1、第四章集成触发器 4 1基本触发器4 2时钟控制的触发器4 3主从型触发器4 4边沿触发器 前面介绍的电路 其共同特点是当前的输出完全取决于当前的输入 与过去的输入无关 它们没有记忆功能 在数字系统中 常常需要有记忆功能 能存储数字信息的逻辑部件 触发器即是 4 1基本触发器 4 1 1电路组成和工作原理 1 功能描述基本触发器的电路图如图4 1 a 所示 它由两个与非门交叉耦合组成 和是触发器两个输出端 当 0 1时 称触发器状态为0 当 1 0时 称触发器状态为1 基本触发器有两个输入端 和 图4 1 b 所示为其逻辑符号 图4 1基本触发器及逻辑符号 2 工作原理 1 0 1时 则Q 0
2、 1 触发器置0 2 1 0时 则Q 1 0 触发器置1 3 1时 触发器状态保持不变 触发器具有保持功能 4 0 0时 则Q 1 触发器两个输出端均为1 破坏了触发器的功能 实际工作不允许出现 即为约束条件 4 1 2工作波形和功能描述 1 基本触发器工作波形由图4 2基本触发器工作波形可知 如果 0和 0的持续时间相同 并且同时发生由0到1的变化 就会出现竞争现象 并且电路的竞争使得最终稳定状态不能确定 但假若 0和 0后 和不是同时恢复为1 即它们的持续时间不同 那么最后稳定的新状态可以确定 图4 2基本触发器工作波形 由以上分析可知 由两个与非门交叉耦合构成的基本触发器具有置0 置1和
3、保持的功能 通常称端为置1端 因为 0时被置1 所以是低电平有效 端为置0端 因为 0时被置0 所以是低电平有效 2 功能描述 三种方法 1 状态转换真值表为了表明在输入信号作用下 触发器的次态Qn 1及现态Qn与输入信号之间的关系 可将上述对触发器分析的结论用表格的形式来描述 见表4 1 表4 1基本触发器状态转换真值表 QnQn 1 2 特征方程 状态方程 触发器逻辑功能还可以用逻辑函数表达式来描述 称之为特征方程或状态转换方程 由表4 1的状态转换真值表通过卡诺图 图4 3 化简可得 由于和同时为0时 状态Qn和Qn 1相等破坏了触发器的功能 实际中不允许出现 为了确保触发器的功能 输入
4、信号和应满足 图4 3基本触发器卡诺图 3 状态转换图图4 4所示为基本触发器的状态转换图 图中两个圆圈分别代表基本触发器的两个稳定状态 箭头表示在输入信号作用下状态转换的方向 箭头旁的标注表示状态转换的条件 这与状态转换真值表所描述的功能是一致的 图4 4基本触发器状态转换图 4 2时钟控制的触发器 基本触发器 只要输入信号发生变化 触发器状态发生相应的变化 在实际使用中 通常要求触发器按一定的时间节拍动作 即受时钟脉冲 CP 的控制 翻转到何种状态则由输入信号决定 于是出现了各种钟控触发器 将其按功能分 钟控RS触发器D触发器T触发器JK触发器 4 2 1钟控RS触发器1 电路组成和工作原
5、理电路组成 A门和B门构成基本触发器 C门和D门构成触发导引电路 工作原理 当CP 0时 C门和D门输出均为1 输入信号作用不到输出门上 基本触发器状态不变 当CP 1时 输入信号R S才通过导引门C D加入到基本触发器 具体工作状态分析如下 图4 5钟控RS触发器及逻辑符号 1 R S 0时 C门 D门输出均为1 相当于基本触发器 1 所以触发器状态保持不变 2 R 0 S 1时 D门输出为0 C门输出为1 相当于 1 0 所以触发器输出Q 1 0 3 R 1 S 0时 C门输出为0 D门输出为1 相当于 0 1 所以触发器输出Q 0 1 4 R S 1时 C门和D门输出均为0 相当于 0
6、则Q 1 破坏了触发器的功能 实际不允许出现 2 功能描述 1 钟控RS触发器状态转换真值表 2 特征方程将钟控RS触发器状态转换真值表通过卡诺图化简可得到 特征方程RS 0约束条件 3 状态转换图钟控RS触发器在CP 1时状态转换图 4 2 2钟控JK触发器在RS触发器中 R S 1是被禁止的 JK触发器就是为取消这个禁止而产生的 1 电路组成和工作原理电路组成 在钟控RS触发器基础上 将R到Q和S到连接 分别加在C门和D门的输入端再增加JK两个输入端 构成钟控JK触发器 工作原理 当CP 0时 J K的输入信号作用不到输出端的A门和B门上 所以触发器将保持原状态 即Qn 1 Qn 当CP
7、1时 具体工作状态分析如下 1 当J K 0时 C D门均被阻塞 即输出1 触发器保持原状态不变 即Qn 1 Qn 2 当J K 1时 触发器状态发生转换 即Qn 1 3 当J 1 K 0时 如果触发器初始状态为Q 0 1 则D门输出1 C门输出为0 使触发器次态Q 1 0 若触发器初始状态为1 则C门 D门输出均为1 触发器仍保持Q 1 0 4 当J 0 K 1时 如果触发器初始状态为Q 0 1 则C门 D门输出均为1 触发器保持0状态 若触发器初始状态为Q 1 0 则C门输出0 D门输出1 使触发器翻转到Q 0 1 2 功能描述 1 钟控JK触发器状态转换真值表 R S 2 特征方程将钟控
