1、(4-1)電子技術電子技術 第四章第四章 觸發器觸發器數字電路部分數字電路部分(4-2)第四章第四章 觸發器觸發器4.1 概述概述4.2 觸發器的基本形式觸發器的基本形式4.3 觸發器按邏輯功能的分類觸發器按邏輯功能的分類4.4 觸發器邏輯功能的轉換觸發器邏輯功能的轉換4.5 觸發器的觸發方式觸發器的觸發方式4.6 觸發器的應用舉例觸發器的應用舉例(4-3)4.1 概述概述觸發器的功能：觸發器的功能：形象地說，形象地說， 它具有它具有“一觸即發一觸即發”的的功能。在輸入信號的作用下，它能夠從一種狀功能。在輸入信號的作用下，它能夠從一種狀態態 ( 0 或或 1 )轉變成另一種狀態轉變成另一種狀態

2、 ( 1 或或 0 )。觸發器的特點：觸發器的特點：有記憶功能的邏輯部件。輸出狀態有記憶功能的邏輯部件。輸出狀態不只與現時的輸入有關，還與原來的輸出狀態不只與現時的輸入有關，還與原來的輸出狀態有關。有關。觸發器的分類：觸發器的分類：按功能分：按功能分：有有R-S觸發器、觸發器、D型觸發器、型觸發器、JK觸發器、觸發器、T型等；型等；按觸發方式劃分：按觸發方式劃分：有電平觸發方式、主從有電平觸發方式、主從觸發方式和邊沿觸發方式觸發方式和邊沿觸發方式 。(4-4)兩個輸入端兩個輸入端 4.2 觸發器的基本形式觸發器的基本形式&a&bQQDRDS反饋反饋兩個輸出端兩個輸出端基本基本

3、RS 觸發器觸發器反饋反饋正是由于正是由于引入反饋，引入反饋，才使電路具有才使電路具有記憶功能記憶功能 !(4-5)輸入輸入RD=0, SD=1時時若原狀態：若原狀態：1Q0Q 11001010輸出仍保持：輸出仍保持：1Q0Q &a&bQQDRDS若原狀態：若原狀態：0Q1Q 01111010輸出變為：輸出變為：1Q0Q 置置“0”！&a&bQQDRDS(4-6)輸入輸入RD=1, SD=0時時若原狀態：若原狀態：1Q0Q 10101001輸出變為：輸出變為：0Q1Q &a&bQQDRDS若原狀態：若原狀態：0Q1Q 00110101輸出保持：輸

4、出保持：0Q1Q &a&bQQDRDS置置“1” ！(4-7)輸入輸入RD=1, SD=1時時若原狀態：若原狀態：10111001輸出保持原狀態：輸出保持原狀態：0Q1Q 0Q1Q 若原狀態：若原狀態：1Q0Q 01110110輸出保持原狀態：輸出保持原狀態：1Q0Q &a&bQQDRDS&a&bQQDRDS保持！保持！(4-8)輸入輸入RD=0, SD=0時時0011輸出：全是輸出：全是1注意：注意：當當RD、SD同時由同時由0變變為為1時，翻轉快的門輸出變為時，翻轉快的門輸出變為0，另一個不得翻轉。因此，另一個不得翻轉。因此，該狀態為不定狀態

5、。該狀態為不定狀態。&a&bQQDRDS基本觸發器的功能表基本觸發器的功能表QRD SD Q1 10 11 00 0保持原狀態保持原狀態0 11 01不定狀不定狀態態復位端復位端置位端置位端QDRDSQ邏輯符號邏輯符號(4-9)1. 觸發器是雙穩態器件，只要令觸發器是雙穩態器件，只要令RD=SD=1，觸發器即保持原態。穩態情況下，兩輸出觸發器即保持原態。穩態情況下，兩輸出互補。一般定義互補。一般定義Q為觸發器的狀態。為觸發器的狀態。2. 在控制端加入負脈沖，可以使觸發器狀態變化。在控制端加入負脈沖，可以使觸發器狀態變化。SD端加入負脈沖，使端加入負脈沖，使Q=1，SD稱為稱為“

