻转的现象。翻转的现象。u输入信号

8、仍存在输入信号仍存在SR=0约束；约束；u改善抗干扰能力差的问题，CP=0期间触发器状态保持不变可起到抗输入信号受干扰情况；u能实现同步翻转问题。相比于基本RS触发器一一 主从主从RSRS触发器触发器7.2.3 7.2.3 主从触发器主从触发器两个同样的同样的同步RS触发器串联组成（1）电路结构 CP=1CP=1时时, ,主触发器开启，主触发器状态Q按同步触发器由输入信号R、S决定；从触发器关闭，主触发器状态不会送到被封锁的从触发器，从触发器保持原状态不变。（1）接受输入信号过程（2）工作原理CP由1负跳变到0（产生下降沿信号） CP=0，主触发器被封锁，输入端R、S不能影响主触发器状态，状态

9、不再改变；从触发器开启，主触发器把刚才在 CP=1时存入的状态送到从触发器，即从触发器 Qn+1= Qn+1 从触发器状态发生变化。（2）输出信号过程CPS R说明说明 0101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变0 00 00101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 101触发器状态不定触发器状态不定nQ1nQQn+1= Qn+1 主从RS触发器逻辑符号 逻辑符号中“”表“延迟输出”，表示从触发器输出状态是主触发器的输出延迟。小圆圈表示触发器状态输出状态的变换发生在CP下降沿到来时。异步复位端、异步

10、置位端，低电平有效。输入信号仍需遵守约束条件RS=0状态转换分两步进行：第一步：接受信号。CP=1期间， 输入信号变化决定主触发器状态；从触发器被封锁，保持原状态不变。第二步：输出信号。CP下降沿到来时，主触发器被封锁，不受输入信号影响，保持原态；从触发器按照主触发器状态翻转。（3）动作特点例：根据输入画输出波形。CP=1期间，输入信号R、S不发生变化时，主从触发器状态只在时钟脉冲下降沿到来时触发，只根据下降沿处的输入信号决定触发器状态即可。其余时刻触发器都保持原态。（1）电路结构 二二 主从主从JK触发器触发器（2）工作原理 当CP=1，主触发器开启，状态随输入信号J 、K和触发器原来状态Q

11、n翻转；从触发器被封锁，不接收主触发器送出的信号，输出状态保持不变。 分析JK输入与触发器输出Q之间的关系：不变。触发器状态下降沿来临时，主从时，不变。沿来临时，触发器状态下降不变，当主触发器状态，若不变。沿来临时，触发器状态下降不变，当主触发器状态，若QJKCP0KJQCPQ, 0KQR, 0QJS1QQCPQ, 0KQR, 0QJS0Q0KJ ) 1 (nnnnnn。即态触发器变为下降沿来临时，主从时，。即态触发器变为下降沿来临时，当主触发器置，若。即不变沿来临时，触发器状态下降不变，当主触发器状态，若0Q ,0JKCP1K0J0Q ,0CP0, 1KQR, 0QJS1Q0Q , CPQ,

12、 0KQR, 0QJS0Q1K , 0J )2(1n1nnnn1nnnn。即态触发器变为下降沿来临时，主从时，。即不变沿来临时，触发器状态下降主触发器状态不变，当、，若。即态为来临时，触发器状态变下降沿态，当主触发器置为、，若1Q ,1JKCP0K1J1Q ,CP, 0KQR0QJS1Q1Q , 1CP1, 0KQR1QJS0Q0K , 1J ) 3(1n1nnnn1nnnn态。，翻转后为态；原态为翻转后为，为触发器状态翻转。原态下降沿来临时，主从时，。即态变为沿来临时，触发器状态下降态，当主触发器状态置、，若。即态变为沿来临时，触发器状态下降态，当主触发器状态置、，若0110JKCP1KJ0

