触发器的原理及组成

1.R-S触发器

触发器是组成时序逻辑电路的基本单元。常见的触发器有R-S触发器、D触发器、J-K触发器、T触发器和T'触发器等，它的显著特点是具有记忆功能，一个触发器能记住1位二进制值（0或1），n个触发器组成在一起，就能记忆n位二进制值信号。

触发器具有两个稳定状态，分别称之为0状态和1状态。且在外部信号作用下，触发器能从原来所处的一个稳态翻转到另一个稳态，当外部信号消失后，它仍能维持这一状态，即记忆住这一状态。

1）基本R-S触发器

基本R-S触发器是构成其他功能触发器必不可少的组成部分。它具有置位（置1）、复位（置0）、保持（记忆）三种功能，可用作数码寄存器、消抖动开关、单次脉冲发生器等，基本RS触发器属于无时钟触发器。

由与非门组成的基本R-S触发器电路结构，如图10-21（a）所示，它由与非门G1、G2组成，两个输入端为复位端和置位端，决定了其输出状态，图10-21（b）为同步RS触发器电路图，图10-21（c）为图形符号图，CP为时钟输入端，两个输出端分别为Q及。

图10-21　与非门组成的基本RS触发器

（1）逻辑功能分析。

＝1，＝0时，则＝0，Q＝1，触发器置1。

＝0，＝1时，则＝1，Q＝0，触发器置0。

＝1时，触发器状态保持不变。

＝0时，触发器状态不确定。

（2）根据逻辑功能，基本RS触发器的真值表如表10-11所示。

表10-11　基本RS触发器的真值表

（3）特征方程：

思考题：基本RS触发器为什么要有约束条件？

2）与非门构成的同步RS触发器

如图10-21（b），分别为直接复位端和直接置位端，使触发器直接置0和置1，它们不受CP时钟脉冲控制。

同步RS触发器工作原理为：在时钟电平CP＝1期间，触发器工作；CP＝0时触发器保持。在CP＝1期间，若R＝0，S＝1则G1输出变为0，将向G3输出一个置1的负脉冲，不管触发器原状态如何，触发器Qn＋1＝1（置1）；若R＝1，S＝0，同理得知，则G2输出变为0，将向G4输出一个置1的负脉冲，不管触发器原状态如何，触发器Qn＋1＝0（置0）；在CP＝1期间，若R＝S＝0，则触发器状态Qn＋1＝Qn；若R＝S＝1，则因G1和G2均送出一个负脉冲，触发器输出端会出现Q和均为1的逻辑不正常状态。

其特性方程为：

如图10-21（c）所示为同步RS触发器图形符号图。

2.J-K触发器

1）主从J-K触发器

主从J-K触发器由主触发器和从触发器构成，它属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲负跳变沿发生。主从J-K触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能，它不存在约束条件，在CP＝1期间，J、K输入信号存入主触发器，从触发器状态不变；当CP下降到低电平时，主触发器信息传送到从触发器，控制从触发器翻转，此时主触发器保持状态不变，不受J、K端输入信号改变的影响，CP对主、从触发器进行隔离，因此主从触发器翻转可靠，可防止多次翻转的空翻现象。

如图10-22所示，主触发器中：

图10-22　主从JK触发器

根据同步RS触发器特性方程：

Qn＋1＝S＋RQn

得到J-K触发器特性方程：

Qn＋1＝JQn＋＋KQn

表10-12所示为主从JK触发器的真值表。

表10-12　主从JK触发器的真值表

2）边沿JK触发器

边沿JK触发器的逻辑功能与主从JK触发器的逻辑功能是一致的，当CP的上升沿或下降沿来临时，触发器状态会根据输入信号发生变化，而CP其他持续期间，触发器状态不变。图10-23所示边沿JK触发器由两个与非门和两个与或非门组成，CP为时钟脉冲。