6、置位置位”或或“置置1”端。端。RD端加入負脈沖，使端加入負脈沖，使Q=0，RD稱稱為為“復位復位”或或“清清0”端。端。小結小結(4-10)4.3 觸發器按邏輯功能的分類觸發器按邏輯功能的分類4.3.1 同步同步RS觸發器觸發器QQRDSDabRDSDcdRSCP“ 同步同步 ”的含義：由時鐘的含義：由時鐘CP決定決定R、S能否對輸能否對輸出端起控制作用。出端起控制作用。直接清零端直接清零端直接置位端直接置位端輸出端輸出端輸入端輸入端(4-11)QQRDSDabRDSDcdRSCP平時常平時常為為 1平時常平時常為為 1直接清零端直接清零端直接置位端直接置位端直接清零端、置位端的處理：直接清

7、零端、置位端的處理：(4-12)CP=0時時011觸發器保持原態觸發器保持原態CP=1時時&a&bQQDRDS&c&dRSCP111RS&a&bQQDRDS&c&dRSCP11(4-13)RS觸發器的功能表觸發器的功能表CP R S Q 0 保保持持 1 0 0 保保持持 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 不不確確定定 Q簡化的功能表簡化的功能表R S Qn+1 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 不不確確定定 Qn+1 -下一狀態（下一狀態（CP過后）過后）Qn -原狀態原狀態RDSDRSCQQ邏輯符

8、號邏輯符號(4-14)簡化的功能表簡化的功能表R S Qn+1 0 0 Qn 0 1 1 1 0 0 1 1 不不確確定定 由它的功能表可見：由它的功能表可見：在在R、S不相等時，不相等時，Q 服從于服從于 S ! 這是一個值得重視的規律，有必要進這是一個值得重視的規律，有必要進一步歸納和進行形象化的表達。一步歸納和進行形象化的表達。(4-15)R、S不相等時，不相等時，信息傳送路徑信息傳送路徑的形象化表達的形象化表達 ：cdCPQQabRS1QQRSCCP 該電路的該電路的信息傳送規律信息傳送規律在今后的學習過程中，將在今后的學習過程中，將會會多次使用多次使用。(4-16)例：例：畫出畫出R

9、S觸發器的輸出波形觸發器的輸出波形 。假設。假設Q的初始狀的初始狀態為態為 0。CPRSQQSet使輸出全為使輸出全為1CP撤去后撤去后狀態不定狀態不定Reset(4-17) 同步同步 R-S 觸發器的小結觸發器的小結1. 當當CP = 0 時時,無論無論R、S 為何為何種取值組合，輸出端均種取值組合，輸出端均“保保持原態持原態”； 2.只有當只有當CP=1 時時,將將c門和門和d門門打開，控制端打開，控制端R、S的取值的取值組合才會在輸出端有所反映，組合才會在輸出端有所反映，即有所謂即有所謂“功能表功能表”。 QQRDSDabcdRSCP(4-18)QQRDSDRSC邏輯邏輯符號符號 這根紅

10、顏色的線還表這根紅顏色的線還表示一重含義：示一重含義：“高電平有高電平有效效”，即，即 “ 只有在時鐘只有在時鐘 CP1 時，它才表現出應時，它才表現出應有的邏輯功能；如果有的邏輯功能；如果CP0，輸出端，輸出端 Q 則保持原狀則保持原狀態態”。邏輯邏輯符號符號 這根綠顏色的線也表這根綠顏色的線也表示一重含義：示一重含義：“低電平有低電平有效效”，即，即 “ 只有在時鐘只有在時鐘 CP0 時，它才表現出應時，它才表現出應有的邏輯功能；如果有的邏輯功能；如果CP1，輸出端，輸出端 Q 則保持原狀則保持原狀態態”。QQRDSDRSC(4-19)4.3.2 D觸發器觸發器D&c&dQ

