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第四章第四章 集成触发器集成触发器学习要点学习要点触发器的电路结构与动作特点触发器的电路结构与动作特点触发器分类及电路结构和功能间的关系触发器分类及电路结构和功能间的关系 触发器逻辑功能描述触发器逻辑功能描述 不同触发器之间的相互转换不同触发器之间的相互转换1.5.1 概概 述述 触发器（触发器（Flip Flop，简写为，简写为FF）是具有记忆）是具有记忆功能的单元电路，由门电路构成，专门用来接收存功能的单元电路，由门电路构成，专门用来接收存储输出储输出0、1代码。代码。它有双稳、它有双稳、单稳态和无稳态触单稳态和无稳态触发器（多谐振荡器）等几种。本章所介绍的是双稳发器（多谐振荡器）等几种。本章所介绍的是双稳态触发器态触发器,即其输出有两个稳定状态即其输出有两个稳定状态0、1。2.只有输入触发信号有效时，只有输入触发信号有效时，输出状态才有可能输出状态才有可能转换；否则，输出将保持不变。转换；否则，输出将保持不变。双稳态触发器按功能分为双稳态触发器按功能分为RS、JK、D、T和和T型触发器。型触发器。按结构分为基本、按结构分为基本、同步、主从、维持阻塞和边同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器。沿型触发器。按触发工作方式分为上升沿、下降沿（边沿）按触发工作方式分为上升沿、下降沿（边沿）触发器和高电平、低电平（电平）触发器。触发器和高电平、低电平（电平）触发器。3.一、电路组成一、电路组成一、电路组成一、电路组成 基本基本基本基本RSRS触发器是一种最简单的触发器，是构成各种触发器是一种最简单的触发器，是构成各种触发器是一种最简单的触发器，是构成各种触发器是一种最简单的触发器，是构成各种触发器的基础。它由两个与非门（或者或非门）的输入触发器的基础。它由两个与非门（或者或非门）的输入触发器的基础。它由两个与非门（或者或非门）的输入触发器的基础。它由两个与非门（或者或非门）的输入和输出交叉连接而成，如图和输出交叉连接而成，如图和输出交叉连接而成，如图和输出交叉连接而成，如图4.14.1所示，有两个输入端所示，有两个输入端所示，有两个输入端所示，有两个输入端R R和和和和S S（又称触发信号端）；（又称触发信号端）；（又称触发信号端）；（又称触发信号端）；R R为复位端，当为复位端，当为复位端，当为复位端，当R R有效时，有效时，有效时，有效时，QQ变变变变为为为为0 0，故也称，故也称，故也称，故也称R R为置为置为置为置0 0端；端；端；端；S S为置位端，当为置位端，当为置位端，当为置位端，当S S有效时，有效时，有效时，有效时，QQ变变变变为为为为1 1，称，称，称，称S S为置为置为置为置“1”“1”端；还有两个互补输出端端；还有两个互补输出端端；还有两个互补输出端端；还有两个互补输出端QQ和和和和 Q Q：当当当当Q=1Q=1，Q=0Q=0；反之亦然反之亦然反之亦然反之亦然5.2 基本基本RS触发触发4.图图5.1 基本基本RS触发器触发器（a）逻辑图逻辑图;（b）逻辑符号；逻辑符号；（c）逻辑符号逻辑符号！方框下面的两个小圆圈表示输入低电平有效！方框下面的两个小圆圈表示输入低电平有效！方框下面的两个小圆圈表示输入低电平有效！方框下面的两个小圆圈表示输入低电平有效5.二、功能分析二、功能分析二、功能分析二、功能分析 触发器有两个稳定状态。触发器有两个稳定状态。触发器有两个稳定状态。触发器有两个稳定状态。QnQn为触发器的原状态为触发器的原状态为触发器的原状态为触发器的原状态（现态），即触发信号输入前的状态；（现态），即触发信号输入前的状态；（现态），即触发信号输入前的状态；（现态），即触发信号输入前的状态；Qn+1 Qn+1为触发为触发为触发为触发器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。器的新状态（次态），即触发信号输入后的状态。其其其其功能可采用状态表、驱动表、特性方程、逻辑符号图功能可采用状态表、驱动表、特性方程、逻辑符号图功能可采用状态表、驱动表、特性方程、逻辑符号图功能可采用状态表、驱动表、特性方程、逻辑符号图以及状态图、波形图来描述。以及状态图、波形图来描述。以及状态图、波形图来描述。以及状态图、波形图来描述。1.1.状态表状态表状态表状态表 如图如图如图如图5.15.1（a a）所示可知）所示可知）所示可知）所示可知:6.表表表表5.1 5.1 状态表状态表状态表状态表 输 入输出逻辑功能 R S QnQn+1 0 00不定1 0 100置010 1 001置111 1 100保持不变 1 1 该触发器有置该触发器有置该触发器有置该触发器有置“0”“0”、置、置、置、置“1”“1”、保持功能。