数字电子技术_触发器ggps.docx

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1、4.1 概述 在各种种复杂的的数字电电路中不不但需要要对二值值信号进进行算术术运算和和逻辑适适算，还还经常需需要将这这些信号号和运算算结果保保存起来来。为此此，需要要使用具具有记忆忆功能的的基本逻逻辑单元元。能够够存储ll 位二二值信号号的基本本单元电电路统称称触发器器。为了了实现记记忆1位位二值信信号的功功能，触触发器必必须具备备以下两两个基本本特点：第一，具具有两个个能自行行保持的的稳定状状态，用用来表示示逻辑状状态的00 和11，或二二进制数数的0 和1。第二，根据不同的输入信号可以置成1或O状态。 迄今为止，人们已经研制出了许多种触发器电路。根据电路结构形式的不同，可以将它们分为基本R

2、S触发器、同步RS 触发器、主从触发器、维待阻塞触发器、CMOS 边沿触发器等。这些不同的电路结构在状态变化过程中具有不同的动作特点，掌握这些动作特点对于正确使用这些触发器是十分必要的。同时，由于控制方式的不同（即信号的输入方式以及触发器状态随输人信号变化的规律不同），触发器的逻辑功能在细节上又有所不同。因此又根据触发器逻辑功能的不同分为RS 触发器、JK 触发器、T触发器、D 触发器等几种类型。此外，根据存储数据的原理不同，还把触发器分成静态触发器和动态触发器两大类。静态触发器是靠电路状态的自锁存储数据的；而动态触发器是通过在MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据的，例如输人电容上存有电荷

3、为O 状态，而没有存电荷为1状态。本章只介绍静态触发器4 . 2 触触发器的的电路结结构与动动作特点点a 基基本RSS触发器器的电路路结构与与动作特特点b 同步RRS触发发器的电电路结构构与动作作特点cc 主从从触发器器的电路路结构与与动作特特点d 边沿触触发器的的电路结结构与动动作特点点4.2.1基本本RS触触发器的的电路结结构与动动作特点点基本本RS 触发器器（又称称RSS 锁存存器）是是各种触触发器电电路中结结构形式式最简单单的一种种。同时时，它又又是许多多复杂电电路结构构触发器器的一个个组成部部分。一一、电路路结构与与工作原原理 第二二章讲过过的各种种门电路路虽然都都有两种种不同的的输

4、出状状态（高高、低电电平，亦亦即1 、0 ) ，但但都不能能自行保保持。例例如在图图4.22.1 ( aa ）所所示电路路中，如如果只有有一个或或非门GG1，那那么当另另一个输输入端接接低电平平时输出出的高、低低电平将将随输入入的高、低低电平而而改变。因因此，它它不具备备记忆功功能。 如如果用另另一个或或非门将将反相（同同时将的的另一个个输入端端接低电电平），则则的输出出将与同相相。现将将接回的另另一个输输入端，这这时即使使原来加加在输入入端上的的信号消消失了，和的状态也能保持下去。这样就得到了图4.2.1(a）中由两个或非门所组成的基本RS 触发器电路。由于和在电路中的作用完全相同，所以习惯

5、上将电路画成图4.2.1(b）的对称形式。Q和称为输入端，并且定义Q=1、=0 为触发器的1 状态，Q=0、1 为触发器的0状态。称为置位端或置1 输入端，称为复位端或置0 输入端。 当1、0时，Q1、=0。在1信号消失以后（即回到0）, 由于有Q 端的高电平接回到的另一个输入端，因而电路的1 状态得以保持。 当0、1 时，Q0、1 。在1 信号消失以后，电路保持0状态不变。 当0时，电路维持原来的状态不变。 当1 时，Q 0 ，这既不是定义的l 状态，也不是定义的0状态。而且，在和同时回到0以后无法断定触发器将回到1 状态还是0 状态。因此在正常工作时输入信号应遵守的约束条件，亦即不允许输入

6、1的信号。 将上述逻辑关系列成真值表，就得到表4.2.1。因为触发器新的状态（也叫做次态）不仅与输入状态有关，而且与触发器原来的状态（也叫做初态）有关，所以把也作为一个变量t列入了真值表，并将称做状态变量，把这种含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表（或功能表）。基本本RS 触发器器也可以以用与非非门构成成，如图图4.22.2 所示。这这个电路路是以低低电平作作为输入入信号的的，所以以用和分别表表示置11输入端端和置00输入端端。在图图4.22.2 ( bb ）的的图形符符号上，用用输入端端的小圆圆圈表示示用低电电平作输输入信号号，或者者叫低电电平有效效。表44.2.2是它它的特性性表。二、动

