《数字电子技术》课件第4章 触发器.ppt

1、 第第4 4章章 触发器触发器内容提要内容提要 在各类数字电路应用系统中，经常需要将在各类数字电路应用系统中，经常需要将二进制的代码信息保存起来进行处理。触发器二进制的代码信息保存起来进行处理。触发器就是实现存储二进制信息功能的单元电路。由就是实现存储二进制信息功能的单元电路。由于二进制信息只有于二进制信息只有0、l两种状态，所以触发器两种状态，所以触发器也必须具备有两个稳定状态：也必须具备有两个稳定状态：0状态和状态和l状态。状态。触发器可以在外加脉冲触发器可以在外加脉冲(又称触发脉冲又称触发脉冲)作用作用下在两种稳定状态间互相转换。触发器属于下在两种稳定状态间互相转换。触发器属于时序逻辑电

2、路，即该电路当前的输出状态不仅时序逻辑电路，即该电路当前的输出状态不仅与当前输入状态有关，而且还与电路原来的内与当前输入状态有关，而且还与电路原来的内部状态和输出状态有关。部状态和输出状态有关。本章内容本章内容4.1 触发器概述触发器概述 4.2 基本基本RSRS触发器触发器 4.3 同步触发器同步触发器 4.4 主从触发器主从触发器 4.5 T T 触发器触发器 4.6 集成触发器集成触发器 触发器的描述方法基本上有四种：逻辑图、真值表触发器的描述方法基本上有四种：逻辑图、真值表(又称特性表或功能又称特性表或功能表表)、特性方程、特性方程(即逻辑表达式即逻辑表达式)和波形图。所谓特性方程，是

3、指触发器的次和波形图。所谓特性方程，是指触发器的次态和当前输入变量及现态之间的逻辑关系式。其中，现态是指触发器在触发态和当前输入变量及现态之间的逻辑关系式。其中，现态是指触发器在触发脉冲作用时刻之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态，用脉冲作用时刻之前的状态，也就是触发器原来的稳定状态，用Q Qn n表示；次态表示；次态是指触发器在触发脉冲作用后新的稳定状态，用是指触发器在触发脉冲作用后新的稳定状态，用Q Qn n+1+1表示。表示。触发器的种类很多，可按以下几种方式进行分类：触发器的种类很多，可按以下几种方式进行分类：根据是否有时钟脉冲输入端，可将触发器分为基本触发器和钟控触发器。根据是否有

4、时钟脉冲输入端，可将触发器分为基本触发器和钟控触发器。根据逻辑功能的不同，可将触发器分为根据逻辑功能的不同，可将触发器分为RSRS触发器、触发器、D D触发器、触发器、JKJK触发器、触发器、T T触触发器。发器。根据电路结构的不同，可将触发器分为基本触发器、同步触发器、维持阻塞根据电路结构的不同，可将触发器分为基本触发器、同步触发器、维持阻塞触发器、主从触发器、边沿触发器。触发器、主从触发器、边沿触发器。根据触发方式的不同，可将触发器分为电平触发器、主从触发器、边沿触根据触发方式的不同，可将触发器分为电平触发器、主从触发器、边沿触发器。发器。4.1 4.1 触发器概述触发器概述基本基本RSR

5、S触发器是由两个与非门交叉连接构成，逻辑图如图（触发器是由两个与非门交叉连接构成，逻辑图如图（a a）所示，所示，R R和和S S是信号输入端，字母上面的反号表示低电乎有效，是信号输入端，字母上面的反号表示低电乎有效，即即R R、S S端为低电平时表示有信号、为高电平时表示无信号，端为低电平时表示有信号、为高电平时表示无信号，Q Q和和Q Q既表示触发器的状态，又是两个互补的信号输出端。既表示触发器的状态，又是两个互补的信号输出端。4.2.1 4.2.1 基本基本RSRS触发器触发器逻辑符号如图（逻辑符号如图（b b）所示，方框下面输入瑞处的小圆圈表示低）所示，方框下面输入瑞处的小圆圈表示低电

6、平有效，这是一种约定，只有当所加信号的实际电压力低电电平有效，这是一种约定，只有当所加信号的实际电压力低电平时才表示有信号，否则就是无信号。方框上面的两个输出端，平时才表示有信号，否则就是无信号。方框上面的两个输出端，一个无小圆圈，为一个无小圆圈，为Q Q 端，一个有小圆圈，为端，一个有小圆圈，为Q Q端，在正常工作端，在正常工作情况下，两者状态是互补的即一个为高电平另一个就是低电情况下，两者状态是互补的即一个为高电平另一个就是低电平，反之亦然。平，反之亦然。4.2.1 4.2.1 基本基本RSRS触发器触发器4.2.2 4.2.2 基本基本RSRS触发器逻辑功能触发器逻辑功能工作原理工作原理