11、QDRDS&a&bCP輸入端輸入端基本基本RS 觸觸發器發器導引門電導引門電路路(4-20)CP=0時，時，a、b門被堵，輸出保持原態：門被堵，輸出保持原態：011保持保持D&c&dQQDRDS&a&bCP(4-21)D&c&dQQDRDS&a&bCPD&c&dQQDRDS&a&bCPCP=1時，時，a、b門被打開，輸出由門被打開，輸出由D決定：決定：若若D=01011001若若D=11100110結論：結論：Qn+1 = D(4-22)D Qn+1 0 0 1 1 功能表功能表CP

12、DQQ例：例：畫出畫出D觸發器的輸出波形。觸發器的輸出波形。邏輯符號邏輯符號RDSDD CQQ(4-23)123456714 13 1211 10981D 2D允允許許3D 4D NCVCC1Q 2Q3Q 4QNCGND允允許許74LS77 (4位鎖存器位鎖存器)D觸發器也稱觸發器也稱 D鎖存器，有集成組件的產品，鎖存器，有集成組件的產品，如如74LS77(4位鎖存器位鎖存器)、74LS75(4位雙穩態鎖存器位雙穩態鎖存器)，等等。等等。(4-24)4.3.3 T和和T觸發器觸發器一、一、T 觸發器觸發器邏輯功能：邏輯功能：每來一個每來一個時鐘脈沖，輸出的狀時鐘脈沖，輸出的狀態就翻轉一次，也叫

13、態就翻轉一次，也叫計數器。計數器。RSQQRSCCPQQcdCPQQab(4-25)工作原理：工作原理：cdCPQQab顯然，顯然， 當時鐘當時鐘 CP = 0 時，觸發器必然處時，觸發器必然處于保持狀態。于保持狀態。CP = 0 時時(4-26)歸納：歸納： 在在CP 1期間，期間，下狀態下狀態Q n+1必然對其原必然對其原狀態作一次否定狀態作一次否定 !CP =1 時時 S Qn R Qn1= Qn= Qn Qn Qn QnQ n+1Q n+1QnT 觸發器的功能就是每來觸發器的功能就是每來一個脈沖翻轉一次一個脈沖翻轉一次 。RScdCPQQab若若Qn=0，則，則Qn+1=1若若Qn=1

14、，則，則Qn+1=0(4-27)由同步由同步RS觸發器構成的觸發器構成的T 觸發器存在的問題：觸發器存在的問題：計數脈計數脈沖必須嚴密配合，沖必須嚴密配合，CP脈沖不能太長，否則觸發器將產脈沖不能太長，否則觸發器將產生空翻現象生空翻現象(CP=1期間，輸出狀態翻轉若干次期間，輸出狀態翻轉若干次) 。1 0100 101010111RScdCPQQab11 0RScdCPQQab10 1(4-28)F主主F從從CP1時：時：主觸發主觸發器打開，從觸發器器打開，從觸發器封鎖封鎖 。克服克服“空翻空翻”的辦法的辦法 ：用主從用主從RS觸發器構成觸發器構成 T 觸發器。觸發器。CP0時：時：主觸發主觸

15、發器封鎖，從觸發器器封鎖，從觸發器打開打開 。動作特點：動作特點：F主主、F從從輪流工作。輪流工作。QQR2S2CCPQQQQR1S1CCP(4-29)小結：小結：R1、S1之值向上傳送之值向上傳送一級，抵達一級，抵達Q ；主從觸發方式主從觸發方式T 觸發器的工作原理觸發器的工作原理 F主主 被打開，進被打開，進入工作狀態。入工作狀態。 F從從 被封鎖，輸被封鎖，輸出端保持原狀態出端保持原狀態不變。不變。CP = 1 時，時，QQR2S2CCPQQQQR1S1CCPF主主F從從(4-30)QQR2S2CCPQQQQR1S1CCPF主主F從從0 F主主 被封鎖，被封鎖，輸出端保持原輸出端保持原狀

