1、4 觸發器觸發器4.1 RS鎖存器鎖存器4.2 電平觸發的觸發器電平觸發的觸發器4.3 主從觸發器主從觸發器4.4 邊沿觸發器邊沿觸發器4.5 觸發器的邏輯功能及相互轉換觸發器的邏輯功能及相互轉換 在數字系統中，不但需要能夠對二值信號進行邏輯運算和在數字系統中，不但需要能夠對二值信號進行邏輯運算和算術運算的組合邏輯電路，還需要算術運算的組合邏輯電路，還需要具有記憶功能具有記憶功能的時序邏輯電的時序邏輯電路將這些信號和運算結果保存起來。路將這些信號和運算結果保存起來。觸發器觸發器(Flip Flop)(Flip Flop)是最是最基本、最重要的時序單元電路，也是構成時序邏輯電路的基本基本、最重要

2、的時序單元電路，也是構成時序邏輯電路的基本單元電路。單元電路。 觸發器的電路結構和觸發方式有多種，同時也具有不同觸發器的電路結構和觸發方式有多種，同時也具有不同的邏輯功能。觸發器包括雙穩態、單穩態和無穩態觸發器等，的邏輯功能。觸發器包括雙穩態、單穩態和無穩態觸發器等，本章所介紹的是雙穩態觸發器本章所介紹的是雙穩態觸發器，即其輸出有兩個穩定狀態，即其輸出有兩個穩定狀態0 0狀態和狀態和1 1狀態，能儲存狀態，能儲存1 1位二進制信息。位二進制信息。 觸發器由邏輯門電路和適當的反饋電路組成，每個觸發觸發器由邏輯門電路和適當的反饋電路組成，每個觸發器可以存儲器可以存儲1 1位位二值信息。它具有兩個互

3、補的輸出端，其輸二值信息。它具有兩個互補的輸出端，其輸出狀態不僅與當前輸入有關，而且與上一時刻的輸出有關。出狀態不僅與當前輸入有關，而且與上一時刻的輸出有關。 4.1 RS RS鎖存器鎖存器4.1.1 RS RS鎖存器的電路結構鎖存器的電路結構4.1.2 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能4.1.1 RS鎖存器的電路結構鎖存器的電路結構 RS RS鎖存器，又稱鎖存器，又稱SRSR鎖存器鎖存器(Set-Reset Latch)(Set-Reset Latch)，是各，是各種觸發器電路的基本構成部分。雖然它也有兩個能保持種觸發器電路的基本構成部分。雖然它也有兩個能保持的穩定狀態，但由于它的輸出置

4、的穩定狀態，但由于它的輸出置1 1或置或置0 0操作是由輸入的操作是由輸入的置置1 1、置、置0 0信號直接完成，不需要觸發信號觸發，故稱為信號直接完成，不需要觸發信號觸發，故稱為鎖存器。鎖存器。 (a)邏輯圖邏輯圖 (b)邏輯符號邏輯符號 4.1.2 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 R=0，S=0 若若Q初態為初態為0則次態為則次態為0；若；若Q初態為初態為1則次態為則次態為1。狀態保持。狀態保持 R=1，S=1在這種狀態下，當在這種狀態下，當R、S信號由信號由“1”“0”后，由于兩個或非門后，由于兩個或非門傳輸時間不等，輸出狀態將不能確定。（應避免這種情況）。傳輸時間不等，輸出狀態將

5、不能確定。（應避免這種情況）。Q0,Q0約束條件約束條件: : SR = 0 R=0，S=1 ，鎖存器處于鎖存器處于1態，置態，置1（置位）。（置位）。 Q1,Q0 R=1，S=0，鎖存器處于鎖存器處于0態，置態，置0（復位）。（復位）。 Q0,Q1QSRQ鎖存器狀態鎖存器狀態00110101不變不變010不變不變100保持保持置置0置置1不定不定或非門構成的或非門構成的RSRS鎖存器的功能表鎖存器的功能表 RS RS鎖存器的保持和置鎖存器的保持和置1 1、置、置0 0功能，是時序邏輯電路功能，是時序邏輯電路存儲單元應具備的最基本功能。存儲單元應具備的最基本功能。 約束條件約束條件: : SR

