数字电子信号 第4章

数字电子技术中北大学

DigitalElectronicsTechnology第4章触发器一概述二几种常用触发器的电路组成、工作原理、特性

三触发器的应用四本章小结主要要求：

了解触发器的概念、基本特性和作用。了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。4.1概述第4章集成触发器一、触发器的概念、基本特性和作用

Flip-Flop，简写为FF，又称双稳态触发器。是指能够存储1位二值信号的基本单元电路。基本特性(1)有两个稳定状态(简称稳态)，正好用来表示逻辑

0

和

1。(2)在输入信号作用下，触发器的两个稳定状态可相互转换

(称为状态的翻转)。输入信号消失后，新状态可长期保持下来，因此具有记忆功能，可存储二进制信息。一个触发器可存储1位二进制数码第4章集成触发器触发器和门电路是构成数字电路的基本单元。

触发器有记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输出不仅取决于该时刻的输入，还与电路原来状态有关。二、一些约定1态：Qn=1，Qn=00态：不定状态：Qn=1，Qn=1Qn=0，Qn=0现态：触发器在接受信号之前所处的状态。记为Qn。次态：触发器在接收信号之后建立的新的稳定状态，记为Qn+1。Qn=0，Qn=1逻辑门的开通与封锁E=0时，L=1。称与非门封锁。EAB&LE=1时，L=AB，与非门开通。EABL1E=1时，L=0。称或非门封锁。E=0时，L=A+B，或非门开通。三、触发器的类型

根据逻辑功能不同分为

RS

触发器

D

触发器

JK

触发器

T

触发器

T触发器根据触发方式不同分为电平触发器边沿触发器主从触发器根据电路结构不同分为

基本

RS

触发器同步触发器主从触发器边沿触发器三、触发器逻辑功能的描述方法

主要有特性表、特性方程、状态转换图和波形图(又称时序图)等。第4章集成触发器主要要求：

掌握几种常用触发器的逻辑功能和工作特点。掌握RS触发器、D触发器、JK触发器的逻辑功能及其特性方程。4.2几种常用触发器

能根据触发器符号识别其逻辑功能和触发方式，并进行波形分析。第4章集成触发器一、基本RS触发器（电路结构最简单的，其他触发器在此基础上发展起来的）

BasicFlip-Flop(一)由与非门组成的基本RS触发器当Sd=0时，当Sd=1时，Qn=0，Qn=1即当Sd由0变为1时，状态不能保持。Qn=1，Qn=0接上反馈后，Qn=1，Qn=0当Sd=0时，当Sd由0变成1时，Qn=1，Qn=0即当Sd信号消失时，由于反馈的作用，电路能保持原来的输出状态。第4章集成触发器QQ1.电路结构及逻辑符号QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQQQ=1，Q=0时，称为触发器的1状态，记为Q=1；Q=0，Q=1时，称为触发器的0状态，记为Q=0。RDSD置0端，也称复位端。

R即Reset置1端，也称置位端。

S即Set信号输入端互补输出端，正常工作时，它们的输出状态相反。

低电平有效第4章集成触发器工作原理工作原理QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出2.工作原理及逻辑功能011110触发器被置0触发器置010第4章集成触发器2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出100111触发器被置1触发器置010触发器置101第4章集成触发器2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能说明输入QQ输出11触发器置010触发器置101触发器保持原状态不变不变&&G1门输出G2门输出第4章集成触发器2.工作原理及逻辑功能QQSDRDG1G2输出状态不确定(禁用)不定11011000SDRD功能说明输入QQ输出触发器置010触发器置101触发器保持原状态不变不变0011输出既非0状态，也非1状态。当RD和

SD同时由0变1时，输出状态可能为0，也可能为1，即输出状态不定。因此，这种情况禁用。第4章集成触发器特性表3.逻辑功能的特性表描述触发器次态与输入信号和电路原有状态之间关系的真值表。

在列触发器的特性表时，因为触发器新的状态Qn+1

不仅与输入状态有关，而且与触发器原来的状态Qn

有关，所以把Qn也作为一个变量列入表中，称作状态变量，把这种含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表。第4章集成触发器00001×触发器状态不定0×1010100触发器置000101101触发器置1111110011触发器保持原状态不变说明Qn+1QnSDRD与非门组成的基本RS触发器特性表第4章集成触发器次态Qn+1的卡诺图4.逻辑功能的特性方程描述

