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1、 第五章 锁存器&触发器 (Latch&FlipFlop)1、定义和分类 2、锁存器的分析 3、触发器的分析 触发器（Flip-Flop）：能够存储一位二进制数字信号的基本单元电路叫做触发器。特点：具有“记忆”功能。分析下面的电路：当A0时，F=0某一时刻，由于外界的干扰使得A信号突然消失，此时，相当于A输入端悬空由电路结构得：F=1。干扰发生前后，F的输出值发生的变化，故该电路没有“记忆”功能再看下面的电路：当A0时，F0。某一时刻，由于外界的干扰使得A信号突然消失，此时，相当于A输入端悬空，但F端反馈回来的值仍然为0，由电路结构得：F=0。说明该电路具有“记忆”功能。其根本原因在于，该电路
2、带有反馈。触发器的分类：按稳定工作状态分：双稳态、单稳态和无稳态（多谐振荡器）触发器。本章仅讨论双稳态触发器。按结构分：主从结构和边沿结构触发器。本章仅讨论边沿触发器。按逻辑功能分：RS、JK、D、T和T触发器。本章重点讨论后四种。顺序:基本RS、同步RS、主从RS、边沿D、边沿JK1、基本、基本RS触发器触发器电路组成和逻辑符号基本RS触发器有两种：由与非门构成的和由或非门构成的。我们以前者为例：输出端在正常情形下应是完全相反的两种逻辑状态，即两个稳态。当Q=0时，称为“0态”；当Q=1时，称为“1态”。逻辑功能分析：A）当R=S=0时11可以保证门1的输出值不变。可以保证门2的输出值不变。
3、此时，门1和2的输出值均保持不变，称为：触发器的保持功能。B）当S=0，R=1时10可以保证门1的输出值为0。可以保证门2的输出值为11此时，触发器的Q端始终输出低电平0，称为：触发器复位或触发器清0。C）当S=1，R=0时10可以保证门1的输出值为1。可以保证门2的输出值为01此时，触发器的Q端始终输出高电平1，称为：触发器置位或触发器置1。D）当S=R=1时00可以保证门1的输出值为1。可以保证门2的输出值为11此时，触发器的两个输出端都输出高电平1，出现逻辑混乱。称为：不定状态。此情形应尽量避免。因此我们得到了基本RS触发器的功能表如下：0 0 不定 0 1 置1 1 0 清0 1 1
4、保持 和 均为低电平有效，故：称为：置1输入端或置位输入端称为：清0输入端或复位输入端如果我们规定触发器原来的状态称为“现态”（用Qn表示，简记为Q），将触发器由于输入值的影响后的输出状态称为“次态”（用Qn+1或Qn+1表示），可推导出基本RS触发器的真值表如下：0 0 00 0 1保持功能XX0 1 00 1 1置1功能111 0 01 0 1复位功能001 1 01 1 1不定01由真值表，利用卡诺图化简得：0X1011X0考虑到要避免不定状态发生，（即R、S不能同时为1）故加上一个约束条件：SR=0。所以，基本RS触发器的逻辑函数表达式（特征方程）为：由真值表还可以推导出触发器的状态变
5、化情况，以图形表示时，称为状态转换图，简称状态图。图例用圆圈表示触发器的状态，用箭头表示状态的变化方向，发生变化的条件则按顺序标明在箭头旁边。另外，若已知输入信号的波形，则可以作出触发器的波形图。如：求在输入作用下的输出波形。首先，将输入波形分段（作辅助线），再根据触发器的功能表作出输出波形。功能表：1 23456789第1段：输入为01，输出置1；Q第2段：输入为11，输出保持；第3段：输入为01，输出置1；第4段：输入为11，输出保持；第5段：输入为10，输出清0；第6段：输入为11，输出保持；第7段：输入为01，输出置1；第8段：输入为11，输出保持；第9段：输入为01，输出置1；然后作
6、的波形00 不定；01置1；10清0；11保持。将S=D、R=D代入RS触发器的特性方程，得D触发器的特性方程：D触发器触发器JK触发器触发器同步同步JK触发器触发器将S=JQn、R=KQn代入RS触发器的特性方程，得JK触发器的特性方程：由于RS触发器存在不定状态，所以应用时有局限性，为了克服这个问题，引入了JK触发器。通过上面的分析，我们得知触发器的描述至少有下面的几种方法：1、逻辑图2、功能表3、真值表4、卡诺图5、特征方程6、状态图7、波形图2、同步、同步RS触发器（钟控触发器（钟控RS触发器）触发器）P276基本RS触发器由输入信号的组合决定输出，实际中往往需要触发器在某些特定时候（
