解析触发器电路

出处:李春雨,刘家磊 发布于:2011-08-27 08:20:59

 

  触发器(trigger)是个特殊的存储过程,它的执行不是由程序调用,也不是手工启动,而是由事件来触发,比如当对一个表进行操作( insert,delete, update)时就会激活它执行。触发器经常用于加强数据的完整性约束和业务规则等。触发器(Flip Flop)是一种可以存储电路状态的电子元件。简单的是由两个或非门,两个输入端和两个输出端组成的RS触发器。复杂一些的有带时钟(CLK)段和D(Data)端,在CLK端为高电平时跟随D端状态,而在CLK端变为低电平的瞬间锁存信号的D触发器。更常用的是两个简单D触发器级联而成的在时钟下跳沿锁存信号的边缘D触发器,广泛应用于计数器、运算器、存储器电子部件。下面就从电压波形图来对RS和JK触发器进行分析。RS触发器的状态转换图如图l所示。JK触发器的状态转换图如图2所示。

  1 RS触发器电路分析

  基本RS触发器的逻辑方程为:根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系:1.当R端无效,S端有效时,则Q=0,Q=1,触发器置1.2.当R端有效、S端无效时,则Q=1,Q=0,触发器置0.如上所述,当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时,它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态,实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q=0时,称触发器处于1态,反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1,或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端为置1端。R=0,S=1时,使触发器置0,或称复位。

  RS触发器的特性由特性表和状态转换图可知,当S=R=1时,其状态均为不定态,而不同电路结构的触发器,其动作特点是有区分的。

  1.1 基本RS触发器

  基本RS触发器的电路图及电压波形图如图3所示。

  根据对基本RS触发器电路的分析得知:当SD=RD=0时,Q、均为高电平,一且SD、RD同时变为高电平,Q、输出为O,1(或1,0)无法确定。也就是说当SD=RD=0时,Q和输出端的状态是确定的,即为1,状态不定是指当SD、RD同时从0变成1后,Q、输出端的状态不确定(Q= 1,=0,还是Q=0,=1,不能确定)。

  1.2 同步RS触发器

  同步RS触发器的电路图及电压波形图如图4所示。

 

 

  根据对同步RS触发器电路的分析得知:CP=0时,S=X,R=X,Q、输出端保持不变;CP=1时,其工作情况同基本RS触发器一样(设Q初态为0)。

  CP=1期间,S=R=1,Q和输出同时为高电平1,一旦CP从高电平变为低电平,Q、输出端的状态同样是不定的(即可能Q=0,=1,也可能Q=1,=0)。其输出状态是随机的,无法确定。

  1.3 主从结构RS触发器

  主从结构RS触发器的电路图如图5所示,由主触发器和从触发器组成。

  主、从触发器分别由两个同步RS触发器组成。根据对主从型RS触发器电路的分新,画出其相应的电压波形图,主从结构RS触发器的电压波形图如图6所示(设初态为0)。

  CP=1时,主触发器触发工作,从触发器的Q、输出端保持不变;CP=O时,从触发器触发工作,主触发器的Q'、输出端保持不变。输出端输出状态的变化发生在CP信号的下降沿,但却是受到CP=1期间R、S输入信号的影响。图4中的脉冲3,CP=1,S=R=1时,Q'==1,且持续到CP下降沿时刻,则Q'=0,=1,还是Q'=1,=0不确定。所以当CP下降沿时刻一到从触发器Q端输出高电平还是低电平无法确定,其状态不定,并不是指Q、同时输出高电平,和基本RS、同步RS触发器的理解不同。

  通过对电路的分析总结出主从型RS触发器Q端电压波形变化的描述方法。

  从触发器是按照CP下降沿时刻到这一时刻主触发器输出端Q'、的信号触发工作。即Q'=1,=0,则Q=1,=0;Q'=0,=1,则Q=0,=1.所以不需要对CP=1期间,主触发器Q'、的信号全部分析出来。可以在每个CP脉冲下降沿到来这一刻往前去确定Q'、,一旦明确知道Q'、的信号,就不需要知道前面Q'、的信号,即知道CP下降沿这一时刻的Q'、的信号,则CP下降沿时刻一到,从触发器的输出也明确了。

  图4中脉冲1下降沿t2时刻到,如何判断Q端的信号?由于t1-t2期间S=O,R=1,主触发器量0,即Q'=0,=1,所以t2时刻一到,Q=Q'=0,==1,不需要对t1之前的信号再进行详细分析。

  同理脉冲2下降沿t5时刻到,由于t4-t5期间,S=R=O.主触发器处于保持状态,而Q'、保持什么状态不清楚,再看t3-t4期间,S=1,R=0,主触发器置1,使Q'=1,=0,由此可知t4-t5期间主触发器保持1状态,所以在t5时刻一到Q=Q'=1,==0.

