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1、第五章第五章 触发器触发器内容介绍内容介绍 本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器，本章介绍构成时序逻辑电路的最基本部件双稳态触发器，重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点，以及触发重点介绍各触发器的结构、工作原理、动作特点，以及触发器从功能上的分类及相互间的转换。器从功能上的分类及相互间的转换。 首先从组成各类触发器的基本部分首先从组成各类触发器的基本部分SR锁存器入手，介锁存器入手，介绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点，在基础上介绍绍触发器的结构、逻辑功能、动作特点，在基础上介绍JK触触发器、发器、D触发器、触发器、T触发器等，给出触发器的描述方程。触发器等，给出触发器的描述
2、方程。 本章重点本章重点是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状是各触发器的功能表、逻辑符号、触发电平、状态方程的描述等。态方程的描述等。5.1 概述概述 触发器触发器：对在触发信号作用下能够存储：对在触发信号作用下能够存储1位二值位二值 信号的基本单元电路信号的基本单元电路一、用于记忆一、用于记忆1位二进制信号位二进制信号1. 有两个能自行保持的状态有两个能自行保持的状态2. 在触发信号操作下，可按输入信号的不同置成在触发信号操作下，可按输入信号的不同置成 0或或1二、分类二、分类 1. 按触发方式（电平，脉冲，边沿）按触发方式（电平，脉冲，边沿） 2. 按逻辑功能（按逻辑功能（RS, J
3、K, D, T） 3. 按存储数据原理（静态触发器，动态触发器）按存储数据原理（静态触发器，动态触发器） 在不同的触发方式下，当触发信号到在不同的触发方式下，当触发信号到达时，触发器的状态转换过程具有不同的达时，触发器的状态转换过程具有不同的动作特点，在使用触发器时应注意。动作特点，在使用触发器时应注意。 静态触发器靠电路状态的自锁存静态触发器靠电路状态的自锁存储数据，而动态触发器通过栅极输储数据，而动态触发器通过栅极输入电容上存储电荷来存储数据。入电容上存储电荷来存储数据。Flip-Flop5.2 SR锁存器锁存器 SR锁存器（又叫基本锁存器（又叫基本RS触发器）是各种触发器构成的触发器）是
4、各种触发器构成的基本部件，也是最简单的一种触发器。它的输入信号直接基本部件，也是最简单的一种触发器。它的输入信号直接作用在触发器，无需触发信号作用在触发器，无需触发信号一一 、电路结构与工作原理、电路结构与工作原理1. 由或非门构成：其电路及图形符号如图所示。由或非门构成：其电路及图形符号如图所示。0 0的的约约束束条条件件。R R循循S S所所以以正正常常工工作作下下，应应遵遵不不定定* *后后，Q Q的的“1 1”信信号号同同时时消消失失和和Q QS SD DD DD DD D0 0 0 00 0 1 11 0 0 11 0 1 10 1 0 00 1 1 01 1 0 01 1 1 0*
5、QQRSDD工作原理工作原理n当当SD=1、RD=0时，时，Q=1、Q=0，即便，即便SD=1信号消失（即信号消失（即SD回到回到0）,电路的电路的1状态依然不变；状态依然不变；n当当SD=0、RD=1时，时，Q=0、Q=1，即便，即便RD=1信号消失（即信号消失（即RD回到回到0）,电路电路0状状态依然不变；态依然不变；n当当SD=RD=0时，电路维持原状态不变时，电路维持原状态不变;n当当SD=RD=1时，时，Q=Q=0(非法状态非法状态)，且，且当当SD和和RD同时回到同时回到0时时,次态不定次态不定;n应遵守应遵守SDRD=0的约束条件的约束条件特性表特性表:含状态含状态变量的真值表变
6、量的真值表（保持）2. 与非门构成的触发器：与非门构成的触发器： 1DDSR约束条件约束条件在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能