7、 SR QQ&R=0、S=1时：由于R=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由S=1、Q=1可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成0状态，这种情况称将触发器置0或复位。R端称为触发器的置0端或复位端。4.2.2 4.2.2 基本基本RSRS触发器逻辑功能触发器逻辑功能R=1、S=0时：由于S=0，不论原来Q为0还是1，都有Q=1；再由R=1、Q=1可得Q0。即不论触发器原来处于什么状态都将变成1状态，这种情况称将触发器置1或置位。S端称为触发器的置1端或置位端。R=1、S=1时：根据与非门的逻辑功能不难推知，触发器保持原有状态不变，即原来的状态被触发器存储起来，这体现了触发器具有记

8、忆能力。R=0、S=0时：Q=Q=1，不符合触发器的逻辑关系。并且由于与非门延迟时间不可能完全相等，在两输入端的0同时撤除后，将不能确定触发器是处于1状态还是0状态。所以触发器不允许出现这种情况，这就是基本RS触发器的约束条件。4.2.2 4.2.2 基本基本RSRS触发器逻辑功能触发器逻辑功能特性表（真值表）特性表（真值表）RSnQ1nQ功 能000001不 用不 用不 允 许0100110001nQ置 01001011111nQ置 111011101nnQQ1保 持 在实际应用中，触发器的工作状态不仅要由在实际应用中，触发器的工作状态不仅要由R R、S S端的信端的信号来决定，而且还希望触

9、发器按一定的节拍翻转。为此，给号来决定，而且还希望触发器按一定的节拍翻转。为此，给触发器加一个时钟控制端触发器加一个时钟控制端CPCP，只有在，只有在CPCP端上出现时钟脉冲时，端上出现时钟脉冲时，触发器的状态才能变化。具有时钟脉冲控制的触发器状态的触发器的状态才能变化。具有时钟脉冲控制的触发器状态的改变与时钟脉冲同步，所以称为同步触发器。改变与时钟脉冲同步，所以称为同步触发器。4.3 同步触发器同步触发器4.3.1 同步同步RS触发器触发器G1 G2G3 G4S CP RS CP R&Q QS CP RS CP RQ QQ Q(a)逻辑电路(b)曾用符号1S C1 1RQ Q(c)国标符号&

10、CP0时，R=S=1，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与基本RS触发器相同。4.3.1 同步同步RS触发器触发器CP R S QnQn+1功能0QnnnQQ1保持1000100101nnQQ1保持101010111111nQ置 1110011010001nQ置 011101111不用不用不允许特特性性表表特性特性方程方程 01RSQRSQnnCP=1期间有效期间有效4.3.1 同步同步RS触发器触发器主主要要特特点点（1）时钟电平控制。在CP1期间接收输入信号，CP0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。（2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时

11、为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。波波形形图图C PRSQQ不变不变不变不变不变不变置1置0置1置0不变4.3.1 同步同步RS触发器触发器 触发器的特性方程，是指触发器输出状态的次触发器的特性方程，是指触发器输出状态的次态态Qn+1与现态与现态Q Qn n及输入之间的逻辑关系表达式。触及输入之间的逻辑关系表达式。触发器现态发器现态Q Qn n既是触发器现在的输出状态，又同时与既是触发器现在的输出状态，又同时与输入输入R R、S S共同决定着触发器下一个输出状态即次态共同决定着触发器下一个输出状态即次态Qn+1 。所以，特性方程实际上是以触发器的输入。所以，特性方程实际上是以触发器的

12、输入及现态作变量，输出次态为函数的逻辑方程及现态作变量，输出次态为函数的逻辑方程 约束条件1)(1SRQRSQRSQnnn 为了解决同步为了解决同步 RSRS触发器同时出现触发器同时出现 R R、S S都为都为 1 1时次态不确时次态不确定的问题，只需在同步定的问题，只需在同步 RSRS触发器的基础上，对其控制电路触发器的基础上，对其控制电路稍做改变，即在稍做改变，即在 R R、S S 输入端之间加一个非门，构成一个单输入端之间加一个非门，构成一个单输入触发器，这种触发器称作同步输入触发器，这种触发器称作同步 D D触发器。触发器。4.3.2 同步同步D触发器触发器G3 G4G1 G2 S R