、保持功能。、保持功能。、保持功能。R R与与与与S S均为低均为低均为低均为低电平有效。当电平有效。当电平有效。当电平有效。当R R、S S均为低电平时，输出状态不定。均为低电平时，输出状态不定。均为低电平时，输出状态不定。均为低电平时，输出状态不定。！由状态表可转换为驱动表！由状态表可转换为驱动表！由状态表可转换为驱动表！由状态表可转换为驱动表7.图图5.2 5.2 卡诺图卡诺图 2、特性方程特性方程 据表5.1画出卡诺图如图5.2所示，化简得：R+S=1(约束条件)8.图图图图5.3 5.3 状态图状态图状态图状态图3、状态图状态图 如图如图5.3所示。图中所示。图中,圆圈表示状态的个数，圆圈表示状态的个数，箭头表示状态转换的方向，箭头线上标注的触箭头表示状态转换的方向，箭头线上标注的触发信号取值表示状态转换的条件。发信号取值表示状态转换的条件。9.图图图图5.4 5.4 波形图波形图波形图波形图4、波形图、波形图 如图如图5.4所示，所示，画图时应根据功能表来确定各个画图时应根据功能表来确定各个时间段时间段Q与与 Q 的状态。的状态。10.基本触发器的特点总结基本触发器的特点总结：（1 1）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。）有两个互补的输出端，有两个稳定的状态。（2 2）有复位（）有复位（Q=0Q=0）、置位（）、置位（Q=1Q=1）、保持原状态三种功）、保持原状态三种功能。能。（3 3）R R为复位输入端，为复位输入端，S S为置位输入端，可以是低电平有为置位输入端，可以是低电平有效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。效，也可以是高电平有效，取决于触发器的结构。（4 4）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需要作用很短的一段时间，即号只需要作用很短的一段时间，即“一触即发一触即发”。11.【思考题】【思考题】1.基本基本RS触发器有几种功能？触发器有几种功能？RS各在什么时各在什么时候有效候有效?2.触发器有哪几种类型？触发器有哪几种类型？3.基本基本RS触发器的逻辑功能表示方法有哪几触发器的逻辑功能表示方法有哪几种？种？12.给触发器加一个时钟控制端给触发器加一个时钟控制端CP，只有在，只有在CP端上出端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。这种触发器称现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。这种触发器称为同步触发器。为同步触发器。5.3.1 5.3.1同步同步RSRS触发器触发器 一同步一同步RS触发器的电路结构触发器的电路结构5.3 同步触发器同步触发器13.二逻辑功能二逻辑功能二逻辑功能二逻辑功能当当CP0 0时，控制门时，控制门G3 3、G4关闭，触发器的状态保持不变。关闭，触发器的状态保持不变。当当CP1 1时，时，G3 3、G4 4打开，其输出状态由打开，其输出状态由R、S端的输入信号决定。端的输入信号决定。同步同步RS触发器的状态转换分别由触发器的状态转换分别由R、S和和CP控制，其中，控制，其中，R、S控制状态转换的方向；控制状态转换的方向；CP控制状态转换的时刻。控制状态转换的时刻。表表5.2 功能表功能表 CP R SQn+1功能功能 1111 0 0 0 1 1 0 1 1Qn0保持保持置置1置置0不定不定14.三触发器功能的几种表示方法三触发器功能的几种表示方法三触发器功能的几种表示方法三触发器功能的几种表示方法 触触发发器器的的功功能能除除了了可可以以用用功功能能表表表表示示外外，还还有有几几种种表示方法：表示方法：1、特性方程、特性方程 由功能表画出卡诺图得特性方程：由功能表画出卡诺图得特性方程：15.2 2、状态转换图、状态转换图 状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一状态转换图表示触发器从一个状态变化到另一个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。个状态或保持原状不变时，对输入信号的要求。16.3、波形图、波形图 触触发发器器的的功功能能也也可可以以用用输输入入输输出出波波形形图图直直观观地地表表示出来。示出来。17.