7、作作特点 由由图4.2.11( bb ）和和图4.2.22（a）中中可见，在在基本RRS 触触发器中中，输入入信号直直接加在在输出门门上，所所以输入入信号在在全部作作用时间间里（即即或为1 的全部部时间），都都能直接接改变输输出端QQ和的状状态，这这就是基基本RSS 触发发器的动动作特点点。由于于这个缘缘故，也也把（）叫做做直接置置位端，把把（）叫做做直接复复位端并且把把基本RRS 触触发器叫叫做直接接置位、复复位触发发器。top4.2.2同步步RS触触发器的的电路结结构与动动作特点点在数数字系统统中，为为协调各各部分的的动作，常常常要求求某些触触发器于于同一时时刻动作作。为此此，必须须引入同

8、同步信号号，使这这些触发发器只有有在同步步信号到到达时才才按输入入信号改改变状态态。通常常把这个个同步信信号叫做做时钟脉脉冲，或或称为时时钟信号号，简称称时钟用CPP表示。 这种受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器，以区别于像基本RS触发器那样的直接置位、复位触发器。一、电路结构与工作原理 实现时钟控制的最简单方式是采用图4. 2. 4 所示的同步RS 触发器结构。该电路由两部分组成：由与非门G1、G2组成的基本RS 触发器和由与非门G3、G4组成的输入控制电路。它的特性表如表4. 2. 3 所示。 从从上表中中可见、只只有CPP1时时触发器器输出端端的状态态才受输输入信号号的控制制，而且且

9、在CPP1时时这个特特性表和和基本RRS 触触发器的的特性表表相同。输入信号同样需要遵守SR = 0 的约束条件。 在使用同步RS 触发器的过程中，有时还需要在CP 信号到来之前将触发器预先置成指定的状态，为此在实用的同步RS 触发器电路上往往还设置有专门的异步置位输人端和异步复位输入端，如图4. 2. 5 所示。 只要在或加入低电平，即可立即将触发器置1 或置0，而不受时钟信号和输入信号的控制。因比，将称为异步置位（置1 ）端，将称为异步复位（置0）端。触发器在时钟信号控制下正常工作时应使和处于高电平。 此此外，在在图4. 2. 5 电路的的具体情情况下，用用当在CCP00 的状状态下进进行

10、，否否则在或或返回高高电平以以后预置置的状态态不一定定能保存存下来。二、动作特点 由于在CP1的全部时间里S 和R 信号都能通过门G3和G4加到基本RS 触发器上，所以在CP1的全部时间里S 和R 的变化都将引起触发器输出端状态的变化。这就是同步RS 触发器的动作特点。根据这一动作特点可以想象到，如果CP1的期间内输入信号多次发生变化，则触发器的状态也会发生多次翻转，这就降低了电路的抗干扰能力。top4.2.3 主主从触发发器的电电路结构构与动作作特点为了了提高触触发器工工作的可可靠性，希希望在每每个CPP 周期期里输出出端的状状态只能能改变一一次。为为此，在在同步RRS 触触发器的的基础上上

11、又设计计出了主主从结构构触发器器。一、电电路结构构与工作作原理 主主从结构构RS 触发器器（简称称主从RRS 触触发器）由由两个同同样的同同步RSS 触发发器组成成，但它它们的时时钟信号号相位相相反，如如图4. 2. 8 所示。其其中由与与非门GG1GG4组成成的同步步RS 触发器器称为从从触发器器，由与与非门GG5GG8组成成的同步步RS 触发器器称为主主触发器器。 由于于输出状状态的变变化发生生在CPP 信号号的下降降沿，所所以图44. 22. 88 的主主从RSS 触发发器属于于CP 下降沿沿动作型型，在图图形符号号中用CCP输入入端的小小圆圈表表示。图图形符号号中的表表示“延迟输输出”

