内容正文:
第十章 触发器
学习目标
(1)理解触发器的概念;
(2)了解触发器的分类;
(3)认识基本RS触发器、同步RS触发器、JK触发器、D触发器的电路符号;
(4)掌握基本RS触发器、同步RS触发器、JK触发器、D触发器的逻辑功能;
(5)能按要求绘制RS触发器、JK触发器、D触发器的波形图;
(6)了解脉冲波形的产生与变换原理。
知识要点
一、触发器基础知识
1.触发器的概念
在一定条件下具有两个稳定状态(0或1),在外加触发信号作用下处于一种稳定状态
(即从一种稳定状态转到另一稳定状态)的逻辑电路称为触发器。触发器是能存储二进
制数码的一种数字电路。
2.触发器分类
①根据逻辑功能不同,触发器可分为RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器。
②根据触发方式不同,触发器可分为电平触发器、脉冲触发器、边沿触发器。
3.触发器的特点
①具有两个稳定状态,具有两个互补输出端(Q、Q)。
②在外加触发信号作用下,触发器可以置“1”态或置“0”态。
③在输入信号保持不变时,具有保持原来状态的功能;在输入信号取消后,能将获得
的新状态保存下来。
4.触发器的用途
触发器具有“记忆”功能,能存储一位二进制数码。
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5.触发器输入输出关系的描述方法
触发器输入输出关系的描述方法有功能表、波形图(也称为时序图)。
6.触发器的现态和次态
(1)现态Q
触发器接收输入信号之前所处的状态,即原来的稳定状态。
(2)次态Qn+1
触发器接收输入信号之后所处的状态,即新的稳定状态。
二、基本RS触发器
1.电路组成
由两个与非门首尾交叉相连组成,有两个输入端 R、S,R、S上的非号“-”表示负脉冲
触发。有两个互补输出端Q、Q,Q端为触发器的现态,其电路组成与逻辑符号如图 101
所示。
图101
2.逻辑功能真值表
基本RS触发器的逻辑功能真值表见表101。
表101 基本RS触发器的逻辑功能真值表
R S Qn+1 逻辑功能
0 0 不定 不允许
0 1 0 置0
1 0 1 置1
1 1 Qn 保持(不变)
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3.波形图
根据基本RS触发器的逻辑功能真值表,可画出其波形图,如图102所示。
图102
4.主要优缺点
(1)优点
基本RS触发器的电路简单,可以存储一位二进制代码,是构成各种触发器的基础。
(2)缺点
抗干扰能力差,输入端信号直接控制输出状态,无同步控制端,R、S端不能同时为0,
即R,S间存在约束。
三、同步RS触发器
在数字系统中,如果要求某些触发器在同一时刻动作,就必须给这些触发器引入时间
控制信号。时间控制信号也称同步信号,或时钟信号,或时钟脉冲,简称时钟,用 CP
表示。
CP为固定频率的脉冲信号,一般是矩形波。
1.电路组成
在基本RS触发器的基础上增加了两个控制门,增加了一个控制端CP,其电路组成与
逻辑符号如图103所示。
图103
2.逻辑功能真值表
同步RS触发器的逻辑功能真值表见表102。
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表102 同步RS触发器逻辑功能真值表
CP R S Qn+1 逻辑功能
0 × × Qn 保持
1 0 0 Qn 保持
1 0 1 1 置1
1 1 0 0 置0
1 1 1 不定 不允许
3.波形图
根据同步RS触发器的逻辑功能真值表可画出其波形图,如图104所示。
图104
4.主要优缺点
(1)优点
在CP=0期间不接收信号,提高了抗干扰能力,实现了同步功能。
(2)缺点
由于CP=1是电平触发,在CP=1期间触发器的状态可能发生空翻。R、S端不能同
时为1,即R、S间存在约束。
四、JK触发器
1.JK触发器的类型
根据触发方式的不同,JK触发器可分为电平 JK触发器、主从 JK触发器、边沿 JK触
发器等几种。
2.主从JK触发器
(1)电路组成
主从JK触发器由两个同步RS触发器串联构成,分别称为主触发器和从触发器,其电
路结构图和逻辑符号见教材相关内容。
J和K是信号输入端。时钟CP控制主触发器和从触发器的翻转。
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(2)逻辑功能真值表