8、JK触发器状态转换真值表通过卡诺图化简可得到 特征方程 3 状态转换图钟控JK触发器在CP 1时状态转换图 JK 第17次课end 4 2 3钟控T触发器和T 触发器1 T触发器 1 电路组成和工作原理电路组成 在钟控JK触发器基础上 将J和K连接到一起 作为T输入端 构成钟控T触发器 工作原理 当CP 0时 T输入信号作用不到输出端的A门和B门上 所以触发器将保持原状态 即Qn 1 Qn 当CP 1时 具体工作状态分析如下 K J 1 当T 0时 C D门输出均为1 触发器保持原状态不变 即Qn 1 Qn 2 当T 1时 触发器状态发生转换 即Qn 1 2 功能描述1 钟控T触发器状态转换真
9、值表 2 特征方程取J K T 代入JK触发器特征方程 可得T触发器特征方程特征方程 3 状态转换图钟控T触发器在CP 1时状态转换图 2 T 触发器触发器除了有记忆功能外 另一个用途是计数 T 触发器称为计数触发器 能对到来的计数脉冲进行计数 每到来一个脉冲 触发器的状态就改变一次 1 电路组成在钟控T触发器基础上 让T信号恒等于1 T 1 就构成钟控T 触发器 2 功能描述T 触发器有计数功能 其特征方程表示为 Qn 1 4 2 4钟控D触发器1 电路组成和工作原理电路组成 在钟控JK触发器基础上 取J和K不相等 D J 作为输入端 构成钟控D触发器 工作原理 当CP 0时 D的输入信号作
10、用不到输出端的A门和B门上 所以触发器将保持原状态 即Qn 1 Qn 当CP 1时 具体工作状态分析如下 1 D 1时 D触发器输出Q 1 0 2 D 0时 D触发器输出Q 0 1 2 特征方程 3 状态转换图钟控D触发器在CP 1时状态转换图 2 功能描述 1 钟控JK触发器状态转换真值表 4 2 5钟控触发器的空翻现象上面分析的钟控触发器 电路均由4个与非门组成 当CP 0时 触发器不接收输入信号 状态保持不变 CP 1时 触发器接受输入信号 状态发生转换 这种钟控方式称为电位 平 触发方式 它存在触发器的空翻现象 为使触发器能在CP 1期间可靠翻转 CP 1的宽度不应小于2tpd 因此
11、对CP 1的宽度要求十分苛刻 而且由于每个与非门的延迟时间也不同 实际上无法确定CP的宽度 为了避免空翻 必须采用其他的电路结构 4 3 1主从RS触发器1 电路组成和工作原理电路组成 它是由两个钟控RS触发器组成 主触发器的输出端连接到从触发器的输入端S和R上 而从触发器的输出Q作为整个主从触发器的输出 再由一个非门控制主从触发器交替地工作 4 3主从触发器 b 图中的直接置位复位端的讲解 参看 高教 书 并解释 拐角 符号的意义 a b 两图中仍有许多要修改的地方 加到主触发器的时钟脉冲为CP 而加到从触发器的为 R S信号加到主触发器的输入端 作为整个主从触发器的输入 工作原理 当CP
12、0时 主触发器的状态不变 而这时 1 从触发器的状态跟随主触发器的状态 即Q Q主 当CP 1时 则 0 从触发器状态不变 而这时主触发器接收输入R S信号 由上述分析可见 主从触发器工作分两步进行 第一步 准备阶段 当CP由0跳变到1及CP 1期间主触发器接收输入信号 从触发器被封锁 因此触发器状态保持不变 第二步 当CP由1跳变到0时及CP 0期间 主触发器被封锁 状态保持不变 从触发器接收此时主触发器状态 进行相应的状态变化 总之主从触发器输出状态的改变是在时钟脉冲下跳沿发生的 一次CP的到来 只会引起主从触发器状态改变一次 有效克服了空翻 由于主从RS触发器是由两个钟控RS触发器组成的
13、 所以它的功能描述即真值表 特征方程 约束条件 状态转换图均和钟控RS触发器相同 在主从RS触发器逻辑符号中 CP端的小圆圈表示CP脉冲到下降沿时 触发器状态发生翻转 端的小圆圈表示低电平或负脉冲有效 4 3 2主从JK触发器把主从RS触发器的Q端接至R 端接至S 并增加J K输入端 即可构成主从JK触发器 a b 两图中仍有许多要修改的地方 主从JK触发器的特征方程 主从JK触发器的功能描述和钟控JK触发器完全一样 只不过主从JK触发器是在时钟脉冲的下跳沿翻转 4 4边沿触发器 为了克服在一个时钟周期CP内 主触发器接受输入信号的多次改变 从而影响从触发器在CP下降沿到达时的动作分析 故引入
14、其他结构的触发器 边沿触发器 配合其他教参讲例题 表触发器的逻辑符号 维持阻塞触发器和上升沿触发器的边沿触发器 以D触发器为例 Q Q R S R S Q Q Q Q R S Q Q Q Q R S Q Q Q Q D Q Q Q Q K J Q Q Q Q K J Q Q 由与非门构成的基本RS触发器 由或非门构成的基本RS触发器 同步式时触发器 以RS功能触发器为例 边沿式触发器及下降沿触发器维持阻塞触发器 JI功能触发器为例 主从式触发器 以JK功能触发器为例 触发器类型 触发器惯用符号 新标准符号 R S Q Q S S Q Q Q Q Q Q Q Q R S S R D CP J K CP K J CP CP CP CP CP CP S R R R S R 1S 1R Q Q CI CI ID CI 1J 1K 1J 1K CI D J K 第18次课end D D J K
