觸發(fā)器的基本特點(diǎn)

觸發(fā)器是組成時(shí)序邏輯電路的基本單元電路，它是一種有記憶功能的邏輯部件。觸發(fā)器的基本特點(diǎn)是：

（1）具有兩個(gè)互補(bǔ)輸出端Q和/Q；

（2）具有“0”態(tài)和“1”態(tài)兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)；

（3）在外部信號(hào)作用下可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，即翻轉(zhuǎn)；

（4）外部信號(hào)消失時(shí)具有記憶功能，這就使得觸發(fā)器能夠記憶二進(jìn)制信息。

按照穩(wěn)定工作狀態(tài)分，可分為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（多諧振蕩器）等；按照邏輯功能劃分，可分為RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、JK觸發(fā)器等幾類；按照電路結(jié)構(gòu)劃分，可分為基本RS觸發(fā)器、同步觸發(fā)器（時(shí)鐘控制的觸發(fā)器）、主從型觸發(fā)器、維持-阻塞型觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器等幾種類型。觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)不同，其觸發(fā)翻轉(zhuǎn)方式和工作特點(diǎn)也不相同。具有某種邏輯功能的觸發(fā)器可以用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。按觸發(fā)方式劃分，可分為電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。電平觸發(fā)有高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)兩種，而邊沿觸發(fā)有上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種。

觸發(fā)器邏輯功能的表示方法有：

（1）狀態(tài)表或功能表：狀態(tài)表中包括輸入激勵(lì)信號(hào)取值，觸發(fā)器的原始狀態(tài)（亦稱初態(tài)）取值和翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)（亦稱次態(tài)）的取值。而功能表則只列出輸入激勵(lì)信號(hào)取值和觸發(fā)器次態(tài)取值，比較簡(jiǎn)潔。

（2）狀態(tài)方程：由狀態(tài)表歸納而列寫出的邏輯方程。

（3）狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。

（4）波形圖（又稱時(shí)序圖）：畫出對(duì)應(yīng)輸入狀態(tài)波形的輸出狀態(tài)波形。

觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)與動(dòng)作特點(diǎn)

由兩個(gè)與非門互耦而成的RS鎖存器【圖4.2.2（a）】是各種觸發(fā)器的基本單元電路，它有兩個(gè)低電平有效的數(shù)據(jù)輸入端（S--：置位輸入；R--：復(fù)位輸入）和一對(duì)互補(bǔ)的數(shù)據(jù)輸出端（Q和Q--）。Q=1，Q--=0時(shí)，鎖存器處于置位狀態(tài)；Q=0，Q--=1時(shí)，鎖存器處于復(fù)位狀態(tài)。S-- 和 R-- 有四種組合，如果S--無(wú)效，R--無(wú)效，鎖存器的狀態(tài)將與初態(tài)相同；如果S--有效，R--無(wú)效，鎖存器的狀態(tài)將為Q=1，Q--=0；如果S--無(wú)效，R--有效，鎖存器的狀態(tài)將為Q=0，Q--=1；如果S--有效，R--有效，鎖存器的狀態(tài)將是不確定的。如何理解最后一種輸入組合呢？

（a）電路結(jié)構(gòu)

RS鎖存器可以（并且只可以）存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制位，要么存儲(chǔ)1，要么存儲(chǔ)0。如果我們想存儲(chǔ)1，就在 S--端加上一個(gè)負(fù)脈沖。所謂的負(fù)脈沖，就是一個(gè)由高電平跳變到低電平，然后再由低電平跳變到高電平的信號(hào)。當(dāng) S-- 由高電平跳變到低電平時(shí)，S--=0，R--=1，Q=1，Q--=0，鎖存器的狀態(tài)為1；當(dāng) S-- 由低電平跳變到高電平時(shí)，S--=1，R--=1，鎖存器的狀態(tài)保持不變，仍為1。換句話說(shuō)，負(fù)脈沖到來(lái)時(shí)，鎖存器的狀態(tài)為1；負(fù)脈沖消失后，鎖存器維持這個(gè)一狀態(tài)。同理，如果我們想存儲(chǔ)0，我們就在 R-- 端加上一個(gè)負(fù)脈沖。那么，同時(shí)在 S-- 端和 R-- 端加上負(fù)脈沖是什么意思呢？難道既要存儲(chǔ)1，又要存儲(chǔ)0？顯然，這種要求在邏輯上是矛盾的，也是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。我們不可能提出這種無(wú)理要求。

那么，這種輸入組合又是怎么出現(xiàn)的呢？哇！一定是干擾（或噪聲）在作怪！干擾的存在，可能會(huì)使鎖存器誤動(dòng)作。假如我們要存儲(chǔ)“1”，我們就在S--端加上一個(gè)負(fù)脈沖P1當(dāng)P1到來(lái)時(shí)，S--=0，R--=1，Q=1，Q--=0。如果P1結(jié)束前，在 R-- 端出現(xiàn)一個(gè)干擾脈沖P2，那 么我們有S-- ＝0，R--＝0，Q=1， Q--=1，問(wèn)題就發(fā)生了。問(wèn)題發(fā)生后，我們可就三種簡(jiǎn)單的情況進(jìn)行分析。若P2比P1先消失，我們有 S--＝0，R--＝1，Q=1， Q--=0。在這種情況下，鎖存器的狀態(tài)為“1”；若P1比P2先消失，我們將有 S--＝1，R--＝0，Q=1， Q--=0，在這種情況下，鎖存器的狀態(tài)為“0”；還有一種情況是P2與P1同時(shí)消失，我們將有 S--＝1，R--＝1，