描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程，又称状态方程或次态方程。第4章集成触发器5、逻辑功能的状态转换图描述

描述触发器的状态转换关系及转换条件的图形称为状态转移图，简称状态图。用圆圈及其内的标注表示电路的所有稳态，用箭头表示状态转换的方向，箭头旁的标注表示状态转换的条件。

第4章集成触发器波形分析举例解：[例]设下图中触发器初始状态为

0，试对应输入波形画出

Q和

Q的波形。QQSDRDSRSDRD保持初态为0，故保持为0。置

0保持QQ置

1第4章集成触发器RdSdQQ(二)由或非门组成的基本RS触发器

1.电路结构及逻辑符号第4章集成触发器基本RS触发器的两种形式特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR逻辑符号置0、置1信号低电平有效置0、置1信号高电平有效注意弄清输入信号是低电平有效还是高电平有效。第4章集成触发器

1.电路有两个稳态:0和1,具有记忆功能。

2.电路状态的转换需外加触发脉冲。

4.有约束条件。

3.动作特点：输入的改变会随时改变输出状态→称为直接置0、置1。(三)基本RS触发器的特点、优缺点

优点电路简单，是构成各种触发器的基础。缺点2.有约束条件。1.输出受输入信号直接控制，不能定时控制。第4章集成触发器

基本RS触发器的应用（1）作为随机存储器（2）消除机械开关抖动+5vRKVoVoQ&&G2G1+5vRK+5vRQ4.2、同步触发器

SynchronousFlip-Flop实际工作中，触发器的工作状态不仅要由触发输入信号决定，而且要求按照一定的节拍工作。为此，需要增加一个时钟控制端CP。

CP即ClockPulse，它是一串周期和脉宽一定的矩形脉冲。

具有时钟脉冲控制的触发器称为时钟触发器，又称钟控触发器。同步触发器是其中最简单的一种，而基本RS触发器称异步触发器。第4章集成触发器QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4（一）同步RS触发器

工作原理★CP=0时，G3、G4被封锁。基本RS触发器的输入均为1，触发器状态保持不变。（即无时钟信号，输入不起作用）★CP=1时，G3、G4解除封锁，将输入信号

R和S取非后送至基本

RS触发器的输入端。（有时钟脉冲，信号起作用）0111SR1.电路结构与工作原理

基本

RS

触发器增加了由时钟

CP

控制的门

G3、G4第4章集成触发器QQG1G2SRG3G4CPQ3Q42.逻辑功能与逻辑符号第4章集成触发器S=1,R=0(S=0,R=1)Qn+1=1

S=0,R=1(S=1,R=0)Qn+1=0

S=1,R=1(S=0,R=0)

不定

S=0,R=0(S=1,R=1)Qn+1=Qn

QQ1SC11R3.同步RS触发器的特性表与特性方程0000101010101011010110001111×0×1Qn+1QnSR特性表同步RS触发器Qn+1的卡诺图RSQn0100011110

×

×

1

1

1

特性方程RS=0(约束条件)注意适用条件：cp=1第4章集成触发器

i)状态的改变发生在CP上升沿来到时；

ii)在CP=1期间，由R、S和Qn来决定Qn+1；

iii)在CP=0期间，触发器状态不变。4.同步RS触发器波形图QQCPSR5.同步RS触发器空翻现象tOCPtORtOQtOSabcdefgh在CP为1期间出现的多次翻转现象称为空翻，抗干扰性差,是时序电路的一种冒险现象。tOStOS6.同步RS触发器特点：F状态改变发生在CP(2)在CP=1期间状态仍由R、S决定。(3)仍有约束条件R·S=0,不能同时为1。(4)在CP=1的全部时间内，R、S的变化会引起F状态的变化，引起空翻现象,来一个CP，会翻转几次。初始状态的预置

——异步置位（置1）端异步置0端RD和异步置1端SD不受CP控制。实际应用中，常需要利用异步端预置触发器值(置0或置1)，预置完毕后应使RD=SD=1。7.初始状态的预置

——异步复位（置0）端CP1S1RC1QQQQSDRDSR基本RS触发器同步RS触发器带有异步置位复位端的同步RS触发器RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：[例]试对应输入波形画出下图中