13、Q ,0CP0, 1KQR0QJS1Q1Q , 1CP1, 0KQR1QJS0Q1K J )4(1nnnn1nnnn当 时，主触发器被封锁，状态保持不变；从触发器接收刚才CP下降沿来临时主触发器输出信号，并一直保持直到下一个CP下降来临时。 CP0CPJ K说明说明 0101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变00000101触发器保持原状触发器保持原状态不变态不变01010100触发器置触发器置010100111触发器置触发器置11 11 10110触发器状态翻转触发器状态翻转 主从JK触发器解决了对输入信号的限制约束。不管输入是何种信号，触发器触发后都有稳定状态与之对应。nQ1nQQn

14、+1= Qn+1 QCPJKQ例：主从JK触发器主从JK触发器解决对输入信号的约束（4）存在问题 Q触发器状态翻转仅由时钟脉冲边沿时刻（上升沿或触发器状态翻转仅由时钟脉冲边沿时刻（上升沿或下降沿到达时刻）接收到的信号决定。在此之前和之下降沿到达时刻）接收到的信号决定。在此之前和之后输入信号的变化对触发器次态没有影响。后输入信号的变化对触发器次态没有影响。7.2.4 7.2.4 边沿触发器边沿触发器根据触发边沿不同分为：根据触发边沿不同分为： 上升沿触发器 下降沿触发器 根据边沿触发的工作方法不同分为：根据边沿触发的工作方法不同分为：利用触发器内部门电路延迟时间不同来实现的边沿JK触发器（下降沿

15、触发器）；利用支流反馈原理来实现的维持阻塞D触发器（上升沿触发器）。利用CMOS传输门构成的边沿触发器（CMOS边沿D触发器、 CMOS边沿JK触发器）。利用二极管进行电平配置的边沿触发器。逻辑符号图中“”符号表触发器是利用时钟脉冲的边沿进行动作的。基本基本RSRS触发器触发器控制电路控制电路1 1、边沿、边沿JKJK触发器触发器例题：根据输入画输出波形。2 2、维持阻塞、维持阻塞D D触发器触发器&CPDQQG1G2G3G4G5G6SRCPQQD1D 1C逻辑符号中未加小圆圈，表示触发器在CP上升沿时刻触发。TG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG

16、411DQ主触发器从触发器CP3CMOS传输门构成的传输门构成的D边沿触发器CPQQD1D1C（1） 电路结构电路结构 （2）工作原理CP=0时，TG1开通，TG2关闭，主触发器接收输入端D信息，使 、 ；同时，TG3关闭、TG4开通，从触发器不能接收主触发器信息，处于保持状态。 QD QD TG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG411DQ主触发器从触发器CP10011001DD 当CP由0跃变到1，上升沿来临时，CP=1，TG1关闭，TG2开通，主触发器处于保持状态，即 、 ，并经TG3传送给从触发器，使G3输出为D，即CP信号上升沿到达时， QD QD

17、 n1QDTG21CPCPTG31CPCPCPCPCPQQQG1G2G3G4TG1TG411DQ主触发器从触发器CP0101DDD0101DD触发器状态 取 决 于C P 信 号 上升沿到达时输入信号D的状态，是利 用 C P 上升沿触发的。 nQn 1QCPD说明说明0101触发器保持触发器保持原状态不变原状态不变000100触发器置触发器置0110111触发器置触发器置1触发器特性表边沿DCMOSCPtQtQtDt（3）动作特点：。 维持阻塞D、CMOS边沿D触发器优点： CP上升沿出发，抗干扰能力强； D单个输入端，不存在约束问题。 缺点： 只有置0和置1，功能简单，某些情况下使用起来不

18、如JK 触发器。C PQQD1D 1CCP 边沿触发器动作特点：边沿触发器动作特点：边沿触发器次态仅取决于边沿触发器次态仅取决于CPCP信号信号边沿边沿到达时输入的到达时输入的信号状态。在此之前或以后，输入信号的变化对触发信号状态。在此之前或以后，输入信号的变化对触发器输出状态没有影响。器输出状态没有影响。上升沿（利用CMOS传输门的边沿触发器和维持阻塞D触发器）下降沿（利用传输延迟时间的边沿JK触发器）7.3 7.3 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RS触发器JK触发器T触发器D触发器按逻辑功能不同，通常将时钟触发器分为 触发器逻辑功能描述方法： 逻辑图、特性表、特性

