数字电路 第4章 触发器

1、第四章第四章 触发器触发器 触发器触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。特点：特点：1、 它有两个稳定的状态：它有两个稳定的状态：0状态和状态和1状态；状态；2、 在不同的输入情况下，它可以被置成在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或状态或1状态；状态；3、 当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。所以，所以，触发器可以记忆触发器可以记忆1位二值信号位二值信号。根据。根据逻辑功能逻辑功能的不同，触发器可以分为的不同，触发器可以分为RS触发器、触发器、D触发器、触发器、JK触发器、触发器、T和和T 触发器；按照

2、触发器；按照电路结构形式电路结构形式的不同，的不同，又可分为基本又可分为基本RS触发器、同步触发器、主从触发器触发器、同步触发器、主从触发器和边沿触发器。和边沿触发器。 4.1概述概述4.2 基本基本RS触发器触发器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R SQ10010 10R=0、S=1时：由于时：由于R=0，不论原来，不论原来Q为为0还是

3、还是1，都有，都有Q=1；再由再由S=1、Q=1可得可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于什么状态都将变成将变成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或复位。或复位。R端称为触发端称为触发器的置器的置0端或复位端。端或复位端。 SR QQ&0110R SQ0 10R=1、S=0时：由于时：由于S=0，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。即不论触发器原来处于什么状态都。即不论触发器原来处于什么状态都将变成将变成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或置位。或置位。S端称为触发端称为

4、触发器的置器的置1端或置位端。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。触发器具有记忆能力。R SQ0 101 011 1不变10 SR QQ&0011R SQ0 101 011 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

5、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。 R SnQ 1nQ 功 能 0 0 0 0 0 1 不 用 不 用 不 允 许 0 1 0 0 1 1 0 0 01nQ 置0 1 0 0 1 0 1 1 1 11nQ 置1 1 1 0 1 1 1 0 1 nnQQ 1 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

6、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。 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触发器的特性方程就是触发器次态Qn+1与输入及现态与输入及现态Qn之间的逻辑关系式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 01或或1

7、1，触发器仍为，触发器仍为0状态；状态；RS当触发器处在当触发器处在1状态，即状态，即Qn=1时，若输入信号时，若输入信号 10或或11，触发器仍为，触发器仍为1状态；状态；RSRS若若 10，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为1状态。状态。RS若若 01，触发器就会翻转成为，触发器就会翻转成为0状态。状态。波形图波形图波形图：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。反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形。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）触发器的次态不仅与输入信号状态输入信号状态有关，有关，而且与而

8、且与触发器的现态触发器的现态有关。有关。（2）电路具有两个稳定状态，在无外来触发信）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。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）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置转，实现置0或置或置1。（4）在稳定状态下两个输出端的状态和必须是）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。互补关系，即有约束条件。在数字电路中，凡根据输入信号在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不情况的不同，具有同，具有置置0、置、置1和保持和保持功能的电路，都称为功能的电路，都称为RS触发器。触发

9、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 974LS279 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1S3S3.1.2 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

10、 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时即时即 R=S=1，触发器保持原来状态不变。，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与基本时，工作情况与基本RS触发器相同。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 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

11、有效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，CP0时状态保持不变，与基本时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。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 2、同步、同步JK触发器触发器G3 G4G1 G2J CP KJ CP KJ CP KQ QJ CP KQ QQ Q

12、(a) 逻辑电路(b) 曾用符号1J C1 1KQ Q(c) 国标符号&nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ1CP=1期间有效期间有效将将S=JQS=JQn n、R=KQR=KQn n代入同步代入同步RSRS触发器的特性方程，得同触发器的特性方程，得同步步JKJK触发器的特性方程：触发器的特性方程：CP J K QnQn+1功能0 QnnnQQ1保持1 0 0 01 0 0 101nnQQ1保持1 0 1 01 0 1 10001nQ 置 01 1 0 01 1 0 11111nQ 置 11 1 1 01 1 1 110nnQQ1翻转特性表特性表JK=00时不变时不变JK=01时置时置0J

13、K=10时置时置1JK=11时翻转时翻转01JK=1/1/0/0/状状态态图图CPJKQQ波波形形图图在数字电路中，凡在在数字电路中，凡在CPCP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J J、K K 情况的不同，具有置情况的不同，具有置0 0、置、置1 1、保持、保持和翻转功能的电路，都称为和翻转功能的电路，都称为JK JK 触发器。触发器。3 3、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&DQD

14、DQRSQnnn1CP=1期间有效期间有效将将S=DS=D、 R=D R=D 代入同步代入同步RSRS触发器的特性方程，得同步触发器的特性方程，得同步D D触发器的特性方程：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CPCP时钟脉冲控制下，根时钟脉冲控制下，根据输入信号据输入信号D D情况的不同，具有置情况的不同，具有置0 0、置、置1 1功能功能的电路，都称为的电路，都称为D D触发器。触发器。CPDQQ(a) 74LS375 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 974LS375 1 2 3 4 5 6 7 8VCC

15、 4D 4Q 4Q 2G 3Q 3Q 3D1D 1Q 1Q 1G 2Q 2Q 2D GND(b) CC404 的引脚图 16 15 14 13 12 11 10 9CC4042 1 2 3 4 5 6 7 8VDD 4Q 4D 3D 3Q 3Q 2Q 2Q4Q 1Q 1Q 1D CP POL 2D VSS集成同步集成同步D触发器触发器CP1、2CP3、4POL1时，CP1有效，锁存的内容是CP下降沿时刻D的值；POL0时，CP0有效，锁存的内容是CP上升沿时刻D的值。3.1.3 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

16、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。01RSQRSQnmnmG5 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