7、直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点10同为同时为和QQRSDD,在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。在任何时刻，输入都能直接改变输出的状态。例：例： 3. 动作特点动作特点5.3 电平触发的触发器电平触发的触发器 在数字系统中，常常要求某些触
8、发器在同一时刻动作，在数字系统中，常常要求某些触发器在同一时刻动作，这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信这就要求有一个同步信号来控制，这个控制信号叫做时钟信号（号（Clock），简称时钟，用），简称时钟，用CLK表示。这种受时钟控制的触表示。这种受时钟控制的触发器统称为时钟触发器。发器统称为时钟触发器。一、电路结构与工作原理一、电路结构与工作原理电平触发电平触发SR触发器（触发器（同步同步SR触发器触发器）基本基本SR锁存器锁存器输入控制门输入控制门只有在只有在CLK1时，时，SR才能起作用才能起作用功能表功能表00XX011XX01100110011011*1111*0110
9、1110011110110010001CLKSRQ*Q 在某些应用场合，有时需要在时钟在某些应用场合，有时需要在时钟CLK到来之前，先到来之前，先将触发器预置成制定状态，故实际的同步将触发器预置成制定状态，故实际的同步SR触发器设置了触发器设置了异步置位端异步置位端 和异步复位端和异步复位端DSDR小圆圈表示小圆圈表示低电平有效低电平有效无小圆圈表示无小圆圈表示高电平控制高电平控制不用设置初态时不用设置初态时1DDSR仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作
10、用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入
11、信号才能起作用二、动作特点二、动作特点仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用二、动作特点二、动作特点n仅当仅当CLK为有效电平时，输入信号才能起作用为有效电平时，输入信号才能起作用n在在CLK有效的全部时间里，有效的全部时间里，S和和R的变化都将引起输出状态的变化都将引起输出状态的变化，降低了触发器的抗干扰能力。的变化，降低了触发器的抗干扰能力。二、动作特点二、动作特点这种在这种在CLK由由“0”到到“1”整个正脉冲期间整个正脉冲期间触发器动作的控制方触发器动作的控制方式称为式称为电平触发方式电平触发方式变变化化多多次次翻翻转转、可可能能随随和和期期间间
12、，在在RSQQCLK 1 为了适应单端输入信号的需要，有时将为了适应单端输入信号的需要，有时将S通过反相通过反相器接到器接到R上，构成了电平触发的上，构成了电平触发的D触发器（触发器（D锁存器）锁存器）0XX000XX1110000100111100111011101001011011101*11111*QQRSCLKD11000Q100111CLKD*Q在在CLK的有效电平期间输出状态也始终跟随输入状态变化的有效电平期间输出状态也始终跟随输入状态变化作业:P248: 5.1; 5.4; 5.4 脉冲触发的触发器脉冲触发的触发器 为了避免多次翻转，提高触发器工作的可靠性，希望在为了避免多次翻转
13、，提高触发器工作的可靠性，希望在每个每个CLK期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触期间输出端的状态只改变一次，则在电平触发的触发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。发器的基础上设计出脉冲触发的触发器。一一 、电路结构与工作原理、电路结构与工作原理1. 脉冲触发的脉冲触发的SR触发器（主从触发器（主从SR触发器）（触发器）（MasterSlave SR FlipFlop）：）：由由G5G8构成主触发器，由构成主触发器，由G1G4构成从触发器，它们通过时钟构成从触发器，它们通过时钟连在一起，连在一起，CLK从从CLK 工作原理工作原理:在在CLK1时，主触发器按时，主触发器按S、R变化变化，
