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2 第四章第四章 触发器触发器第一节第一节 概述概述触发器触发器:(:(Flip-Flop)Flip-Flop)能存储一位二进制信号的基本单元。用能存储一位二进制信号的基本单元。用FFFF表示。表示。特点特点：1.1.有两个稳定状态，用有两个稳定状态，用0 0和和1 1表示；表示； 2. 2.输入信号可改变其状态，且输入信号撤消后输入信号可改变其状态，且输入信号撤消后, 其改变后的状态可保留下来。其改变后的状态可保留下来。 分类分类：按电路结构分：按电路结构分： 基本基本RSFF、同步、同步FF、主从、主从FF、边沿、边沿FF(包括包括维持阻塞维持阻塞FF、CMOS边沿边沿FF等等)。其中，基本。其中，基本RSFF无时钟信号，其他均有时钟信号。无时钟信号，其他均有时钟信号。按逻辑功能分：按逻辑功能分：RSFF、DFF、JKFF、TFF等。等。学习要点：学习要点： 分清触发器逻辑功能与电路结构的区别；分清触发器逻辑功能与电路结构的区别； 会画工作波形。会画工作波形。9二、同步二、同步RS 触发器触发器1.1.电路结构和逻辑符号电路结构和逻辑符号 在数字系统中，常常要求某在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作（改变些触发器在同一时刻动作（改变状态，也称为翻转）这就要求有状态，也称为翻转）这就要求有同步信号，该信号称为时钟信号同步信号，该信号称为时钟信号CPCP(Clock Pulse)(Clock Pulse)。 G G1 1和和G G2 2门构成基本门构成基本RSRS触发器。触发器。 用用G G3 3和和G G4 4两门引两门引入时钟信号入时钟信号CPCP。102.工作原理工作原理CP=0时：时：G G3 3、G G4 4门均输出门均输出1,1,基本基本RSFF RSFF 处处在在保持保持状态；输入信号状态；输入信号S S、R R变变化无影响。化无影响。CP=1时：时：G G3 3、G G4 4门打开门打开, ,此时电路就是一此时电路就是一个基本个基本RSFFRSFF，只需把输入信号，只需把输入信号S S、R R分别看作：分别看作：S = SD R = RD ;注意，输入信号已无下标注意，输入信号已无下标D。按上述规定，该触发器也满足基本按上述规定，该触发器也满足基本RSFF的特性表、特性方程和的特性表、特性方程和状态图。状态图。一定要注意，只有一定要注意，只有CP=1时，才能按特性表、特性方程求新时，才能按特性表、特性方程求新状态。状态。113.特性表、特性方程、波形图特性表、特性方程、波形图4.动作特点动作特点01SRQRSQnn 在在CP=1CP=1期间，期间，S,RS,R的变化都将引起的变化都将引起Q Q端状态的变化。因此易受干扰。端状态的变化。因此易受干扰。CPSRQQ0000ttttt5.逻辑功能特点逻辑功能特点有约束有约束SR=0。12带异步置位、复位端的同步带异步置位、复位端的同步RSRS触发器（触发器（a a）电路结构）电路结构 （b b）图形符号）图形符号6.6.带异步置带异步置0 0、置、置1 1端的同步端的同步RSRS触发器触发器 注意注意: : 或或 将触发器置位或复位应当在将触发器置位或复位应当在CP=0CP=0的状态的状态下进行下进行, ,否则在否则在 或或 返回高电平以后预置的状态不一定返回高电平以后预置的状态不一定能保存下来。能保存下来。DS_DR_DR_DS_13 D锁存器锁存器1D Qn+1 = D 可用来存储一位二进制数。可用来存储一位二进制数。其特点与同步结构的触发器相同。其特点与同步结构的触发器相同。例例4.2.2 4.2.2 已知同步已知同步RSRS触发器触发器输入信号波形如图所示，试输入信号波形如图所示，试画出画出Q Q和和 端的电压波形端的电压波形. .设设触发器的初始状态为触发器的初始状态为Q =0Q =0。_Q14三、主从触发器三、主从触发器1.