主从JK触发器的逻辑功能真值表见表103。CP为边沿(上边沿或下边沿)触发,此
表为下降沿触发。
表103 主从JK触发器逻辑功能真值表
CP J K Qn+1 逻辑功能
0或1或上升沿 × × Qn 保持
下降沿 0 0 Qn 保持
下降沿 0 1 1 置0
下降沿 1 0 0 置1
下降沿 1 1 Qn 翻转
(3)波形图
根据逻辑功能真值表,可画出波形图,如图105所示。
图105
3.边沿JK触发器
(1)电路组成
在边沿D触发器的基础上,增加3个门G1、G2、G3,把输出 Q馈送回 G1、G3便构成
了边沿JK触发器,其电路结构图和逻辑符号如图106所示。
边沿JK触发器在CP脉冲的边沿(上边沿或下边沿)到来时,状态才会发生翻转。
(2)主要优点
①边沿触发。在CP脉冲的边沿(上边沿或下边沿)到来时,状态才会发生翻转。
②抗干扰能力强。因为只在触发沿甚短的时间内触发,其他时间输入信号对触发器
不起作用,没有空翻(即多次翻转)现象,保证信号的可靠接收。
③功能齐全,使用灵活方便。具有置1、置0、保持、计数4种功能。
141
图106
五、D触发器
1.电路组成
D触发器是由JK触发器转化而来的,即在 JK触发器的 J端前面加上一个非门后再
接到K端构成,使输入端只有一个,其逻辑符号见教材。
2.逻辑功能真值表
凡具有置1、置0功能的电路都称为D型时钟触发器,简称D型触发器或 D触发器。
D触发器的逻辑功能真值表见表104。CP为边沿(上边沿或下边沿)触发,此表为下降
沿触发。
表104 D触发器的逻辑功能真值表
CP D Qn+1 逻辑功能
0或1或上升沿 × Qn 保持
下降沿 0 1 置0
下降沿 1 0 置1
D触发器仅有一个输入控制端、一个时钟脉冲输入端,它的输出状态仅取决于 CP上
升沿或下降沿时D的状态。
3.D触发器的应用
D触发器可作为数字信号的寄存、移位、分频和波形发生等用途,使用方便,应用
广泛。
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六、脉冲波形的产生与变换
1.获得脉冲波形的主要方法
利用脉冲振荡电路产生或对已有的波形进行整形、变换。
常用的脉冲波形产生与变换电路有多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。
2.脉冲波形产生电路
常用的脉冲波形产生与变换电路有多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器。
(1)多谐振荡器
多谐振荡器用于产生矩形脉冲波,具有以下特点:
①不需要外加信号。
②没有稳定状态,只有两个暂稳态。
③暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的定时元件时间常数RC。
(2)单稳态触发器
单稳态触发器是一种脉冲整形电路,该电路多用于脉冲波形的整形、延时、定时,具有
以下特点:
①有一个稳定状态和一个暂稳态;
②在外来脉冲作用下,它由稳态变成暂稳态;
③暂稳态只能维持一段时间,之后将自动返回到稳定状态。维持暂稳态的时间长短
与脉冲触发信号无关,取决于电路本身的定时元件RC的时间常数。
(3)施密特触发器
施密特触发器是一种脉冲波形整形电路,具有以下特点:
①有两个稳定状态:第一稳态和第二稳态。
②在外加电平触发信号下可以从第一稳态翻转到第二稳态,状态的维持也需要外加
信号。
③电路从第一稳态到第二稳态与从第二稳态到第一稳态所需要的出发电平不同,存
在回差特性。
七、555时基电路
555时基电路是一种中规模集成电路,它将模拟技术和数字技术巧妙地结合在一起,
可完成脉冲信号的产生、定时及整形等功能。
555时基电路由3部分组成,电阻分压器和电压比较器、基本 RS触发器、输出缓冲器
和开关管。
555时基电路内部有3个5kΩ的精密电阻串联,外接适当元件可以组成施密特触发
器、单稳态触发器、多谐振荡器。
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解题示例
图107
例101 设主从JK触发器的原态为0,请根
据如图107所示的 CP、J、K波形画出输出 Q的
波形。
【分析】 本题是通过作图来考查同学们对
JK触发器逻辑功能的掌握情况。解题方法是先
根据逻辑功能逐一分析 CP脉冲上边沿或下边沿