14、而从触发器而从触发器保持状态不变；保持状态不变；在在CLK由由1 0（下降沿），主触发器保持，从触发器（下降沿），主触发器保持，从触发器按主触发器的状态翻转，故在按主触发器的状态翻转，故在CLK的一个周期内，触发的一个周期内，触发器的输出状态之可能改变一次器的输出状态之可能改变一次 主从主从SR触发器的特触发器的特性表，和电平触发的性表，和电平触发的SR触发器相同，只是触发器相同，只是CLK作用的时间不同作用的时间不同表示延表示延迟输出迟输出例例5.4.1 主从型主从型SR触发器输入触发器输入信号波形，试画出输出端信号波形，试画出输出端Q 和和Q 的波形，设初态为的波形，设初态为“0”。解：其
15、输出波形如图所示解：其输出波形如图所示克服了同步克服了同步RS触发器，触发器， CLK1期间多次翻转的问期间多次翻转的问题，但在，仍存在不定态，题，但在，仍存在不定态，输入信号仍遵守输入信号仍遵守SR0.2. 主从主从JK触发器：触发器： 为了解除约束：为了解除约束：SR1时，时，Q也合法，则将输出端也合法，则将输出端 Q 和和 Q 反馈到输入端，这种触发器称为反馈到输入端，这种触发器称为JK触发器。触发器。1,1, 01, 110, 1) 1 (*“从”后“主”置为“主”保持时，则若clkQQclkKJ0,0, 00, 111, 0)2(*“从”后“主”保持“主”复位时，则若clkQQclk
16、KJ“从”保持后“主”保持时，则若,0110) 3(*clkQQclkKJ)(,1, 00, 111)4(*QclkQQclkKJ“从”后则“主”置若则“主”置若时，则若翻转翻转(5) 功能表功能表保持保持翻转翻转注：在有些集成触发器中，注：在有些集成触发器中，输入端输入端J和和K不止一个，这不止一个，这些输入端是与的关系。些输入端是与的关系。二、脉冲触发方式的动作特点二、脉冲触发方式的动作特点输出状态只能改变一次输出状态只能改变一次转转“从”按“主”状态翻“从”按“主”状态翻到达后,到达后,2)clk2)clk “从”保持“从”保持“主”接收信号,“主”接收信号,1时,1时,1)clk1)c
17、lk 1.分两步动作：1.分两步动作：信信号号进进入入主主触触发发器器1 1的的只只允允许许K K1 1时时, ,Q Q信信号号进进入入主主触触发发器器1 1的的只只允允许许J J0 0时时, ,Q Q。* *确确定定Q Q最最后后的的状状态态，才才能能正正确确Q Q前前变变化化时时，要要找找出出c cl lk k1 1期期间间里里，若若输输入入发发生生在在c cl lk k“主主”只只能能翻翻转转一一次次1 1期期间间, ,k k但但对对主主从从J JK K，在在c cl l控控制制作作用用输输入入信信号号对对“主主”都都起起1 1期期间间，故故在在c cl lk k由由于于“主主”为为同同
18、步步S SR R2 2. .对对于于主主从从S SR R, ,SR5.5 边沿触发的触发器边沿触发的触发器 由于由于JK触发器存在一次变化问题，所以抗干扰能力触发器存在一次变化问题，所以抗干扰能力差。为了提高触发器工作的可靠性，希望触发器的次态差。为了提高触发器工作的可靠性，希望触发器的次态（新态）仅决定于（新态）仅决定于CLK的下降沿（或上升沿）到达时刻的下降沿（或上升沿）到达时刻的输入信号的状态，与的输入信号的状态，与CLK的其它时刻的信号无关，这的其它时刻的信号无关，这样出现了各种边沿触发器。样出现了各种边沿触发器。用用CMOS传输门的边沿触发器传输门的边沿触发器维持阻塞触发器维持阻塞触
19、发器用门电路用门电路tpd的边沿触发器的边沿触发器一、电路结构和工作原理一、电路结构和工作原理1、用两个电平触发、用两个电平触发D触发器组成的边沿触发器触发器组成的边沿触发器FF1和和FF2都是电平触发的都是电平触发的D触发器，也是通过时钟相连触发器，也是通过时钟相连工作原理：工作原理：当当CLK0，触发，触发器状态不变，器状态不变，FF1输输出状态与出状态与D相同；相同；010101当当CLK1，即，即 ， 触发器触发器FF1状态与前沿到来之前的状态与前沿到来之前的D状态状态相同并保持（因为相同并保持（因为CLK10） 。与此同时，。与此同时， FF2输出输出Q的状态被的状态被置成前沿到来之