主从主从RS触发器触发器(1)工作原理工作原理 用两个同步用两个同步RSFF连成主连成主从结构。因此，该电路应具从结构。因此，该电路应具有有RSFF的逻辑功能。的逻辑功能。CP=1 时：时： 主触发器主触发器保持保持，此时，此时可改变输入信号可改变输入信号S,R； 从触发器从触发器工作工作，且，且Q= 。Q 主触发器主触发器工作工作，从触发器从触发器保持保持。保持。保持CP=0时时得到的主触发器的状态。得到的主触发器的状态。CP=0 时：时：01SRQRSQnn 分析可知：主从触分析可知：主从触发器的工作是分两步走发器的工作是分两步走的在的在CP上升沿开始上升沿开始的高电平期间，主触发的高电平期间，主触发器改变状态；在器改变状态；在CP 下下降沿到来时，从触发器降沿到来时，从触发器改变状态。显然，改变状态。显然，触发触发器在器在CP下降沿翻转下降沿翻转。15看一下输入一个完看一下输入一个完整的整的CP脉冲时电路脉冲时电路的工作过程（设初的工作过程（设初始状态为始状态为0）：）：1001000011110(2)特点特点有约束。有约束。在整个在整个CP=1期间输入信号都控制主触发器的状态；期间输入信号都控制主触发器的状态；无直接控制，翻转分两步走；无直接控制，翻转分两步走；16(3)特性表，时序图特性表，时序图172.主从主从JK触发器触发器（1）工作原理）工作原理目的：消除约束条件；目的：消除约束条件； 增加增加翻转翻转功能。功能。&JKS=J QR=KQnnQRSQ1=JQ+KQ QnnQKQJ约束条件自动满足：约束条件自动满足：SR=JQ KQ 0(2)特性表，时序图，特性表，时序图，状态图状态图翻翻转转置置0置置1保保持持18(2)特性表，时序图，状态图特性表，时序图，状态图(3)动作特点动作特点翻转分为两步走；翻转分为两步走；CP=1期间，主触期间，主触发器只能翻转一次。发器只能翻转一次。此现象称为此现象称为“一次一次变化变化”。10J=1,K=XJ=X,K=1J=0K=XJ=XK=019例4.2.5 的电压波形图 例例4.2.5：在主从：在主从JK触发器中，已知触发器中，已知CP、J、K的电压波形如图所示，的电压波形如图所示，试画出与之对应的输出端试画出与之对应的输出端电压波形。设触发器的初电压波形。设触发器的初始状态为始状态为Q=0 注意到：注意到： 由于由于Q，Q端接回到输入门上，所以端接回到输入门上，所以Qn=0时主触发器只能接收时主触发器只能接收置置1的输入信号，在的输入信号，在Qn=1时主触发器只能接收置时主触发器只能接收置0信号，其结果就是在信号，其结果就是在CP=1期间主触发器只可期间主触发器只可能翻转一次，一旦翻转了能翻转一次，一旦翻转了就不会翻回到原来的状态。就不会翻回到原来的状态。20带异步置带异步置0、置、置1端的主从端的主从JK触发器触发器JKSDRD多输入端的情况：多输入端的情况：QQC1SR1J1KSDRD&1J1KC1QQJ1J2K2K121D四、边沿触发器四、边沿触发器（一）（一）CMOS边沿触发器边沿触发器 触发器的次态只取决于时钟信号上升沿（或下降沿）到触发器的次态只取决于时钟信号上升沿（或下降沿）到达时刻的输入信号的状态。达时刻的输入信号的状态。1.D锁存器锁存器CP=0时，时，TG3导通，导通，TG4截止。接收数据。截止。接收数据。CP=1时，时，TG3截止，截止，TG4导通。锁存数据。导通。锁存数据。这是一个这是一个CP=1有效的有效的D锁存器。锁存器。2.D触发器触发器连成主从结构即可。连成主从结构即可。CP=0时，时，主触发器接收数据；从触发器保持。主触发器接收数据；从触发器保持。CP=1时，时，Q主触发器保持；主触发器保持；从触发器接收数从触发器接收数据，且据，且Q= 。22 因此这是一个边沿触发器。次态取决于因此这是一个边沿触发器。次态取决于CP上升沿到来前上升沿到来前D的值。如果主触发器有保持功能（如同步的值。如果主触发器有保持功能（如同步RSFF），它就），它就不是边沿触发器了。不是边沿触发器了。