17、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，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不变即制的从触发器的状态也不变即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 Q Q S RS CP RQ Q(b)

18、 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触发器采用主从触发器采用主从控制结构，控制结构，从根本上解从根本上解决了输入信号直接控制决了输入信号直接控制的问题的问题，具有，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下降沿到来时触发翻转的特点。但其仍然存在的特点。但其仍然存在着约束问题，即在着约束问题，即在CPCP1 1期间，输入信号期间，输入信号R R和和S S不能同时为不能同时为1 1。G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 从 G4Q Q1G9Qm Qm&2 2、主从

19、、主从JK触发器触发器nnKQRQJS 下降沿到来时有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn 1代入主从代入主从RSRS触发器的特性方程，触发器的特性方程，即可得到主从即可得到主从JKJK触发器的特性触发器的特性方程：方程：将主从主从JKJK触发器没有约束。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时时序序图图 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

20、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。(详见详见P196）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

21、 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 GN

22、D 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 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主从JK JK 触发器功能完善，并且输入信号触发器功能完善，并且输入信号J J、K K 之间没有约之间没有约束。但主从束。但主从JK JK 触发器还存在着一次变化问题，即主从触发器还存在着一次变化问题，即主从JKJK触发器中的主触发器，在触发器中的主触发器，在CPC

23、P1 1期间其状态能且只能变化期间其状态能且只能变化一次，这种变化可以是一次，这种变化可以是J J、K K 变化引起，也可以是干扰脉变化引起，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。冲引起，因此其抗干扰能力尚需进一步提高。3.1.4 边沿触发器边沿触发器1 1、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）CP1时，门时，门G7、G8打打开，门开，门G3、G4被封锁，从触被封锁，从触发器状态不变，主触发器的状发器状态不变，主触发器的状态跟随输入信号态跟随输入信号D的变化而变的变化而变化，即在化，即在C

24、P1期间始终都有期间始终都有Qm=D。（2 2）CPCP0 0时，门时，门G G7 7、G G8 8被封被封锁，门锁，门G G3 3、G G4 4打开，从触发器打开，从触发器的状态取决于主触发器的状态取决于主触发器Q=QQ=Qm m、Q=QQ=Qm m，此时的输入信号，此时的输入信号D D不起作不起作用。用。G5 G6G1 G2CPG3 从 G4&Q Q1G7 主 G8&1D1QmQm&DQn1下降沿时刻有效（3 3）CPCP下降沿到来时，封锁门下降沿到来时，封锁门G G7 7、G G8 8，打开门，打开门G G3 3、G G4 4，主触发，主触发器锁存器锁存CPCP下降时刻下降时刻D D的值

25、，即的值，即Q Qm m=D=D，随后将该值送入从触发器，随后将该值送入从触发器，使使Q=DQ=D、 Q=DQ=D。（4 4）CPCP下降沿过后，主触发器下降沿过后，主触发器锁存的锁存的CPCP下降沿时刻下降沿时刻D D的值被保的值被保存下来，而从触发器的状态也将存下来，而从触发器的状态也将保持不变。保持不变。综上所述，边沿综上所述，边沿D D触发器的特性触发器的特性方程为：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 14 13 12 11 10 9 874LS74 1 2 3 4 5 6 7VCC 2RD 2D 2CP 2SD 2Q

26、 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引脚排列图集成边沿集成边沿D触发器触发器：CC4013CC4013的异步输入端的异步输入端R RD D和和S SD D为高电平有效。为高电平有效。CP上升沿触发2 2、边沿、边沿JK触发器触发器DCP&Q Q1&1111JK&nnnnnnnnnnQKQJKJQKQJQKQJKQQJKQQJD)()(nnnQKQJDQ

27、1CPCP下降沿时刻有效下降沿时刻有效 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，无边沿触发，无一次变化问题。一次变化问题。功能齐全，使功能齐全，使用方便灵活。用方便灵活。抗干扰能力极抗干扰能力极强，工作速度很强，工作速度很高。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 2J 2SD 2Q1CP 1K

28、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 74LS112 74LS112为为CPCP下降沿触发。下降沿触发。CC4027CC4027为为CPCP上升沿触发，且其异步输入端上升沿触发，且其异步输入端 R RD D和和S SD D为高电平有效。为高电平有效。3.1.5 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 1）写出已有触发器和待求触发器的特性方程。）写出已有触

29、发器和待求触发器的特性方程。（2 2）变换待求触发器的特性方程，使之形式与已有触）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。发器的特性方程一致。（3 3）比较已有和待求触发器的特性方程，根据两个方）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。程相等的原则求出转换逻辑。（4 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。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

30、器触发器01RSQRSQnnnnnnnnnnnnnnnnnnnQRQSRSQSQRQRQSRRSQQRQSQRSQQSQRQQSQRSQ)()(1RSRS触发器特性方程触发器特性方程变换变换RSRS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JKJK触发器的特性方程一致：触发器的特性方程一致：RKSJnnnQKQJQ1nnnQRQSQ1比较，得比较，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写出写出D D触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与触发器的特性方程，并进行变换，使之形式与JKJK触发器的特性方程一致：触发器的特性方

31、程一致：nnnnnDQQDQQDDQ)(1与与JKJK触发器的特性方程比较，得：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，凡在在数字电路中，凡在CPCP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 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T T0 0时能保持状态时能保持状态不变，不变，T T1 1时一定翻转的电路，都称为时一定翻转的电路，都称为T 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 C1T T触发器特性方程：触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ1 与与JKJK触发器的特性方程触发器的特性方程 比较，得：比较，得：TKTJ电电路路图图1J C11KTQQCP01T=1/1/0/0/CPTQQ状状态态图图时时序序图图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在数字电路中，凡每来一个