电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第十四章 触发器 第一节 基本触发器 14.1.1 基本触发器的逻辑结构和工作原理 14.1.2 基本触发器功能的描述 第二节 同步触发器 14.2.1 同步 RS 触发器 14.2.2 同步 D 触发器 14.2.3 同步触发器的触发方式和空翻问题 第三节 主从触发器 14.3.1 主从触发器 (Master-Slave Flip-Flop) 基本原理 14.3.2 主从 JK 触发器及其一次翻转现象 第四节 边沿触发器 14.4.1 维持阻塞 D 触发器 14.4.2 边沿 JK 触发器 第五节 触发器的类型及转换 14.5.1 T 触发器和 T’ 触发器 14.5.2 触发器类型转换方法 第六节 集成触发器的脉冲工作特性和动态参数 14.6.1 维持阻塞 D 触发器的脉冲工作特性和动态参数

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

研究对象：数字电路中的重要部件—触发器。触发器是数字电路中的一种记忆部件。关注焦点：各种触发器的特点、状态方程、激励表、状态转移图以及时序图等

特点特点两个互补的输出端 Q和

有两个稳定状态。Q

可以从一个稳定状态转移到另一个稳定状态。

种类J-K 触发器R-S 触发器

D 触发器 T 触发器

触发电平触发

边沿触发

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

本章将介绍：基本 RS 触发器— R 为复位端、 S 为置位端同步 RS 触发器—避免触发器的输出随输入随时改变D 触发器—为了避免 RS 触发器出现的 R=1 ， S=1 的不定状态，在 D 触发器中不可能出现 R=1 ， S=1 的状况主从触发器—为了避免触发器随输入的改变出现的空翻现象。在 CP=1 期间接收触发， CP 由 1 变 0 时（ CP 下降沿）将状态由主触发器送到从触发器。在 CP=0 期间，输入的改变不会引起触发器空翻。这就是主从 RS 触发器的工作原理。

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第一节 基本触发器1. 基本触发器的逻辑结构和工作原理

S A Q S Q

Q R QR B

&

&

R Q R Q

Q S QS

≥1

≥1

由图可得逻辑表达式QRQQSQ

稳定状态不确定。会出现竞争现象，造成，变同时由和，但如果为时，触发器两个输出都当

时，触发器状态不变当将触发器置，时，当将触发器置，时，当

又逻辑表达式可知

1010,0)4(

1,1)3(

1100,1)2(

0011,0)1(

SRSR

SR

QQSR

QQSR

R

S

Q

Q

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

2. 基本触发器的功能描述① 状态转移真值表描述

② 特征方程（状态方程）描述

不正常( 不允许 )

不确定0 00 0

01

保持Qn1 11 1

01

置 111 01 0

01

置 000 10 1

01

Qn+1R SQn功能

次态输入信号现态状态转移真值表

不定0 0

Qn1 1

11 0

00 1

Qn+1R S

简化状态转移真值表

1

1

RS

QRSQ nn

110x1

100x0

10110100

R SQn

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

③ 状态转移图和激励表描述

0 1R=xS=1

R=1S=x

R=1 S=0

R=0 S=1

x 11 00 11 x

0 00 11 01 1

R SQn Qn+1

激励输入状态转移基本触发器激励表

第二节 同步触发器1. 同步 RS触发器由于基本 RS 触发器的输出状态直接受输入信号控制。实际应用中，常常需要触发器的输入仅作为触发器发生状态变化的转移条件，不希望触发器输出状态随输入信号的变化而立即发生相应变化，而是要求在时钟信号作用下，触发器的状态才根据当时的输入激励条件发生状态转移。

