JK触发器的原理和应用详解

JK 触发器及逻辑部件74LS76 如图11.1 所示。

图11.1　JK 触发器

1.基本概念

输入端C：C 端为时钟脉冲输入端，其输入信号称为时钟脉冲信号，简称为时钟信号，常用CP 表示时钟信号，其CP 的时序波形如图11.2（a）所示。

图11.2（a）的横轴为时间轴（一般时序图中不画出来），纵轴是电压轴（即高电平和低电平，图中用1、0 表示），高电平脉冲称为正脉冲，低电平脉冲称为负脉冲；随着时间横轴的展开，CP 波形中有两个重要的时间点，即“上升沿”和“下降沿”，这是触发器产生新的输出Q 的“分界沿”（又称触发沿）。

图11.2　输入与输出信号逻辑关系示意图

输出端称为原码输出端，称为反码输出端，规定Q 的状态为触发器输出状态；并用Qn表示CP 信号作用前（即触发沿前）触发器的状态（称为原状态，或称为现态）；用Qn+1表示触发器在CP 信号触发沿后所产生的稳定状态（称为新状态，或称为次态），如图11.2（b）所示（注意：原状态与新状态、现态与次态，分别描述时间上的前、后两个状态）。

图11.1（b）中表示的CP 为“下降沿”触发，所以，图11.2（b）表示在 SD=RD=1条件下，下降沿前的输入信号J、K 和触发器的原态Qn决定下降沿后新的状态Qn+1。

输入端J、K：数据信号由J、K 端输入，称为数据输入端。

输入端 SD、RD：SD称为直接置位端（即将Q 状态“置位”为“1”），RD称为直接复位端（即将Q 状态“复位”为“0”）；所谓“直接”是指“置位”“复位”的Q 状态不受CP 的控制和J、K 的影响。

当触发器符号图的 SD、RD端有“小圆圈”时，表示低电平有效，即低电平置位或复位，否则是高电平有效。如图11.1（b）所示的 SD、RD是低电平有效，其功能如表11.1 所示。

2.逻辑功能、特性方程、状态图和时序波形图

1）逻辑功能

以图11.1（b）所示JK 触发器逻辑符号为例，其功能如表11.1 所示。

表11.1　JK 触发器功能表

注：
（1）表11.1 中“×”表示为无关项，即“×”对应的输入端信号不影响输出信号。

（2）“↓”表示CP 为“下降沿”触发，即下降沿后产生触发器状态Qn+1。

（3）输出为“Qn”或“”表示输出状态Qn+1=Qn或Qn+1=。

JK 触发器功能：

当 SD=0，RD=1时，Q=1（即置位输出状态为1）；当 SD=1，RD=0时，Q=0（即复位输出状态为0）；当 SD=RD=1时，在CP 下降沿触发作用下，输出状态Qn+1有(www.xing528.com)

2）特性方程

根据功能表11.1，写出JK 触发器的特性方程为

（3）状态图

“状态图”可形象直观地将触发器状态转换关系及转换条件用几何图形的方式表现出来。如图11.3（a）所示，“箭头”表示触发器状态由原态Qn转换为新的状态Qn+1，即“箭头”说明了状态转换的“方向”；“输入/输出”表示转换时的输入条件；图11.3（b）中的“圆圈”表示触发器的输出状态，即状态0 和状态1。

当图11.1（b）所示JK 触发器的 SD=RD=1时，根据功能表11.1 得JK 触发器的状态图如图11.3（b）所示。

图11.3　输入与输出信号逻辑关系示意图

4）时序波形图

【例11.1】 已知图11.1（b）所示边沿型JK 触发器的J、K 和CP 输入信号如图11.4（a）所示，SD=RD=1，JK 触发器的初始状态Q 为0。试画出输出Q 的状态图和时序波形图。

分析：

（1）已知 SD=RD=1；并由图11.1（b）可知JK 触发器的CP 脉冲为下降沿触发。

（2）第1、2 个CP 下降沿前J ≠K，则Qn+1=J；第3 个CP 下降沿前J=K=1，则第4 个CP 下降沿前J ≠K，则Qn+1=J=1；第5 个CP 下降沿前J=K=0，则Qn+1=Qn=1。

解　根据表11.1 或特性方程式（11.1），画出相应的Q 的时序波形图11.4（b）。

图11.4　例11.1 时序波形图

结论：

（1）当触发器逻辑符号图 SD、RD端有“小圆圈”（见图11.5）时，表示低电平有效。画波形图时，首先重点关注 SD、RD信号，即图11.5 表示只有在 SD=RD=1条件下，J、K 和CP输入信号才起作用；同理，当 SD、RD端没有“小圆圈”时，表示高电平有效。

（2）当触发器逻辑符号图的C 端有“小圆圈”时，表示触发器是下降沿触发，如图11.5（b）所示；否则上升沿触发，如图11.5（a）所示。

（3）因波形的横轴是时间t 轴，所以，波形图反映的是同一时刻输入与输出的逻辑关系，即波形图必须采用纵向排列，如图11.4（b）所示。

（4）CP 触发沿前的输入信号J、K 和原态Qn，决定触发沿后的新态Qn+1，如图11.5（a）（b）所示。