1、概 述,第 4 章 触发器,触发器的基本形式,无空翻触发器,触发器的应用,本章小结,主要要求：,了解触发器的基本特性和作用。,了解触发器的类型和逻辑功能的描述方法。,4.1 概 述,一、触发器的基本特性和作用,Flip - Flop，简写为 FF，又称双稳态触发器。,一个触发器可存储 1 位二进制数码,触发器的作用,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。 而门电路无记忆功能，由它构成的电路在某时刻的输 出完全取决于该时刻的输入，与电路原来状态无关；,触发器和门电路是构成数字电路的基本单元。,二、触发器的类型,根据逻辑功能不同分为,根据触发
2、方式不同分为,根据电路结构不同分为,三、触发器逻辑功能的描述方法,主要有特性表、特性方程、驱动表 (又称激励表)、状态转换图和波形图 (又称时序图)等。,四、一些约定,1态：,0态：,不定状态：,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。,4.2、基本 RS 触发器,Basic Flip - Flop,返回,一、由与非门组成的基本 RS 触发器,接上反馈后，,即当 Sd由0变为1时，或者由1变为0时，状态能保持住。,1. 电路结构及逻辑符号,置0端，也称复位端。 R 即 Reset,置1端，也称置位端。 S 即 Set,工
3、作原理,2. 工作原理及逻辑功能,0,1,1,1 1,0,触发器被置 0,2. 工作原理及逻辑功能,1,0,0,1 1,1,触发器被置 1,2. 工作原理及逻辑功能,G1 门输出,G2 门输出,2. 工作原理及逻辑功能,Rd,Sd,Q,Q,3. 逻辑功能的描述,特性表,与非门组成的基本 RS 触发器特性表,注意,特性方程：,5. 基本RS触发器的波形图,4. 基本RS触发器的状态转换图,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。,6. 基本RS触发器特点,（1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。 （2）电路具有两个
4、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。 （3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。 （4）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。,二、由或非门组成的基本RS触发器,波形分析举例,解：,初态为 0，故保持为 0。,三、基本RS触发器的应用消除机械开关抖动,四、总结 （1）基本 RS 触发器的两种形式,4.3、同步触发器,Synchronous Flip - 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 Clock Pulse，它是一串周期和
5、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。,增加同步信号时钟脉冲CP，触发器的状态与时钟脉冲 同步变化。,G1、G2: 基本RS触发器,G3、G4: 输入控制门,一、 同步RS 触发器,1.电路组成,2. 同步RS触发器逻辑功能分析,2. 同步RS触发器逻辑功能分析,3. 同步RS触发器特性表,4. 同步RS触发器特性方程,RS不能同时为1,5. 同步RS触发器波形图,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。,6. 同步RS触发器空翻现象,动作特点： 在CP
6、1的全部时间里，S或R的变化都能引起触发器输出端状态的改变。,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。,异步置位（置1）端,异步复位（置0）端,初始状态的预置,解：,例 试对应输入波形画出下图中 Q 端波形。,原态未知,VCC,二、同步 D 触发器,1. 电路结构、逻辑符号和逻辑功能,D,同步 D 触发器功能表,称为 D 功能,特点：Qn+1 跟随 D 信号,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)。,触发器,初始状态为 0,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,2. D 触发器的特性表、特性方
7、程和状态转换图,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。,它们是触发器逻辑功能的不同描述方法，也是时序逻辑电路逻辑功能的描述方法。,特性方程,Qn+1 = D,无约束,Qn+1 在 D = 0 时就为 0，与 Qn 无关。,Qn+1 在 D = 1 时就为 1，与 Qn 无关。,2. D 触发器的特性表、特性方程和状态转换图,同步D触发器状态转换图,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,4.4主从触发器,工作特点：CP = 1 期间，主触发器接收输入信号；CP = 0 期间，主触发器保持
8、CP 下降沿之前状态不变，而从触发器接受主触发器状态。因此，主从触发器的状态只能在 CP 下降沿时刻翻转。这种触发方式称为主从触发式。,Master - Slave Flip - Flop,1.结构特点：,一. 主从RS触发器,2.工作原理,注意: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 F 在CP=1时动作，从 F 在CP 动作； 2）只在时钟信号的下跳边沿发生翻转，克服空翻。 3) 约束状态依然存在.,主从RS触发器时序图（波形图）,主触发器开 从触发器关,主触发器关 从触发器开,二、主从JK触发器（为了去除约束条件）,2 工作 原理,主触发器,从触发器
