RS触发器: 工作原理与应用

1.基本RS触发器

基本RS触发器是其他各种触发器的基本单元，结构最为简单，它有“与非”门和“或非”门两种组成形式.

（1）由“与非”门组成的基本RS触发器.

图8-1（a）所示是由两个“与非”门组成的基本RS触发器，它由两个“与非”门电路交叉连接而成.其中D和 D是两个输入端，Q和是两个互补的输出端，通常规定Q端的状态为触发器的状态.例如，当Q=0、=1时，表示触发器处于0状态；反之，当Q=1、=0时，触发器处于1状态.其工作原理如下：

图8-1　基本RS触发器的逻辑电路及逻辑符号

①当=1=0时，触发器置1.因=0，“与非”门G1的输出Q=1，“与非”门G2的输入都为高电平1，使输出=0，即触发器被置1.这时，即使=0的信号消失，因=0反馈到G1的输入端，Q端仍保持1状态.因为是在端输入低电平，将触发器置1，所以称端为置1端，也称置位端端是输入低电平有效.

②当=0、=1时，触发器置0.因=0，“与非”门G2的输出=1，“与非”门G1的输入都为高电平1，使输出Q=0，即触发器被置0.这时，即使=0的信号消失，因=1反馈到G1的输入端，Q端仍保持0状态.因为是在端输入低电平，将触发器置0，所以称端为置0端，也称清零端或复位端端也是输入低电平有效.?

③当==1时，触发器保持原状态不变.若触发器原处于Q=0=1的0状态时，Q=0反馈到G2的输入端，使“与非”门G2的输出=1=1又反馈到G1的输入端，这样，“与非”门G1的输入都为高电平，输出Q=0，即电路保持0状态；若触发器原处于Q=1=0的1状态时，电路同样保持1状态.

④当==0时，触发器状态不定.当==0时，输出Q==1，这不符合Q与互补的关系.而且，当==0的信号同时消失或同时变为1时，Q与的状态将是不定状态，可能是0状态，也可能是1状态.因此正常工作时，不允许和同时为0.

基本RS触发器的逻辑符号如图8-1（b）所示，图中端的小圆圈以及表示、上面的“非”号均表示低电平有效.表8-1是由“与非”门组成的基本RS触发器的逻辑状态表.表中Qn表示触发器在接收信号之前所处的状态，称为初态；Qn＋1表示触发器在接收信号后建立的新的稳定状态，称为次态.“×”号表示不定状态，即输入信号消失后触发器状态可能是“0”，也可能是“1”.

表8-1　由“与非”门组成的基本RS触发器逻辑状态表

由以上分析可知：基本RS触发器有两个状态，它可以直接置“0”或置“1”，并具有保持即记忆功能.

（2）由“或非”门组成的基本RS触发器.

由两个“或非”门交叉耦合而成的基本RS触发器的电路结构如图8-1（c）所示．图8-1（d）是其逻辑符号图．由图8-1（c）可以看出，此电路是高电平有效，所以用SD和RD表示，Q和为输出端.

由图8-1（c）不难得出如下结论：当RD=0，SD=1时，触发器置1；当RD=1，SD=0时，触发器置0；当SD=RD=0时，触发器保持原状态不变；当SD=RD=1时，则Q==0，这是不定状态.因为当RD和SD高电平同时消失时，触发器的输出状态是不确定的，所以这种情况是不允许的.由“或非”门组成的基本RS触发器逻辑状态见表8-2.

表8-2　由“或非”门组成的基本RS触发器逻辑状态表

例8-1　设由“与非”门组成的基本RS触发器的输入信号波形如图8-2所示，试画出Q、端的输出波形.设触发器初态Q=0.

解　根据“与非”门组成的基本RS触发器的逻辑功能，可直接画出Q、端的输出波形，其输出波形如图8-2所示.

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图8-2　例8-1图

为了便于说明，将图8-2分成①～⑧共八个时间段，设初态Q=0，则=1.

2.同步RS触发器

基本RS触发器的特点是：输入信号和或SD和RD可以直接控制触发器状态的翻转.而在数字系统中，往往要求某些触发器按一定节拍同步动作，为此，产生了由时钟脉冲CP控制的触发器，只有在CP脉冲到达时，触发器才能按输入信号改变输出状态，此类触发器称为同步RS触发器，又称可控RS触发器或钟控RS触发器.

（1）电路组成.

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G3、G4和一个时钟脉冲CP.图8-3（a）和（b）分别为同步RS触发器的逻辑电路和逻辑符号.R、S为输入信号端，Q和为输出信号端.

图8-3　同步RS触发器的逻辑电路及逻辑符号

（2）工作原理.

当CP=0时，“与非”门G3和G4被封锁而输出高电平，不管S和R端的信号如何变化，触发器的状态始终保持不变，即Qn＋1=Qn.

当CP=1时，“与非”门G3和G4被解除封锁，S和R端的信号可以通过G3和G4作用到基本RS触发器的输入端，使触发器的状态随S和R的状态而变.

不难分析出：若S=R=0，则Qn＋1=Qn，即触发器保持原状态不变；若S=1，R=0，则Qn＋1=1，即触发器置1；若S=0，R=1，则Qn＋1=0，即触发器置0；若S=R=1，CP由1变为0时，触发器可能是1状态，也可能是0状态，即触发器状态不定，这种情况应避免.

可见，当CP=1时，同步RS触发器的逻辑状态如表8-3所示.

表8-3　同步RS触发器逻辑状态表

例8-2　如图8-3所示的同步RS触发器中，若CP和R、S的输入信号的波形如图8-4所示，试画出Q和的输出波形，假定触发器的初态为0.

图8-4　例8-2图

解　由CP、R、S的输入波形，根据状态表可画出Q和的输出波形，如图8-4所示.

在第一个CP脉冲到来之前，即CP1=0时，R=0，S=0，触发器保持初始的0态.CP1=1时，R=0，S=1，触发器置1；CP1=0时，无论输入信号R、S如何变化，触发器维持1态不变.当第二个CP2脉冲到来时，即CP2=1，R=1，S=0，触发器置0；接着R=0，S=1，触发器又置1；当CP2=0时，无论输入信号R、S如何变化，触发器维持1态不变.当第三个脉冲CP3=1时，R=1，S=0，触发器置0；接着R=0，S=0，触发器维持0态不变；当CP3=0时，触发器维持0态不变.