任務3數字鐘校時電路和分頻電路的設計與制作——認識觸發器教學目錄3.1基本RS觸發器3.2同步觸發器123.3邊沿觸發器33.4觸發器的邏輯轉換43.5觸發器的應用練習53.6任務的實現63.1基本RS觸發器數字電路：分組合邏輯電路和時序邏輯電路兩大類。組合邏輯電路的基本單元是門電路。時序邏輯電路的基本單元是觸發器。

一、觸發器的基本特點1、能夠自行保持兩個穩定狀態：1態或0態；2、在不同輸入信號作用下，觸發器可以置成1態或0態。二、觸發器的現態和次態現態Qn——觸發器接收輸入信號之前的狀態次態Qn+1——觸發器接收輸入信號之后的狀態現態Qn和次態Qn+1的邏輯關系是研究觸發器工作原理的基本問題。概述3.1基本RS觸發器三、觸發器的分類按結構可分為基本RS觸發器邊沿觸發器同步觸發器主從觸發器按邏輯功能可分為RS觸發器T和T'觸發器JK觸發器D觸發器3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程

51.由與非門組成的基本RS觸發器信號輸入端低電平有效用兩個與非門交叉連接構成電路組成邏輯符號有兩個輸出端，一個無小圓圈，為Q端，一個有小圓圈，為Q端。兩個互補的輸出端1狀態：Q＝1、Q

＝00狀態：Q＝0、Q

＝1dddd3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程1.與非門組成的基本RS觸發器1001設觸發器原態為“1”態。翻轉為“0”態SD=1，RD=01010QQ.D1&.&D2SDRD(1)3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程

7設原態為“0”態1001110觸發器保持0態不變復位端0結論:不論觸發器原來為何種狀態，當SD=1，

RD=0時，將使觸發器置0，或稱為復位。QQD1&&D2SDRD3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程01設原態為“0”態011100翻轉為“1”態SD=0，RD=1QQ.D1&.&D2SDRD(2)3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程設原態為“1”態0110001觸發器保持1態不變置位端1結論:不論觸發器原來為何種狀態，當SD=0，

RD=1時，將使觸發器置1，或稱為置位。QQ.D1&.&D2SDRD11設原態為“0”態010011保持為“0”態SD=1，RD=1QQ.D1&.&D2SDRD(3)3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程設原態為“1”態1110001觸發器保持1態不變1當SD=1，

RD=1時，觸發器保持原來的狀態，

即具有保持、記憶功能。QQ.D1&.&D2SDRD3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程110011111110觸發器為“0”態觸發器置“1”態

當信號SD=RD=0同時變為1時，由于與非門的翻轉時間不可能完全相同，觸發器狀態可能是“1”態，也可能是“0”態，不能根據輸入信號確定。QQ.D1&.&D2SDRD10若先翻轉

(4)當SD=0，RD=0時若先翻轉3.1基本RS觸發器3.1.1基本RS觸發器的電路組成和工作過程2.由或非門組成的基本RS觸發器輸入信號R、S為高電平有效用兩個或非門交叉連接構成電路組成兩個互補的輸出端1狀態：Q＝1、Q

＝00狀態：Q＝0、Q

＝1dddd觸發器置1觸發器置0將觸發器的次態與觸發信號和現態之間的關系列成表格，就得到觸發器的特性表。3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述

表3-1與非門組成的基本RS觸發器特性表1.特性表3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述1.特性表SDRDQn+1100置0011置111Qn保持00同時變1后不確定功能

與非門組成的基本RS觸發器簡化特性表3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述2.驅動表根據觸發器的現態和次態的取值來確定觸發信

號取值的關系表，稱為觸發器的驅動表。

→

000110111×0110×1

表3-2與非門組成的基本RS觸發器驅動表

SdQn000111100×0011×011Rd3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述3.特性方程次態Qn+1的卡諾圖觸發器的特性方程就是觸發器次態Qn+1與輸入及現態Qn之間的邏輯關系式

約束條件SdRdQn3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述4.狀態轉換圖描述觸發器的狀態轉換關系及轉換條件的圖形稱為狀態圖01×1/1×/10/01/②當觸發器處在1狀態，即Qn=1時，若輸入信號＝10或11，觸發器仍為1狀態；RdSd若RdSd