7、或时刻）才响应输入，因此，必须加入所谓的控制信号，一般是时钟脉冲。电路组成及元件符号功能分析：A)在C=0期间，无论S和R为何值，G3和G4均输出1，此时为保持功能B)在C=1期间，若SR=00，则G3和G4均输出1，触发器保持。若SR=01，则G3输出1、G4输出0，触发器清0。若SR=10，则G3输出0、G4输出1，触发器置1。若SR=11，则G3和G4均输出0，触发器不定。相当于在基本RS触发器前加入两个与非门。只要分析得出这两个与非门的输出，则根据基本RS触发器的功能就能推导出同步RS触发器的功能了。因此，可得出同步RS触发器的功能表：P276S R Qn+10 0 保持0 1 清01
8、 0 置11 1 不定进一步得出真值表S R Qn Qn+10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1保持01清000置111不定XX再由真值表填卡诺图R、S均为高电平有效，分别称为：复位端和置位端X110010X考虑到要避免不定状态发生，（即R、S不能同时为1）故加上一个约束条件：SR=0。所以，基本RS触发器的逻辑函数表达式（特征方程）为：与基本RS触发器完全相同下面，我们分析一下同步RS触发器的波形。首先，按CP的值分段，当CP=0时，触发器状态保持；当CP=1时，触发器的输出由当时的R、S决定。若已知触发器的初值为0，则输出波形如下：第1段：CP=
9、0，保持。123456789Q第2段：CP=1，R=S=0，保持。第3段：CP=0，保持。第4段：CP=1，R=0，S=1，置1。第5段：CP=0，保持。第6段：CP=1，R=1，S=0，清0。第7段：CP=0，保持。第8段：CP=1，R=S=1，不定。第9段：CP=0，保持。1、RS触发器触发器2、D触发器触发器3、JK 触发器触发器常用触发器：常用触发器：CP=1期间有效期间有效将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：D触发器触发器（D锁存器）锁存器）同步同步D触发器触发器JK触发器触发器同步同步JK触发器触发器CP=1期间有效期间有效将S=JQn、R=KQ
10、n代入同步RS触发器的特性方程，得同步JK触发器的特性方程：由于RS触发器存在不定状态，所以应用时有局限性，为了克服这个问题，引入了JK触发器。工作原理工作原理（1）接收输入信号过程CP=1期间：主触发器控制门G7、G8打开，接收输入信号R、S，有：从触发器控制门G3、G4封锁，其状态保持不变。1 10 02、RS触发器触发器主从主从RS触发器触发器0 01 1（2）输出信号过程CP下降沿到来时，主触发器控制门G7、G8封锁，在CP=1期间接收的内容被存储起来。同时，从触发器控制门G3、G4被打开，主触发器将其接收的内容送入从触发器，输出端随之改变状态。在CP=0期间，由于主触发器保持状态不变
11、，因此受其控制的从触发器的状态也即Q、Q的值当然不可能改变。CP下降沿到来时有效特性特性方程方程逻辑符号逻辑符号电路特点电路特点主从RS触发器采用主从控制结构，从根本上解决了输入信号直接控制的问题，具有CP1期间接收输入信号，CP下降沿到来时触发翻转的特点。但其仍然存在着约束问题，即在CP1期间，输入信号R和S不能同时为1。3、JK触发器触发器同步同步JK触发器触发器CP=1期间有效期间有效将S=JQn、R=KQn代入同步RS触发器的特性方程，得同步JK触发器的特性方程：由于RS触发器存在不定状态，所以应用时有局限性，为了克服这个问题，引入了JK触发器。无论触发沿为何值，JK触发器的特征方程只
12、有一个：由特征方程，我们可以推导出JK触发器的功能表和真值表功能表J K Qn+10 00 11 01 1保持清0置1翻转真值表J K Qn Qn+10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1保持01清000置111翻转10状态图b)下降沿触发a)上升沿触发3、JK触发器触发器主从主从JK触发器触发器&边沿边沿JK触发器触发器对于主从触发器，触发时刻有两种情形：CP的上升沿（即由0变1的时刻）和下降沿（即由1变0的时刻）。其元件符号为：b)下降沿触发a)上升沿触发对于边沿触发器，触发时刻有两种情形：CP的上升沿（即由0变1的时刻）和下降沿（即由1变0的时刻
13、）。其元件符号为：代入主从RS触发器的特性方程，即可得到主从JK触发器的特性方程：将主从JK触发器没有约束。主从主从JK触发器触发器边沿边沿JK触发器触发器集成边沿集成边沿JK触发器触发器74LS112为CP下降沿触发。CC4027为CP上升沿触发，且其异步输入端RD和SD为高电平有效。注注意意CP=1期间有效期间有效将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得同步D触发器的特性方程：4、D触发器触发器（D锁存器）锁存器）同步同步D触发器触发器对于边沿触发器，触发时刻有两种情形：CP的上升沿（即由0变1的时刻）和下降沿（即由1变0的时刻）。上面的符号分别与之对应，C端前带圈的为下降沿触发。
