第5章 集成触发器

为了能在数字系统逻辑设计中构造实现各种功能的逻辑电路，除了需要前面介绍的逻辑门外，还需要有能够保存信息的逻辑部件，触发器是一种具有记忆功能的存储器件。根据不同应用需求，数字系统中使用的触发器有不同类型，如双稳态触发器、单稳态触发器和施密特触发器等，本章所讨论的触发器是指双稳态触发器，简称触发器，它是组成时序逻辑电路的基本器件。§5章集成

触发器本章知识要点●基本RS触发器

●简单钟控触发器

●主从钟控触发器●

边沿钟控触发器§5章集成

触发器触发器概述

在同步时序逻辑电路中，我们常采用触发器作为存储电路。所谓触发器，是指具有0和1两种稳定状态的电路。在任意时刻，触发器只处于一种稳定状态，当触发器处于某一稳态时，它能保持这一状态，只有在一定条件下，它才能翻转到另一个状态并稳定下来，直到下一个输出使它翻转为止。触发器的基本性质：

为了实现记忆1位二值信号的功能，触发器必须具备以下三个基本特点：（1）具有两个互补输出端Q和Q；（2）根据不同的输入信号可以置成1或0状态；（3）具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的“0”和“1”，或二进制数的0和1；

迄今为止，人们已经研制出了许多种触发器电路。触发器概述闩锁电路

两个逻辑门的输入、输出连接成正反馈环，有两个互补输出端Q和Q，在没有引入外来信号时，电路输出随机地处于稳定状态“0”或“1”，具有锁存记忆功能。

规定：以Q端状态代表电路的状态：Q＝1，Q＝0为1状态，表示二值信号“1”被锁存；Q＝0，Q＝1为0状态，表示二值信号“0”被锁存。

该电路是构成触发器的基础。

基本R-S（Reset-Set）触发器是直接复位置位触发器的简称，由于它是构成各种功能触发器的基本部件，故称为基本R-S触发器。5.1基本R-S触发器一.用或非门构成的基本R-S触发器1.组成：由两个或非门交叉耦合组成。

该电路的输入是正脉冲或高电平有效，故逻辑符号的输入端未加小圆圈。2.工作原理R=1,S=1：状态不定；R=1,S=0：状态置0；R=0,S=1：状态置1；R=0,S=0：状态不变。逻辑功能及其描述

表中“d”

表示触发器次态不确定。或非门构成的基本RS触发器功能表RSQn+1功能说明0

00

11

01

1Q10d不变置1置0不定（1）功能表

由或非门构成的R-S触发器的逻辑功能表如下：现态Q次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=10010111dd00（2）状态表状态表反映了触发器在输入信号作用下现态与次态之间的转移关系，又称为状态转移表。它给出了次态与现态、输入之间的取值关系。与非门构成的RS触发器状态表如下：（3）状态图状态图是一种反映触发器两种状态之间转移关系的有向图，又称为状态转移图。该触发器的状态图如下：现态Q次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=10010111dd00

圆圈分别代表触发器的稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁边的标注表示状态转移的条件。

因为R、S不允许同时为1，应满足约束条件：

R·S=0(约束方程)

用卡诺图化简后，可得到该触发器的次态方程：

（4）次态方程现态Q次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=10010111dd00反映触发器次态与现态和输入之间关系的逻辑函数表达式称为次态方程。根据状态表，可画出次态与现态、输入之间函数关系的卡诺图。或非门基本RS触发器激励表Q→Qn+1R

S0

00

11

01

1d00

11

00

d（5）激励表激励表反映了触发器从现态转移到某种次态时，对输入信号的要求。它以触发器的现态和次态作为自变量，把触发器的输入（或激励）作为因变量。激励表可以由功能表导出。