12、，即CCP 返返回O 以后输输出状态态才改变变。 将上上述的逻逻辑关系系写成真真值表，即即得表44. 22. 44 主从从RS 触发器器的特性性表。 从从同步RRS 触触发器到到主从RRS触发发器的这这一演变变，克服服了CPP = 1 期期间触发发器输出出状态可可能多次次翻转的的问题但但由于主主触发器器本身是是同步RRS 触触发器，所所以在CCP11期间和和的状态态仍然会会随S 、R 状态的的变化而而多次改改变，而而且输人人信号仍仍需遵守守约束条条件SRR = O 。二、动作特点 通过上面的分析可以看到，主从结构触发器有两个值得注意的动作特点：触发器的翻转分两步动作。第一步，在CPl 期间主触

13、发器接收输人端（S 、R 或J 、K ）的信号，被置成相应的状态，而从触发器不动；第二步，CP 下降沿到来时从触发器按照主触发器的状态翻转所以Q 、端状态的改变发生在CP的下降沿。因为主触发器本身是一个同步RS 触发器，所以在CP1 的全部时间里输入信号都将对主触发器起控制作用。由于存在这样两个动作特点，在使用主从结构触发器时经常会遇到这样一种情况，就是在CP1期问输入信号发生过变化以后，CP下降沿到达时从触发器的状态不一定能按此刻输人信号的状态来确定，而必须考虑整个CP1 期间里输人信号的变化过程才能确定触发器的次态。在图4.2.10 的主从JK 触发器中也存在类似的问题，即CP = 1 的

14、全部时间主触发器都可以接收输入信号。而且，由于Q、端接回到了输入门上，所以在0时主触发器只能接受置1 输入信号，在1时主触发器只能接受置0信号。其结果就是在CP1 期间主触发器只有可能翻转一次，一旦翻转了就不会翻回原来的状态。但在主从RS触发器中，由于没有Q、端接到输入端的反馈线，所以CP1期间S、R 状态多次改变时主从触发器状态也会随着多次翻转。 因此，在使用主从结构触发器时必须注意：只有在CP=1的全部时间里输入状态始终未变的条件下，用CP下降沿到达时输入的状态决定触发器的次态才肯定是对的。否则，必须考虑CP1期间输入状态的全部变化过程，才能确定CP下降沿到达时触发器的次态。top4.2.

15、4边沿沿触发器器的电路路结构与与动作特特点为了提提高触发发器的可可靠性，增增强抗干干扰能力力，希望望触发器器的次态态仅仅取取决于CCP信号号下降沿沿（或上上升沿）到到达时刻刻输入信信号的状状态。而而在此之之前和之之后输入入状态的的变化对对触发器器的次态态没有影影响。为为实现这这一设想想，人们们相继研研制成了了各种边边沿触发发器电路路。目前前已用于于数字集集成电路路产品中中的边沿沿触发器器电路有有利用CCMOSS 传输输门的边边沿触发发器、维维持阻塞塞触发器器、利用用门电路路传输延延迟时间间的边沿沿触发器器以及利利用二极极管进行行电平配配置的边边沿触发发器等几几种。一一、利用用CMOOS 传传输

16、门的的边沿触触发器 图图4. 2. 14 是利用用CMOOS 传传输门构构成的一一种边沿沿触发器器。虽然然这种电电路结构构在形式式上也是是一种主主从结构构，但是是它和前前面讲过过的主从从结构触触发器具具有完全全不同的的动作特特点。 这这种触发发器的动动作特点点是输出出端状态态的转换换发生在在CP的的上升沿沿，而且且触发器器所保存存下来的的状态仅仅仅取决决于CPP上升沿沿到达时时的输入入状态。因因为触发发器输出出端状态态的转换换发生在在CP的的上升沿沿，所以以这是一一个上升升沿触发发的边沿沿触发器器。它的的持性表表如表44. 22. 66 所示示。因为为输入信信号是以以单端DD 给出出的，所所以

17、也把把它叫做做D 触触发器。 为了实现异步置位、复位功能，需要引入和信号。因为和以高电平作为置1和置0输入信号的，所以必须把图4.2.14中的4个反相器改成或非门，形成图4.2.15所示的电路.边沿触发发器在图图形符号号中以CCP 输输入端处处的“”表示，如如图4.2.115所示示。二、维维持阻塞塞触发器器 边边沿触发发器的另另一种电电路结构构形式是是维持阻阻塞结构构。在TTTL 电路中中这种电电路结构构形式用用得比较较多。 图图4. 2. 16 是维持持阻塞结结构RSS 触发发器的电电路结构构图。这这个电路路是在同同步RSS 触发发器的基基础上演演变来的的。 ? 为为了达到到触发器器的次态态