时刻,输入与输出的对应关系,然后绘制波形。
解:根据 JK触发器的逻辑功能,在 a之前
CP=0或1,此时 Q保持低电平不变,在 a时第一个下降沿到来,J=0,K=0,Q保持低
电平。
a—b,CP=0或1,此时 Q保持低电平不变,在 b时第二个下降沿到来,J=1,K=0,
Q置1,变为高电平。
b—c,CP=0或1,此时 Q保持高电平不变,在 c时第三个下降沿到来,J=0,K=0,
Q保持高电平。
c—d,CP=0或1,此时 Q保持高电平不变,在 d时第四个下降沿到来,J=1,K=1,
Q翻转(计数),变为低电平。
d—e,CP=0或1,此时 Q保持低电平不变,在 e时第五个下降沿到来,J=0,K=1,
Q置0,变为低电平。
根据上述分析,画出Q的波形如图103所示。
图108
例102 根据如图108(a)所示的触发器的逻
辑符号,作出图(b)中 Q端相应的输出波形(设 Q原
始状态为1)。
【分析】 从图108(a)可看出,这是一个D型触
发器,其触发方式为下降沿触发,根据这一特点可作
出输出波形图,要求必须记住 D型触发器的逻辑功
能只有置0和置1两种状态。
解:根据 D型触发器置 1和置 0的逻辑功能,
CP=0时,触发器保持原态;在 CP=1时,触发器随 D
的输入信号变化而变化,可画出如图108(b)所示Q的波形。
课堂练习题
一、填空题
1.触发器是数字电路中的一种基本单元电路,它具有 种稳定状态,分别
用二进制数码 和 表示。
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2.触发器在触发信号作用下,电路的状态会发生 ,触发信号消失后电路
状态 。
3.基本RS触发器由 与非门首尾交叉相连而组成。
4.通常规定触发器的 端的状态为触发器的现态。
5.规定触发器Q端输出 电平,Q端输出 电平的状态称为触发器的
0态。
6.触发器处于置1状态时, 端输出低电平, 端输出高电平。
7.与非门基本RS触发器当R=1,S=0时,触发器处于 状态,因此 S端称为
端。
8.同步RS触发器当CP=0,R=1,S=0时,触发器处于 状态;当CP=0,R=0,
S=1时,触发器处于 状态。
9.当CP=0时,同步 RS触发器的控制门 ,触发器维持
状态。
10.当CP=1时,同步RS触发器的控制门 ,输出状态由 端
决定。
11.主从JK触发器具有 、 、 、 功能。
12.D触发器具有 和 功能。
13.单稳态触发器的输出有一个 状态和一个 状态。
二、判断题
1.触发器在正常工作时Q和Q的逻辑关系是互补的。 ( )
2.所有触发器在有触发信号作用时都要翻转。 ( )
3.触发器是双稳态电路。 ( )
4.在触发器的逻辑符号中,用小圆圈表示反相。 ( )
5.同步RS触发器只有在CP信号到来后,才依据R、S信号的变化改变输出状态。
( )
6.JK触发器在J=1,K=1时其输出状态不定。 ( )
7.D触发器具有计数、置0、置1的功能。 ( )
8.多谐振荡器输出信号为正弦波。 ( )
9.施密特触发器电路状态的翻转不依赖外加触发信号来维持。 ( )
10.单稳态触发器的建立及维持时间是依赖外加触发信号来进行的。 ( )
11.边沿D触发器,当SD=1,RD=1,D=1时,在时钟脉冲CP上升沿作用后,触发器的
输出Q将置0。 ( )
12.当基本RS触发器的SD=0,RD=1,该触发器的输出状态为1。 ( )
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三、选择题
1.触发器的基本性质是具有记忆功能,即能存储二进制数码的位数是( )。
A.1 B.2 C.3 D.4
2.触发器在一定的信号作用下,可以转换状态,它具有的稳态个数是( )。
A.1 B.2 C.3 D.4
3.R·S表示触发器( )电平触发。
A.高 B.低 C.高低均可 D.都不是
4.RS触发器的S称为( )。
A.置1端 B.置0端 C.异步置0端 D.异步置1端
5.同步RS触发器不具备( )逻辑功能。
A.置1端 B.置0端 C.保持 D.计数
6.JK触发器当CP=1,J=1,K=0,在CP脉冲的下降沿到来时,其状态为( )。
A.置1端 B.置0端 C.保持 D.计数
7.关于JK触发器,下列说法正确的是( )。
A.JK触发器在CP作用下,可能出现两次翻转
B.不论输入状态如何,输出状态都不会出现不稳定的状态
