数字电路——触发器1（RS和钟控触发器）

数字电路——触发器1（RS和钟控触发器）

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/qq_73354094/article/details/142731843

触发器是数字电路中用于存储一位二进制信息的基本单元电路。它具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的“0”或“1”，并具有一对互补输出。触发器在计算机的存储器、计数器、寄存器等部件中有着广泛的应用。本文将详细介绍各种类型的触发器及其工作原理。

触发器：能够存储一位二进制信息的基本单元电路称触发器(Flip-Flop)
特点：

1. 具有两个能自行保持的稳定状态，用来表示逻辑状态的“0”或“1”。
2. 具有一对互补输出。
3. 有一组控制(激励、驱动)输入。
4. 或许有定时(时钟)端CP(Clock Pulse)。
5. 在输入信号消失后，电路能将获得的新状态保存下来
6. 触发器接收输入信号之前的状态叫做现态，用Qn表示。触发器接收输入信号之后的状态叫做次态，用Qn+1表示
   空翻：在一个时钟周期内触发器状态多次翻转的现象被称为“空翻”

一、RS触发器

1.1 与非门构成的触发器

1.电路结构

2.状态转化表
0与任何数相与都是0，即0&X=0，所以0与任何数经过与非门之后都得到1
当
和
同时为0时，
和
与
无关，输出恒为1，而一个数与它的非不会相等，所以此时被禁用
1与任何数经过与非门之后，得到的数是本身的相反数
当
和
同时为1时，
由
取反，所以

，同理，

，表现在电路上就是保持电位。
当
=0，
=1时，
=1，表现为电路置位
当
=1，
=0时，
=0，表现为电路复位
3.特征方程
根据卡诺图写出化简后的公式
=S+
（

• =1，即
  和
  不能同时为0）
  4.时序图

1.2 或非门构成的R-S触发器

1.电路结构

2.状态转化表
类比于与非门R-S可得状态转化表
3.特征方程
根据卡诺图写出化简后的公式
=S+
（S*R=0，即S和R不能同时为1）
4.时序图

RS触发器总结

与非门和或非门构成的RS触发器的特征方程：
=S+
问题：(1)存在约束条件的限制;
⑵没有时钟信号，无法与其他部件同步工作。
所以引入时钟信号，这样就可以控制多长时间采集一次数据

二、钟控触发器

2.1 钟控RS触发器

加入时钟信号CP（Clock Pulse），当CP=0时，
和
都为1，电路状态不变。
也就是说钟控RS触发器在CP为1时采集信号，CP=0时不采集
1.电路结构
2.状态转化表
CP=0时，此时的输出与或非门RS触发器的状态转化表一样。
3.特征方程
=S+
（S*R=0，SR同时为1时，两端都输出1）
4.状态图
5.问题
(1)仍然存在约束条件。
(2)在CP=1期间，只要R、S稍有变化，那么Q端也随之变化，存在“空翻”问题。

2.2 钟控RS触发器

CP=0时，G7和G8都为1，与R和S的输入无关，
电路状态不变
1.电路结构
2.状态转化表
3.特征方程
=S+
（SR=0，SR同时为1时，两端都输出1）
4.时序图
在CP从1变到0时，
=1，
才传送到了*从触发器，也就是说，在一个CP周期内，RS不变，此时就解决了空翻问题

2.3 D触发器

1.电路结构

2.状态转化
CP=0时，G3和G4为1，

CP=1时，
D=0时,G3=1,G4=0，
=0
D=1时,G3=0,G4=1，
=1
3.特征方程

（这时就没有了约束条件）
4.存在的问题
(1)存在“空翻”问题;
(2)只有一个输入端，逻辑功能简单。

2.4 维持阻塞D触发器

1.电路结构

2.状态转化表
CP=0时，G3=G4=1：

D=0时，G6=1,G5=0；
D=1时，G6=0,G5=1
CP=1时，
D=0时，G6=1，G4=0，G5=0，G3=1；
=0
D=1时，G6=0，G4=1，G5=1，G3=0；
=1
所以，只有在上升沿的时候才检测D信号，避免了空翻问题
3.特征方程

4.状态图

2.5 JK触发器

相较于之前的最大特点就是加入反馈，以此消除钟控RS的约束；
而且之前的禁用情况变为了翻转
1.电路结构

CP=0时，电路状态保持不变
2.状态转化表
3.特征方程

• 4.存在的问题
  还是会空翻，为了消除空翻，引出主从JK触发器

2.6 主从JK触发器

1.电路结构
2.状态转化表
3.特征方程

• 4.状态图
  =0时，只要J=1就可以使
  ，其他情况状态不变
  =1时，只要K=1就可以使
  
  5.特点
  (1)有时钟信号，可以同步工作;
  (2)没有约束条件;
  (3)有两个输入端;
  (4)解决了“空翻”问题。
  但存在的问题是一次性变化问题（在CP为“1”期间，主触发器仅能翻转一次）
  
  原因：状态互补的Q和Q分别引回了门G7和G8的输入，使门G7和G8总有一个是被封锁的
  当Q=1时，由于
  ，所以J端不起作用，
  若K=1，则
  ，
  ；若K=0，则G7=G8=1，
  和
  状态保持不变
  在CP从“1”变为“0”后，主触发器的状态传送到从触发器
  由于一次性变化问题，倘若在CP=1期间，叠加在J、K上面的干扰信号引起一次变化，那么将造成触发器的错误翻转。所以由边沿型JK触发器代替主从JK触发器。
  6.时序图
  上升沿接收，每一次下降沿采集数据，00保持，01置0,10置1,11翻转
  

2.7 边沿型JK触发器

1.电路结构
CP=0时，G1,G1,G3,G6被封锁，

=1，所以
CP=1时，
触发器处于自锁状态，所以
CP从0变1，即CP上升沿时，触发器由保持状态不变进入自锁状态，所以
CP从1变0，即CP下降沿时，G3、G6输出0，触发器解除自锁状态虽然G1、G2由于CP从1变0而被封锁，但其输出端S、R要经过一个与非门延迟才能变为1，所以在解除自锁的一刻，被基本RS触发器接收的R、S仍为CP下降沿到来之前的值，即:
，
2.状态简化表
00保持，01置0，10置1，11翻转
3.特征方程

• 4.状态图
  同JK触发器相同，
  由0变1需要J=1，由1变0需要K=1
  5.时序图
  下降沿时采集JK信号，
  
  边沿型JK触发器不仅囊括了主从JK触发器的优点，
  可以看到CP=1期间的信号震荡不会影响结果，解决了主从JK触发器震荡导致一次性变化，造成触发器的错误翻转的问题。

三、总结

1. 去除约束条件，有两种方案：D触发器和JK触发器
2. 如果想要解决空翻问题，使触发器变为主从触发器（维持阻塞D触发器的结构也类似于主从触发器）
3. 对于主从JK触发器的一次性变化问题，使用边沿JK触发器（利用或非门避免产生一次性变化问题）