18、仅仅取取决于CCP上升升沿到时时的输入入状态这这个目的的，首先先在电路路中增加加了G55、G66两个与与非门和和 、 两根根连线，使使G3和和G5形形成一个个基本RRS 触触发器G4和和G6形形成另一一个基本本RS 触发器器。 为避避免出现现和同时为为1这种种情况，又又在电路路中增加加了 、 两根根连线。这这两根线线将G33和G44也接成成了基本本RS 触发器器，所以以即使先先后出现现1、1的情情况，GG3和GG4组成成的基本本RS 触发器器也不会会改变状状态从从而保证证了在CCPll 期间间G3和和G4的的输出不不会改变变。 为适适应输入入信号以以单端形形式给出出的情况况，维待待阻塞触触发器

19、也也经常作作成单端端输入的的形式，如如图4. 2 . 117所示示。图中中以D 表示数数据愉入入端。连连线兼有置置0维持持线和置置1阻塞塞线的功功能。维维持阻塞塞触发器器的产品品有时也也作成多多输入瑞瑞的形式式，如图图4. 2. 18 所示。 ? 这时各输输入端之之间是与与的逻辑辑关系，即即应以DD1D2代代替表44.2.6 中中的D。三、利用用传输延延迟时间间的边沿沿触发器器 另另一种边边沿触发发器的电电路结构构如图44. 22. 119 所所示，它它是利用用门电路路的传输输延迟时时间实现现边沿触触发的。这个电路包含一个由与或非门和组成的基本RS 触发器和两个输入控制门和。而且门的传输延迟时

20、间大于基本RS 触发器的翻转时间。 设触发器的初始状态为Q=0、=1、CP=0时门、和同时被CP的低电平封锁。而由于的输出、两端为高电平，门、是打开的故基本RS 触发器的状态通过、得以保持。 CP 变为高电平以后，门、首先解除封锁，基本RS 触发器可以通过、继续保持原状态不变。若此时输入为J=1、K=O，则经过门、的传输延迟时间以后PO 、=1，门、均不导通，对基本RS 触发器的状态没有影响。当CP下降沿到达时，门、立即被封锁，但由于门、存在传输延迟时间，所以、的电平不会马上改变。因此，在瞬间出现A 、B 各有一个输入端为低电平的状态，使Q=1，并经过门使0。由于的传输时间足够长，可以保证在P

21、的低电平消失之前的低电平已反馈到了门A ，所以在P 点的低电平消失以后触发器获得的1 状态仍将保持下去。 经过门、的传输延迟时间以后，P和都变为高电平，但对基本RS 触发器的状态并无影响。同时，CP电平已将门、封锁，J、K 状态即使再发生变化也不会影响触发器的状态了。 在在对J 、K 为不同同取值时时触发器器的工作作过程逐逐一分析析后，即即可得出出表42. 7 所所示的特特性表。如如果将它它与表44.2.5 对对照一下下即可看看到，除除了对CCP 信信号的要要求不同同以外，触触发器稳稳定状态态下J、KK 、和和之间的的逻辑关关系完全全相同。 通过对上述三种边沿触发器工作过程的分析可以看出它们具

22、有共同的动作特点，这就是触发器的次态仅取决于CP信号的上升沿或下降沿到达时输入的逻辑状态而在这以前或以后，输入信号的变化对触发器输出的状态没有影响。 这一特点有效地提高了触发器的抗干扰能力因而也提高了电路的工作可靠性4.3 触发器器的逻辑辑功能及及其描述述方法aa 触发发器按逻逻辑功能能的分类类b 触触发器的的电路结结构和逻逻辑功能能的关系系4.3.1 触触发器按按逻辑功功能的分分类 从上上一节中中可以看看到，由由于每一一种触发发器电路路的信号号输入方方式不同同（有单单端输入入的，也也有双端端输入的的），触触发器的的状态随随输入信信号翻转转的规则则不同，所所以它们们的逻辑辑功能也也不完全全一样

23、。按照逻辑功能的不同特点，通常将时钟控制的触发器分为RS 触发器、JK 触发器、T 触发器和D 触发器等几种类型。一、RS 触发器一、RS触发器 凡在时钟信号作用下逻辑功能符合表4.3.1 特性表所规定的逻辑功能者，叫做RS触发器。 显然，上一节中讲到的图4.2.4、图4.2.8 和图4.2.16电路都属于RS 触发器。而图4.2.1和图4.2.2 所示电路不是时钟控制触发器，所以它们不属于这里所定义的RS触发器。 如果把表4.3.1特性表所规定的逻辑关系写成逻辑函数式，则得到 利用约束条件将上式化简，于是得出 式（4.3.1）称为RS 触发器的特性方程。 此外，还可以用图4.3.1所示的状态