16、態不變。狀態不變。1 F從從 被打開，被打開，進入工作狀態。進入工作狀態。小結：小結：R1、S1又向上傳送一又向上傳送一級，抵達級，抵達 Q端端 。注意：注意：輸出端輸出端Q的變化發生的變化發生在在 CP 從從 1變為變為 0 后后 !CP = 1 時，時，(4-31)綜合上述分析，綜合上述分析，主從觸發器一個主從觸發器一個CP 只能翻轉一次。只能翻轉一次。前沿處，輸前沿處，輸出交叉反饋出交叉反饋到到F主主。后沿處，輸后沿處，輸出傳遞到出傳遞到F從從翻轉完成。翻轉完成。CPCP邊沿邊沿處翻轉處翻轉CP負沿負沿處翻轉處翻轉邏輯符號：邏輯符號：時序圖：時序圖：QCPRDSDCQQ(4-32)R S

17、 觸發器的電路結構演變過程觸發器的電路結構演變過程由兩個與非門構成基由兩個與非門構成基本本RS觸發器觸發器由四個與非門構成同由四個與非門構成同步步RS觸發器觸發器由九個與非門構成主由九個與非門構成主從從RS觸發器觸發器公共結構公共結構讓其接受讓其接受時鐘控制時鐘控制克服克服空翻空翻(4-33)二、二、T 觸發器觸發器T觸發器與觸發器與T 觸觸發器無本質區發器無本質區別，只是加入別，只是加入了控制端了控制端T。R2S2CF從從QQR1S1CF主主QQCPQQCPTT=0時時CP不起作不起作用，用，T=1時與時與T 相同。相同。R1 = TQS1 = TQ(4-34)R2S2CF從從QQR1S1C

18、F主主QQCPQQCPT = 0 時：時：將將F主主封封鎖，輸出端鎖，輸出端維持原維持原態態 。T = 1 時：時：右圖電右圖電路即為路即為 T 觸發器，觸發器，當當cp到來時，輸出到來時，輸出端將端將正常翻轉正常翻轉 。 (4-35)T 0 1 nQnQ1nQ 功能表功能表時序圖：時序圖：CPQTRDSDCQQT邏輯符號邏輯符號:(4-36)三、三、JK觸發器觸發器QQR2S2CF從從QQR1S1CF主主CPQQCPKJJK觸發器的觸發器的功能最完善，功能最完善，有兩個控制有兩個控制端端J、K。(4-37)JK觸發器的工作原理：觸發器的工作原理：=0=0被封鎖被封鎖保持原態保持原態J=K=0

19、時：時：R2S2CF從從QQR1S1CF主主CPQQCPKJ相當于相當于T觸觸發器發器T=0(4-38)=1=1相當于相當于T觸觸發器發器T=1R2S2CF從從QQR1S1CF主主CPQQCPKJJ=K=1時：時：(4-39)=0=1 Qn=0時時01Qn+1=11J=1，K=0時：時：R2S2CF從從QQR1S1CF主主CPQQCPKJ(4-40)=0=1 Qn=1時時1000F主主被封被封保持原態保持原態Qn+1 =1R2S2CF從從QQR1S1CF主主CPQQCPKJJ=1，K=0時：時：(4-41)=1=0Qn+1=0同樣原理：同樣原理：J=0，K=1時：時：R2S2CF從從QQR1S

20、1CF主主CPQQCPKJ(4-42)J K Qn+1 0 0 Qn 0 1 0 1 0 1 1 1 nQ功能表功能表JK觸發器的功能小結：觸發器的功能小結：1. 當當J=0、K=0時，具有保持功能；時，具有保持功能；2. 當當J=1、K=1時，具有翻轉功能；時，具有翻轉功能；3. 當當J=0、K=1時，具有復位功能；時，具有復位功能；4. 當當J=1、K=0時，具有置位功能。時，具有置位功能。邏輯符號邏輯符號RDSDCQQKJ(4-43)時序圖時序圖JQCPKJQ 保持保持T(4-44)例例1：畫出主從畫出主從 JK 觸發器輸出端波形圖。觸發器輸出端波形圖。J K Q n+1 0 0 Qn1