6、 = 0SR RS RS鎖存器也可以用與非門構成，如下圖所示。這個電鎖存器也可以用與非門構成，如下圖所示。這個電路是以低電平作為有效輸入信號的，所以輸入端分別用路是以低電平作為有效輸入信號的，所以輸入端分別用 、 表示。在圖示邏輯符號中，輸入端的小圓圈表示低電表示。在圖示邏輯符號中，輸入端的小圓圈表示低電平為實際輸入信號，也稱低電平有效。平為實際輸入信號，也稱低電平有效。 (a) (a)邏輯圖邏輯圖 (b)(b)邏輯符號邏輯符號 SRQQ鎖存器狀態鎖存器狀態11001010不變不變011不變不變101保持保持置置0置置1不定不定與非門構成的與非門構成的RSRS鎖存器的功能表鎖存器的功能表RS鎖

7、存器存在以下特點：鎖存器存在以下特點： (1) 直接置位直接置位/復位。復位。RS鎖存器在沒有有效電平輸入時鎖存器在沒有有效電平輸入時具有記憶存儲功能，可以保持原狀態不變。在外加輸入信號具有記憶存儲功能，可以保持原狀態不變。在外加輸入信號作用下，鎖存器輸出狀態直接受輸入信號所控制，可以實現作用下，鎖存器輸出狀態直接受輸入信號所控制，可以實現置位或復位功能。置位或復位功能。 (2) 存在約束。不管是或非門還是與非門構成的存在約束。不管是或非門還是與非門構成的RS鎖鎖存器都存在約束條件，這就使其應用受到了很大的限制。存器都存在約束條件，這就使其應用受到了很大的限制。 約束條件約束條件: : SR

8、=14.2.1 電路結構電路結構4.2 電平觸發的觸發器電平觸發的觸發器4.2.2 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能4.2.3 電平觸發電平觸發D觸發器觸發器4.2.4 電平觸發方式的工作特點電平觸發方式的工作特點4.2.1 同步同步RS觸發器電路結構觸發器電路結構 同步是指觸發器狀態的改變與時鐘脈沖同步是指觸發器狀態的改變與時鐘脈沖CPCP同步。同步。 CPCP功能：觸發器的控制端，控制電路由輸入信號所決功能：觸發器的控制端，控制電路由輸入信號所決定的狀態觸發翻轉的時間。即定的狀態觸發翻轉的時間。即S S、R R的選通信號。的選通信號。CPCP優先于優先于S S、R R。我們稱。我們稱C

9、PCP作用前的輸出為作用前的輸出為初態（現態）初態（現態），用，用Q Qn n表示表示; CP; CP作用后的輸出為作用后的輸出為次態次態，用，用Q Qn+1n+1表示。表示。(a)邏輯圖 (b)邏輯符號 CP0，G3、G4封鎖，封鎖，Q不變；不變； CP1， G3、G4打開，打開，鎖存器狀態由鎖存器狀態由SR決定決定 。 R=0，S=1，置，置1（置位）（置位） Qn+1=1 R=1，S=0，置，置0（復位）（復位） Qn+1=0 R=0，S=0，保持，保持 Qn+1= Qn R=1，S=1，不定，不定 （特指（特指CP由由1翻轉到翻轉到0狀態后）狀態后）約束條件約束條件: : SR = 0

10、4.2.2 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能功功能能表表特性方程特性方程（用卡諾圖化簡）（用卡諾圖化簡） )(01約束條件RSQRSQnn011100不定不定同步同步RSRS觸發器輸入波形如下圖所示，試畫出觸發器輸入波形如下圖所示，試畫出輸出輸出Q Q和和 端的電壓波形。設觸發器初始狀態為端的電壓波形。設觸發器初始狀態為Q Q = 0= 0。 Q不定不定不定不定Q1 2 3 4 5CPSRQ4.2.3 電平觸發電平觸發D觸發器觸發器 (a) (a)邏輯圖邏輯圖 (b)(b)邏輯符號邏輯符號置置1 10 01 11 11 1置置0 01 10 00 01 1保持保持不變不變不變不變0 0功能

11、功能Q QD DCPCPQ Q4.2.4 電平觸發方式的工作特點電平觸發方式的工作特點 (1) (1) 只有當只有當CPCP為有效電平時，觸發器封鎖才能被為有效電平時，觸發器封鎖才能被打開，按照輸入信號將觸發器輸出設置成相應的狀打開，按照輸入信號將觸發器輸出設置成相應的狀態。態。 (2) (2) 在在CPCP為有效電平期間，輸入信號的變化隨時為有效電平期間，輸入信號的變化隨時可以引起輸出狀態的改變。可以引起輸出狀態的改變。CPCP翻轉為無效狀態后，翻轉為無效狀態后，觸發器輸出將保持翻轉前那一瞬時的狀態。觸發器輸出將保持翻轉前那一瞬時的狀態。 4.3 主從主從 觸發器觸發器4.3.1 主從主從R

