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硬件设计（208）
1.触发器能够存储一位2值信号的基本单元电路叫做触发器2.SR锁存器（直接置位复位锁存器Set-Reset Latch）由输入引脚直接决定保持状态，不需要触发信号的触发。由2个或非门电路组成，或由两个与非门组成（课本216页）&2.1由或非门组成Q、Q‘为输出端。S为置位端或置1输入端。R为复位端或置0输入端。需要满足条件& SR=0& 因为　SR＝１时，Q和Q’都为 0 不满足条件，故要将这一种情况踢出去。&& S&&&& R&&&&& Q& & 1&&&&&& 0&&&&&& 1& 0&&&&&& 1&&&&&& 0& 0&&&&&& 0&&&&& 保持前一状态不变2.2由与非门组成电路样式不变，但输入时有效的输入电平变为0，即R‘=0时置0& S'=0时置1& 不存在S’=0 R‘=0的时候出现非定义的Q=Q‘=1的情况。故还是应该满足SR=0的约束条件& S’=1 R'=1时保持不变优点： 简单，是触发器的基础缺点：由输入信号直接控制，不能定时控制，且有SR=0 的约束条件3.电平触发器电平触发SR触发器是由4个与非门组成由与非门G1，G2组成的SR锁存器和由G３，G４组成的输入控制电路。只有在CP在高电平时输入才有效，在CP=0，将输入端锁死不能输入。（需要满足SR=0 的语文书条件）有时还需要在CP（CLK）的有效电平到达前预先将触发器置为指定状态。因此设定了异步置位复位端电平触发器的特点（1）当CLK为有效电平时，触发器才接受输入信号，并按照输入信号将触发器的输出置为相应的状态。（2）在CLK=1的全部时间里，S，R的状态都可能引起输出状态的改变，CLK=0后，触发器保存的是回到0以前瞬间的状态。在CLK=1的期间易受干扰,还要满足SR=0 的约束条件4.D触发器将S端接上一个非门后再接到R端组成D触发器。在CLK=1的有效电平的情况下，D=0 ，Q=0 。D=1，Q=1因为在CLK有效电平器件输出状态始终跟随输入状态变化，输出与输入状态保持相同，所以又将这个电路称为“透明的D型锁存器”5.主从SR触发器为了提高触发器的工作可靠性，希望在每个CLK周期里输出状态只能改变一次，为此目的，在电平触发器的基础上设计出了脉冲触发器。由8个与非门和一个或门组成主从SR触发器。首先在CLK=1时打开主SR触发器锁死 从SR触发器，CLK=0时将主SR触发器状态锁住，并将输入端锁死，从SR锁存器打开进行输出。输入信号要满足SR=0的约束条件6.主从JK触发器为了使用方便，希望即使出现S=R=1的情况，触发器的次态也是确定的，将主从SR触发器的Q和Q‘端作为一对附加的控制信号接回到输入端J=1=K时。当Q=0时这时K端输入端被封死，主触发器置1，在CLK=0时从触发器也被置1。当Q=1时，J端输入端被封死，主触发器置0 ，在CLK=0时从触发器也置0综上，在J=K=1的情况下，CLK下降沿到达后触发器将翻转为与初态相反的状态。有些集成电路触发器产品中输入端J和K不止一个，这些输入端的关系为与，构成了多输入的主从JK触发器。总结：所有以上的触发器都是层层递进的关系，为了改进而进行的设计，在掌握时要整体把握。
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文档介绍：
4.1概述在各种复杂的数字电路中不但需要对二值信号进行算术运算和逻辑适算,还经常需要将这些信号和运算结果保存起来。为此,需要使用具有记忆功能的基本逻辑单元。能够存储l位二值信号的基本单元电路统称触发器。为了实现记忆1位二值信号的功能,触发器必须具备以下两个基本特点:第一,具有两个能自行保持的稳定状态,用来表示逻辑状态的0和1,或二进制数的0和1。第二,根据不同的输入信号可以置成1或O状态。迄今为止,人们已经研制出了许多种触发器电路。根据电路结构形式的不同,可以将它们分为基本RS触发器、同步RS触发器、主从触发器、维待阻塞触发器、CMOS边沿触发器等。这些不同的电路结构在状态变化过程中具有不同的动作特点,掌握这些动作特点对于正确使用这些触发器是十分必要的。同时,由于控制方式的不同(即信号的输入方式以及触发器状态随输人信号变化的规律不同),触发器的逻辑功能在细节上又有所不同。因此又根据触发器逻辑功能的不同分为RS触发器、JK触发器、T触发器、D触发器等几种类型。此外,根据存储数据的原理不同,还把触发器分成静态触发器和动态触发器两大类。静态触发器是靠电路状态的自锁存储数据的;而动态触发器是通过在MOS管栅极输入电容上存储电荷来存储数据的,例如输人电容上存有电荷为O状态,而没有存电荷为1状态。本章只介绍静态触发器4.2触发器的电路结构与动作特点4.2.1基本RS触发器的电路结构与动作特点基本RS触发器(又称R-S锁存器)是各种触发器电路中结构形式最简单的一种。同时,它又是许多复杂电路结构触发器的一个组成部分。一、电路结构与工作原理第二章讲过的各种门电路虽然都有两种不同的输出状态(高、低电平,亦即1、0),但都不能自行保持。例如在图4.2.1(a)所示电路中,如果只有一个或非门G1,那么当另一个输入端接低电平时输出的高、低电平将随输入的高、低电平而改变。