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

① 同步 RS 触发器 S C SD A Q CP

( 钟控端 ) Q R E RD B

&

&

&

&

CPRRCPSS DD

当 CP=1 时，基本触发器的状态方程为

0

1

RSQRSQ nn

门 A 、 B 组成基本触发器，门 C 、 E 是触发器引导电路。基本触发器的输入为

状态转移真值表R S Qn+1

0 0

0 1

1 0

1 1

Qn

1

0

不定

x 00 11 00 1

0 00 11 01 1

R SQn Qn+1

激励表

0 1R=xS=0

R=0S=x

R=0 S=1

R=1 S=0

CP

R

S

Q 不定

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

② 同步 D 触发器为了避免同步 RS 触发器的输入信号同时为 1 ，在 R 和 S 之间接一个“非门”，信号只从 S 端输入，并将 S 端称为 D 端，称为 D 触发器，也称为 D 锁存器。

1SC11R

S QCP R Q

CPD Q

Q

1SC11R

1

状态转移真值表D Qn+1

0

1

0

1

01 01

0 00 11 01 1

DQn Qn+1

激励表

0 1D=0 D=1

D=1

D=0

③ 同步触发方式和空翻问题在 CP=1 期间，触发器的输出会随输入的改变而改变，这称为触发器的空翻。导致空翻的原因是电平触发，克服空翻采用其它触发方式—主从方式。

CP

D

Q

DQn 1

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第三节 主从触发器1. 主从触发器基本原理—主从 RS触发器主从触发器克服基本触发器输出随输入改变而改变的情况。

主触发器 从触发器

R G RD E Q 主 C A Q CP ( 钟控端 ) Q

S H SD F Q 主 D B

&

&

&

&

&

&

&

&

1

1SC11R

S QCP R Q

0

1

RS

QRSQRSQ nnn主主

0

11

RS

QRSQQ nnn主

CP=1 期间有效

CP 下降沿到来有效

CP

RS

Q 主

Q

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

2. 主从 JK触发器及其一次翻转现象主从 RS 触发器在 CP=1 时，当输入出现 R=S=1 时，主触发器会出现输出状态不稳定的情况。为了使触发器的逻辑功能更加完善，利用CP=1 期间，从触发器的两个输出状态不变且互补，将其反馈到输入端，并将 S 改为 J ， R 改为 K ，这就是主从 JK 触发器。

G E Q 主 C A K Q

CP

( 钟控端 ) J Q

H F Q 主 D B

&

&

&

&

&

&

&

&

1触发器无约束条件JK

KQQJRS

QKQJ

QKQQJQ

KQRQJS

nn

nn

nnnn

nn

0

1

Qn

01

Qn

0 00 1 1 0 1 1

Qn+1J K

状态转移真值表

0 x1 xx 1x 0

0 00 11 01 1

J KQn Qn+1

激励表

0 1J=0K=x

J=xK=0

J=1 K=x

J=x K=1

CP 1 2 3

J

K

Q 主

Q

主从 JK 触发器在 CP=1 期间， J 、 K 信号发生变化，主从 JK 触发器有可能产生一次性翻转现象（不论输入信号 J 、 K 变化多少次）。因为反馈信号总是将一个门（ G 或 H ）封锁，被封锁的门的输入信号变化是不受影响，受影响的仅只有没被封锁的门。

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第四节 边沿触发器为了避免一次的空翻，采用了边沿触发器。如维持阻塞 D 触发器等。1. 维持阻塞 D 触发器

RD

Q2 Q

D Q4

F C ACP G E B

Q1 Q3 Q

SD

&

&

&

&

&

&

时当触发器置触发器置

11

101

010

DD

DD

DD

SR

SR

SR

当 CP=0 时，门 C 、 E 被封锁， Q3=Q

4=1 ，触发器状态保持不变。在此期间，由于 Q4 至 F 、 Q3 至 G 的反馈信号将门 F 、 G 打开，可以输入数据 D 。

DQQDQ 212

当 CP 由 0 跳变到 1 时，门 C 、 E 被打开 Q3 、 Q4 状态由门 F 、 G 决定，即 DQQQDQQ 32413

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

将 Q3 、 Q4 代入由门 A 、 B 组成的基本 RS 触发器，得 DDQDQRSQ nnn 1

在 CP=1 期间，输入信号被封锁。这是因为 D=0 时，触发器翻转后Q4=0 封锁门 F ； D=1 时，触发器翻转后， Q3=0 封锁门 C 、 G 。2. 边沿 JK 触发器逻辑符号如下左图，波形图如下右图