21、 1 Qn0 1 0 1 0 1 CPJKQ(4-45)JK QQCPQ2JK QQCPQ1CP例例2：假設初始狀態假設初始狀態 Q n = 0 ，畫出，畫出Q1和和Q2 的的波形圖。波形圖。Q1Q2看懂邏輯符號看懂邏輯符號 ；熟練使用功能表熟練使用功能表 。(4-46)RDSDCQQKJ常用常用“專業術語專業術語”介紹介紹數據鎖定：數據鎖定：觸發器的輸出狀態固定不變，觸發器的輸出狀態固定不變，這就稱作這就稱作“數據鎖定數據鎖定”。它相。它相當于當于“保持保持”功能。功能。清除：清除：在在 RD = 0 時使得時使得 Q n+1 0。 預置：預置：在在 SD = 0 時使得時使得 Q n+11

22、。(4-47) 主從主從JK 觸發器的小結觸發器的小結1. 熟練掌握熟練掌握JK觸發器邏輯觸發器邏輯符號的全部含義。符號的全部含義。2. 熟練掌握并正確運用熟練掌握并正確運用JK觸發器的功能表。觸發器的功能表。QQKJCSDRDQQKJCSDRD(4-48)4.4 觸發器邏輯功能的轉換觸發器邏輯功能的轉換被轉換的觸發器的功能包含目的觸發器被轉換的觸發器的功能包含目的觸發器的功能。的功能。例如：例如：JK觸發器觸發器1. 當當J=0、K=0時，具有保持功能；時，具有保持功能；2. 當當J=1、K=1時，具有翻轉功能；時，具有翻轉功能；3. 當當J=0、K=1時，具有復位功能；時，具有復位功能；4

23、. 當當J=1、K=0時，具有置位功能。時，具有置位功能。因此，因此，JK觸發器可以轉換成其他多種觸發器。觸發器可以轉換成其他多種觸發器。(4-49)一、一、JK觸發器轉換成觸發器轉換成D觸發器觸發器CQQKJD CP(4-50)二、二、JK觸發器轉換成觸發器轉換成T觸發器觸發器CQQKJTCP(4-51)三、三、D觸發器轉換成觸發器轉換成T 觸發器觸發器CQQDCP(4-52)4.5 觸發器的觸發方式觸發器的觸發方式觸發方式？觸發方式？研究翻轉時刻與研究翻轉時刻與時鐘脈沖間的關系時鐘脈沖間的關系4.5.1 電位觸發方式電位觸發方式電位觸電位觸發發正電位觸發正電位觸發負電位觸發負電位觸發CP=

24、1 期間翻轉期間翻轉CP=0 期間翻轉期間翻轉(4-53)例如：例如：下圖所示的下圖所示的D觸發器就是電位觸發方式。觸發器就是電位觸發方式。cdCPQQRDSDabDQQRDSDDCQQRDSDDC“高電平觸發高電平觸發”“低電平觸發低電平觸發”優點優點:結構簡結構簡單；動作較單；動作較快。快。缺點：缺點：容易容易空翻。空翻。適用范圍：適用范圍：只能用作數只能用作數據鎖存器。據鎖存器。(4-54)4.5.2 主從觸發方式主從觸發方式主從觸發方式的翻轉過程：主從觸發方式的翻轉過程：前沿處，輸出前沿處，輸出交叉反饋到交叉反饋到F主主。后沿處，輸出后沿處，輸出傳遞到傳遞到F從翻轉從翻轉完成。完成。C

25、PCP=1期間輸入端控制信期間輸入端控制信號不容許變化號不容許變化(4-55)以主從觸發的以主從觸發的D觸發器為例：觸發器為例：設設Qn = 0CPDQ干擾干擾t1t2正確的輸正確的輸出波形出波形假設在假設在CP=1期間期間 D有一干擾有一干擾出現干擾后，主從型的出現干擾后，主從型的D觸發器的輸出波形如何？觸發器的輸出波形如何？主從觸發方式存在其固有的缺陷主從觸發方式存在其固有的缺陷一次翻轉一次翻轉”問題。問題。(4-56)QQQR2S2CcdabCPDQQF從從F主主CPQ11010100101100110保保 持持解釋如下解釋如下:CPD設設Qn = 0保保持持跟跟隨隨D端端初始初始狀態狀

