數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)2024/3/29數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]主要要求：了解觸發器的基本特性和作用。了解觸發器的類型和邏輯功能的描述方法。4.1

概述數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]一、觸發器的基本特性和作用

Flip-Flop，簡寫為FF，又稱雙穩態觸發器。基本特性(1)有兩個穩定狀態(簡稱穩態)，正好用來表示邏輯

0

和

1。(2)在輸入信號作用下，觸發器的兩個穩定狀態可相互轉換

(稱為狀態的翻轉)。輸入信號消失后，新狀態可長期保持下來，因此具有記憶功能，可存儲二進制信息。一個觸發器可存儲1位二進制數碼數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]觸發器的作用觸發器有記憶功能，由它構成的電路在某時刻的輸出不僅取決于該時刻的輸入，還與電路原來狀態有關。而門電路無記憶功能，由它構成的電路在某時刻的輸出完全取決于該時刻的輸入，與電路原來狀態無關；觸發器和門電路是構成數字電路的基本單元。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]二、觸發器的類型

根據邏輯功能不同分為

RS

觸發器

D

觸發器

JK

觸發器

T

觸發器

T

觸發器根據觸發方式不同分為電平觸發器邊沿觸發器主從觸發器根據電路結構不同分為基本

RS

觸發器同步觸發器主從觸發器邊沿觸發器三、觸發器邏輯功能的描述方法主要有特性表、特性方程、驅動表

(又稱激勵表)、狀態轉換圖和波形圖

(又稱時序圖)等。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]主要要求：掌握與非門結構基本RS觸發器的電路、邏輯功能和工作特點。

了解同步觸發器的結構、工作特點和存在問題。4.2觸發器的基本形式

掌握觸發器的0態、1態、置0、置1、觸發方式、現態、次態和空翻等概念。了解觸發器邏輯功能的描述方法。掌握RS觸發器、D觸發器、JK觸發器的邏輯功能及其特性方程。

數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]一、基本

RS觸發器

(一)由與非門組成的基本

RS觸發器1.電路結構及邏輯符號QQSDRDG1G2QQSDRDSRSDRDQQQ=1，Q=0時，稱為觸發器的1狀態，記為Q=1；Q=0，Q=1時，稱為觸發器的0狀態，記為Q=0。RDSD置0端，也稱復位端。

R即Reset置1端，也稱置位端。

S即SetBasicFlip-Flop信號輸入端互補輸出端，正常工作時，它們的輸出

狀態相反。低電平有效數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]工作原理QQSDRDG1G211011000SDRD功能說明輸入QQ輸出2.工作原理及邏輯功能011110觸發器被置0觸發器置010數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能說明輸入QQ輸出100111觸發器被置1觸發器置010觸發器置101數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G211011000SDRD功能說明輸入QQ輸出11觸發器置010觸發器置101觸發器保持原狀態不變不變&&G1門輸出G2門輸出數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]2.工作原理及邏輯功能QQSDRDG1G2輸出狀態不定(禁用)不定11011000SDRD功能說明輸入QQ輸出觸發器置010觸發器置101觸發器保持原狀態不變不變0011輸出既非0狀態，也非1狀態。當RD和

SD同時由0變1時，輸出狀態可能為0，也可能為1，即輸出狀態不定。因此，這種情況禁用。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]特性表3.邏輯功能的特性表描述次態現態指觸發器在輸入信號變化前的狀態，用Qn

表示。指觸發器在輸入信號變化后的狀態，用Qn+1表示。觸發器次態與輸入信號和電路原有狀態之間關系的真值表。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]00001×觸發器狀態不定0×1010100觸發器置000101101觸發器置1111110011觸發器保持原狀態不變說明Qn+1QnSDRD基本RS觸發器特性表的簡化表示Qn11101010不定00Qn+1SDRD與非門組成的基本RS觸發器特性表置0端RD和置1端SD低電平有效。禁用RD=SD=0。稱約束條件注意數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]波形分析舉例解：[例]設下圖中觸發器初始狀態為0，試對應輸入波形畫出

Q和

Q的波形。QQSDRDSRSDRD保持初態為0，故保持為0。置

0保持QQ置

1數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](二)基本

RS觸發器的兩種形式特性表Qn11101010不定00Qn+1SDRD不定11001110Qn00Qn+1SDRDQQSDRDSRQQSDRDSR邏輯符號置0、置1信號低電平有效置0、置1信號高電平有效注意弄清輸入信號是低電平有效還是高電平有效。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](三)基本

RS觸發器的優缺點優點缺點電路簡單，是構成各種觸發器的基礎。1.輸出受輸入信號直接控制，不能定時控制。2.有約束條件。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]二、同步觸發器

