觸發器電路

概述：1.觸發器：能夠存儲一位二值信號的基本單元電路稱為觸發器—也稱雙穩態電路。2.觸發器必須具備以下幾個基本特點：①觸發器：具有二個自行保持的穩定狀態，用來表示邏輯狀態的1和0，或二進制數的1和0。②根據不同的輸入信號可以置成1或0狀態（兩種穩態可以相互轉換或稱翻轉）。③在輸入信號消失后。能將獲得的新狀態保持下來。3.分類：①根據觸發器電路結構的不同可分為：

基本RS觸發器、同步觸發器、邊沿觸發器等。②根據邏輯功能分為：RS觸發器、D觸發器、JK觸發器、T和T’觸發器等。4.觸發器的邏輯功能描述①

特性方程②

狀態轉換真值表③

狀態轉換圖④

時序波形圖

本章主要介紹觸發器基本結構，邏輯功能，各種觸發器間的邏輯功能轉換。第一節觸發器的基本電路

一.基本RS觸發器

一）電路結構:

由兩個與非門交叉連接而成。低電平有效置0端置1端&&QQG1G2RS

注：基本RS觸發器（RS鎖存器），其結構最簡單，但卻是各種復雜結構觸發器的基本組成部分。__RS置0端置1端&&QQG1G2RS二）邏輯功能1.分析

可有兩種穩定狀態：Q=1,Q=0

或Q=0Q=11）當R=S=1時“1”態（置位狀態）“0”態（復位狀態）2）當R=1S=0時

G1門被封鎖，Q=1，G2門輸入全為1，則開門，Q=0，觸發器置成“1”態。S—稱置1輸入端（置位端）。3）當R=0S=1時

G2門被封鎖，Q=1，G1門輸入全為1，則開門，Q=0，觸發器置成“0”態。R—稱置0輸入端（復位端）。置0端置1端&&QQG1G2RS4）當R=0S=0時

G1門被封鎖，G2門也被封鎖，則Q=Q=1（當輸入信號同時消失后）--狀態不定。這種情況時不允許的，所以兩輸入的約束條件為R+S=1。2.功能描述

初態Qn：觸發器在接受觸發信號之前的原穩定狀態。

次態Qn+1：接受觸發信號后，建立的新穩定狀態。

注：觸發器次態Qn+1是由輸入信號和初態Qn的取值情況所決定的。1）狀態轉換真值表

將觸發器次態Qn+1與初態Qn、

輸入信號之間的邏輯關系用表格的形式表示出來，這種表格就稱為狀態轉換特性表。Qn—狀態變量。φ100φ000011000101101100111110011Qn+1QnSR不定基本RS觸發器狀態真值表φ00010101Qn11Qn+1SR簡化RS真值表2）特征方程

描述觸發器邏輯功能的函數表達式稱特征方程或狀態方程。對次態卡諾圖化簡，可求得基本RS觸發器的特征方程。Qn11×1×RS00011011Qn+1卡諾圖01特征方程為：Qn+1=S+RQnR+S=1約束條件3）波形圖（時序圖）

時序圖是以輸出狀態隨時間變化波形圖的方式描述觸發器的邏輯功能，是實驗中可以觀察到的波形。例：SQRQ不定初始狀態為“0”態

注：基本RS觸發器除了可用上述與非門組成外，也可利用兩個或非門組成。SRQQ置0端置1端≥1≥1QQG1G2RS①電路②特性表φ11001110Qn00Qn+1SR×11×1RSQn0001101101③

特性方程Qn+1=S+RQnRS=0④時序圖RSQQ不定二.集成RS觸發器

例：CD4043—三態RS鎖存器（內部有4個RS觸發單元，每個觸發器的輸出端均用CMOS傳輸門對輸出狀態施加控制，4個傳輸門的工作狀態由公用的使能端EN控制）。

EN=1觸發器工作EN=0觸發器處于高阻狀態應用：①單脈沖發生電路，主要用于消除由于機械開關觸點的抖動所造成的單脈沖出現的毛刺現象。．SRVDDENVSSCD4043QS14316852．．+VDD?VDDSQ②測量兩脈沖時間間隔t的電路。．SRVDDENVSSCD4043QS14316852．+VDD．ABVD1VD2R1R2C1C2BAQtS-0.7VR-0.7V三.同步RS觸發器