14、4、D触发器触发器（D锁存器）锁存器）边沿边沿D触发器触发器边沿边沿D触发器触发器工作原理工作原理（1）CP0时，门G7、G8被封锁，门G3、G4打开，从触发器的状态取决于主触发器Q=Qm、Q=Qm，输入信号D不起作用。（2）CP1时，门G7、G8打开，门G3、G4被封锁，从触发器状态不变，主触发器的状态跟随输入信号D的变化而变化，即在CP1期间始终都有Qm=D。无论触发沿为何值，D触发器的特征方程只有一个：由特征方程，我们可以推导出D触发器的功能表和真值表功能表D Qn+10 1将输入值代入特征方程得：清0置1真值表D Qn Qn+10 0 0 1 1 0 1 1 00清011置1状态图集成
15、边沿集成边沿D触发器触发器注意注意注意注意：CC4013的异步输入端RD和SD为高电平有效。CP上升沿触发5、T触发器T触发器的输入端有两个：时钟脉冲输入端C，控制输入端T。其元件符号为：对于边沿触发器，触发时刻有两种情形：CP的上升沿（即由0变1的时刻）和下降沿（即由1变0的时刻）。上面的符号分别与之对应，C端前带圈的为下降沿触发。无论触发沿为何值，T触发器的特征方程只有一个：由特征方程，我们可以推导出D触发器的功能表和真值表功能表T Qn+10 1将输入值代入特征方程得：保持翻转真值表T Qn Qn+10 0 0 1 1 0 1 1 01保持10翻转状态图6、T触发器将T触发器的T端接高电
16、平即为T触发器。T触发器的特征方程为：其功能为：每来一个触发脉冲，触发器的状态翻转一次。1、各种触发器之间的相互转换用待求触发器的输入表示现有触发器的输入信号，从而求出转换电路。1)1)、将、将JK触发器转换为触发器转换为RS、D、T和和T触发器触发器2)2)、将、将D触发器转换为触发器转换为JK、T和和T触发器触发器用JK触发器实现RS触发器功能。用JK触发器实现D触发器功能。分析：JK触发器是现有触发器，而D触发器为待求。所以应求出用D来表示J、K的表达式。解：比较两种触发器的特征方程得：两式若要相等，则必有：作图得：D用JK触发器实现T触发器功能。分析：JK触发器是现有触发器，而T触发器
17、为待求。所以应求出用T来表示J、K的表达式。解：比较两种触发器的特征方程得：两式若要相等，则必有：作图得：T用JK触发器实现T触发器功能。分析：JK触发器是现有触发器，而T触发器为待求。考虑到T触发器是将T触发器的T端置1得到，所以只要求出T触发器，再令T1即可。解：利用上题的结论得：+Vcc用D触发器实现JK触发器功能。分析：D触发器是现有触发器，而JK触发器为待求。所以应求出用J、K来表示D的表达式。解：比较两种触发器的特征方程得：两式若要相等，则必有：作图得：用D触发器实现T触发器功能。分析：D触发器是现有触发器，而T触发器为待求。所以应求出用T来表示D的表达式。解：比较两种触发器的特征
18、方程得：两式若要相等，则必有：作图得：用D触发器实现T触发器功能。分析：D触发器是现有触发器，而T触发器为待求。先作出T触发器，再令T为1即得T触发器。解：利用上题结论得：用T触发器实现T触发器功能。解：令T1即可，作图得：2、触发器的波形分析首先观察触发器的符号，确定其触发时刻。其次写出触发器的驱动方程。再将驱动方程代入其特征方程求出次态方程。最后，根据处值、触发时刻和次态方程作触发器的输出波形。已知各触发器的初态均为0，求作在CP作用下的触发器输出波形。另外，无论哪一种触发器都存在一个问题：在上电的瞬间，触发器的现态是不可预期的，即通电的一霎那，触发器的初始状态可能是0态也可能是1态，那么
19、对于分析电路就带来了一定的麻烦，怎么解决？我们看P189图。在普通D触发器的基础上又设置了两个输入端：RD和SD。当RD1，SD0时，无论D为何值均可保证触发器处于1态；当RD0，SD1时，无论D为何值均可保证触发器处于0态。故这两个输入端分别称为：异步清零和置位端（低电平有效）。当然，其余类型的触发器也可以仿效来设置，所以触发器在应用时一定要注意其初始化问题。例：如图电路，设触发器的初态为1，求输出波形。P211 作业1 1、同步、同步RS触发器触发器RSCP0时，R=S=1，触发器保持原来状态不变。CP1时，工作情况与基本RS触发器相同。维维持持阻阻塞塞边边沿沿D触触发发器器&e&f&c&d&a&bDCP