Q端波形。原态未知QVCCRDRD第4章集成触发器1.电路结构、逻辑符号和逻辑功能

DQQ1S1RC1CPQQ1DDC1CP同步D触发器功能表

称为D功能特点：Qn+1跟随D信号(二)同步D触发器第4章集成触发器特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD触发器特性表

00001111无约束

Qn+1在D=0时就为0，与Qn

无关。01D=1D=0D

=

0D=1

Qn+1在D=1时就为1，与Qn无关。2.D触发器的特性表、特性方程、状态转换图

同步D触发器状态转换图第4章集成触发器解：[例]试对应输入波形画出下图中

Q端波形(设触发器初始状态为

0)。QQ1DDC1CPDCPQCP

=

0，同步触发器状态不变CP

=

1，同步

D

触发器次态跟随

D

信号同步触发器在CP=1期间能发生多次翻转，这种现象称为空翻第4章集成触发器（三）同步触发器的特点

同步触发器的触发方式为电平触发式

同步触发器的共同缺点是存在空翻

触发脉冲作用期间，输入信号发生多次变化时，触发器输出状态也相应发生多次变化的现象称为空翻。空翻可导致电路工作失控。指时钟脉冲信号控制

触发器工作的方式

CP=1期间翻转的称正电平触发式；

CP=0期间翻转的称负电平触发式。第4章集成触发器（四）同步触发器的应用同步触发器由于空翻现象的存在一般用于数据锁存器。如74LS373是典型的8位锁存器芯片，常用于微处理器中。为了防止空翻现象的产生，提高电路的抗干扰能力，改进同步触发器的结构，形成另外一种结构的触发器。

1.结构特点：4.3主从触发器(1)由两个同步RS触发器组成，主触发器和从触发器。(2)CP通过反相器提供给主、从触发器互补的时钟信号，使它们工作在互补状态。（一）.主从RS触发器SRCPQQQ’Q’G8G7G6G5G3G4G2G1G9主触发器从触发器&&&&&&&&1Q从Q从FF2SRFF1CPQ主Q主CP1S1RC11S1RC1给主从触发器提供反相的时钟信号，使它们在不同的时段交替工作。QQ1SSC1CP1RR表示时钟触发沿为下降沿从触发器主触发器Q=Q从（一）主从RS触发器第4章集成触发器

综上所述，主从触发器状态只能在

CP时刻发生翻转，其它时刻则保持不变.至于状态如何翻转，则由CP

之前最后的输入信号

值决定。

Q从Q从FF2SRFF1CPQ’主Q’主CP1S1RC11S1RC1主从RS触发器工作原理★CP=1期间，主触发器接受输入信号，从触发器被封锁，使主从RS触发器状态保持不变。★CP到达时，CP

=

0，CP

=

1。主触发器被封锁，并保持

CP到达之前的状态不变。这时从触发器工作，从触发器翻转到与主触发器相同的状态。1工作封锁0工作封锁10★CP=0期间，主触发器被封锁，保持CP到达之前的状态不变，Q从=

Q主，因此，主从RS触发器状态保持不变。Q=Q从第4章集成触发器从从从从主主功能表、特性方程与同步RS触发器相同，只不过在CP触发。Qn Qn1 00 1

不定

0 0 1 0 0 1 1 1Qn+1 Qn+1CP 1S 1R主从RS功能表特性方程(约束条件)注意:适用于CP=1期间RS不变!第4章集成触发器主从RS触发器时序图（波形图）tOCPtOStORtOQ’tOQ第4章集成触发器tOCPtOStORtOQ’tOQ主触发器开从触发器关主触发器关从触发器开触发器的状态和CP=1期间的所有输入有关，而不是仅仅与下降沿前一时刻的输入有关。主从RS触发器:在CP的前一时刻，R=S=0，Q应该保持不变。但是由于CP=1期间的输入变化，所以：第4章集成触发器注意:主从触发器特性表适用于CP=1期间RS不变!主从RS触发器的特点：1）两节拍工作方式：主触发器

在CP=1时接收输入信号，从触发器

在CP接收主触发器的状态；2）从触发器的输出只在时钟信号的下跳边沿发生翻转，克服空翻，但如果在CP=1期间发生变化，输出有可能发生误动作3)约束状态依然存在。（二）、主从JK触发器（为了去除约束条件）1.电路结构：•主从RS触发器

•反馈线Q、Q

•J、K作输入∵CP对主从结构F触发器作用相同∴符合主从结构触发器的触发规律，也在CP的触发。（二）主从JK触发器（为了去除约束条件）1J1KC1QQ2、逻辑符号1、电路结构