23D触发器的特性表，特性方程和状态图触发器的特性表，特性方程和状态图特性表：特性表：特性方程：特性方程：Qn+1=D状态图：状态图：有异步输入端有异步输入端SD和和RD的的边沿边沿DFF：24（二）维持阻塞触发器（二）维持阻塞触发器（D触发器）触发器）1.工作原理工作原理CP=0时时触发器保持。且有：触发器保持。且有：CP上升沿时上升沿时电路按电路按RSFF动作。注意到上式，动作。注意到上式，因此有因此有 Qn+1=D 研究一下研究一下CP上升沿到来后的情况，以上升沿到来后的情况，以判断它是不是边沿触发器：判断它是不是边沿触发器：（1）若原来）若原来 D=0,则则G4=0,使得使得D变为变为1无影响；无影响；（2）若原来）若原来 D=1,则则G4=1,但但G3=0,使得使得D改变仍无影响；改变仍无影响；将将2号线称为置号线称为置1阻塞线、置阻塞线、置0维持线；维持线；将将1号线称为置号线称为置1维持线、维持线、3号线称为置号线称为置0阻塞线；阻塞线；说明它是说明它是CP上升沿翻转的边沿触发器。上升沿翻转的边沿触发器。R S =D= D25具有异步输入端和多输入端的维持阻塞具有异步输入端和多输入端的维持阻塞D触发器触发器26（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CP=0时，电路保持，例如时，电路保持，例如0状态；状态；CP变为变为1后，后，B，B两个门起作用，两个门起作用，仍然保持；同时仍然保持；同时J,K的影响到达的影响到达 P和和P点：点：P=J Q P=K QCP下降沿到达时：下降沿到达时：一方面一方面B，B门被封锁，门被封锁，A，A门起作用；门起作用； 另一方面，利用门另一方面，利用门G3、G4的延迟作的延迟作用，用，P和和P的值将维持一小段时间；的值将维持一小段时间；G3,G4门的延迟时间过后，门的延迟时间过后，P=P=1,但对状态无影响。但对状态无影响。所以它是时钟下降沿翻转的边沿触发器。所以它是时钟下降沿翻转的边沿触发器。在这期间，门在这期间，门G1、G2构成基本构成基本RSFF,且且P=S ,P=R,代入代入RSFF的特的特性方程性方程 Qn+1=S+RQn 有有: Qn+1=JQn+KQnQn=JQn+KQn27第三节第三节 触发器的逻辑功能及其描述方法触发器的逻辑功能及其描述方法 时钟触发器：在时钟信号作用时钟触发器：在时钟信号作用下，根据输入信号改变状态的触发下，根据输入信号改变状态的触发器。分为：器。分为：RSFF、JKFF、DFF、TFF、 FF。T一、触发器的逻辑功能一、触发器的逻辑功能前三种已介绍过。下面介绍后两种。前三种已介绍过。下面介绍后两种。1.T触发器触发器特性方程：特性方程：nnQTQ1特性表：特性表：状态图：状态图：功能特点：功能特点： T=0时，保持；时，保持；T=1时，翻转。时，翻转。逻辑符号：逻辑符号：T可用可用JKFF直接转换来：直接转换来：28特性方程：特性方程：nnQQ1JKFF中，当中，当J=K=T时，即为时，即为TFF。当。当T=1时成为时成为FFT二、触发器逻辑功能表示方法二、触发器逻辑功能表示方法特性表，特性方程，状态图。这里不再介绍。特性表，特性方程，状态图。这里不再介绍。触发器的逻辑功能和结构是两个不同的概念，一定要分清。触发器的逻辑功能和结构是两个不同的概念，一定要分清。2.T触发器触发器29三、触发器逻辑功能的相互转换三、触发器逻辑功能的相互转换1.JKFF转换为转换为DFF 转换方法留给同学思考。待学完转换方法留给同学思考。待学完第六章后，大家自然会明白。第六章后，大家自然会明白。1D2.DFF转换为转换为FFT1DC1QQCP 所以，任何结构的触发器都可实所以，任何结构的触发器都可实现各种不同的逻辑功能。如现各种不同的逻辑功能。如CC4027就就是用是用CMOS传输门构成的传输门构成的JK触发器。触发器。30转换的逻辑转换的逻辑关系请同学关系请同学推导。推导。 同样，也可用维同样，也可用维持阻塞结构构成持阻塞结构构成JK触发器：触发器：CC40273174LS109就是维持阻塞结构的就是维持阻塞结构的JK触发器。触发器。32 结束语结束语