12、S觸發器觸發器4.3.2 主從主從JK觸發器觸發器4.3.1 主從主從RS觸發器觸發器1. 電路結構電路結構 脈沖邊沿觸發的主從觸發器由兩個相同的電平觸發同步脈沖邊沿觸發的主從觸發器由兩個相同的電平觸發同步RSRS觸發器組成。其中，由觸發器組成。其中，由G G1 1G G4 4組成的觸發器稱為從觸發器，組成的觸發器稱為從觸發器，由由G G5 5G G8 8組成的觸發器稱為主觸發器，因此也常將此電路稱組成的觸發器稱為主觸發器，因此也常將此電路稱為主從為主從RSRS觸發器。主從兩個觸發器的時鐘信號反相。時鐘信觸發器。主從兩個觸發器的時鐘信號反相。時鐘信號號 代表低電平有效代表低電平有效CP2. 工

13、作原理工作原理（1）接收輸入信號過程）接收輸入信號過程CP=1期間：主觸發器控制門期間：主觸發器控制門G7、G8打開，接收輸入信號打開，接收輸入信號R、S，從觸發器控制門，從觸發器控制門G3、G4封鎖，其狀態保持不變。封鎖，其狀態保持不變。（2）輸出信號過程）輸出信號過程CP下降沿到來時，主觸發器控制門下降沿到來時，主觸發器控制門G7、G8封鎖，在封鎖，在CP=1期間接收的內容被存儲起來。同時，從觸發器控制門期間接收的內容被存儲起來。同時，從觸發器控制門G3、G4被打開，主觸發器將其接收的內容送入從觸發器，輸出被打開，主觸發器將其接收的內容送入從觸發器，輸出端隨之改變狀態。在端隨之改變狀態。在

14、CP=0期間，由于主觸發器保持狀態不期間，由于主觸發器保持狀態不變，因此受其控制的從觸發器的狀態也即變，因此受其控制的從觸發器的狀態也即Q、Q的值當然不的值當然不可能改變。可能改變。 由于主從由于主從RSRS觸發器由兩個完全相同的同步觸發器由兩個完全相同的同步RSRS觸發器組觸發器組成，因此其邏輯功能表、特性方程和同步成，因此其邏輯功能表、特性方程和同步RSRS觸發器相同，觸發器相同，唯一的變化就是由電平觸發轉換為唯一的變化就是由電平觸發轉換為脈沖邊沿觸發脈沖邊沿觸發。4.3.2 主從主從JK觸發器觸發器1. 電路結構電路結構主從主從RS觸發器的缺點：觸發器的缺點：使用時有約束條件使用時有約束

15、條件RS=0。 為此，將觸發為此，將觸發器的兩個互補的輸器的兩個互補的輸出端信號通過兩根出端信號通過兩根反饋線分別引到輸反饋線分別引到輸入端的入端的G7、G8門，門，這樣，就構成了這樣，就構成了JK觸發器。觸發器。2. 工作原理工作原理 1nnnnnnnQKQJQKQQJQRSQ代入主從代入主從RS觸發器的特性方程，觸發器的特性方程，即可得到主從即可得到主從JK觸發器的特性觸發器的特性方程：方程：nnKQRQJS 將將主從主從JK觸發器沒有約束。觸發器沒有約束。CPCP下降沿（負跳沿）有效下降沿（負跳沿）有效1nnnQJ QKQ4.4 邊沿邊沿 觸發器觸發器4.4.1 CMOS傳輸門構成的邊沿

