RS触发器知识链接详解

1.触发器的基础知识

触发器是一种具有记忆二进制信息功能的存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元。它有一个或多个输入端，有两个互补输出端，分别用Q和表示。通常用Q端的输出状态表示触发器的状态。触发器有两个稳定状态，即“0”和“1”，在一定的外界信号作用下，这两种状态可以相互转换，在输入信号取消后，能将获得的新状态保存下来。当Q=1、=0时，称为触发器的1状态，记为Q=1;当Q=0、=1时，称为触发器的0状态，记为Q=0。把触发器在接收信号前所处的状态称为现态或原态，用Qn表示;把触发器在接收信号后建立的稳定状态称为次态，用Qn+1表示。触发器的次态由输入信号值和触发器的现态决定。

触发器的功能可采用状态表、特征方程式、逻辑符号图、状态转换图及波形图(时序图)来描述。

触发器种类较多，按照电路结构形式的不同，触发器可以分为基本触发器、时钟触发器，其中时钟触发器又可分为同步触发器、主从触发器、边沿触发器。根据逻辑功能的不同，触发器可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T′触发器。

2.基本RS触发器

在数字电路中，凡根据输入信号R、S情况的不同，具有置0、置1和保持功能的电路，都称为RS触发器。基本RS触发器是构成其他触发器的基本单元，它可由与非门和或非门组成。

(1)与非门基本RS触发器

1)电路组成及符号

由与非门组成的基本RS触发器电路电路如图5-1(a)所示，为输入端，Q和为两个互补的输出端。其逻辑符号如图5-1(b)所示。

图5-1 与非门组成的基本RS触发器电路图和逻辑符号

2)逻辑功能分析

下面分4种情况讨论与非门基本RS触发器输出与输入之间的逻辑关系。

①当破坏了触发器输出端的逻辑关系，此状态不能确定触发器的定义状态，称为不定状态。使用时，要避免触发器不定状态的出现，为此对输入信号应遵守约束条件：

②当时，触发器的初态不管是“0”还是“1”，由于则门G2的输出门G1的输入全为1，则输出触发器置0状态。

③当时，由于则门G1的输出Q=1，门G2的输入全为“1”，输出触发器置1状态。

④当时，门G1与门G2的输入信号对输出状态无影响，触发器保持原有状态不变。

根据以上分析，归纳出与非门基本RS触发器的功能表(特性表)如表5-1所示。

表5-1 与非门基本RS触发器功能表

功能表以表格的形式反映了触发器从现态Qn向次态Qn+1转移的规律。这种表示方法在时序逻辑电路分析中经常用。

3)动作的特点

与非门基本RS触发器有如下5个方面的动作特点。

①输入信号和直接加在与非门的输入端，在输入信号作用的全部时间内，或能直接改变触发器Q端和端的状态，这就是基本RS触发器的动作特点。因端能使触发器Q端直接置0，所以称端为复位端;因端能使触发器Q端直接置1，所以端称为置位端。

②触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。

③电路具有两个稳定状态，在无外来信号触发时，电路输出状态保持不变。

④在外加触发信号有效时，电路输出状态可以翻转，实现置0或置1。

⑤要使触发器的两个输出端状态稳定，即输出为互补关系，输入信号必须满足约束条件：

4)特征方程(函数表达式)

描述触发器逻辑功能的函数表达式称为特征方程或状态转移方程，简称状态方程。

其本质就是表述触发器次态Qn+1与输入及现态Qn之间的逻辑关系。与非门基本RS触发器的特征方程为

5)工作波形图

反映触发器输入信号取值和状态之间对应关系的图形称为触发器工作波形图，简称波形图。画工作波形图的方法是：先根据触发器的动作特征确定状态变化的时刻，再根据触发器的逻辑功能确定新状态。与非门基本RS触发器的工作波形图如图5-2所示。图5-2中，阴影部分表示不定状态。

图5-2 与非门基本RS触发器的工作波形图

6)状态转换图

反映时序逻辑电路的状态转换规律及相应输入、输出取值情况的几何图形称为状态转换图，简称状态图。它直观地表达了触发器从一种状态变化到另一种状态或保持原状态不变时，对输入信号的要求。与非门组成的基本RS触发器状态转换图如图5-3所示。

(2)或非门基本RS触发器

用或非门组成的基本RS触发器如图5-4所示。和与非门组成的基本RS触发器相比较，它们的功能相同，所不同的是触发信号不同，或非门基本RS触发器置0、置1时是高电平有效，而与非门基本RS触发器是低电平有效。其功能表如表5-2所示。(www.xing528.com)

图5-3 基本RS触发器的状态转换图

图5-4 或非门组成的基本RS触发器电路图和逻辑符号

表5-2 或非门基本RS触发器功能表

特征方程为

(3)基本RS触发器的优缺点

基本RS触发器电路简单，但其输出受输入信号直接控制，只要输入信号发生变化，触发器状态就会根据其逻辑功能发生相应的变化，不能实现定时控制、触发器同步变化，使用时有约束条件。

3.同步RS触发器

在数字系统中，经常要求各位触发器的状态受时间控制，以便使整个系统能步调一致地协调工作。这种受时间信号控制的触发器称为时钟触发器。时钟触发器的时钟控制信号由专门振荡器产生，它能像时钟一样准确地控制触发器的翻转时刻，因此称为时钟脉冲，记作CP。时钟触发器又分为同步触发器、主从触发器、边沿触发器。这里讨论同步RS触发器。

1)电路组成及符号

同步RS触发器是在基本RS触发器的基础上增加了两个控制门及一个控制信号，让输入信号经过控制门传送，其电路图及逻辑符号如图5-5所示。

图5-5 同步RS触发器和逻辑符号

与非门G1、G2组成基本RS触发器，与非门G3、G4是控制门，CP为控制信号，常称为时钟脉冲信号或选通脉冲。在图5-5(b)所示逻辑符号中，CP为时钟控制端，控制着门G3、G4的开通和关闭;R、S均为信号输入端;和Q均为输出端。

2)逻辑功能分析

同步RS触发器功能分析如下。

①当CP=0时，门G3、G4被封锁，其输出为1，不论输入信号R、S如何变化，触发器的状态不变。

②当CP=1时，门G3、G4被打开，其输出状态由R、S决定，触发器的状态随输入信号R、S的不同而不同。

根据与非门和基本RS触发器的逻辑功能，分析出同步RS触发器的功能表，如表5-3所示。

表5-3 同步RS触发器功能表

3)动作特点

同步RS触发器动作特点如下。

①时钟电平控制。在CP=1期间接收输入信号;CP=0期间不接收输入信号，状态保持不变。与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制。但在CP=1期间，输入信号的多次变化，都会引起触发器的多次翻转，触发器没有实现一个时钟只变化一次状态的计数设计要求。此现象称为触发器的“空翻”。空翻降低了触发器的抗干扰能力，这是同步触发器的缺点，因此它只能用于数据锁存，不能用于计数器、寄存器、存储器等。

②R、S之间有约束。不允许R、S同时为1;否则会使触发器输出状态不能确定。

4)特性方程

同步RS触发器的特性方程为

5)波形图

同步RS触发器的工作波形图如图5-6所示。

图5-6 同步RS触发器的工作波形图

6)状态转换图

同步RS触发器状态转换图如图5-7所示。

图5-7 同步RS触发器状态转换图