同步RS：在某一指定時刻按輸入信號所決定的狀態觸發翻轉，這個時刻由外加時鐘脈沖控制—這種由時鐘脈沖控制的觸發器稱同步觸發器（鐘控觸發器）。一）電路結構&&GGQQ12&&RSCP3G4GRdSdQ3Q4G1、G2構成基本RS觸發器G3、G4組成輸入控制門電路CP為時鐘脈沖QQSRCCPRSSdRd邏輯符號二）功能分析1）當CP=0時，G3、G4被封鎖，此時R、S的輸入端不起作用，Q3=Q4=1,觸發器保持原狀態不變。2）當CP=1時（CP上升沿到來時），G3、G4解除封鎖，此時Q3=S、Q4=R，觸發器按基本RS觸發器的規律發生變化。三）初始狀態預置Sd—異步置位端Rd—異步復位端不受CP控制Sd、Rd處于高電平時，觸發器正常工作。四）功能描述①特性表（CP=1）φ11001110Qn00Qn+1SR②

特性方程Qn+1=S+RQnRS=0③時序圖CPSdSRdRQQ五）存在的問題CP=1期間，RS的狀態應不變，否則RS狀態將會引起輸出狀態相應的變化（這種現象稱空翻），則觸發器的狀態不能嚴格按時鐘節拍變化，失去了同步的意義。四.狀態不定的解決方法一）同步D觸發器&&GGQQ12&&DCP3G4GRdSdQ3Q41.電路2.分析CP=0時，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，觸發器保持原態，輸入不起作用。CP=1時，G3、G4被解除封鎖。

即：在CP=1期間，D觸發器的輸出狀態與輸入信號狀態相同，在CP=0期間，觸發器被封鎖狀態不變。3.功能描述1100Qn+1DCP=1特征方程：Qn+1=D(CP=1)②當D=0時，Q3=1、Q4=0則Q=1，Q=0，觸發器置0。①當D=1時，Q3=0、Q4=1則Q=1，Q=0，觸發器置1。二）同步JK觸發器1.電路結構&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．

注：因為Q、Q不會同時為“1”，則G3、G4的輸出不會用時為“0”，避免了觸發器輸出狀態不定的情況。2.邏輯功能分析CP=0時，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，觸發器保持原狀態，Qn+1=Qn—無論J、K怎樣變化，輸出與輸入無關。CP=1時，可分為下列四種情況：&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．1）J=K=0時，G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1,觸發器保持原態，Qn+1=Qn。2）J=0、K=1時

結論：不論觸發器初態如何，當J=0,K=1時，在CP脈沖作用下，Qn+1=0，即觸發器置“0”。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=Q4=1，觸發器保持“0”態，Qn+1=Qn。②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1、Q4=0，那么Qn+1=0，Qn+1=1，觸發器置“0”。&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．3）J=1、K=0時②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1，Q4=1，觸發器保持“1”原態，Qn+1=Qn=1。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=0、Q4=1，那么Qn+1=1，Qn+1=0，觸發器置“1”。

結論：不論觸發器初態如何，當J=1,K=0時，在CP脈沖作用下，Qn+1=1，即觸發器置“1”。&&GGQQ12&&KJCP3G4GRdSdQ3Q4．．3）J=K=1時

結論：不論觸發器初態如何，當J=K=1時，觸發器進行狀態翻轉。

綜上所述，JK觸發器對應于J、K輸入信號的四種可能組合，其輸出均有確定的狀態，且具有置“0”、置“1”、保持、翻轉四種邏輯功能，所以JK觸發器是一種既沒有不定狀態，且邏輯功能又比較全面的觸發器。①若Qn=0、Qn=1，則Q3=0、Q4=1，那么Qn+1=1，Qn+1=0，觸發器翻轉到“1”。②若Qn=1、Qn=0，則Q3=1，Q4=0，那么Qn+1=0，Qn+1=1,觸發器翻轉到“0”。3.邏輯功能描述①同步JK特性表Qn11101010Qn00Qn+1KJ②特征方程S=Q3=CPJQnR=CPKQn．．當CP=1時：

Qn+1=S+RQn=JQn+KQnQn=JQn+(K+Qn)Qn=JQn+KQnS+R=JQn+KQn=J+Qn+k+Qn=1③時序圖CPJKQ第二節邊沿觸發器

邊沿觸發器：在CP的上升沿或下降沿進行翻轉的觸發器，稱上升沿或下降沿觸發器（正邊沿或負邊沿觸發器）。一.邊沿D觸發器一）電路結構&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQDSdRdCPQ3Q4Q5Q6QQsdRdcpDDCRSD&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6G1、G2組成基本RS觸發器。G3～G6組成控制引導門。SdRd