因?yàn)榇饲癚=1， Q--=1，所以每個(gè)與非的輸入都是全“1”，由于這兩個(gè)與非門的傳輸延遲時(shí)間不同，因此工作速度稍快一些的與非門輸出率先為“0”，這將使另一個(gè)與非門的輸出保持為“1”。由于干擾脈沖的出現(xiàn)和消失是隨機(jī)的，我們無(wú)法預(yù)知P2與P1哪個(gè)先消失。由于器件參數(shù)的離散性，我們也無(wú)法預(yù)知那個(gè)與非門的傳輸時(shí)間較短。所以，鎖存器的狀態(tài)將是不定的。

RS鎖存器的用途之一是構(gòu)成“防抖動(dòng)電路”。我們知道，數(shù)據(jù)通常經(jīng)過(guò)機(jī)械開關(guān)輸入數(shù)字系統(tǒng)。機(jī)械開關(guān)動(dòng)作時(shí)，觸點(diǎn)將會(huì)抖動(dòng)。抖動(dòng)是指開關(guān)的兩個(gè)觸點(diǎn)要經(jīng)歷一個(gè)常達(dá)數(shù)毫秒的接通、斷開，再接通、再斷開，循環(huán)往復(fù)，直至最后接通的過(guò)程。數(shù)毫秒的振蕩在數(shù)字系統(tǒng)中是不可接受的。假如開關(guān)接通表示“1”，斷開表示“0”，我們將開關(guān)接通是期望輸入一個(gè)“1”，結(jié)果卻輸入拉一連串的“1”和“0”。

鎖存器或觸發(fā)器易受干擾的影響。例如，RS鎖存器的初態(tài)為0，如果在 S--端出現(xiàn)一個(gè)干擾脈沖，鎖存器的狀態(tài)將變成“1”。選通脈沖鎖存器【圖4.2.4（a）】就有一定的抗干擾能力。

我們看到，在CP的控制下，鎖存器并非隨時(shí)受輸入信號(hào)的影響。只有當(dāng)CP信號(hào)為“1”時(shí)，輸入信號(hào)才會(huì)起作用。CP信號(hào)即時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)是數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)，用來(lái)協(xié)調(diào)（或同步）數(shù)字系統(tǒng)中各部分的動(dòng)作。鑒于時(shí)鐘信號(hào)的重要性，設(shè)計(jì)者們采取各種措施保證其信號(hào)質(zhì)量，使之避免干擾。在數(shù)據(jù)信號(hào)不可靠而時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)可靠的條件下，采用窄時(shí)鐘脈沖將顯著提高鎖存器的抗干擾能力。

除了改善抗干擾能力，CP信號(hào)還起另一個(gè)作用：消除競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)。假如R信號(hào)由0變1，S信號(hào)由1變0，理想情況下，Q和 Q-- 將同時(shí)變化，Q由1變0，Q--由0變1。實(shí)際上，由于傳輸路徑不同，R、S到達(dá)鎖存器會(huì)有時(shí)間差。我們不妨假設(shè)S信號(hào)落后于R信號(hào)△t秒。這樣，鎖存器將在△t秒內(nèi)處于S=1，R=1的非正常工作狀態(tài)，輸出Q=1， Q--=1，這樣的輸出在數(shù)字系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生尖峰脈沖，導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。為了消除這種競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，我們可以引入CP信號(hào)，CP信號(hào)使鎖存器接收輸入信號(hào)的時(shí)間至少推遲了△t秒，輸入信號(hào)穩(wěn)定后才允許鎖存器進(jìn)行邏輯運(yùn)算。這種情況下，CP信號(hào)也叫選通脈沖。

RS觸發(fā)器動(dòng)作特點(diǎn)

基本RS觸發(fā)器中，輸入信號(hào)直接加在輸出門G1和G2上，所以在輸入信號(hào)的全部作用時(shí)間里，都能直接改變輸出端Q和的狀態(tài)，這種觸發(fā)方式稱為電平觸發(fā)方式。這就是基本RS觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)。

由于這個(gè)緣故，也把（S）稱為直接置位端，把（R）端稱為直接復(fù)位端。

例1 在圖（a）所示的由與非門組成的基本RS觸發(fā)器電路中，已知和電壓波形如圖（b）所示，試畫出觸發(fā)器輸出端Q和的電壓波形。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為

解：根據(jù)已知輸入波形畫輸出波形的方法是：在輸入信號(hào)的跳變處畫出虛線，劃分一個(gè)個(gè)時(shí)間間隔，根據(jù)特性表畫出每一時(shí)間間隔內(nèi)的輸出信號(hào)電壓波形。

從圖（b）所示的波形圖中可以看出，在t2～t3和t6～t7時(shí)間內(nèi)都出現(xiàn)了==0的情況。但由于在t2～t3之后首先跳變成高電平，所以觸發(fā)器的次態(tài)可以確定。但由于在t0～t7之后和同時(shí)跳變?yōu)楦唠娖剑源藭r(shí)的次態(tài)就不定了。