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4.1 基本R-S触发器

 

触发器是一种具有记忆功能的逻辑元件,之所以称它有记忆,是因为这种电路在某时刻的输出信号不仅与它的输入有关,而且与该时刻电路的状态有关,当无输入信号时,电路状态保持不变,直到有新的输入信号为止。它的种类很多,按触发器类型分,有R-S型触发器、J-K型触发器、D型触发器和T型触发器等。按触发方式分,有主从触发器、边沿触发器等。

本章将分别介绍这些触发器的构成、逻辑功能、描述方法,以及不同类型触发器之间的转换。

本章主要内容

&        不同类型触发器的工作原理和特征方程及其各自的特点

&        不同类型触发器之间的相互转换

4.1  基本R-S触发器

4.1.1  基本R-S触发器的组成及工作原理

基本R-S触发器通常是由两个与非门构成,其电路如图4-1所示。

4-1  基本R-S触发器电路

它有两个稳定的状态,分别代表二进制信息的01。输出端Q为高电平,Q' 为低电平时代表1,称为1态;反之,Q为低电平,Q'为高电平时代表0,称为0态。当S'D'均为1时,若Q=0Q'=1,即处于0态,Q0电平能确保Q' 1电平,而Q' 1电平又反过来保证Q0电平,所以这是一个稳定状态。同理,当S'R' 均为1时,Q=1Q'=0,即处于1态,也是一个稳定状态。

下面讲如何改变触发器的状态,使触发器从一种稳定状态转换到另一种稳定状态。若触发器初态为1态,这时在R' 端加入0电平,则由图可知,经过门2的延迟t2后,Q'0变为1,然后Q' R' 经过门1的延迟t1后,Q1变为0,这样触发器就从1态变为0态。同理,若触发器的原状态为0态,在S'端加入0信号,则经过门1的延迟t1后,Q0变为1,再经过门2的延迟t2后,Q'1变为0,这样触发器就由0态变为1态。当触发器处于一个新的状态时,若使S'=R'=1,则新态仍可稳定地维持下去。

通过以上分析可知,当R'0时,Q0,触发器为0态;当S'0时,Q1,触发器为1态。所以我们通常称R'端为置0端或复位端,称S'端为置1端或置位端。下面给出基本R-S触发器置1的工作波形,如图4-2所示。

a)初态为1                         b)初态为0

4-2  基本R-S触发器置1工作波形

由图可知,只有t1+t2的宽度小于置0或置1的脉冲宽度,才能有效地改变触发器的状态。

4.1.2  基本R-S触发器的逻辑功能

由电路图4-1可知,基本R-S触发器的真值表如表4-1所示。

4-1  基本R-S触发器的真值表

S'

R'

Q*

描述

S'

R'

Q*

描述

1

1

Q

保持

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

不定

不允许

其中,Q为初态,Q*为次态。分析如下:

1S'=1R'=1,触发器保持原状态输出。

如原状态Q=0,由于门1的两个输入皆为1,触发器保持Q=0的原状态输出。如果原状态Q=1,由于门2的两个输入都为1Q'=0,触发器保持Q=1的原状态输出。

2S'=1R'=0,触发器置0

由于R'=0,必将使门2的输出Q'=1,而门1的两个输入皆为1,所以Q=0,触发器的输出为0状态。

3S'=0R'=1,触发器置1

分析方法如上,Q=1,触发器的输出为1状态。

4S'=0R'=0,不允许的输入。

S'=R'=0的输入是不允许的,因为如果这样,理论上会使Q=Q'=1,触发器的互补功能失效,这时若撤销两个输入端的低电平信号,触发器的输出状态Q可能为0,也可能为1,是不确定的。因此我们禁用这种输入状态。

下面给出R-S触发器的状态转换真值如表4-2所示,其中,d表示不确定状态。

4-2  R-S触发器的状态转换真值表

Q

S

R

Q*
Q

S

R

Q*

0

0

0

d

1

0

0

d

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

4-3  Q*的卡诺图

 

由状态转换真值表,我们可以画出Q*的卡诺图,如图4-3所示。

根据该卡诺图,我们可以写出Q*的最简逻辑表达式,也称触发器的逻辑方程或状态方程。由图可得,

Q*=S+R'Q              4.1

又由于规定S'R'不能同时为0,即:

S·R=0

                             S+R=1                              4.2

所以得到基本R-S触发器的特性方程,即:

Q*=S+R' Q

                      S'+R'=1                             4.3

状态激励表是另一种描述R-S触发器的状态转换和输入条件之间关系的表格,如表4-3所示。它与状态转换真值表所描述的内容是一致的。

4-3  基本R-S触发器激励表

状态转换

输入条件

状态转换

输入条件

Q

Q*

S'

R'

Q

Q*

S'

R'

0

0

1

d

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

d

1

4.1.3  或非门构成的基本R-S触发器

前面讲到的都是由与非门构成的R-S触发器。同样,也可以用或非门来实现具有相同功能的R-S触发器,其电路图如图4-4所示。根据前面所学,也可以列出它的真值如表4-4所示。

4-4  或非门构成的基本R-S触发器电路图

4-4  或非门构成的基本R-S触发器真值表

S

R

Q*

描述

S

R

Q*

描述

0

0

Q

保持

1

0

1

1

0

1

0

0

1

1

不定

不允许

其状态转换真值如表4-5所示,所以可总结出其状态方程如下:

Q*=S+R' Q

             S'+R'=1                             4.4

4-5  或非门构成的基本R-S触发器状态转换真值表

S

R

Q*

S

R

Q*

0

1

0

0

0

Q

1

0

1

1

1

不允许

可见,由与非门和由或非门构成的基本R-S触发器具有相同的状态方程,不同之处在于它们的输入状态,或非门R-S触发器在输入端加入正脉冲,而与非门R-S触发器在输入端加入负脉冲,所以它们的逻辑符号区别如图4-5所示,且要注意或非门R-S触发器不允许输入同时为1

a)与非门R-S触发器符号                b)或非门R-S触发器符号

4-5  基本R-S触发器电路符号