同样，当输入端S连续出现多个置1信号或者输入端R连续出现多个置0信号时，仅第一个信号使触发器翻转，波形图如下：

优点：结构简单。不仅可作为记忆元件独立使用，而且由于它具有直接复位、置位功能，因而被作为各种性能更完善的触发器的基本组成部分。缺点：输入R、S之间存在约束条件，且无法对其状态转换时刻进行统一定时控制，二.用与非门构成的基本R-S触发器

1.组成：由两个与非门交叉耦合构成。

图中，R称为置0端或者复位端，S称为置1端或置位端。逻辑符号输入端加的小圆圈表示低电平或负脉冲有效。5.1基本R-S触发器2.基本RS触发器由两个与非门交叉耦合构成的RS触发器电路及其逻辑符号如下所示。输入信号符号上的非号和输入端的小圆圈，都表示这两个输入信号为低电平有效。R-S触发器与非门RS触发器(a)电路；(b)国标符号；(c)惯用符号R-S触发器

Q和是触发器的两个互补输出端，正常情况下的逻辑电平相反。规定Q输出端的逻辑值表示触发器的状态，即Q＝1表示触发器处于1状态，Q＝0表示触发器处于0状态。触发器的这两种稳定状态正好用来存储二进制信息1和0。通R-S触发器通常将使Q＝1的操作称为置1或置位(Set)，通常使Q＝0的操作称为置0或复位(Reset)。稍后将看到，基本RS触发器正是一种复位-置位触发器，端起复位作用，端起置位作用，这也是将其称作RS触发器的原因。3.逻辑功能及其描述

表中“d”

表示触发器次态不确定。该表又称为次态真值表。与非门构成的基本RS触发器功能表RSQn+1功能说明0

00

11

01

1d01Q不定置0置1不变（1）功能表

由与非门构成的R-S触发器的逻辑功能表如下：3.逻辑功能及其描述

表中“d”

表示触发器次态不确定。该表又称为次态真值表。与非门构成的基本RS触发器功能表RSQn+1功能说明0

00

11

01

1d01Q不定置0置1不变（1）功能表

由与非门构成的R-S触发器的逻辑功能表如下：（2）状态表状态表反映了触发器在输入信号作用下现态与次态之间的转移关系，又称为状态转移表。它给出了次态与现态、输入之间的取值关系。与非门构成的RS触发器状态表如下：现态Q次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=1001dd000111（3）状态图状态图是一种反映触发器两种状态之间转移关系的有向图，又称为状态转移图。该触发器的状态图如下：

圆圈分别代表触发器的稳定状态，箭头表示在输入信号作用下状态转移的方向，箭头旁边的标注表示状态转移的条件。

因为R、S不允许同时为0，所以输入必须同时满足约束条件：

R+S=1(约束方程)

用卡诺图化简后，可得到该触发器的次态方程：

反映触发器次态与现态和输入之间关系的逻辑函数表达式称为次态方程。根据状态表，可画出次态与现态、输入之间函数关系的卡诺图。现态Q次态Qn+1RS=00RS=01RS=11RS=1001dd000111（4）次态方程激励表反映了触发器从现态转移到某种次态时，对输入信号的要求。它以触发器的现态和次态作为自变量，把触发器的输入（或激励）作为因变量。激励表可以由功能表导出。与非门基本RS触发器激励表Q→Qn+1R

S0

00

11

01

1d110011d（5）激励表功能表、状态表、状态图、次态方程和激励表分别从不同角度对触发器的功能进行了描述，它们在时序逻辑电路的分析和设计中有着不同用途。

注意：当输入端S连续出现多个置1信号或者输入端R连续出现多个置0信号时，仅第一个信号使触发器翻转，波形图如下：

具有时钟脉冲控制的触发器称为“钟控触发器”或者“定时触发器”。时钟脉冲控制触发器的工作特点：由时钟脉冲确定状态转换的时刻(即何时转换？)；由输入信号确定触发器状态转换的方向(即如何转换？)。