19、方程、状态转换图和工作波形图。 1特性表 表示触发器次态Qn+1与现态Qn及输入信号间关系的表格称为特性表。nQn 1QSR 说明0 00 001触发器保持原状态不变0 10 10111触发器置11 01 00100触发器置01 11 101触发器状态不定01 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合下面特性表规定的逻辑功能者，叫做RS触发器。7.3.1 7.3.1 RS触发器 3特性方程)( 0SRQRSQRSQRSQnnn1n约束条件1110010SRQn110110（Qn+1 ） 01nQn 1QSR 说明说明0 00 001保持原态不变保持原态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01

20、00111触发器置触发器置11 11 101XX状态不定状态不定卡诺图化简得111XXS0110000111nQR)(Q1n)( 0SRQRSQn1n约束条件 4状态转换图 表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状态不变时，对输入信号提出的要求。01nQn 1QSR 说明说明0 00 001保持原态不变保持原态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 101XX状态不定状态不定7.3.2 7.3.2 JK触发器 特性表nQn1QJ K说明0 00 00101触发器保持原状态不变0 10 10100触发器置01 01 00111触发器置11

21、11 10110触发器状态翻转 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合下面特性表规定的逻辑功能者，叫做JK触发器。特性方程n1nnnnQJKQJKQJKQJKQn 1nnQJQKQ01001101（Qn+1 ） 0010KQnJ110110化简得：11110110000111nQJK)(Q1nnQn 1QJ K说明说明0 00 00101触发器保持触发器保持原状态不变原状态不变0 10 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 10110触发器状态触发器状态翻转翻转状态转换图nQn 1QJ K说明说明0 00 00101触发器保持触发器保持原状态不变原状态不变0 10

22、 10100触发器置触发器置01 01 00111触发器置触发器置11 11 10110触发器状态触发器状态翻转翻转nQn 1QD说明000100触发器置0110111触发器置1 特性表 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合下面特性表规定的逻辑功能者，叫做的D触发器。7.3.3 7.3.3 D触发器触发器n1nnQDQDQ 特性方程（Qn+1 ） 0011DQn0011n1QD化简得：nQn 1QD说明000100触发器置0110111触发器置1状态转换图nQn 1QD说明000100触发器置0110111触发器置17.3.4 7.3.4 T触发器和触发器和T触发器触发器当控制信号T1，有CP脉冲作

23、用，触发器就翻转；当控制信号T0，即使有CP脉冲作用，触发器仍保持原状态不变。具备这种功能的触发器称为T触发器。T1、T触发器触发器nQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态n1nnQTQTQ 特性方程特性方程（CP下降沿有效）保持、翻转功能保持、翻转功能 特性表特性表 TnQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态状态转换图nQn 1Q T说明说明0001触发器保持状态触发器保持状态1110触发器翻转状态触发器翻转状态132CPTQQtttt4工作波形图 132CPTQQtttt4（2）

24、T触发器触发器1如果控制端T=1，触发器就处于计数状态，每来一个 CP脉冲，触发器状态就翻转一次。这种T触发器称为计数触发器，亦称T触发器。 nQn 1Q T说明说明1110触发器翻转触发器翻转状态状态1 特性表特性表 n1nnQTQTQ 特性方程特性方程 n 1nQQ (CP下降沿有效)n1nQQCPQQttt工作波形图 T=1tCPQQtttT=1t常用特性方程联立法。转换步骤：（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，使其形式与已有触发器的特性方程一致。 （3）比较已有的和待求的触发器的特性方程，找出已有触发器的输入信号和待求触发器的输入信号之间的关系，写出已有触发器的驱动方程。（4）画出转换后的逻辑电路图。7.3.57.3.5各种触发器之间的转换各种触发器之间的转换转换逻辑电路原触发器QQ新触发器输入信号触发器转换示意图一一 JKJK触发器转换成其他类型触发器触发器转换成其他类型触发器 （1）写出JK触发器和D触发器特性方程。（2）变换D触发器特性方程，使其形式与JK触发器特性方程一致。 （3）比较特性方程，找出输入信号间关系n1nnQJQKQn