＝10，觸發器就會翻轉成為1狀態。若RdSd

＝01，觸發器就會翻轉成為0狀態。3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述5.時序圖

19

反映觸發器輸入信號取值和狀態之間對應關系的圖形稱為波形圖RSQQ置1置0置1置1置1保持不允許不定3.1基本RS觸發器3.1.2觸發器的邏輯功能描述5.時序圖【例3-1】與非門組成的基本RS觸發器中，設初始狀態為0，已知輸入波形圖，試畫出兩輸出端的波形圖。由觸發器特性表可知，當

、

都為高電平時，觸發器保持原狀態不變；當

變低電平時，觸發器翻轉為1狀態；當

變低電平時，觸發器翻轉為0狀態；不允許

、同時為低電平。由此可畫出

和

波形圖如圖所示。3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器1.電路結構“同步”的含義：由時鐘CP決定R、S能否對輸出端起控制作用。直接清零端直接置位端時鐘脈沖3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能當CP=0時011

R，S

輸入狀態不起作用。

觸發器狀態不變.&D1&D2.SDRDQQ&D4SR&D3CP被封鎖被封鎖注意：用SD，RD將觸發器置位或復位時，應在CP=0時進行。113.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能

23當CP=1時1打開11打開.&D1&D2.SDRDQQ&D4SR&D3CP觸發器的翻轉時刻受CP控制（CP高電平時翻轉），而觸發器的狀態由R，S的狀態決定。S’R’3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能當CP=1

時1打開(1)S=0,R=00011觸發器保持原態觸發器狀態由R，S

輸入狀態決定。打開.&D1&D2.SDRDQQ&D4SR&D3CP3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能1101010(2)S=0,R=1觸發器置“0”(3)S=1,R=0觸發器置“1”11.&D1&D2.SDRDQQ&D4SR&D3CP3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能111001111若先翻若先翻Q=1Q=0(4)S=1,R=1當時鐘由1變0后觸發器狀態不定11.&D1&D2.SDRDQQ&D4SR&D3CP不允許同步RS觸發器特性表3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能同步RS觸發器特性方程

Qn000111100×0011×011RS

約束條件SRQn(CP=1時有效)3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能同步RS觸發器驅動表

→

SR

000110110×1001×0

綜上所述，在同步RS觸發器中，觸發信號R和S決定了電路翻轉到什么狀態，而時鐘脈沖CP決定了電路狀態翻轉的時刻，實現了對電路狀態翻轉時刻的控制。3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能同步RS觸發器狀態轉換圖例1：畫出同步RS

觸發器的輸出波形。RSCP不定不定特性表CP高電平時觸發器狀態由R、S確定QQ0100SR01010111不定Qn+1Qn3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能例2：畫出同步RS觸發器的輸出波形。設觸發器的初態為Q=0。00SR01010111不定Qn+1Qn3.2同步觸發器3.2同步觸發器3.2.1同步RS觸發器2.邏輯功能【例3-2】同步RS觸發器輸入信號波形如圖所示，試畫出輸出信號的電壓波形。設觸發器的初始狀態為0態。3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器1.電路結構同步RS觸發器在R=S=1時出現不定狀態，從而限制了它的應用，為避免這種情況出現，可構成同步JK觸發器。3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能.&D1&D2.SDRDQQ&D4JK&D3CP當CP=0時

J，K

輸入狀態不起作用。

觸發器狀態不變被封鎖被封鎖03.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能打開打開當CP=1

時(1)J=0,K=0觸發器保持原態觸發器狀態由J，K

輸入狀態決定。11001.&D1&D2.SDRDQQ&D4JK&D3CP3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能0110(2)J=0,K=1觸發器置“0”(3)J=1,K=0觸發器置“1”110.&D1&D2.SDRDQQ&D4JK&D3CP3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能(4)J=1,K=1.&D1&D2.SDRDQQ&D4JK&D3CP1設觸發器初態為“0”態1011011001觸發器置“0”設觸發器初態為“1”態觸發器置“1”結論：J=1,K=1時，觸發器翻轉3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能同步JK觸發器特性表3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能同步JK觸發器特性方程

J000111100000110111KQn(CP=1時有效)KQnJQn3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能同步JK觸發器驅動表