16、傳輸門構成的邊沿D觸發器觸發器4.4.2 維持維持-阻塞邊沿阻塞邊沿D觸發器觸發器4.4.3 利用門電路傳輸延遲時間的利用門電路傳輸延遲時間的邊沿邊沿JK觸發器觸發器4.4.1 CMOSCMOS傳輸門構成的邊沿傳輸門構成的邊沿D D觸發器觸發器1. 電路結構電路結構 圖示電路中反相器和傳輸門均為圖示電路中反相器和傳輸門均為CMOSCMOS電路。雖然電路結電路。雖然電路結構也為主從結構，但其卻沒有一次變化問題，具有邊沿觸發構也為主從結構，但其卻沒有一次變化問題，具有邊沿觸發器的特性，故歸為邊沿觸發器。電路邏輯符號中器的特性，故歸為邊沿觸發器。電路邏輯符號中C1C1前端的前端的“”代表邊沿觸發，小

17、圓圈代表下降沿有效。代表邊沿觸發，小圓圈代表下降沿有效。2. 工作原理及邏輯功能工作原理及邏輯功能 TG1導通，導通，TG2斷開斷開輸入信號輸入信號D 送入主鎖存器。送入主鎖存器。TG3斷開，斷開，TG4導通導通從鎖存器維持在原來的狀態不變。從鎖存器維持在原來的狀態不變。 (1) CP=1時時:Q 跟隨跟隨D端的狀態變化，使端的狀態變化，使Q =D。 (2) CP由由1跳變到跳變到0 :觸發器的狀態僅僅取決于觸發器的狀態僅僅取決于CP信號下降沿到達前瞬間的信號下降沿到達前瞬間的D信號信號 TG3導通，導通，TG4斷開斷開從鎖存器從鎖存器Q 的的信號送信號送Q端。端。TG1斷開，斷開，TG2導通

18、導通主鎖存器主鎖存器維持原態不變。維持原態不變。 Qn+1=D4.4.3 利用門電路傳輸延遲時間利用門電路傳輸延遲時間的邊沿的邊沿JK觸發器觸發器邊沿觸發器的輸出僅在時鐘脈沖有效沿(上升沿或下降沿)到來時發生翻轉 4.5.1 觸發器邏輯功能分類觸發器邏輯功能分類 4.5 觸發器的邏輯功能及相互轉換觸發器的邏輯功能及相互轉換4.5.3 觸發器的電氣特性觸發器的電氣特性 4.5.2 觸發器功能轉換觸發器功能轉換 4.5.1 觸發器邏輯功能分類觸發器邏輯功能分類 1D C1 Q Q D CP D 觸發器觸發器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 觸發器觸發器 1T C1 Q Q T CP

19、T 觸發器觸發器 1S C1 1R Q Q S CP R RS 觸發器觸發器1. RS觸發器觸發器 )(01約束條件RSQRSQnn RS RS觸發器的狀態轉換圖觸發器的狀態轉換圖 1S C1 1R Q Q S CP R RS 觸發器觸發器2. JK觸發器觸發器 1J C1 1K Q Q J CP K JK 觸發器觸發器1nnnQJQKQ由由JKJK觸發器的功能表、特性方程和狀態轉換圖均可看觸發器的功能表、特性方程和狀態轉換圖均可看出，當出，當J J = 1= 1，K K = 0= 0時，觸發器的次態被置時，觸發器的次態被置1 1；當；當J J = = 0 0，K K = 1= 1時，觸發器的

20、次態被置時，觸發器的次態被置0 0；當；當J J = 0= 0，K K = 0= 0時，觸發器狀態保持不變；當時，觸發器狀態保持不變；當J J = 1= 1，K K = 1= 1時，觸發時，觸發器翻轉。在所有類型的觸發器中，器翻轉。在所有類型的觸發器中，JKJK觸發器功能最為觸發器功能最為全面，它能夠執行置全面，它能夠執行置1 1、置、置0 0、保持和翻轉四種操作，、保持和翻轉四種操作，并可通過附加簡單的電路而轉換為其他功能的觸發器，并可通過附加簡單的電路而轉換為其他功能的觸發器，因此在數字電路中有較廣泛的應用。因此在數字電路中有較廣泛的應用。功能表功能表 Qn DQn+1000011100111 特性方程特性方程Qn+1 = D 狀態圖狀態圖3. D觸發器觸發器 集成雙D觸發器74HC74 4. T觸發器觸發器 特性方程特性方程狀態轉換圖狀態轉換圖特性表特性表nQ1n Q011101110000TnnnQTQTQ1 1T C1 Q Q T CP 邏輯符號邏輯符號 5. T觸發器觸發器 Q Q CP C 邏輯符號邏輯符號 特性方程特性方程nnQQ1時鐘脈沖每作用一次，觸發器翻轉一次。時鐘脈沖