因此,它不具备记忆功能。如果用另一个或非门将反相(同时将的另一个输入端接低电平),则的输出将与同相。现将接回的另一个输入端,这时即使原来加在输入端上的信号消失了,和的状态也能保持下去。这样就得到了图4.2.1(a)中由两个或非门所组成的基本RS触发器电路。由于和在电路中的作用完全相同,所以习惯上将电路画成图4.2.1(b)的对称形式。Q和称为输入端,并且定义Q=1、=0为触发器的1状态,Q=0、=1为触发器的0状态。称为置位端或置1输入端,称为复位端或置0输入端。当=1、=0时,Q=1、=0。在=1信号消失以后(即回到0),由于有Q端的高电平接回到的另一个输入端,因而电路的1状态得以保持。当=0、=1时,Q=0、=1。在=1信号消失以后,电路保持0状态不变。当==0时,电路维持原来的状态不变。当==1时,Q==0,这既不是定义的l状态,也不是定义的0状态。而且,在和同时回到0以后无法断定触发器将回到1状态还是0状态。因此.在正常工作时输入信号应遵守的约束条件,亦即不允许输入==1的信号。将上述逻辑关系列成真值表,就得到表4.2.1。因为触发器新的状态(也叫做次态)不仅与输入状态有关,而且与触发器原来的状态(也叫做初态)有关,所以把也作为一个变量t列入了真值表,并将称做状态变量,把这种含有状态变量的真值表叫做触发器的特性表(或功能表)。基本RS触发器也可以用与非门构成,如图4.2.2所示。这个电路是以低电平作为输入信号的,所以用和分别表示置1输入端和置0输入端。在图4.2.2(b)的图形符号上,用输入端的小圆圈表示用低电平作输入信号,或者叫低电平有效。表4.2.2是它的特性表。二、动作特点由图4.2.1(b)和图4.2.2(a)中可见,在基本RS触发器中,输入信号直接加在输出门上,所以输入信号在全部作用时间里(即或为1的全部时间),都能直接改变输出端Q和的状态,这就是基本RS触发器的动作特点。由于这个缘故,也把()叫做直接置位端,把()叫做直接复位端.并且把基本RS触发器叫做直接置位、复位触发器。top^4.2.2同步RS触发器的电路结构与动作特点在数字系统中,为协调各部分的动作,常常要求某些触发器于同一时刻动作。为此,必须引入同步信号,使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。通常把这个同步信号叫做时钟脉冲,或称为时钟信号,简称时钟.用CP表示。这种受时钟信号控制的触发器统称为时钟触发器,以区别于像基本RS触发器那样的直接置位、复位触发器。一、电路结构与工作原理实现时钟控制的最简单方式是采用图4.2.4所示的同步RS触发器结构。该电路由两部分组成:由与非门G1、G2组成的基本RS触发器和由与非门G3、G4组成的输入控制电路。它的特性表如表4.2.3所示。从上表中可见、只有CP=1时触发器输出端的状态才受输入信号的控制,而且在CP=1时这个特性表和基本RS触发器的特性表相同。输入信号同样需要遵守SR=0的约束条件。在使用同步RS触发器的过程中,有时还需要在CP信号到来之前将触发器预先置成指定的状态,为此在实用的同步RS触发器电路上往往还设置有专门的异步置位输人端和异步复位输入端,如图4.2.5所示。只要在或加入低电平,即可立即将触发器置1或置0,而不受时钟信号和输入信号的控制。因比,将称为异步置位(置1)端,将称为异步复位(置0)端。触发器在时钟信号控制下正常工作时应使和处于高电平。此外,在图4.2.5电路的具体情况下,用当在CP=0的状态下进行,否则在或返回高电平以后预置的状态不一定能保存下来。二、动作特点由于在CP=1的全部时间里S和R信号都能通过门G3和G4加到基本RS触发器上,所以在CP=1的全部时间里S和R的变化都将引起触发器输出端状态的变化。这就是同步RS触发器的动作特点。根据这一动作特点可以想象到,如果CP=1的期间内输入信号多次发生变化,则触发器的状态也会发生多次翻转,这就降低了电路的抗干扰能力。top^4.2.3主从触发器的电路结构与动作特点为了提高触发器工作的可靠性,希望在每个CP周期里输出端的状态只能改变一次。为此,在同步RS触发器的基础上又设计出了主从结构触发器。一、电路结构与工作原理主从结构RS触发器(简称主从RS触发器)由两个同样的同步RS触发器组成,但它们的时钟信号相位相反,如图4.2.8所示。其中由与非门G1~G4组成的同步RS触发器称为从触发器,由与非门G5~G8组成的同步RS触发器称为主触发器。由于输出状态的变化发生在CP信号的下降沿,所以图4.2.8的主从RS触发器属于CP下降沿动作型,在图形符号中用CP输入端的小圆圈表示。图形符号中的表示“延迟输出”,即CP返回O以后输出状态才改变。将上述的逻辑关系写成真值表,即得表4.2.4主从RS触发器的特性表。从同步RS触发器到主从RS触发器的这一演变,克服了CP=1期间触发器输出状态可能多次翻转的问题但由于主触发器本身是同步RS触发器,所以在CP=1期间和的状态仍然会随S、R状态的变化而多次改变,而且输人信号仍需遵守约束条件SR=O。二、动作特点通过上面的分析可以看到,主从结构触发器有两个值得注意的动作特点:触发器的翻转分两步1
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