→

JK

000110110×1××1×03.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器2.邏輯功能同步RS觸發器狀態轉換圖3.2同步觸發器3.2.2同步JK觸發器3.同步觸發器存在的問題(1)空翻現象在CP=1期間，觸發器的輸出狀態翻轉兩次或兩次以上的現象稱為空翻現象。(2)振蕩現象在同步JK觸發器中，在輸入端引入了互補輸出，如果CP脈沖過寬，既使輸入信號不發生變化，也會產生多次翻轉，這種情況稱為振蕩現象。空翻振蕩3.3邊沿觸發器同步觸發器是采用電平觸發方式，因而存在空翻和振蕩現象，這就限制了同步觸發器的使用。采用主從觸發方式，可以克服電位觸發方式的多次翻轉現象，但是主從觸發器有一次翻轉的特性，這就降低了其抗干擾能力。

邊沿觸發器不僅可以克服電位觸發方式的多次翻轉現象，而且僅僅在時鐘脈沖CP的上升沿或下降沿才對激勵信號相應，如此可大大提高了抗干擾能力。上升沿CP由0跳變到1下降沿CP由1跳變到0高電平、CP＝1低電平、CP＝03.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器1.電路的組成維持-阻塞D觸發器：上升沿觸發3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器2.邏輯功能則觸發器狀態保持不變。(2)當CP由0正向跳變到1瞬間，觸發器發生狀態轉移，則有：則

此時觸發器實現了D觸發器的邏輯功能。(1)CP＝0時，門D3、D4被封鎖，有：Q3=Q4=13.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器置0維持線置1維持線置1阻塞置0阻塞(2)當CP上升沿來時，有：(3)當CP＝1期間當(2)中若D=1時，有通過置1維持線L1將D6門封鎖，使得而通過置0阻塞線L4將G3門封鎖，使得，觸發器置1。當(2)中若D=0時，通過置0維持線L3將D5門封鎖，使得

，而通過置1阻塞線L2將G3門封鎖，使得

，觸發器置0。

綜上所述，當CP=1期間觸發器將保持不變。3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器2.邏輯功能邊沿D觸發器特性表CP功能↑↑000100置0↑↑110111置1邊沿D觸發器特性方程(CP上升沿到來時有效)3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器3.集成邊沿D觸發器(1)74LS7474LS74為雙上升沿D觸發器，

和

為直接置0端和直接置1端，低電平有效。3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器3.集成邊沿D觸發器(1)74LS74CP

功能××0110××01異步置0異步置1↑↑11110101置0置1011111××QnQn保持74LS74特性表3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器3.集成邊沿D觸發器(2)CC4013CC4013為雙上升沿D觸發器，RD和

SD為直接置0端和直接置1端，高電平有效。3.3邊沿觸發器3.3.1邊沿D觸發器3.集成邊沿D觸發器(2)CC4013CC4013特性表CP

功能××0110××10異步置1異步置0↑↑00000101置0置1010000××QnQn保持3.3邊沿觸發器3.3.2邊沿JK觸發器

邊沿JK觸發器和同步JK觸發器實現的邏輯功能相同，只是觸發時刻不同，因此，它們的特性表和特性方程相同，對于下降沿觸發的JK觸發器，其特性方程為：(CP下降沿到來時刻有效)

若是上升沿觸發的JK觸發器，則特性方程在CP上升沿到來時才有效。即(CP上升沿到來時刻有效)3.3邊沿觸發器3.3.2邊沿JK觸發器集成邊沿JK觸發器(1)74LS11274LS112為雙下降沿觸發的JK觸發器，

和

為直接置0端和直接置1端，低電平有效。3.3邊沿觸發器3.3.2邊沿JK觸發器集成邊沿JK觸發器(1)74LS11274LS112特性表CP

功能××0110××××01異步置0異步置1↓↓↓↓1111111100011011Qn01保持置0置1翻轉011111××××QnQn保持CC4027為雙上升沿D觸發器，RD和

SD為直接置0端和直接置1端，高電平有效。3.3邊沿觸發器3.3.2邊沿JK觸發器集成邊沿JK觸發器(2)CC40273.3邊沿觸發器3.3.2邊沿JK觸發器集成邊沿JK觸發器(2)CC4027CC4027特性表CP