SynchronousFlip-Flop實際工作中，觸發器的工作狀態不僅要由觸發輸入信號決定，而且要求按照一定的節拍工作。為此，需要增加一個時鐘控制端CP。

CP即ClockPulse，它是一串周期和脈寬一定的矩形脈沖。

具有時鐘脈沖控制的觸發器稱為時鐘觸發器，又稱鐘控觸發器。同步觸發器是其中最簡單的一種，而基本RS觸發器稱異步觸發器。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](一)同步

RS觸發器QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4(一)同步

RS觸發器工作原理★CP=0時，G3、G4被封鎖，輸入信號R、S不起作用。基本RS觸發器的輸入均為1，觸發器狀態保持不變。★CP=1時，G3、G4解除封鎖，將輸入信號

R和S取非后送至基本

RS觸發器的輸入端。0111SR1.電路結構與工作原理

基本

RS

觸發器增加了由時鐘

CP

控制的門

G3、G4數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]QQ1SC11R

QQG1G2SRG3G4CPQ3Q4不定11001110Qn00Qn+1SRRS功能

R、S信號高電平有效SSDRRDRDSD2.邏輯功能與邏輯符號異步置0端RD和異步置1端SD不受CP控制。實際應用中，常需要利用異步端預置觸發器值(置0或置1)，預置完畢后應使RD=SD=1。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]RDCPRQQ1SSC1CPR1RRSVCCRDS解：[例]試對應輸入波形畫出下圖中

Q端波形。原態未知QVCCRDRD數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]3.同步RS觸發器的特性表與特性方程0000101010101011010110001111×0×1Qn+1QnSR特性表同步RS觸發器Qn+1的卡諾圖RSQn0100011110×

×

1

1

1

特性方程RS=0(約束條件)RS觸發器功能也可用特性表與特性方程來描述。特性方程指觸發器次態與輸入信號和電路原有狀態之間的邏輯關系式。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](二)同步

D觸發器(二)同步

D觸發器1.電路結構、邏輯符號和邏輯功能

DQQ1S1RC1CPQQ1DDC1CPCPDQn+1說明10101置0置10Qn不變同步D觸發器功能表

稱為D功能特點：Qn+1跟隨D信號數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]解：[例]試對應輸入波形畫出下圖中

Q端波形(設觸發器初始狀態為0)。QQ1DDC1CPDCPQCP

=

0，同步觸發器狀態不變觸發器初始狀態為0CP

=

1，同步

D

觸發器次態跟隨

D

信號同步觸發器在CP=1期間能發生多次翻轉，這種現象稱為空翻數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]2.D觸發器的特性表、特性方程、驅動表和狀態轉換圖

由觸發器現態和次態的取值來確定輸入信號取值的關系表，又稱激勵表。用圓圈及其內的標注表示電路的所有穩態，用箭頭表示狀態轉換的方向，箭頭旁的標注表示狀態轉換的條件。它們是觸發器邏輯功能的不同描述方法，也是時序邏輯電路邏輯功能的描述方法。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]00011011DQn

Qn+1特性方程Qn+1=D001101010011Qn+1QnDD觸發器特性表

00001111D觸發器驅動表

000110110011無約束Qn+1在D=0時就為0，與Qn

無關。0001101101D=1D=0D

=

0D=1Qn+1在D=1時就為1，與Qn無關。2.D觸發器的特性表、特性方程、驅動表和狀態轉換圖

同步D觸發器狀態轉換圖數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](三)同步

JK觸發器(三)同步

JK觸發器QQ1S1RC1CP功能表

JK電路結構QQ1JJC1CP1KK邏輯符號1說明Qn+1KJCP稱為JK功能，即JK=00時保持；JK=11時翻轉；J

K時Qn+1值與J相同。不變Qn00置0010翻轉11置1101不變Qn××0Qn數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]00011011JKQn

Qn+1特性表

特性方程驅動表

0×無約束條件狀態轉換圖01J=0K=×10011111110100110001110000K010100Qn+1QnJ1××1×00

00

1110110111000J=1K=×J=×K=0J=×K=1數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]解：[例]設觸發器初始狀態為0，試對應輸入波形畫出

Q端波形。觸發器初始狀態為0JCPQQ1JJC1CPK1KKQCP=0時，同步觸發器狀態不變。CP=1時，觸發器根據J、K信號取值按照JK功能工作。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](四)同步觸發器的特點同步觸發器的觸發方式為電平觸發式