  2 JK触发器电路分析

  JK触发器是数字电路触发器中的一种电路单元。JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能,在各类集成触发器中,JK触发器的功能为齐全。在实际应用中,它不仅有很强的通用性,而且能灵活地转换其他类型的触发器。由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。CP由0变1时,触发器不翻转,为接收输入信号作准备。设触发器原状态为Q=0,Q=1.当CP由0变1时,有两个信号通道影响触发器的输出状态,一个是G12和G22打开,直接影响触发器的输出,另一个是G4和G3打开,再经G13和G23影响触发器的状态。前一个通道只经与门,而后一个通道则要经与非门和与门,显然CP的跳变经前者影响输出比经后者要快得多。在CP由0变1时,G22的输出首先由0变1,这时无论G23为何种状态(即无论J、K为何状态),都使Q仍为0.由于Q同时连接G12和G13的输入端,因此它们的输出均为0,使G11的输出Q=1,触发器的状态不变。CP由0变1后,打开G3和G4,为接收输入信号J、K作好准备。

  主从结构JK触发器和主从结构RS触发器区别在于当J=K=1时,触发器将翻转为与初始状态相反的状态,所以JK触发器不再存在输出状态不定的情况。主从结构JK触发器电路图如图7所示。图8为主从结构JK触发器的电压波形图(设初态为0)。

 

  脉冲1:当CP=1时,t1-t2期间J=K=1,Q'取反,由原来的0取反为1.主触发器的状态改变了不会再翻转回来,所以t2-t3期间,尽管j、k输入端的信号发生变化,却不用再详细分析,t3下降沿时刻一到,从触发器Q端亦从0翻转到1.脉冲2:当CP=1时,t4-t5期间,J=K=0,为保持不变状态,状态没有变化,故需要对下一时间段进行分析,t5-t6期间,J=1,K=O,主触发器量1,而原状态就为1,状态没有发生改变,所以还需对下一时间段进行判定,t6时刻一到,J=K=1,主触发器输出状态,取反为0,由于主触发器的状态只能改变,所以不需要再分析后面的时间段,下降沿t7时刻一到,从触发器跟从主触发器-样输出低电平。

  3 电压波形图

  通过对不同电路结构触发器电压波形图的分析,发现仅了解触发器的特性表,特性方程式,状态转换图是不够的,还需理解其电路结构才能真正掌握触发器电路。并由此得到主从型RS触发器和主从型JK触发器电压波形图的描绘方法。

  主从型RS触发器:判断每个CP下降沿时刻到时状态的变化,是自这一时刻起自后往前判定,CP=1期间,主触发器的状态,一旦主触发器的状态明确了,就不需再往前判定主触发器的状态,该状态即为CP下降沿到时主触发器的状态,而从触发器在CP下降沿时刻一到跟随主触发器的状态变化即可。

  主从型JK触发器:判断每个CP下降沿到时输出状态的变化,是从CP为高电平开始(即上升沿这一时刻)根据J、K输入端的信号变化自前往后分时间段判定主触发器的状态,-旦状态变化了,就不需要再分析后面的输入信号,因为CP=1期间,主触发器的状态只能改变,此状态维持到CP下降沿到时,从触发器跟随主触发器的状态而变化。

  4 结束语

  触发器作为构成数字系统的一种基本逻辑单元,由于其不同的电路结构带来不同动作特点,在电路设计和使用时,须区分使用。而在介绍触发器这一章时,由于是从组合逻辑问题过渡到时序逻辑问题,对触发器电路的分析及描述方法和组合逻辑电路不同,故需对不同电路结构的触发器,在分析其电路结构的基础上,总结出其动作特点和规律,以便正确掌握和使用触发器。

 


  

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