第4章集成触发器2．工作原理(3)J=0,K=0时，在CP=1期间，主触发器保持，CPQn+1=Qn；(4)J=1,K=1时，Qn+1=Qn：翻转。(2)J=0,K=1时，在CP=1期间，主触发器置0，CPQn+1=0;(1)J=1,K=0时，在CP=1期间，主触发器置1，CPQn+1=1;4.特性方程3.主从JK特性表Qn Qn+1CP J K00000011010001101001101111011110注意:适用于CP=1期间J、K不变!第4章集成触发器tOCPtOJtOKtOQtOQ5波形图第4章集成触发器6．动作特点动作两拍：第一拍：CP=1期间,主触发器接受信息翻转；第二步：CP10,从触发器根据主触发器的状态翻转，且在CP=0期间保持。7．主从JK触发器的一次变化问题一次变化：CP=1期间J、K的变化，在某种特定条件下，会使主触发器变化一次（即只能变离原态，变不回去）结果：触发器误动作第4章集成触发器Qn=0，Qn=1，当J=K=0时，维持0状态不变，在CP=1期间，J由0到1，主触发器被置成1状态，当干扰消失后，主触发器回不到0状态,当CP下降沿来之后，从触发器被置成1而不是维持原来的0状态。主从JK触发器的特点：1）两节拍工作方式：主触发器

在CP=1时接收输入信号，从触发器

在CP接收主触发器的状态；2）从触发器的输出只在时钟信号的下跳边沿发生翻转，但如果在CP=1期间发生变化，输出有可能发生一次翻转，导致电路产生误动作。3)没有了约束条件，存在一次变化问题。主从JK触发器的应用：JK触发器是功能较全的一种器件。它可以方便地转化完成其它触发器功能，是目前应用较多的一种。边沿触发器——输出只与CP的上升沿(或下降沿)到达时的输入有关，而与在这之前或以后的输入变化无关。具备条件：1.触发器只在Cp某一约定的边沿到来时才接收输入信号2.在Cp=0和Cp=1期间，输入信号的变化不会引起输出状态的变化（1）维持阻塞边沿触发器利用直流反馈维持反转后的新状态，阻塞触发器在同一时钟内再次反转（2）CMOS传输门边沿触发器（3）利用门电路传输时间的边沿触发器4.5、边沿触发器常用边沿触发器结构第4章集成触发器002工作原理：(1)CP=0时，G3,G4封锁，Q保持不变;11保持不变D11G5,G6打开,把D引入,

G5=D,G6=D。DQQCPG6G5G3G4G1G2&&&&&&（一）维持阻塞边沿触发器

1、电路结构:在同步RS触发器的输入端增加了两个引导门G5、G6，并引入了多根反馈线。第4章集成触发器11RSDD(2)CP01瞬间:G3,G4开通，G5,G6继续传送到G1,G2;DQQCPG6G5G3G4G1G2D&&&&&&Q=R=D,Q=D第4章集成触发器11(3)CP=1期间：G5被封锁，D即使在CP=1期间变成1,保持Q=0若原来D=1;G3,G6被封锁，D即使在CP=1期间变成0，保持Q=10101若原来D=0;置0维持线，011置1维持线置0阻塞线DDDDQQCPG6G5G3G4G1G2RS&&&&&&第4章集成触发器置1阻塞线维持-阻塞D边沿触发器动作特点：

（1）只能在CP上升沿(或下降沿)时刻接收输入信号。

（2）在CP的翻转一次，Qn+1=D,其他时刻Q保持不变。因此克服了空翻，可靠性和抗干扰能力强，应用范围广。QCPD5.波形图3、特性表和特性方程Qn

0011

00011011Qn+1CPD4.逻辑符号D1CPQQC1第4章集成触发器DD855E20B45F51E3其他边沿触发器Q1Q1CPDC11D(a)(b)SC1R1DCPQ2Q2解：[例]设触发器初态为