图10-23　边沿JK触发器

（1）CP＝0时，触发器处于一个稳态。

（2）CP由0变1时，触发器不翻转，为接收输入信号作准备。

（3）CP由1变0时触发器翻转。

JK触发器特性方程：

Qn＋1＝JQn＋KQn

总之，该触发器在CP下降沿前接受信息，在下降沿触发翻转，在下降沿后触发器被封锁。

例10-8

在边沿JK触发器电路中，若CP下降沿时刻有效、J、K的波形已知，试画出Q、的波形，假设SD＝RD＝0，初始状态为Qn＝0。

解

由JK触发器的逻辑功能表达式有：

由J-K触发器翻转规律，从Q＝0初始态开始，逐周期画出Q、波形，如图10-24所示。

图10-24　例10-8波形图

3.D触发器

凡是在时钟信号作用下，输出状态始终保持与输入状态相同的触发器称为D触发器。

1）边沿D触发器

其电路结构如图10-25（a）所示，信号输入端为D，CP为时钟脉冲信号，逻辑符号图10-25（b）中CP端“∧”号表示CP边沿有效，小圆圈表示CP下降沿有效。

图10-25　边沿D触发器(www.xing528.com)

工作原理为：CP＝0时。与非门G3、G4被封锁，输入信号D被阻断。G7、G8打开，从触发器的状态决定于主触发器，即Qn＋1＝Qn，；CP＝1时。与非门G3、G4打开，G7、G8被封锁，从触发器保持原状态不变，D信号进入主触发器，Qn＋1＝D；CP下降边沿时。与非门G3、G4被封锁，G7、G8打开，主触发器锁存，CP下降沿瞬间的Qn＋1＝D，随后将该值送入从触发器，使Qn＋1＝D，。

可得边沿D触发器的特性方程：

Qn＋1＝D（CP边沿时刻有效）

2）维持-阻塞D触发器

维持-阻塞D触发器，只有CP（↑）上升沿边沿瞬间接收D输入端的信号，在CP其他持续时间，触发器因维持-阻塞功能，使状态不变，它可克服空翻现象，如图10-26所示为维持-阻塞D触发器逻辑符号图，为直接置0端及置1端，低电平有效。维持-阻塞D触发器的特性方程为Qn＋1＝D（CP上升沿有效）

图10-26　维持-阻塞D触发器

4.T（T′）触发器

1）T触发器

当控制信号T＝1时，每来一个CP信号，它的状态就翻转一次，而当T＝0时，其状态保持不变，具备这种逻辑功能的触发器叫作T触发器。如图10-27所示，为J-K触发器构成的T触发器。

若令J＝K＝T，则得出T触发器特性方程：

2）T′触发器

当T触发器控制端接至固定的高电平“1”时，可由T触发器得到T′触发器，即每次CP信号作用后，触发器状态必然翻转为与初态相反的状态，我们称这种触发器为T′触发器。

T′触发器特性方程为：

如图10-28所示，可由D触发器得到T′触发器，即将端与D端相连构成即可。

图10-27　JK触发器构成的T触发器

图10-28　由D触发器构成的T′触发器

根据D触发器的特性方程Qn＋1＝D，得出T′触发器的特性方程为：

5.触发器相互转换

1）JK触发器转换至D触发器

JK触发器的特性方程为：

Qn＋1＝JQn＋KQn

D触发器的特性方程为：

Qn＋1＝D

即：

Qn＋1＝D＝JQn＋KQn

令：

画出逻辑电路图，如图10-29所示。

2）JK触发器转换至T触发器

T触发器的特性方程为：

令：J＝T，K＝T，画出逻辑电路图，如图10-30所示。

图10-29　JK→D触发器转换图

图10-30　JK→T触发器转换图

3）JK触发器转换至T′触发器

T′触发器的特性方程为：

即只需令J＝K＝1即可。

4）JK触发器转换至RS触发器

因为RS触发器的特性方程为：

变换公式如下：

由上式与J-K触发器特性方程对比，可令J＝S，K＝即可。

5）D触发器到其他触发器的转换

（1）D触发器转换至JK触发器。

令：D＝即可。

（2）D触发器转换到T触发器。

令：D＝T⊕Qn即可。

（3）D触发器转换到T′触发器。

令：D＝即可。

（4）D触发器转换到RS触发器。

令：D＝S＋即可。

思考题：JK触发器如何转换成D触发器？