同步觸發器的共同缺點是存在空翻

觸發脈沖作用期間，輸入信號發生多次變化時，觸發器輸出狀態也相應發生多次變化的現象稱為空翻。空翻可導致電路工作失控。指時鐘脈沖信號控制

觸發器工作的方式

CP=1期間翻轉的稱正電平觸發式；CP=0期間翻轉的稱負電平觸發式。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]主要要求：

了解無空翻觸發器的類型，掌握其工作特點。能根據觸發器符號識別其邏輯功能和觸發方式，并進行波形分析。4.3無空翻觸發器

數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]Master-SlaveFlip-FlopEdge-TriggeredFlip-Flop一、無空翻觸發器的類型和工作特點

工作特點：CP=1期間，主觸發器接收輸入信號；CP=0期間，主觸發器保持CP下降沿之前狀態不變，而從觸發器接受主觸發器狀態。因此，主從觸發器的狀態只能在CP下降沿時刻翻轉。(詳見鏈接)這種觸發方式稱為主從觸發式。工作特點：只能在CP上升沿(或下降沿)時刻接收輸入信號，因此，電路狀態只能在CP上升沿(或下降沿)時刻翻轉。這種觸發方式稱為邊沿觸發式。無空翻觸發器主從觸發器邊沿觸發器數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]主從觸發器和邊沿觸發器有何異同？

只能在

CP邊沿時刻翻轉，因此都克服了空翻，可靠性和抗干擾能力強，應用范圍廣。相同處電路結構和工作原理不同，因此電路功能不同。為保證電路正常工作，要求主從

JK觸發器的

J和

K信號在

CP=1期間保持不變；而邊沿觸發器沒有這種限制，其功能較完善，因此應用更廣。相異處單擊此處將跳過剛才講過的主從RS觸發器內容數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]Q從Q從FF2SRFF1CPQ主Q主CP1S1RC11S1RC1給主從觸發器提供反相的時鐘信號，使它們在不同的時段交替工作。主從RS觸發器電路、符號和工作原理QQ1SSC1CP1RR表示時鐘觸發沿為下降沿從觸發器主觸發器Q=Q從數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]

綜上所述，主從觸發器狀態只能在

CP時刻發生翻轉，其它時刻則保持不變.至于狀態如何翻轉，則由CP

之前最后的輸入信號

值決定。

Q從Q從FF2SRFF1CPQ主Q主CP1S1RC11S1RC1主從RS觸發器工作原理★CP=1期間，主觸發器接受輸入信號，從觸發器被封鎖，使主從RS觸發器狀態保持不變。★CP到達時，CP

=

0，CP

=

1。主觸發器被封鎖，并保持

CP到達之前的狀態不變。這時從觸發器工作，S從=

Q主，R從=

Q主，因此Q主=

0時，Q從置

0；Q主=

1時，Q從置

1，即Q從=

Q主，從觸發器翻轉到與主觸發器相同的狀態。1工作封鎖0BACK工作封鎖10★CP=0期間，主觸發器被封鎖，保持CP到達之前的狀態不變，Q從=

Q主，因此，主從RS觸發器狀態保持不變。Q=Q從數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]

無空翻觸發器的學習重點是根據邏輯符號識別其功能，理解其應用。下面介紹常用無空翻觸發器的符號及其應用注意事項。二、常用無空翻觸發器及其符號

主從

RS

觸發器主從

JK

觸發器主從觸發器QQ1JJC1CP1KK邊沿觸發器TTL

維持阻塞

D

觸發器(通常上升沿觸發)TTL

邊沿

JK觸發器(通常下降沿觸發)CMOS

邊沿

D

觸發器和邊沿

JK

觸發器(通常上升沿觸發)QQ1SSC1CP1RR數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]QQC1CP1DDCP觸發的邊沿D觸發器C1QQC1CPD具有異步端的邊沿

D

觸發器

1DSSDRRDRRDSSD執行

Qn+1

=

D11↑11在CP

時刻00↑11Qn×111保持不變Qn×011禁用不定態××00異步置11××01異步置00××10說明Qn+1DCPSDRD異步端低電平有效的

上升沿觸發式D觸發器功能表數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]QQ1JJCP1KKC1CP觸發的邊沿JK觸發器C1QQ1JJCP1KKC1CP觸發的邊沿JK觸發器C1具有異步端的邊沿