13、DG1 G2CPQ Q(a)D 触发器的构成1D D CP 1D C1Q Q(c)逻辑符号CPG3 G4&Q Q(b)D 触发器的简化电路SR&4.3.2 同步同步D触发器触发器将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：DQDDQRSQnnn1CP=1期间有效期间有效4.3.2 同步同步D触发器触发器01D=1/0/0/1/状状态态图图波波形形图图CPDQQ在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号D情况的不同，具有置0、置1功能的电路，都称为D触发器。4.3.3 同步触发器存在的问题同步触发器存在的问题空翻空翻 在一个时钟周期的整个高电平期间或整个低电平

14、期间都能接收输入信号并改变状态的触发方式称为电平触发。由此引起的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。空翻是一种有害的现象，它使得时序电路不能按时钟节拍工作，造成系统的误动作。CPSRQ有效翻转空翻图同步触发器的空翻波形4.5 RS 为了克服触发器存在的空翻现象，要求在一个CP脉冲的作用周期内，触发器的状态只能翻转一次。为此，又设计出多种能解决空翻问题的触发器，如边沿触发器、主从触发器等。主从触发器只在时钟脉冲 CP的上升沿和下降沿时刻才有效，电路状态才能发生翻转，从而没有空翻现象。这里介绍常用的主从 RS 触发器、主从 JK 触发器和 T触发器。4.4 主从触发器主从触发器

15、4.4.1 主从主从RS触发器触发器G5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9(a)逻辑电路&工作原理工作原理（1）接收输入信号过程CP=1期间：主触发器控制门G7、G8打开，接收输入信号R、S，有：从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。01RSQRSQnmnm4.4.1 主从主从RS触发器触发器G5 G6G1 G2G7 主触发器 G8Qm QmG3 从触发器 G4&Q Q&1S R CPCPG9&（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门G7、G8封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门G3、G

16、4被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在CP=0期间，由于主触发器保持状态不变，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、Q的值当然不可能改变。01RSQRSQnn特性特性方程方程CP下降沿到来时有效4.4.1 主从主从RS触发器触发器 Q Q S RS CP RQ Q(b)曾用符号 1S 1RS CP RQ Q(c)国标符号CPC1逻辑符号逻辑符号电路特点电路特点主从RS触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。但其仍然存在着约束问题，即在CP1期间，输入信号R和S不能同时为1。4.4.1

17、主从主从RS触发器触发器主从 RS触发器要点归纳(1)主从 RS触发器的逻辑功能和同步 RS触发器相同，因此，它们的真值表、状态转换驱动表、特性方程、状态转换图也一样。(2)时钟脉冲边沿控制，下降沿触发。(3)主从 RS触发器是主从两个触发器交替工作，总只能是一个导通。所以，触发器的 输入信号 R、S 无法直接影响输出端的状态，在一个 CP 脉冲的作用周期内，触发器的状态 只能翻转一次，所以解决了触发器空翻这一问题。(4)输入信号 R、S 之间仍有约束。为了解决主从 RS触发器的输入信号之间存在约束的问题，对主从 RS触发器进行一些 改进，产生一种主从 JK触发器。4.4.2 主从主从JK触发

18、器触发器nnKQRQJS下降沿到来时有效CPQKQJQKQQJQRSQnnnnnnn1代入主从RS触发器的特性方程，即可得到主从JK触发器的特性方程：将主从JK触发器没有约束。G1 G2J K CP G7 主 G8G5 G6 G3 从 G4Q Q1G9Qm Qm&4.4.2 主从主从JK触发器触发器J K QnQn+1功能00000101nnQQ1保持0100110001nQ置 01001011111nQ置 111011110nnQQ1翻转特特性性表表CPJKQ时时序序图图4.4.2 主从主从JK触发器触发器 Q Q J KJ CP KQ Q曾用符号 1J 1KJ CP KQ Q国标符号CPC

19、1电路特点电路特点逻辑符号逻辑符号主从JK触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。输入信号J、K之间没有约束。存在一次变化问题。主从主从JK触发器存在的问题触发器存在的问题一次变化现象一次变化现象 主从主从JK触发器在触发器在CP=1期间，主触发器只变化（翻转）一次，期间，主触发器只变化（翻转）一次，这种现象称为一次变化现象。一次变化现象也是一种有害的现这种现象称为一次变化现象。一次变化现象也是一种有害的现象，如果在象，如果在CP=1期间，输入端出现干扰信号，就可能造成触期间，输入端出现干扰信号，就可能造成触发器