26、態Q實際實際保保持持注注意意 Q(4-57)歸歸 納納 產生上述輸出結果產生上述輸出結果的根本原因是：主觸發的根本原因是：主觸發器是一個同步器是一個同步RS觸發器，觸發器，在在CP=1期間當輸入信號期間當輸入信號變化時，其狀態能，且變化時，其狀態能，且只能改變一次；于是導只能改變一次；于是導致致CP下降沿到來時下降沿到來時Q狀狀態跟隨態跟隨Q狀態改變。狀態改變。QQQR2S2CcdabCPDQQF從從F主主CPQ(4-58)主從觸發方式在功能表中一般用主從觸發方式在功能表中一般用“ ”表示。表示。CPDQn+10011主從型主從型D觸發器功能表觸發器功能表邏輯符號邏輯符號CQQD(4-59)在

27、使用主從結構觸發器時必須注意：在使用主從結構觸發器時必須注意：只有在只有在CP = 1的全部時間里輸入始終保持不變的條的全部時間里輸入始終保持不變的條件下，用件下，用 CP 下降沿到來時的輸入狀態決定下降沿到來時的輸入狀態決定觸發器的下態才肯定是對的。否則，必須考觸發器的下態才肯定是對的。否則，必須考慮慮 CP=1 期間輸入端狀態的全部變化過程，期間輸入端狀態的全部變化過程，才能確定才能確定 CP 降沿到來時觸發器的下態。降沿到來時觸發器的下態。結論結論(4-60)4.5.3 邊沿觸發方式邊沿觸發方式為了免除為了免除CP=1期間輸入控制電平不許改變期間輸入控制電平不許改變的限制，可采用的限制，

28、可采用邊沿觸發邊沿觸發方式。其特點是：觸方式。其特點是：觸發器只在時鐘跳轉時發生翻轉，而在發器只在時鐘跳轉時發生翻轉，而在CP=1或或CP=0期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。期間，輸入端的任何變化都不影響輸出。如果翻轉發生在上升沿就叫如果翻轉發生在上升沿就叫“上升沿觸發上升沿觸發”或或“正邊沿觸發正邊沿觸發”。如果翻轉發生在下降沿就。如果翻轉發生在下降沿就叫叫“下降沿觸發下降沿觸發”或或“負邊緣觸發負邊緣觸發”。下面以。下面以邊緣觸發的邊緣觸發的D觸發器為例講解。觸發器為例講解。(4-61)&e&fQQ&c&d&a&bDCP設原態設原態Q=0

29、，并設，并設D=1。1CP=0期間：期間：(1) c 、d被鎖，被鎖，c、d的輸出均為的輸出均為1。00110(4-62)1(2) c=1 、d=1反饋到反饋到a、b的輸入，的輸入，a、b輸出輸出為為0、1。001111010CP=0期間：期間：&e&fQQ&c&d&a&bDCP(4-63)CP正沿到達時正沿到達時:c、d開啟，使開啟，使c=1，d=0。Q翻轉為翻轉為111110110&e&fQQ&c&d&a&bDCP置置 0 阻塞線阻塞線置置 1 維維持持線線0 1(4-64)CP正沿過后：正沿過

30、后：d=0將將c封鎖封鎖,并使并使b=1，維持，維持d=0。11001因此以后因此以后CP=1期期間間D的變化不影的變化不影響輸出。響輸出。001D=0時的時的翻轉，請翻轉，請大家自己大家自己分析。分析。&e&fQQ&c&d&a&bDCP(4-65)QQefcdabCPDfecadb置置 0 阻塞線阻塞線置置 1 阻塞線阻塞線置置 1 維維持持線線置置 0 維維持持線線該上升沿觸發的該上升沿觸發的D觸發器是觸發器是維持阻塞型維持阻塞型 D觸發器。觸發器。(4-66)CP D Qn+1 0 Qn 1 Qn 0 0 1 1 邊沿觸發的邊沿觸發的D觸發器功能表觸發器功能表正沿觸發正沿觸發觸發方式在邏輯符號中的表示：觸發方式在邏輯符號中的表示：CQQ負沿負沿觸發觸發CQQ正沿正沿觸發