24、转换图形象地表示RS 触发器的逻辑功能。图中以两个圆圈分别代表触发器的两个状态，用箭头表示状态转换的方向，同时在箭头的旁边注明了转换的条件。 这样一来在描述触发器的逻辑功能时就有了特性表，特性方程和状态转换图三种可供选择的方法。二、JKK 触发发器凡在时时钟信号号作用下下逻辑功功能符合合表4.3.22特性表表所规定定的逻辑辑功能者者，叫做做JK触触发器。 上上一节中中讲过的的图4.2.110和图图4.22.199所示电电路都属属于JKK触发器器。根据据表4.3.22可以写写出JKK触发器器的特性性方程，化化简后得得到 JKK 触发发器的状状态转换换图如图图4.33.2所所示。三、T 触发器器在

25、某些些应用场场合下，需需要这样样一种逻逻辑功能能的触发发器，当当控制信信号T1时每每来一个个CP信信号它的的状态就就翻转一一次；而而当T0 时时，CPP 信号号到达后后它的状状态保持持不变。具具备这种种逻辑功功能的触触发器叫叫做T触触发器。它它的特性性表如表表4.33.3所所示。 从从特性表表写出TT触发器器的特性性方程为为 它它的状态态转换图图如图44.3.3所示示。 事实实上只要要将JKK 触发发器的两两个输入入端连在在一起作作为T端端，就可可以构成成T 触触发器。正正因为如如此，在在触发器器的定型型产品中中通常没没有专门门的T触触发器。当当T触发发器的控控制端接接至固定定的高电电平时（即

26、即T恒等等于1 )，则则式(44.3.3)变变为 即每每次CPP信号作作用后触触发器必必然翻转转成与初初态相反反的状态态。有时时也把这这种接法法的触发发器叫做做触发器器。其实实触发器器只不过过是处于于一种特特定工作作状态下下的T触触发器而而已。四、D 触发器器 凡凡在时钟钟信号作作用下逻逻辑功能能符合表表4.33.4特特性表所所规定的的逻辑功功能者，叫叫做D触触发器。前前面讲过过的图44.2.7、图图4.22.144和图44.2.17中中的触发发器，在在逻辑功功能上同同属于这这种类型型。 从特特性表写写出D 触发器器的特性性方程为为 D触触发器的的状态转转换图如如图4.3.44 所示示。top

27、4.3.2 触触发器的的电路结结构和逻逻辑功能能的关系系 前前者，已已经从电电路结构构形式和和逻辑功功能这两两个不同同的角度度对触发发器作了了分类介介绍。 需需要强调调指出，触触发器的的逻辑功功能和电电路结构构形式是是两个不不同的概概念。所所谓逻辑辑功能，是是指触发发器的次次态和现现态及输输入信号号之间在在稳态下下的逻辑辑关系，这这种逻辑辑关系可可以用特特性表、特特性方程程或状态态转换图图给出。根根据逻辑辑功能的的不同特特点，把把触发器器分为RRS 、JJK 、TT 、DD 等几几种类型型。 而基基本RSS 触发发器、同同步RSS触发器器、主从从触发器器、边沿沿触发器器等是指指电路结结构的不不

28、同形式式。由于于电路结结构形式式的不同同，带来来了各不不相同的的动作特特点。同同一种逻逻辑功能能的触发发器可以以用不同同的电路路结构实实现。反反过来说说用同同一种电电路结构构形式可可以作成成不同逻逻辑功能能的触发发器，因因此，逻逻辑功能能与电路路结构并并无固定定的对应应关系，更更不要把把两者混混为一谈谈。 不不同功能能的触发发器是可可以相互互转换的的。例如如在需要要RS 触发器器时，只只要将JJK 触触发器的的J 、KK 端当当作S 、R 端使用用，就可可以实现现RS 触发器器的功能能；在需需要T 触发器器时，只只要将JJ 、KK连在一一起当作作T端便便用，就就可以实实现T 触发器器功能，如如图4. 3. 7 所示。因因此，目目前生产产的时钟钟控制触触发器定定型产品品中只有有JK 触发器器和D触触发器这这两大类类