第11章触发器和时序逻辑电路11.1双稳态触发器11.2 寄存器11.3计数器11.4555定时器11.5数/模和模/数转换器11.6存储器
第11章 触发器和时序逻辑电路 ◼ 11.1 双稳态触发器 ◼ 11.2 寄存器 ◼ 11.3 计数器 ◼ 11.4 555定时器 ◼ 11.5 数/模和模/数转换器 ◼ 11.6 存储器
11.1双稳态触发器双稳态触发器是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制代码。具有如下特点：1、双稳态触发器具有两种稳定状态一一"0"态和“1"态2、双稳态触发器能根据输入信号将触发器置成“0"态或“1"态双稳态触发器在输入信号消失后，以前被置成“0"或“1"的状态能够保存下来，即具有记忆功能。双稳态触发器按其逻辑功能可分为RS触发器、JK触发器和D触发器等；按其结构可分为主从触发器和边沿触发器
11.1 双稳态触发器 双稳态触发器是一种具有记忆功能的逻辑单元电路， 它能储存一位二进制代码。具有如下特点： 1、双稳态触发器具有两种稳定状态——“0”态和“1”态 2、双稳态触发器能根据输入信号将触发器置成“0”态或“1” 态3、双稳态触发器在输入信号消失后，以前被置成“0”或“1” 的状态能够保存下来，即具有记忆功能。 双稳态触发器按其逻辑功能可分为RS触发器、JK触发器 和D触发器等；按其结构可分为主从触发器和边沿触发器
11.1.1基本RS触发器基本RS触发器可由两个“与非”门电路交叉连接而成，如图11-1所示。O0&eARDP1厂图11-1基本RS触发器图11-1中，A、B为两个“与非”门，与是两个互补的输出端；和是两个输入端，中间的交叉线为反馈线
11.1.1 基本RS触发器 基本RS触发器可由两个“与非”门电路交叉连接而成，如图 11-1所示。 图11-1中，A、B为两个“与非”门，与是两个互补的输 出端；和是两个输入端，中间的交叉线为反馈线。 图11-1 基本RS触发器
图11-2为基本RS触发器的电路逻辑符号：QSrRQ图11-2基本RS触发器电路逻辑符号输出端与两者的逻辑状态在正常情况下输出信号互为相反即触发器的两种稳定状态：一种状态是，，这种状态称为置位状态（也称"1"态）；另一种状态是，，这种状态称为复位状态（也称“0"态）。与两种状态相对应的输入端分别称为直接置位端（也称直接置“1"端）一一端和直接复位端（也称直接置“0端）一一端
图11-2为基本RS触发器的电路逻辑符号： 输出端与两者的逻辑状态在正常情况下输出信号互为相反， 即触发器的两种稳定状态：一种状态是，这种状态称为置位 状态（也称“1”态）；另一种状态是，这种状态称为复位状 态（也称“0”态）。与两种状态相对应的输入端分别称为直接 置位端（也称直接置“1”端）——端和直接复位端（也称直接 置“0”端）——端。 Q Q D SR D 图11-2 基本RS触发器电路逻辑符号
基本RS触发器的输出端与输入端的逻辑关系为：(1)输入端,R,=0，S,=1。假设触发器的初始状态为"1态，即Q=1=0R，=0指的是在输入端R,加一个负脉冲，S，=1指在输入端S,加一个正脉冲，这时“与非”门A有一个输入端为“O"其输出端变为“1"；而"与非”门B的两个输入端均为1"，其输出端变为0。这种情况下，若触发器的初态为"1"态时，它会翻转为“0"态，但如果触发器的初态为"0"态，它仍然保持“0态不变
基本RS触发器的输出端与输入端的逻辑关系为： （1）输入端， RD = 0 ， SD =1 。 假设触发器的初始状态为“1”态，即 Q = 1 ， Q = 0 。 = 0 RD 指的是在输入端 RD 加一个负脉冲， SD =1 指在输入端 S D 加一个正脉冲，这时“与非”门A有一个输入端为“0”， 其输出端 变为“1”；而“与非”门B的两个输入端均为 “1”，其输出端 变为0。这种情况下，若触发器的初态 为“1”态时，它会翻转为“0”态，但如果触发器的初态为 “0”态，它仍然保持“0”态不变。 Q Q
（2）输入端R，=1 S，=0假设触发器的初始状态为“"0"态，即=0豆=1 。这时变为“1"，"与非”门B有一个输入端为"O”，其输出端而“与非”门A的两个输入端均为“1"，其输出端变为0。这种情况下，若触发器的初态为“0"态时，它会翻转为"1"态，但如果触发器的初态为“0态，它仍然保持“0"态不变但如果触发器的初态为“1态，它仍然保持“1"态不变。（3）输入端R,=1,S,=1若输入端R，=1,S,=1时，则触发器保持原状态不变，即触发器原来是“"0"态，这时仍然是"0"态，原来是“1"态，这时仍然是"1"态