0，试对应输入波形画出

Q1、Q2的波形。DCPQ1Q2D触发器特性方程为Qn+1=D功能是翻转因此C110触发器初态为

0C1该电路的功能是：在时钟触发沿到达时状态发生翻转，这种功能称为计数功能，相应触发器称为计数触发器。

JCPKT解：[例]设触发器初态为

1，试对应输入波形画出

Q1、Q2的波形。0触发器初态为

1Q1Q1CPJC11J(a)(b)SC1R1KCPQ2Q2K1K1JTVCCC111001001SVCCRC1CP1JT1K1010CP之前

J、K最后取值为

1CP之前

J、K最后取值为

0触发器初态为

1Q1Q2

T=0时，Qn+1=Qn

；T=1时，Qn+1=Qn

。这种功能称T功能，相应触发器称T触发器。第4章集成触发器四、T触发器

0

11 01 00

1

0 0 0 1 1 0 1 1Qn+1

Qn+1

T Qn10T=1T=1T=0T=0逻辑表达式逻辑符号T'触发器：Qn+1=QnCPQ二分频器令JK触发器的输入J=K=1T'触发器基本RS触发器：任意时刻，输出都可以根据输入翻转或保持。同步触发器（同步RS触发器）：只有在时钟信号CP=1期间，输出可以根据输入翻转。主从触发器（RS、JK)：触发器的翻转分成两步。外部表现为只在时钟的下降沿翻转，但时钟CP=1期间所有的输入都会对下降沿时刻的翻转产生影响。按电路结构分类的触发器小结4.6触发器的电路结构与逻辑功能的关系边沿触发器：只在CP的或翻转。触发器的次态，只取决于CP下降沿（或上升沿）时的输入，其他时刻的输入对输出没有影响。

按逻辑功能分类的触发器无约束，但功能少无约束，且功能强令J=K=T即可令J=K=1即可

D功能10Qn+110DQn+1=

D

T功能QnQnQn+110T

RS功能不定01

QnQn+111011000SRQn+1

=

S

+

RQnRS

=

0(约束条件)

JK功能Qn10

QnQn+111011000KJQn+1=

JQn+

KQnT′功能(计数功能)只有CP输入端，无数据输入端。来一个CP翻转一次Qn+1=Qn第4章集成触发器逻辑功能：触发器的次态和现态及输入信号之间在稳态下的逻辑关系，这种逻辑关系可以用特性表、特性方程或状态转换图给出。不同的电路结构带来了不同的动作特点。同一种逻辑功能的触发器可以用不同的电路结构来实现。用同一种电路结构形式可以作成不同逻辑功能的触发器。选用触发器时，不仅要知道逻辑功能，还要知道电路结构。主要要求：

掌握常用触发器的工作特点、符号、逻辑功能和特性方程，会画工作波形。理解触发器及其简单应用电路的分析方法。4.7触发器的应用

了解触发器各种逻辑功能间的转换方法。第4章集成触发器1.JK

D2.JK

T、T′因此J=D,

K=D已有Qn+1=JQn+KQn欲得Qn+1=DQQCPDC11J1KQQC11J1KQQCP1C11J1KTCP转换方法(1)

写出待求触发器和给定触发器的特性方程。(3)画出用给定触发器实现待求触发器的电路。(2)比较上述特性方程，得出给定触发器中输入信号的接法。第4章集成触发器一、触发器的五种逻辑功能及其转换3.D

JK已有Qn+1=D欲得Qn+1=JQn+KQn因此，令4.D

T5.D

T′已有Qn+1=D欲得Qn+1=已有Qn+1=D欲得Qn+1=Qn因此，令D=Qn因此，令D=QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK第4章集成触发器二、触发器的应用与分析举例★触发器由门电路构成，因此，门电路的应用注意事项在这里也适用。例如，TTL触发器的输入端悬空相当于输入高电平，而CMOS触发器的输入端不允许悬空。应用注意★实际工作中，应根据需要选定触发器的功能和触发方式。例如：同步触发器通常只用于数据锁存，构成计数器、移位寄存器时一般要用边沿触发器。第4章集成触发器Q2Q11D1DFF1FF2石英方波振荡器4MHzC1C1CP[例]下图为分频器电路，设触发器初态为

0，试画出

Q1、Q2的波形并求其频率。CP解：C1CPfQ1=fCP/2=2MHz，fQ2=fCP/4=1MHzCPQ10Q20Q1C1对

CP二分频对

CP四分频两个

D

触发器均构成

CP

触发的计数触发器第4章集成触发器1010RDSDQ1JSDC1CP1KRSRDCP解：[例]试对应输入波形画出下图电路的输出波形。C1CPSDSRRDQ1Qn