C.可能出现不稳定状态
D.不受CP脉冲的控制而任意翻转
8.D触发器不具备的逻辑功能是( )。
A.置1端 B.置0端 C.克服空翻 D.计数
9.电路一通电其输出端能自动产生矩形波的是( )。
A.多谐振荡器 B.单稳态触发器
C.施密特触发器 D.双稳态触发器
10.单稳态触发器有( )。
A.一个稳态,一个暂稳态 B.两个稳态
C.两个暂稳态 D.无稳态
11.如图109所示的边沿 JK触发器,当 SD=1,RD=1,J=1,K=1时,在始终脉冲 CP
下降沿作用后,触发器的输出Q端将( )。
A.置0 B.置1 C.状态发生翻转 D.处于保持状态
12.时钟脉冲CP下降沿触发的主从JK触发器,若要使输出功能为“保持”,则输入信
号J、K的条件是( )。
A.J=0,K=0 B.J=0,K=1 C.J=1,K=0 D.J=1,K=1
13.如图1010所示为基本 RS触发器,当输入端 R=0、S=1时,该触发器的状态为
( )。
A.置0 B.置0 C.不定 D.保持
641
图109 图1010
四、作图题
1.如图1011所示基本RS触发器的原态为0和输入端 R·S的信号波形,请画出 Q
端的信号波形。
图1011
2.如图1012所示为D触发器的输入波形,请作出Q的波形。(Q的初态为0)
图1012
五、问答题
1.触发器电路和组合逻辑电路的主要区别是什么?
2.触发器的空翻是指什么?
自我检测题
一、填空题
1.触发器按电路结构的不同可分为 、 、 和
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等触发器。
2.同步RS触发器由4个 门电路组成。
3.翻转就是触发器 的过程,外加信号称为 。
4.触发脉冲可以是 脉冲,也可以是 脉冲,在触发器的输入
端R、S上加有非号“-”的表示 触发,即 触发。
5.主从 JK触发器原态为 0,CP=1,J=1,K=0,当 CP的下降沿来时,状态
为 。
6.主从JK触发器不但消除了同步RS触发器的 现象,而且解决了RS触
发器的 问题。
7.D触发器属于 型触发器。
8.D触发器在脉冲作用后,触发器状态与D的状态 。
9.多谐振荡器电路没有 态,电路不停地在两个 态之间
翻转。
10.施密特触发器的特点是具有 个稳态,而且电路从第一个稳态翻转到
第二个稳态,再从第二稳态回到第一稳态,两次所需的触发电平存在差值,这种现象称
为 。
二、判断题
1.触发器由组合逻辑电路构成,因此不具备记忆功能。 ( )
2.通常规定触发器的输出端Q的状态为触发器的状态。 ( )
3.不论触发器原来是什么状态,当CP=1,R=S=0时,同步RS触发器都保持原态。
( )
4.同步RS触发器的状态是在CP脉冲的上升沿变化的。 ( )
5.JK触发器在J=1,K=0,CP=1期间,触发器状态为1。 ( )
6.D触发器不但具有保持功能,而且还具有计数功能。 ( )
7.JK触发器可以转换成D、T触发器。 ( )
8.D触发器的工作触发过程是一步完成的。 ( )
9.多谐振荡器具有两个稳态,电路在两个稳态之间翻转。 ( )
10.施密特触发器电路输出信号的幅度与输入信号的幅度有关。 ( )
三、选择题
1.触发器正常工作时两个输出端Q和Q总是( )。
A.相同 B.互补 C.不变 D.不定状态
2.不能避免空翻现象的触发器有( )。
A.主从RS触发器 B.D触发器 C.同步RS触发器 D.T触发器
841
图1013
3.如图1013所示电路,原态为0,CP信号作用后Q为( )。
A.1
B.0
C.不定
D.以上都不对
4.基本RS触发器不允许的状态是( )。
A.R=1,S=1 B.R=0,S=0 C.R=1,S=0 D.R=0,S=1
5.基本RS触发器具有( )的功能。
A.置0,置1 B.置0,置1,计数 C.置0,置1,保持 D.置0,计数,保持
6.JK触发器当J=K=0时,触发器被封锁,在CP脉冲到来后触发器( )。
A.翻转一次 B.在CP脉冲的前沿翻转
C.在CP脉冲的前沿翻转 D.保持原态
7.D触发器具有的功能有( )。
A.置0,计数 B.保持,计数 C.置0,置1 D.置1,计数
8.具有整形、定时和延时功能的是( )。
A.多谐振荡器 B.单稳态触发器 C.施密特触发器 D.双稳态触发器
9.只能产生矩形波功能的是( )。
A.多谐振荡器 B.单稳态触发器