（2）输入端 RD = 1 ， = 0 D S 假设触发器的初始状态为“0”态，即 ， 。这时 “与非”门B有一个输入端为“0”，其输出端 变为“1”， 而“与非”门A的两个输入端均为“1”，其输出端变 为0。 这种情况下，若触发器的初态为“0”态时，它会翻转为“1” 态，但如果触发器的初态为“0”态，它仍然保持“0”态不变， 但如果触发器的初态为“1”态，它仍然保持“1”态不变。 Q = 0 Q =1 Q Q （3）输入端 RD = 1 ， =1 D S 若输入端 ， 时，则触发器保持原状态不变，即 触发器原来是“0”态，这时仍然是“0”态，原来是“1”态， 这时仍然是“1”态。= 1 RD =1 D S
(4）输入端R,=0 ,S,=0若触发器两个输入端R，和s，均加负脉冲信号时，两个“与非”门输出都为“1”，这就达不到与的状态应该相反的逻辑要求。而且在负脉冲除去后，触发器将会由各种偶然因素决定其最终状态，因此这种情况在基本RS触发器是禁止出现的。综上所述，基本RS触发器有两种稳定状态，它可能通过输入端进行直接置位或复位，并且具有存储或记忆的功能。在直接置位端加负脉冲（s，=0）时，可直接置位；在直接复位端加负脉冲（R=0），可直接实现复位。如果直接置位端和直接复位端都是"1”，则可保持触发器的原状态不变，实现存储和记忆功能。值得注意的是直接置位端和复位端不能同时加负脉冲，这是基本RS触发器的约束条件
（4）输入端 RD = 0 ， = 0 D S 若触发器两个输入端 和 均加负脉冲信号时，两个“与 非”门输出都为“1”，这就达不到 与 的状态应该相反的逻 辑要求。而且在负脉冲除去后，触发器将会由各种偶然因素决 定其最终状态，因此这种情况在基本RS触发器是禁止出现的。 RD S D Q Q 综上所述，基本RS触发器有两种稳定状态，它可能通过输入 端进行直接置位或复位，并且具有存储或记忆的功能。在直接置 位端加负脉冲（ ）时，可直接置位；在直接复位端加负脉冲 （ ），可直接实现复位。如果直接置位端和直接复位端都是 “1”，则可保持触发器的原状态不变，实现存储和记忆功能。值 得注意的是直接置位端和复位端不能同时加负脉冲，这是基本RS 触发器的约束条件。 = 0 RD = 0 D S
触发器输入信号之前的状态称为现态，用Q"来表示，触发器在接受信号之后所处的新的状态称为次态，用on+1，次态O"+与输入及现态Q"之间的逻辑关系称为特性方程，如基本RS触发器的特性方程如式（11.1）所示：Qn+I = S+ RQ" = S+ RQR+S=1(11.1)（约束条件）基本RS触发器的特性表如表11-1所示：
触发器输入信号之前的状态称为现态，用 来表示，触发 器在接受信号之后所处的新的状态称为次态，用 ，次态 与输入及现态 之间的逻辑关系称为特性方程，如基本RS触发 器的特性方程如式（11.1）所示： 基本RS触发器的特性表如表11-1所示： n Q n+1 Q n Q n+1 Q n n n Q = S + RQ = S + RQ +1 R + S =1 （约束条件） （11.1）
表11-1基本RS触发器的特性表R,S,Q"+IQ"功能000X禁止使用00-x0101On+l=1置位01一一0001Q"+I=0复位00110110Q"+l=Q"保持-111
功 能 0 0 0 0 0 1 × × 禁止使用 0 1 0 0 1 1 1 1 置位 1 0 0 1 0 1 0 0 复位 1 1 0 1 1 1 0 1 保持 RD S D n Q n+1 Q 1 1 = n+ Q 0 1 = n+ Q n n Q = Q +1 表11-1 基本RS触发器的特性表
11.1.2同步RS触发器基本RS触发器的状态改变直接由输入信号控制。而在实际的应用中，常常要求触发器的状态变化根据一定的时拍按各自输入的信号进行变化，这个时拍由外加的一定频率的时钟脉冲来控制，这种触发器称为时钟触发器。由于此触发器的状态改变与时钟脉冲同步，所以又称为同步触发器同步RS触发器的电路逻辑图如图10-3所示SCPR
11.1.2 同步RS触发器 基本RS触发器的状态改变直接由输入信号控制。而在实际 的应用中，常常要求触发器的状态变化根据一定的时拍按各自 输入的信号进行变化，这个时拍由外加的一定频率的时钟脉冲 来控制，这种触发器称为时钟触发器。由于此触发器的状态改 变与时钟脉冲同步，所以又称为同步触发器。 同步RS触发器的电路逻辑图如图10-3所示。 & & & & A B C D S CP R