20、前的置成前沿到来之前的D的状态，而与其它时刻的状态，而与其它时刻D的状态无关。的状态无关。利用利用CMOS传输门的边沿触发器（实际电路结构）传输门的边沿触发器（实际电路结构） 反馈通路接通，自锁反馈通路接通，自锁保持保持通通断，断，而变化而变化随着随着断断通，通，时，时，,0)1(4321QTGTGDQDQTGTGclk 反馈不通反馈不通断断通，通，“主”保持此前的状态“主”保持此前的状态通通断，断，后，后，,)2(4321QQTGTGDTGTGclk后，输出才能变化。后，输出才能变化。直到下个直到下个反馈通路接通反馈通路接通保持保持通通断，断，接收新的输入接收新的输入断断通，通， clkQT
21、GTGDQTGTGclk,)3(4321列出真值表列出真值表)4(XX X0 X 01 X 1*QQDCLKQ后后输输入入信信号号的的状状态态无无关关、输输入入的的状状态态，而而与与此此前前仅仅取取决决于于上上升升沿沿到到达达时时* *Q Q升升沿沿（或或下下降降沿沿），变变化化发发生生在在c cl lk k的的上上* *Q Q二、动作特点二、动作特点（5）为了实现异步置位和复位功能，则引入了）为了实现异步置位和复位功能，则引入了SD和和RD置位端和复位端置位端和复位端例例5.5.1 试画出图试画出图5.5.4(a)所示电路的所示电路的Q1和和Q2的波形。的波形。设各触发器初态为设各触发器初态
22、为0边沿触发器也有边沿触发器也有JK触发器，它是在触发器，它是在CLK的下降沿动作的。的下降沿动作的。保持保持翻转翻转n在时钟控制的触发器中，由于输入方式不同（单在时钟控制的触发器中，由于输入方式不同（单端，双端输入）、次态（端，双端输入）、次态（ ）随输入变化的规）随输入变化的规则不同则不同n逻辑功能：逻辑功能： 与输入及与输入及 在在CLKCLK作用后稳态之间的关系作用后稳态之间的关系n按逻辑功能的不同划分按逻辑功能的不同划分, ,有有RS, JK, D, T,TRS, JK, D, T,T等等触发器触发器*Q*QQ5.6 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5.6.1
23、 触发器按逻辑功能的分类（时钟触发器）触发器按逻辑功能的分类（时钟触发器）一一 、RS触发器触发器 1. 定义定义：凡在时钟信号作用下，具有如表：凡在时钟信号作用下，具有如表5.6.1的功能的触发器称为的功能的触发器称为SR触发器触发器表表5.6.12. 约束条件约束条件0SR3. 特性方程：特性方程： 由特性表和约束条件画出输出端由特性表和约束条件画出输出端Q*的的卡诺图为卡诺图为QR0100001111S100011则可写出触发器输出端的方程为则可写出触发器输出端的方程为0*SRQRSQ特性方程特性方程QR0100001111S1000114. 状态转换图：状态转换图：将触发器的特性表用图
24、形方式表现出来将触发器的特性表用图形方式表现出来5. 逻辑符号图逻辑符号图触发器在时钟脉冲的下降沿动作触发器在时钟脉冲的下降沿动作主从结构主从结构1.定义定义QKQJQ*.: :特特性性方方程程2状态转换图状态转换图. 30 0 000 0 111 0 011 0 110 1 000 1 101 1 011 1 10*QQKJ符号符号. 4二、二、JK触发器触发器（以主从结构为例）（以主从结构为例）三、三、T触发器触发器1.定义：凡在时钟信号作用下，具有如右定义：凡在时钟信号作用下，具有如右 特性表所示功能的触发器特性表所示功能的触发器000011101110*QQTQTQTQ*: :特特性性
