触发器电路的分析

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引言
随着数字集成电路规模的不断扩大及功能的增强，数字电子技术作为一门专业技术基础课程，显得更加重要。对触发器的描述有特性表、特性方程式、状态转换图，而触发器的电压波形图既是重点又是难点。例如基本RS触发器。同步RS触发器中的不定态和主从型RS触发器的不定态有何不同，主从型RS触发器和主从型JK触发器的动作特点又是什么。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
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
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一次不会再翻转回来，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一次，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，—旦状态变化了一次，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一次，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。