四同步触发器存在的问题四同步触发器存在的问题空翻空翻由于在由于在CP=1期间，期间，G3、G4门都是开着的，都能接收门都是开着的，都能接收R、S信号，所信号，所以，如果在以，如果在CP=1期间期间R、S发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次变化，则触发器的状态也可能发生多次翻转。发生多次翻转。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。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。18.5.3.2、D触发器触发器1、特性方程特性方程2、D触发器的特性表触发器的特性表D00001010111119.3、D触发器的状态转换图触发器的状态转换图20.CMOS主从结构的边沿触发器主从结构的边沿触发器21.5.3.3、同步、同步JK触发器触发器1、特性方程特性方程2、JK触发器的特性表触发器的特性表01111011110110010110001011000000KJ22.3、JK触发器的状态转换图触发器的状态转换图23.&1&1&RDQQSDCPJK21RDSD负边沿负边沿JK触发器触发器24.5.3.4、同步、同步T触发器触发器1、特性方程特性方程2、T触发器的特性表触发器的特性表T00001110111025.3、T触发器的状态转换图触发器的状态转换图T=0T=1T=1T=00126.主从主从RS触发器触发器的缺点：使用时的缺点：使用时有有 约约 束束 条条 件件RS=0。1 1电路结构电路结构 为此，将触发器为此，将触发器的两个互补的输出的两个互补的输出端信号通过两根反端信号通过两根反馈线分别引到输入馈线分别引到输入端的端的G7、G8门，这门，这样，就构成了样，就构成了JK触触发器。发器。5.4.15.4.1主从主从主从主从JKJK触发器触发器触发器触发器5.4无空翻触发器无空翻触发器27.2 2 2 2逻辑功能逻辑功能逻辑功能逻辑功能(1(1）功能表：）功能表：（2 2）特性方程：）特性方程：表表5.3 状态表状态表 CP J K Qn+1功能 1111 0 0 0 1 1 0 1 1 Qn01保持置0置1翻转（计数）28.（3 3 3 3）状态转换图）状态转换图）状态转换图）状态转换图29.（4 4）时序图（波形图）时序图（波形图）l下降沿触发。下降沿触发。l异步输入端的作用：异步输入端的作用：当异步复位端有效时，触发器直接复零；当异当异步复位端有效时，触发器直接复零；当异步置位端有效时，触发器直接置位，与步置位端有效时，触发器直接置位，与CP脉脉冲无关。冲无关。画图时要注意以下两点：！在J=K或J=K=1两种情况下，触发器具备什么逻辑功能？（同学自己推导）30.【思考题】【思考题】1.负边沿触发器的CP脉冲何时有效？2.负边沿触发器如何克服空翻和振荡?3.T和T触发器有何功能?31.5.4.2 5.4.2 边沿触发器边沿触发器一、利用一、利用一、利用一、利用CMOSCMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器1电路结构电路结构:由由CMOS逻辑门和逻辑门和CMOS传输门组成主从传输门组成主从D触发器。触发器。由由于于引引入入了了传传输输门门，该该电电路路虽虽为为主主从从结结构构，却却没没有有一一次次变变化化问问题题，具有边沿触发器的特性。具有边沿触发器的特性。32.2 2工作原理工作原理触发器的触发翻转分为两个节拍：触发器的触发翻转分为两个节拍：（1 1）当当CP 变变为为1 1时时，TG1 1开开通通，TG2 2 关关闭闭。主主触触发发器器接收接收D信号。同信号。同时，时，TG3 3 关闭，关闭，TG4 4开通，从触发器保持原状态不变。开通，从触发器保持原状态不变。（2 2）当当CP 由由1 1变变为为 0 0 时时，TG1 1关关闭闭，TG2 2 开开通通，主主触发器自保持。同触发器自保持。同时时，TG3 3开开通通，TG4 4关关闭闭，从从触触发发器器接接收收主主触触发发器器的的状状态。态。33.1)电路工作原理 维持阻塞式D触发器由钟控RS触发器、引导门和4根直流反馈线组成，如图4-5所示。图中，RD、SD为直接置0、置1端，其操作不受CP控制，因此也称异步置0、置1端。当RDSD=01时，使得Q=1;3门、6门锁定，,由于 ，因而Q=0，无论CP和输入信号处于什么状态，都能保证触发器可靠置0。二二.维持维持阻塞式阻塞式D触发器触发器34.图 5.5 维持阻塞式D触发器 35.三、利用传输延迟时间的边沿触发器三、利用传输延迟时间的边沿触发器 图是利用门传输延迟时间构成的边沿图是利用门传输延迟时间构成的边沿JK触发器触发器逻辑电路。图中的两个与或非门构成基本逻辑电路。