功能××0110××××10異步置1異步置0↑↑↑↑1111111100011011Qn01保持置0置1翻轉011111××××QnQn保持圖3-21例3-3圖3.3邊沿觸發器【例3-3】邊沿JK觸發器的邏輯符號和輸入電壓波形如圖3-21所示，試畫出觸發器

和

端所對應的電壓波形。設觸發器的初始狀態為0態。解：圖3-21所示為下降沿觸發的JK觸發器，根據JK觸發器特性表可畫出

和

端所對應的電壓波形如圖所示。3.3邊沿觸發器【例3-4】由邊沿D觸發器74LS74和邊沿JK觸發器74LS112組成的電路如圖3-23a所示，各輸入端波形如圖3-23b。當各觸發器的初態為0時，試畫出Q1和Q2端的波形。解：邊沿D觸發器74LS74是上升沿觸發，邊沿JK觸發器74LS112是下降沿觸發，則根據D觸發器和JK觸發器特性表可畫出Q1和Q2端的波形如圖所示。圖3-23例3-4圖3.3觸發器的邏輯轉換3.4.1T觸發器和T'觸發器

T觸發器是一種受控計數型觸發器，即當輸入信號T=1時，時鐘脈沖到來，觸發器就翻轉；當輸入信號T=0時，觸發器處于保持狀態。T'觸發器則是指每輸入一個時鐘脈沖，狀態就變化一次的電路。

T觸發器特性方程：(CP下降沿時刻有效)

T'觸發器特性方程：(CP下降沿時刻有效)圖3-25JK觸發器構成的T觸發器和T'觸發器3.3觸發器的邏輯轉換3.4.1T觸發器和T'觸發器圖3-26D觸發器構成的T觸發器和T'觸發器3.3觸發器的邏輯轉換3.4.2D觸發器和JK觸發器之間的邏輯功能轉換1.JK觸發器轉換為D觸發器圖3-27JK觸發器轉換為D觸發器

比較JK和D觸發

器特性方程：

則3.3觸發器的邏輯轉換3.4.2D觸發器和JK觸發器之間的邏輯功能轉換2.D觸發器轉換為JK觸發器圖3-28D觸發器轉換為JK觸發器

比較D和JK觸發

器特性方程：

則3.5觸發器的應用練習3.5.1

觸發器功能測試1.訓練目的2.設備與器件1)掌握基本RS、JK、D和T觸發器的邏輯功能。2)掌握集成觸發器的邏輯功能及使用方法。3)熟悉觸發器之間相互轉換的方法。5V直流電源、邏輯電平開關、邏輯電平顯示器、雙蹤示波器、連續脈沖器、單次脈沖器、74LS175、74LS112、74LS20、74LS74、74LS00。3.訓練要求

測試基本RS、JK、D和T觸發器的邏輯功能，實現觸發器之間的邏輯功能轉換。3.5觸發器的應用練習3.5.1

觸發器功能測試4.訓練內容(1)測試基本RS觸發器的邏輯功能11→00→11→010→100

表3-123.5.1

觸發器功能測試4.訓練內容(2)測試雙JK觸發器74LS112的邏輯功能1)測試

和的復位、置位功能，要求改變

、

（J、K、CP處于任意狀態），并在

或

作用期間任意改變J、K、CP的狀態，觀察

和

狀態，自擬表格記錄。2)測試JK觸發器的邏輯功能。JKCPQn＋1Qn＝0Qn＝1000→11→0010→11→0100→11→0110→11→0

表3-133)將JK觸發器的J、K端連在一起，構成T觸發器。3.5.1

觸發器功能測試4.訓練內容(3)測試雙D觸發器74LS74的邏輯功能1)測試

和的復位、置位功能。2)測試D觸發器的邏輯功能，按表3-14要求進行測試，并觀察觸發器狀態更新是否發生在CP脈沖的上升沿(即由0→1)。

表3-14(4)JK觸發器轉換為D觸發器

用74LS112構成一個D觸發器，按表3-14測試并記錄。DCPQn＋1Qn＝0Qn＝100→11→010→11→03.5觸發器的應用練習3.5.1

觸發器功能測試5.訓練總結1）總