JK

觸發器QQ1JJCP1KKRSC1RDSDQQ1JJCP1KKRSC1RDSD異步端低電平有效異步端高電平有效RRDRRDSSDSSDQn11↓00101↓00010↓00在CP↓時刻執行JK功能Qn00↓00Qn××100保持不變Qn××000禁用不定×××11置11×××10置00×××01說明Qn+1KJCPSDRD異步端高電平有效的下降沿觸發式JK觸發器功能表數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]注意(1)弄清時鐘觸發沿是上升沿還是下降沿？(2)弄清有無異步輸入端？異步置0端和異步置1端是低電平有效還是高電平有效？(4)邊沿觸發器的邏輯功能和特性方程與同步觸發器的相同，但由于觸發方式不一樣，因此，它們的邏輯功能和特性方程成立的時間不同。邊沿觸發器的邏輯功能和特性方程只在時鐘的上升沿(或下降沿)成立。(3)

異步端不受時鐘CP控制，將直接實現置0或置1。觸發器工作時，應保證異步端接非有效電平。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]Q1Q1CPDC11D(a)(b)SC1R1DCPQ2Q2三、邊沿觸發器工作波形分析舉例

解：[例]設觸發器初態為

0，試對應輸入波形畫出

Q1、Q2的波形。DCPQ1Q2D觸發器特性方程為Qn+1=D功能是翻轉因此C110觸發器初態為

0C1該電路的功能是：在時鐘觸發沿到達時狀態發生翻轉，這種功能稱為計數功能，相應觸發器稱為計數觸發器。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]JCPKT解：[例]設觸發器初態為

1，試對應輸入波形畫出

Q1、Q2的波形。觸發器初態為1Q1Q1CPJC11J(a)(b)SC1R1KCPQ2Q2K1K1JTVCCC111001001SVCCRC1CP1JT1K1010CP之前

J、K最后取值為

1CP之前

J、K最后取值為

0觸發器初態為

1Q1Q2T=0時，Qn+1=Qn

；T=1時，Qn+1=Qn

。這種功能稱T功能，相應觸發器稱T觸發器。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]主要要求：掌握常用觸發器的工作特點、符號、邏輯功能和特性方程，會畫工作波形。

了解觸發器各種邏輯功能間的轉換方法。4.4觸發器的應用理解觸發器及其簡單應用電路的分析方法。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]一、觸發器的五種邏輯功能及其轉換(一)觸發器五種邏輯功能的比較無約束，但功能少無約束，且功能強令J=K=T即可令J=K=1即可D功能10Qn+110DQn+1=

DT功能QnQnQn+110TRS功能不定01

QnQn+111011000SRQn+1

=

S

+

RQnRS

=

0(約束條件)JK功能Qn10

QnQn+111011000KJQn+1=

JQn+

KQnT′功能(計數功能)只有CP輸入端，無數據輸入端。來一個CP翻轉一次Qn+1=Qn數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1](二)不同邏輯功能間的相互轉換1.JK

D2.JK

T、T′因此，令J=K=D已有Qn+1=JQn+KQn欲得Qn+1=DQQCPDC11J1KQQC11J1KQQCP1C11J1KTCP轉換方法(1)寫出待求觸發器和給定觸發器的特性方程。(3)畫出用給定觸發器實現待求觸發器的電路。(2)比較上述特性方程，得出給定觸發器中輸入信號的接法。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]3.D

JK已有Qn+1=D欲得Qn+1=JQn+KQn因此，令4.D

T5.D

T′已有Qn+1=D欲得Qn+1=已有Qn+1=D欲得Qn+1=Qn因此，令D=Qn因此，令D=QQCPC11DQQCPC11DTQQCPJC11DK數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]二、觸發器的應用與分析舉例★觸發器由門電路構成，因此，門電路的應用注意事項在這里多適用。例如，TTL觸發器的輸入端懸空相當于輸入高電平，而CMOS觸發器的輸入端不允許懸空。應用注意★實際工作中，應根據需要選定觸發器的功能和觸發方式。例如：同步觸發器通常只用于數據鎖存，構成計數器、移位寄存器時一般要用邊沿觸發器。數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]Q2Q11D1DFF1FF2石英方波振蕩器4MHzC1C1CP[例]下圖為分頻器電路，設觸發器初態為0，試畫出

Q1、Q2的波形并求其頻率。CP解：C1CPfQ1=fCP/2=2MHz，fQ2=fCP/4=1MHzCPQ10Q20Q1C1對

CP二分頻對

CP四分頻兩個

D

觸發器均構成

CP觸發的計數觸發器數字電子技術基礎簡明教程第三版(4)[1]1010RDSDQ1JSDC1CP1KRSRDCP解：[例]試對應輸入波形畫出下圖電路的輸出波形。C1CPSDSRRDQ1Qn+1=JQn

+KQn

=Qn

·Qn+Qn

·Qn

=Qn當異步端無信號時，觸發器將在CP