C.施密特触发器 D.微分型单稳态触发器
10.多谐振荡器有( )。
A.两个稳态 B.两个暂稳态
C.一个稳态,一个暂稳态 D.多个稳态
四、作图题
1.如图1014所示为JK触发器的CP、J、K波形,试画出Q的波形图。(原态为0)
图1014
2.画出基本RS触发器的逻辑图和逻辑符号。
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五、问答题
施密特触发器的特点是什么?它有哪些用途?
六、分析题
触发器初态为0,输入端A、B、CP的信号波形如图1015所示。
①在CP作用下,输入A、B与输出Q的真值表及逻辑关系。
②画出输出Q的波形图,设原态为0。
图1015
051
177
④画出逻辑电路:
Y11&&11BCD
4.①写出逻辑表达式: 983 IIY , 75642 IIIIY , 73261 IIIIY
7375910 IIIIIIY
②化简: 983 IIY , 76542 IIIIY , 76321 IIIIY ,
975310 IIIIIY
③列真值表
I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 Y3 Y2 Y1 Y0
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0
0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1
0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0
0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0
0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1
5.①写出逻辑表达式: ABCY 7 , CABY 6 , CBAY 5 , CBAY 4 , BCAY 3
CBAY 2 , CBAY 1 , CBAY 0
②化简,上述表达式已是最简与非式,可以不化简。
③列真值表
A B C Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0
0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0
0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1
0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1
0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1
1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1
1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1
1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1
第十章 触发器
178
一、课堂练习题
(一)填空题
1. 两 0 1 2.翻转 保持 3.两 4.Q 5. 0 1 6. Q Q
7. 1 置 1 8.置 0 置 1 9. 关闭 原始状态 10.打开 R 和 S 11.置 0 置 1 翻转
保持 12.置 0 置 1 13.稳态 暂稳态
(二)判断题
√×√×√ ××××× ××
(三)选择题
ABBAD ABDAA CAB
(四)作图题
见教材
(五)问答题
见教材
二、自我检测题
(一)填空题
1.RS 触发器 JK 触发器 D 触发器 T 触发器 2.与非门 3.转换成与原来状态相反 触
发信号 4.正 负 负 低电平 5.置 1 6. 空翻 状态不定
7.边沿 8.相同 9.稳态 暂稳态 10.两个 回差
(二)判断题
×√√×× ×√××√
(三)单项选择题
BCABC DCBAB
(四)作图题
见教材
(五)简答题
见教材
(六)分析题
①
CP A B Qn+1 逻辑功能
0 或 1 或上升沿 × × Qn 保持
下降沿 0 0 1 置 1
下降沿 0 1 1 置 1
下降沿 1 0 1 置 1
下降沿 1 1 0 置 0