SD

J Q

CP

K Q

RD

图 13-17 边沿 JK 触发器逻辑符号图

J SD

CPK RD

CP

tSD

tRD

t J

t K

tQ

t

图 13-18 边沿触发器的波形图

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第五节 触发器类型转换1. T 触发器和 T’ 触发器（由 JK触发器转换）在使用触发器时，经常需要触发器或翻转，或维持不变的情况，这时只要将 JK 触发器的 J 、 K 端短接，取名为 T ，当 T=1 时，有时钟脉冲时触发器翻转，当 T=0 时，有时钟脉冲触发器状态维持不变，这就是 T 触发器；在仅需要翻转而不需要维持时，令 T=1 就只有翻转功能，这就是 T’ 触发器。

n

nn

nnn

QTQTQT

QKQJQ

1

T=1

T=0 T=0

T=1

0 1

Q Q

T CP

J K

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

2. 触发器类型转换① 公式法：通过比较触发器的状态转移方程求转换逻辑。② 图形法：利用触发器的状态转移表、激励表和卡诺图求转换逻辑。例：将钟控 RS 触发器转换成 JK 触发器。① 公式法： RS 触发器状态转移方程为

0

1

SR

QRSQ nn

JK 触发器状态转移方程为 nnn QKQJQ 1

n

n

nnnnnn

nn

n

nnn

nn

KQR

QJS

QKQQJQKQJQJK

RSQJKRSQKJ

KRQJS

QKQJQJK

QRSQRS

RSRSRS

故

换触发器状态转移方程变故对

触发器约束条件，不满足时，且当

：触发器状态转移方程得由

：触发器状态转移方程得由，则，所以令因为约束条件

1

1

1

0101

00

输 Q

入 Q CP

待求触发器

转换逻辑 已有触发器

QK

J Q

CP

R

S

&

&

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

② 图形法：根据 JK 触发器的状态转移真值表和钟控 RS 触发器的激励表列出 RS→JK 的使用表。

RS→JK 的使用表

J K Qn Qn+1 R S

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

0

1

0

0

1

1

1

0

x 0

0 x

x 0

1 0

0 1

0 x

0 1

1 0

01101

00xx0

10110100

JKQn

R=KQn

x00x1

11000

10110100

JKQn

S=JQn

RS 触发器状态方程：

0

1

RS

QRSQ nn

D 触发器状态方程： DRDSDQn 1

JK 触发器状态方程： nnnnn KQRQJSQKQJQ 1

T 触发器状态方程： KJTQTQ nn 1

T’ 触发器状态方程： T==1

电路与电子技术基础

电路与电子技术基础

第十四章 触发器

第六节 集成触发器的脉冲工作特性和动态参数1. 集成主从 JK触发器的脉冲工作特性和动态参数为了保证触发器的可靠运行，对时钟脉冲要求就是触发器的工作特性和动态参数。为了保证主触发器电平平稳， CP=1必须持续时间 tCPH ，若设一级与非门平均延迟时间为 tpd ，则一级或非门的延迟时间约为 1.4 tpd ，所以 tCPH>2.8 tpd 。CP=0 时，为了触发器输出稳定，也要持续一定时间 tCPL 。对于集成 JK 触发器中的 T1 和 T2 的延迟时间为 0.5tpd ，则 tCPL>2.5tpd 。

2. 维持阻塞 D触发器的脉冲工作特性和动态参数

pdCPLCPH

CP tttf

3.5

11max

tCPL

CP tCPH

JK tCPLH

Q

Q tCPHL