图中的两个与或非门构成基本RS触发触发器，两个与非门器，两个与非门(1、2门门)作为输入信号引导门，而作为输入信号引导门，而且在制作时已保证与非门的延迟时间大于基本且在制作时已保证与非门的延迟时间大于基本RS触发器的传输延迟时间。触发器的传输延迟时间。图 5.6 负边沿JK触发器 36.利用门传输延迟时间构成的边沿利用门传输延迟时间构成的边沿JK触发器是在触发器是在CP下降沿产生翻转，翻转方向决定于下降沿产生翻转，翻转方向决定于CP下降前瞬间的下降前瞬间的J、K输入信号。它只要求输入信号在输入信号。它只要求输入信号在CP下降沿到达之下降沿到达之前，在与非门前，在与非门1、2转换过程中保持不变，而在转换过程中保持不变，而在CP=0及及CP=1期间，期间，J、K信号的任何变化都不会影响触发信号的任何变化都不会影响触发器的输出。因此这种触发器比维持器的输出。因此这种触发器比维持阻塞式触发器在阻塞式触发器在数据输入端具有更强的抗干扰能力。数据输入端具有更强的抗干扰能力。其波形图如图其波形图如图5-7所示。所示。37.图图 5.7 边沿边沿JK触发器的理想波形图触发器的理想波形图 38.触发器功能的转换触发器功能的转换（1 1）JKD分别写出分别写出JK触发器和触发器和D D触发器的特性方程触发器的特性方程比较得：比较得：画出逻辑图：画出逻辑图：1.1.用用用用JKJK触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器39.（2 2）JKT（T）写出写出T触发器的特性方程：触发器的特性方程：与与JKJK触发器的特性方程比触发器的特性方程比较，得：较，得：J=T，K=T。令令T=1=1，即可得，即可得T触发器。触发器。40.2 2用用D触发器转换成其他功能的触发器触发器转换成其他功能的触发器（1 1）DJK写出写出D触发器和触发器和JK触发器的特性方程：触发器的特性方程：比较两式，得：比较两式，得：画出逻辑图。画出逻辑图。41.（2 2）DT图（图（b）（3 3）DT图（图（c）42.5.5 5.5 集成触发器的应用集成触发器的应用 例例 1 1 设设计计一一个个3人人抢抢答答电电路路。3人人A、B、C各各控控制制一一个个按键开关按键开关KA、KB、KC和和一一个个发发光光二二极极管管DA、DB、DC。谁谁先先按按下下开关，谁的开关，谁的发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。发光二极管亮，同时使其他人的抢答信号无效。43.利用触发器的利用触发器的“记忆记忆”作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。作用，使抢答电路工作更可靠、稳定。44.l本章作业:l4.1 4.2 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.17 4.2145.本章小结本章小结1 1触触发发器器有有两两个个基基本本性性质质：（1 1）在在一一定定条条件件下下，触触发发器器可可维维持持在在两两种种稳稳定定状状态态（0 0或或1 1状状态态）之之一一而而保保持持不不变变；（2 2）在在一一定定的的外外加加信信号号作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。作用下，触发器可从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。2 2描描写写触触发发器器逻逻辑辑功功能能的的方方法法主主要要有有特特性性表表、特特性性方方程程、驱驱动动表表、状态转换图和波形图状态转换图和波形图(又称时序图又称时序图)等。等。3 3按照结构不同，触发器可分为：按照结构不同，触发器可分为：(1)(1)基本基本RS触发器。触发器。(2)(2)同步触发器，电平触发方式。同步触发器，电平触发方式。(3)(3)主从触发器，脉冲触发方式。主从触发器，脉冲触发方式。(4)(4)边沿触发器，边沿触发方式。边沿触发器，边沿触发方式。4 4根据逻辑功能的不同，触发器可分为：根据逻辑功能的不同，触发器可分为：(1)(1)RS触发器触发器 (2)(2)JK触发器触发器 (3)(3)D触发器触发器 (4)(4)T触发器触发器 （T触发器触发器 ）5 5同同一一电电路路结结构构的的触触发发器器可可以以做做成成不不同同的的逻逻辑辑功功能能；同同一一逻逻辑辑功功能能的触发器可以用不同的电路结构来实现。的触发器可以用不同的电路结构来实现。6 6利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。利用特性方程可实现不同功能触发器间逻辑功能的相互转换。46.