下面介绍四种最常用的简单钟控触发器。5.2简单钟控触发器5.2.1钟控R-S触发器逻辑图和逻辑符号如图(a)、（b）所示。

1.组成

由四个与非门构成。其中，与非门G1、G2构成基本R-S触发器；与非门G3、G4组成控制电路，通常称为控制门。2．工作原理

R=0,S=0：控制门G3、G4的输出均为1，

状态保持不变；

R=0,S=1：控制门G3、G4的输出分别为1

和0，置成1状态；

●

当无时钟脉冲作用（即CP=0）时，不管R、S端为何值，两个控制门的输出均为1，触发器状态保持不变。

●

当时钟脉冲到来（即CP=1）时，输入端R、S的值可以通过控制门作用于上面的基本R-S触发器。具体如下：2．工作原理R=1,S=0：控制门G3、G4的输出分别为0和1，置成0状态；

R=1,S=1：控制门G3、G4的输出均为0，

状态不确定（不允许）。

●

当无时钟脉冲作用（即CP=0）时，不管R、S端为何值，两个控制门的输出均为1，触发器状态保持不变。

●

当时钟脉冲到来（即CP=1）时，输入端R、S的值可以通过控制门作用于上面的基本R-S触发器。具体如下：

注意：时钟控制R-S触发器虽然解决了对触发器工作进行定时控制的问题，而且具有结构简单等优点，但：

输入信号依然存在约束条件，即R、S不能同时为1！在时钟控制触发器中，时钟信号CP是一种固定的时间基准，通常不作为输入信号列入表中。3.逻辑功能或非门基本RS触发器功能表RSQn+1功能说明0

00

11

01

1Q10d不变置1置0不定5.2.2钟控D触发器为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，使RS端始终互补。为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，使RS端始终互补。5.2.2钟控D触发器为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，使RS端始终互补。D5.2.2钟控D触发器D触发器具有如下逻辑功能特点：DD触发器次态与现态Qn无关5.2.2钟控D触发器D触发器(a)国标符号；(b)惯用符号；(c)功能表；

不管触发器的现态是0还是1，当时钟脉冲CP的上升沿到来后，触发器都将变成与时钟脉冲上升沿到来时的D端输入值相同的状态，即相当于将数据D存入了D触发器中。因此，D触发器特别适合于寄存数据。功能描述（3）D触发器激励表Q→Qn+1D0

00

11

01

10101（2）D触发器功能表DQn+1功能说明0

101置0置1

（1）次态方程为：

Qn+1=D

（4）D触发器状态表现态Q次态Qn+1D=0D=1010011（5）状态图

为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，并使触发器有两个输入端，从而产生了JK触发器5.2.3钟控JK触发器

为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，并使触发器有两个输入端，从而产生了JK触发器JSR5.2.3钟控JK触发器

为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，并使触发器有两个输入端，从而产生了JK触发器JJK5.2.3钟控JK触发器

为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，并使触发器有两个输入端，从而产生了JK触发器JKQnQn+1说明JKQnQn+1说明00000101保持

10010111置“1”

01001100置“0”

11011110必翻

JJK5.2.3钟控JK触发器

为了解决RS同时为1的情况，对RS触发器做相应的修改，并使触发器有两个输入端，从而产生了JK触发器5.2.3钟控JK触发器图JK触发器(a)国标符号；(b)惯用符号；(c)功能表；5.2.3钟控JK触发器JKQnQn+1说明JKQnQn+1说明00000101保持

10010111置“1”

01001100置“0”

11011110翻转

在时钟脉冲和激励信号作用下，可以实现置1（置位）、置0（复位）、保持和翻转的操作。

J、K的作用分别与RS触发器中S和R的作用相当，分别起置位和复位作用，但均为高电平有效，且允许同时有效。5.2.3钟控JK触发器（2）次态方程为功能描述（1）JK触发器功能表JKQn+1功能说明0