9、,4.特性方程,3. 主从JK特性表,注意:适用于CP=1期间J、K不变!,5波形图,6动作特点,7主从JK触发器的一次变化问题,一次变化：由于有两条从输出 到输入的反馈线，在CP=1期间，从触发器维持原状态不变，且Q和Q互补，总有一个为低电平，必然使主触发器有一个门被封锁，故J、K 输入变量只有一个对主触发器起作用，一旦输入变量因干扰引起翻转，即使干扰消失，主触发器不能回到原来的状态,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。,影响：误
10、触发,45 边沿触发器,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。,（1）维持阻塞边沿触发器 （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,2工作原理： (1)CP=0时，G3,G4封锁，Q保持不变; G5,G6打开,把D引入,保持不变,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。,D,D,(2)CP 01瞬间: G3,G4开通，Q5,Q6继续传送到G1,G2;,(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;G
11、3,G6被封锁，D即使在CP=1期间变成0，保持Q=1,若原来D=0;,置0维持线,置1维持线，,置0阻塞线,置0阻塞线,置1阻塞线,正边沿触发器,二、其他边沿触发器,三、边沿触发器工作波形分析举例,解：,例设触发器初态为 0，试对应输入波形画出 Q1、Q2 的波形。,D 触发器特性方程为 Qn+1 = D,功能是翻转,因此,1,0,触发器初态为 0,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。,解：,例设触发器初态为 1，试对应输入波形画出 Q1、Q2 的波形。,触发器初态为 1,1,0,1,0,触发器初态为 1,基本RS触发器：任意时刻，
12、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,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。,在TTL触发器中， TTL与非门的输入特性和输出特性对触发器仍然适用。在CMOS触发器中， CMOS非门的输入特性和输
13、出特性对触发器仍然适用。,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。,了解触发器各种逻辑功能间的转换方法。,4.7 触发器的应用,理解触发器及其简单应用电路的分析方法。,一、触发器的五种逻辑功能及其转换,(一)触发器五种逻辑功能的比较,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,(二)不同逻辑功能间的相互转换,2、JK触发器 D触发器,方法：将已知 F 和待求 F 特征方程联立求解。,1、D触发器 JK触发器,3、JK触发器 T触发器,4、D触发器 T触发器,5、D触发器T触发器,6、JK触发器T触发器
14、,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 注意事项在这里多适用。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。,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。,解：,fQ1 = fCP/2 = 2 MHz， fQ2 = fCP/4 = 1 MHz,CP,对 CP 二分频,对 CP 四分频,解：,例 试对应输入波形画出下图电路的输出波
15、形。,设计一个三人抢答电路，要求A, B, C三个人各控制一个按键开关KA, KB, KC和一个发光二极管DA, DB, DC。谁先按下开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。,触发器和门电路是构成数字系统的基本逻辑单元。 前者具有记忆功能，用于构成时序逻辑电路； 后者没有记忆功能，用于构成组合逻辑电路。,本章小结,触发器有两个基本特性：有两个稳定状态； 在外信号作用下，两个稳定状态可相互转换， 没有外信号作用时，保持原状态不变。因此， 触发器具有记忆功能，常用来保存二进制信息。,一个触发器可存储 1 位二进制码，存储n 位二进制码则需用 n 个触发器。,触发器的逻辑功能是指触发器
16、的次态与现态及输入信号之间的逻辑关系。其描述方法主要有特性表、特性方程、驱动表、状态转换图和波形图(又称时序图)等。, 触发器根据逻辑功能不同分为, 根据触发方式不同分为,不同触发方式的工作特点,正电平触发式触发器的状态在 CP = 1 期间翻转，在 CP = 0 期间保持不变。电平触发式触发器的缺点是存 在空翻现象，通常只能用于数据锁存。,主从触发器由分别工作在时钟脉冲 CP 不同时段的主触 发器和从触发器构成，通常只能在 CP 下降沿时刻状态 发生翻转，而在 CP 其它时刻保持状态不变。它虽然 克服了空翻，但对输入信号仍有限制。,边沿触发器只能在 CP 上升沿(或下降沿)时刻接收输 入信号，其状态只能在 CP 上升沿(或下降沿)时刻发 生翻转。它应用范围广、可靠性高、抗干扰能力强。,
