数字逻辑复习——触发器
目录
一、触发器的两个基本特点
二、触发器的分类
(一)按电路结构形式不同划分
(二)按逻辑功能划分
(三)按存储数据的原理不同可分为
三、基本R-S触发器
(一)逻辑功能描述
(二)或非门构成
(三)基本RS触发器的特点
(四)状态转换图
四、同步触发器
(一)同步RS触发器
1、电路结构与工作原理分析
2、设有专门的异步置位输入端和异步复位输入端的同步RS-FF触发器
3、动作特点
(二)同步D触发器
1.逻辑图、特性表和特性方程
2.逻辑功能
(三)同步JK触发器
1.逻辑图、特性表和特性方程
(四)同步T触发器
1.逻辑图、特性表和特性方程
(五)同步触发器的空翻现象
五、主从触发器
(一)主从RS-FF
1.电路结构与工作原理
2.动作特点
(二)主从D-FF
(三)主从JK-FF
六、边沿触发器
七、锁存器与触发器
能够存储1位二值信号（0，1）的基本单元电路统称为触发器。
触发器是构成时序逻辑电路的基本电路，是联系组合逻辑电路和时序逻辑电路的桥梁。
一、触发器的两个基本特点
- 具有两个能自行保持稳定状态表示逻辑状态的0和1
- 根据不同的输入信号可以置成1或0状态
- 有两个稳定的状态：“0”状态、“1”状态。
- 有两个互补的输出端：
“1”态时： Q=1， ^Q=0
“0”态时： Q=0， ^Q=1
- 有一组输入信号（通常为1~3）个：称为激励、时钟
- 工作状态：
在输入的作用下，由现态转变成次态。
注意：次态不仅与输入有关，而且与现态有关。
二、触发器的分类
(一)按电路结构形式不同划分
- 基本RS-FF（锁存器）
- 同步FF（电平触发）
- 主从FF（脉冲触发）
- 边沿FF（边沿触发）
- CMOS工艺FF
(二)按逻辑功能划分
- RS
- JK
- D
- T
- T'
(三)按存储数据的原理不同可分为
- 静态FF
- 动态FF
三、基本R-S触发器
电路及逻辑符号(与非门实现)
输入端： R：复位端（Reset） S：置位端（Set）
输出端： Q：状态输出端 ^Q：反相状态输出端
输入信号R、S的作用方式：低电平有效
当输入信号无效时，输出信号Q、^Q必定保持反相。
(一)逻辑功能描述
(二)或非门构成
(三)基本RS触发器的特点
优点：电路简单，直接置位、复位，操作方便。
常用于键盘输入、消除开关噪声等场所。
缺点： (1) 存在约束关系，操作不便；
(2) 对R、S要求严格，要相互配合，准确实时。
改进措施：先施加好R、S信号，再用另外一个统一、标准的信号实施触发。
(四)状态转换图
四、同步触发器
在数字系统中，为协调各部分的动作，常要求某些触发器于同一时刻动作。为此，必须引入同步信号，是这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常把这个同步信号叫做时钟脉冲，或称为时钟信号，简称时钟，用CP(Clock Pulse)表示。
同步触发器又称为“钟控触发器”即时钟控制的电平触发器。
(一)同步RS触发器
1、电路结构与工作原理分析
- 注意：比基本RS触发器多了一层与非门，所以是高电平触发
- 只有CP=1时，FF输出端的状态才会受输入信号的控制
- 输入信号同样遵守S*R=0的约束条件
- 同步RS-FF的特性方程和控制输入端的约束条件如下
2、设有专门的异步置位输入端和异步复位输入端的同步RS-FF触发器
3、动作特点
在CP=1的全部时间里S和R的变化都将引起FF输出端的变化。可知，若在CP=1的期间内输入信号发生多次变化，则FF的状态也会发生多次反转，这就降低了电路的抗干扰能力。
(二)同步D触发器
为了从根本上避免同步RS触发器R、S同时为1的情况出现，可以在R和S之间接一非门。这种单输入的FF叫做同步D触发器(又称D锁存器)
1.逻辑图、特性表和特性方程
2.逻辑功能
CP到来时（CP=1），将输入数据D存入触发器，CP过后（CP=0），触发器保存该数据不变，直到下一个CP到来时，才将新的数据存入触发器而改变原存数据。
正常工作时要求CP=1期间D端数据保持不变
(三)同步JK触发器
同步JK-FF解决了同步RS-FF输入控制端S=R=1时触发器的新状态不确定的问题。JK-FF的J端相当于置“1”(S)端，K端相当于置“0”(R)端。
1.逻辑图、特性表和特性方程
(四)同步T触发器
将JK-FF的J端和K端连在一起，就得到了T触发器。
1.逻辑图、特性表和特性方程
(五)同步触发器的空翻现象
1.上述四种功能的同步触发器均属于电平触发方式，电平触发方式有高电平触发和低电平触发两种。
2.触发器的空翻：在CP为高电平期间，因输入信号变化而引起触发器状态变化多于一次的现象，称为触发器的空翻。
由于空翻问题，同步触发器只能用于数据的锁存，而不能实现计数、移位、存储等功能。为了克服空翻，又产生了无空翻的主从触发器和边沿触发器等新的触发器结构形式。
五、主从触发器
为了提高触发器工作的可靠性，希望在每个CP周期里输出端的状态只改变一次。为此，在同步触发器的基础上又设计出了主从结构的触发器。
主从触发器的结构特点：
-
- 前后由主、从两级触发器级联组成
- 主、从两级触发器的时钟相位相反
-
- 主从触发器状态的改变是在CP下降沿/上升沿完成的，因而这种结构无空翻现象。
- 主从触发器在CP=1期间无法抗干扰，为克服这一缺点，又出现了边沿触发器。
(一)主从RS-FF
1.电路结构与工作原理
主从RS触发器由两个同样的同步RS触发器组成，但它们的时钟信号相位相反。
根据非门的位置，分别为上升沿或下降沿有效。
由于主触发器本身仍是一个同步RS触发器，所以在CP=1期间Q'和^Q'状态仍然会随着S、R状态的变化而多次变化,且人需遵守约束条件S*R=0,且其特性方程仍为：
2.动作特点
(1)主从RS-FF的翻转分两步动作：
第一步，在CP=1期间主触发器接收输入S、R的信号，被置成相应状态。
第二步，在CP下降沿到来时，从触发器按主触发器的状态翻转，Q、^Q端状态的改变发生在CP的下降沿。
(2)在CP=1的全部时间里，S、R均对主触发器起控制作用，所以必须考虑整个CP=1期间里输入信号的变化过程才能确定触发器的状态。
(二)主从D-FF
(三)主从JK-FF
六、边沿触发器
为了提高触发器的可靠性，增强抗干扰能力，希望触发器的次态仅仅取决于CP信号下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态。为实现这一设想，人们研制了各种边沿触发器。
七、锁存器与触发器
锁存器和触发器是具有记忆功能的二进制存贮器件，是组成各种时序逻辑电路的基本器件之一。区别如下：
latch同其所有的输入信号相关，当输入信号变化时latch就变化，没有时钟端；flip-flop受时钟控制，只有在时钟触发时才采样当前的输入，产生输出。当然因为latch和flip-flop二者都是时序逻辑，所以输出不但同当前的输入相关还同上一时间的输出相关。
latch由电平触发，非同步控制。在使能信号有效时latch相当于通路，在使能信号无效时latch保持输出状态。DFF由时钟沿触发，同步控制。latch对输入电平敏感，受布线延迟影响较大，很难保证输出没有毛刺产生；DFF则不易产生毛刺。