、為異步直接置位、復位端。D為數據輸入端①線—置“1”維持線②線—置“0”維持線③線—置“0”阻塞線④線—置“1”阻塞線QQsdRdcpDDCRS

邏輯符號中R、S端小圓圈表示低電平有效，C端無小圓圈表示觸發器在CP脈沖上升沿觸發（有小圓圈則表示下降沿觸發）。二）工作原理&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D

當CP=0時：G3、G4被封鎖，Q3=Q4=1，初觸發器狀態保持變，G5、G6的輸出由輸入信號D決定（D=1，Q6=0,Q5=1；D=0時，Q6=1,Q5=0）這時觸發器處于等待狀態，在CP上升沿到來后，觸發器按G5的輸出狀態翻轉。&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D當CP的上升沿到來時：1.若D=1，則Q5=1，Q6=0，G3開門（Q3=0），G4仍被封鎖（Q4=1），將基本RS置“1”，Qn+1=1，同時Q3=0，通過①線將G5封鎖，保持Q5=1，Q3=0,維持觸發器置“1”。另外，為保證在CP=1期間D端的信號變化不影響觸發器狀態，又通過置“0”阻塞線③（Q3=0）將G4封鎖，阻止G4因輸入信號D變為0而出現Q4=0的情況，阻止觸發器置“0”2.若D=0，則Q5=0，Q6=1，G3被封鎖（Q3=1），G4開門（Q4=0），基本RS置“0”，即Qn+1=0，同時Q4=0，通過②線將G6封鎖，保持Q6=1，又通過置“1”阻塞線④使G5的輸入全為1，則Q5=0，將G3封鎖，這樣即使D發生變化也不會影響G5、G6的輸出狀態，保證了在CP=1期間可靠置“0”。&&&&&&①②④③G1G2G3．G4G5G6QQSdRdCPQ3Q4Q5Q6D

另外，當RdSd=01時，G3、G6被封鎖，則無論CP和D處于什么狀態，都能保證觸發器可靠置“0”

當RdSd=10時，則無論CP和D處于什么狀態，都能保證觸發器可靠置“1”

此種觸發器是在CP上升沿到達前接受信號，上升沿到達時刻觸發器翻轉，上升沿以后，輸入被封鎖，觸發器保持狀態不變—邊沿觸發器。

注：這種觸發器是利用反饋脈沖的阻塞作用來防止空翻現象，故又稱維持阻塞觸發器。三）功能描述111↑101↑010↑000↑Qn+1QnDCP特性表：11↑00↑Qn+1DCP簡化表狀態方程：Qn+1=D上升沿觸發波形圖：CPDQ第三節觸發器的邏輯轉換4.3.1觸發器的功能分類從前幾節的分析可以看出，觸發器信號輸入的方式不同（有單端輸入的，也有雙端輸入的），觸發器的狀態隨輸入信號翻轉的規律也不同，因此，它們的邏輯功能也不完全一樣。1.按照邏輯功能分類按照邏輯功能的不同特點，通常將時鐘控制的觸發器分為RS、JK、D、T4種類型。如果將JK觸發器的J和K相連作為T輸入端就構成了T觸發器，如圖下圖所示。

用JK觸發器構成的T觸發器2.按照電路結構分類觸發器按照電路結構不同，可以分為基本RS觸發器、同步觸發器、主從型觸發器、邊沿觸發器等幾種類型。觸發器的電路結構不同，其觸發翻轉方式和工作特點也不相同。具有某種邏輯功能的觸發器可以用不同的電路結構實現，同樣，用某種電路結構形式也可以構造出不同邏輯功能的觸發器。4.3.2不同類型時鐘觸發器的相互轉換觸發器按功能分有RS、JK、D、T、T′5種類型，但最常見的集成觸發器是JK觸發器和D觸發器。T、T′觸發器沒有集成產品，需要時，可用其他觸發器轉換成T或T′觸發器。JK觸發器與D觸發器之間的功能也是可以互相轉換的。所謂邏輯功能的轉換，就是將一種類型的觸發器，通過外接一定的邏輯電路后轉換成另一類型的觸發器。觸發器類型轉換的示意圖如圖所示。

觸發器類型轉換示意圖轉換步驟為①寫出已有觸發器和待求觸發器的特性方程。②