00

11

01

1Q01不变置0置1翻转（3）JK触发器激励表Q→Qn+1J

K0

00

11

01

10

d1

dd

1d

0（4）JK触发器状态表现态Q次态Qn+1JK=00JK=01JK=11JK=100101001011(5)状态图如果将JK触发器的J和K相连作为T输入端就构成了T触发器。

JJK5.2.4钟控T触发器如果将JK触发器的J和K相连作为T输入端就构成了T触发器。

T5.2.4钟控T触发器

图T触发器(a)国标符号；(b)惯用符号；(c)功能表；5.2.4钟控T触发器T触发器特性方程：

当T触发器的输入控制端为T=1时，称为T’触发器。T’触发器的特性方程为：5.2.4钟控T触发器触发器逻辑功能变换触发器的应用（1）JK触发器改为D触发器JK触发器特征方程：D触发器特征方程：J＝D＝D比较得：QQKJ1K1JCPC11D四、触发器的应用（2）D触发器改为JK触发器D触发器特征方程：JK触发器特征方程：比较得：若用与非门实现，则：

触发器的应用特点：

当时钟控制信号为低电平（CP=0）时，触发器保持原来状态不变；当时钟控制信号为高电平（CP=1）时，触发器在输入信号作用下发生状态变化。即：触发器状态转移是被控制在一个约定的时间间隔内，而不是控制在某一时刻进行，这种钟控方式被称为电位触发方式。

简单钟控触发器的特点与问题同步触发器存在的问题——空翻由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，如果在CP=1期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。同步触发器存在的问题——空翻在一个时钟脉冲周期中，触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。空翻将造成触发器状态的不稳定，使系统工作絮乱，这是不允许的。引发原因：

在时钟脉冲为高电平期间，输入信号的变化直接控制着触发器状态的变化。具体来说，当时钟CP=1时，如果输入信号发生变化，则触发器状态会跟着发生变化，从而使得一个时钟脉冲作用期间引起多次翻转。

解决方法：

为了克服简单钟控触发器所存在的“空翻”现象，必须对控制电路的结构进行改进。为此，引出了主从钟控触发器、边沿钟控触发器等不同类型的集成触发器。引起空翻的原因与解决方法结构特点：由主触发器和从触发器两部分组成，主、从触发器的时钟相位相反。主触发器的状态作为从触发器的输入，从触发器的状态作为整个触发器的状态输出。5.3主从钟控触发器5.3.1主从RS触发器1．电路结构由两级同步RS触发器串联组成。G1～G4组成从触发器，G5～G8组成主触发器。CP

与CP’互补，使两个触发器工作在两个不同的时区内。主从触发器的触发翻转分为两个节拍：（1）当CP＝1时，CP’＝0，从触发器被封锁，保持原状态不变：主触发器工作，接收R和S端的输入信号。5.3.1主从RS触发器主从触发器的触发翻转分为两个节拍：（2）当CP由1跃变到0时，即CP=0、CP’＝1。主触发器被封锁，输入信号R、S不再影响主触发器的状态；从触发器工作，接收主触发器输出端的状态。5.3.1主从RS触发器1.主从触发器的翻转在CP下降沿发生。2.主、从触发器的时钟反相；3.CP一旦变为0后，主触发器被封锁，其状态不再受R、S影响，因此不会有空翻现象。4.具有直接清0和直接置1功能。5.3.1主从RS触发器工作波形①触发器状态的变化发生在时钟脉冲CP由1变为0时，而在CP=0期间主触发器被封锁，其状态不再受输入R、S的影响，因此不会引起“空翻”现象。工作特点②触发器的状态取决于CP由1变为0时主触发器的状态，而主触发器的状态在CP=1期间是随输入R、S变化的，所以触发器的状态实际上取决于CP下降沿之前输入R、S的值。工作特点逻辑功能

逻辑功能与简单钟控RS触发器完全相同，其次态方程和约束方程为

（次态方程）

R·S=0（约束方程）

由于主从RS触发器状态的变化发生在时钟脉冲CP由1变为0时刻（下