20、的误动作。为了避免发生一次变化现象，在使用主从发器的误动作。为了避免发生一次变化现象，在使用主从JK触发器时，要保证在触发器时，要保证在CP=1期间，期间，J、K保持状态不变。保持状态不变。4.4.2 主从主从JK触发器触发器4.5 T触发器触发器 T T 触发器可认为是主从触发器可认为是主从 JK JK 触发器在触发器在 J=K J=K 情况下的一个特情况下的一个特例，当有一个例，当有一个 CP CP 信号作用时，信号作用时，它具有保持和翻转功能。主它具有保持和翻转功能。主从从 JK JK 触发器虽然解决了输入信号之间存在的约束和空翻问触发器虽然解决了输入信号之间存在的约束和空翻问题，题，但

21、当输入条件决定的新状态与原状态一致时，触发器的但当输入条件决定的新状态与原状态一致时，触发器的状态不会随状态不会随 CP CP 的到来而翻转，而的到来而翻转，而 T T 触发器能解决这个问题。触发器能解决这个问题。4.5.1 T触发器电路结构触发器电路结构T 触发器只有一个控制端触发器只有一个控制端,只要将主从只要将主从 JK 触发器的两个输入端触发器的两个输入端 J 和和 K 连接起来作为一个输入端连接起来作为一个输入端 T，就构成了，就构成了 T 触发器触发器 1JQCPC1Q1KTQQC1 1T(a)(b)用用JK触发器构成的触发器构成的T触发器触发器 （a）逻辑图）逻辑图 （b）逻辑符

22、号）逻辑符号 4.5.2 T触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能T QnQn+1功能000101nnQQ1保持101110nnQQ1翻转特性表特性表T触发器特性方程：nnnnQTQTQTQ14.5.2 T触发器的逻辑功能触发器的逻辑功能01T=1/1/0/0/状状态态图图CPTQQ时时序序图图4.5.3 T触发器要点归纳触发器要点归纳1、T 触发器只有一个控制端，可将主从触发器只有一个控制端，可将主从 JK 触发器的触发器的 J 和和 K 端连成端连成 T 端。端。2、输入信号无约束条件。、输入信号无约束条件。3、触发器不存在空翻现象。、触发器不存在空翻现象。4、如果将、如果将 T 触发器的触发器

23、的 T 端设为端设为 1，就构成了，就构成了 T触发触发器。则每来一个器。则每来一个 CP 脉冲，触发器的状态都会翻转，构脉冲，触发器的状态都会翻转，构成了计数状态。成了计数状态。74LS 74LS 系列的集成触发器芯片有很多种，这里只简单系列的集成触发器芯片有很多种，这里只简单介绍几种，其他可通过查集成电路介绍几种，其他可通过查集成电路 手册获得相关资手册获得相关资料。触发器应用方面将介绍触发器构成的分频器电路。料。触发器应用方面将介绍触发器构成的分频器电路。4.6 集成触发器集成触发器74 系列集成基本系列集成基本 RS 触发器中的触发器中的 74LS279 的引脚排列图的引脚排列图 4.

24、6.1 常见的集成触发器常见的集成触发器74 系列集成同步系列集成同步 D 触发器中的触发器中的 74LS375 的引脚排列图的引脚排列图 用一个用一个 D 触发器构成一个二分频电路。将触发器输出端触发器构成一个二分频电路。将触发器输出端Q与与输入端输入端 D 相连接，在输入时钟脉冲相连接，在输入时钟脉冲 CP 的作用下，根据的作用下，根据 D 触发器的功能可知，触发器的功能可知，D 触发器在输入时钟触发器在输入时钟 脉冲脉冲 CP 的上升沿的上升沿有效，来一个有效，来一个 CP 就与就与 D 触发器原状态相反，由波形图可看触发器原状态相反，由波形图可看出，输出出，输出 Q 波形的周期为输入时钟脉冲波形的周期为输入时钟脉冲 CP 的两倍，其频率的两倍，其频率正好是正好是 CP 的二分之一，因此，它是一个二分频电路。的二分之一，因此，它是一个二分频电路。4.6.2 集成触发器的应用集成触发器的应用