25、方方程程2.状状态态转转换换图图3.符号符号4.（以边沿触发器为例）（以边沿触发器为例）四、四、D触发器触发器1. 定义：凡在时钟信号作用下，具有如右特定义：凡在时钟信号作用下，具有如右特 性表所示功能的触发器性表所示功能的触发器000010101111*QQDDQ*.: :特性方程特性方程2状态转换图状态转换图3.符符号号4.（以边沿触发器为例）（以边沿触发器为例）作业:P254: 5.18; 5.19; 5.27tCLKtttt例例5.6.1 利用利用JK触发器构成触发器构成D触发器和触发器和T触发器。触发器。解：解：三个触发器的状态方程为三个触发器的状态方程为QTQTQTDQQDDQDQ
26、KQJQJK*:*:*:KJTDKDJ,其电路如图其电路如图5.6.9所示所示5.6 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5.6.2 触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式触发器的电路结构和逻辑功能、触发方式的关系的关系5.6 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一、电路结构和逻辑功能一、电路结构和逻辑功能 触发器的电路结构和逻辑功能之间不存在固定的触发器的电路结构和逻辑功能之间不存在固定的对应关系对应关系 如如SR触发器可以是电平触发的同步结构，也有脉触发器可以是电平触发的同步结构，也有脉冲触发的主从结构冲触发的主从结构同步同步SR触发器触发器主从结构的
27、主从结构的SR触发器触发器图图5.4.15.6 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同样的同样的JK触发器有主从结构的和维持阻塞结构的触发器有主从结构的和维持阻塞结构的二、电路结构和触发方式二、电路结构和触发方式5.6 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 触发器的触发方式是由电路结构决定的，即电路触发器的触发方式是由电路结构决定的，即电路结构形式与触发方式之间有固定的对应关系结构形式与触发方式之间有固定的对应关系如如SR触发器属于电平触触发器属于电平触发，在发，在CLK1触发器动作触发器动作采用主从结构的触发器，属于脉冲触发方式，是在采用主从结构的触发
28、器，属于脉冲触发方式，是在CLK的下降沿（的下降沿（）触发器随输入动作如主从）触发器随输入动作如主从SR触发触发器和主从器和主从JK触发器触发器5.6 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主从主从JK 触发器：触发器：5.6 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采用两个电平触发采用两个电平触发D触发器构成的触发器、维持阻塞触发器构成的触发器、维持阻塞结构的触发器以及利用门传输延迟时间构成的触发器结构的触发器以及利用门传输延迟时间构成的触发器都输入边沿触发方式都输入边沿触发方式5.6 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如维持阻塞如维持
29、阻塞D触发器属触发器属于上升沿触发于上升沿触发图图5.5.8边沿边沿JK 触发器触发器5.6 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5.7 触发器的动态特性触发器的动态特性为确保触发器可靠翻转为确保触发器可靠翻转, ,对输入信号、时钟信号及它们间的对输入信号、时钟信号及它们间的互相配合关系有一定的要求互相配合关系有一定的要求5.7.1 SR5.7.1 SR锁存器动态特性锁存器动态特性 5.7.2 5.7.2 电平触发电平触发SRSR触发器动态特性触发器动态特性一、输入信号宽度一、输入信号宽度: : t tW W二、传输延迟时间二、传输延迟时间设各门的平均传设各门的平均传输延迟时间均为输延迟时间均为t tpdpdtW2tpdtPLH= tpdtPHL= 2tpdtW(SCLK)2tpdtPLH=2tpdtPHL=3tpd作 业题题5.19(Q4) 题题5. 23 题题5.25 题题5.27