觸發(fā)器電路的分析

摘要：觸發(fā)器的電壓波形圖是學(xué)習(xí)計算機接口及控制課程中時序圖的基礎(chǔ)。通過對不同電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器進(jìn)行分析，掌握其動作特點；并特別對不同電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器的不定態(tài)的理解進(jìn)行了詳細(xì)的分析?？偨Y(jié)出主從觸發(fā)器電路電壓波形目的描繪方法。
關(guān)鍵詞：觸發(fā)器；數(shù)字電路；不定態(tài)

O 引言
    隨著數(shù)字集成電路規(guī)模的不斷擴大及功能的增強，數(shù)字電子技術(shù)作為一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，顯得更加重要。對觸發(fā)器的描述有特性表、特性方程式、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，而觸發(fā)器的電壓波形圖既是重點又是難點。例如基本RS觸發(fā)器。同步RS觸發(fā)器中的不定態(tài)和主從型RS觸發(fā)器的不定態(tài)有何不同，主從型RS觸發(fā)器和主從型JK觸發(fā)器的動作特點又是什么。下面就從電壓波形圖來對RS和JK觸發(fā)器進(jìn)行分析。RS觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖l所示。JK觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。

1 RS觸發(fā)器電路分析
    RS觸發(fā)器的特性由特性表和狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可知，當(dāng)S=R=1時，其狀態(tài)均為不定態(tài)，而不同電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器，其動作特點是有區(qū)分的。
1．1 基本RS觸發(fā)器
    基本RS觸發(fā)器的電路圖及電壓波形圖如圖3所示。

    根據(jù)對基本RS觸發(fā)器電路的分析得知：當(dāng)SD=RD=0時，Q、均為高電平，一且SD、RD同時變?yōu)楦唠娖剑琎、輸出為O，1(或1，0)無法確定。也就是說當(dāng)SD=RD=0時，Q和輸出端的狀態(tài)是確定的，即為1，狀態(tài)不定是指當(dāng)SD、RD同時從0變成1后，Q、輸出端的狀態(tài)不確定(Q= 1，=0，還是Q=0，=1，不能確定)。
1．2 同步RS觸發(fā)器
    同步RS觸發(fā)器的電路圖及電壓波形圖如圖4所示。

    根據(jù)對同步RS觸發(fā)器電路的分析得知：CP=0時，S=X，R=X，Q、輸出端保持不變；CP=1時，其工作情況同基本RS觸發(fā)器一樣(設(shè)Q初態(tài)為0)。
    CP=1期間，S=R=1，Q和輸出同時為高電平1，一旦CP從高電平變?yōu)榈碗娖?，Q、輸出端的狀態(tài)同樣是不定的(即可能Q=0，=1，也可能Q=1，=0)。其輸出狀態(tài)是隨機的，無法確定。
1．3 主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器
    主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器的電路圖如圖5所示，由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器組成。

    主、從觸發(fā)器分別由兩個同步RS觸發(fā)器組成。根據(jù)對主從型RS觸發(fā)器電路的分新，畫出其相應(yīng)的電壓波形圖，主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器的電壓波形圖如圖6所示(設(shè)初態(tài)為0)。

    CP=1時，主觸發(fā)器觸發(fā)工作，從觸發(fā)器的Q、輸出端保持不變；CP=O時，從觸發(fā)器觸發(fā)工作，主觸發(fā)器的Q’、輸出端保持不變。輸出端輸出狀態(tài)的變化發(fā)生在CP信號的下降沿，但卻是受到CP=1期間R、S輸入信號的影響。圖4中的脈沖3，CP=1，S=R=1時，Q’==1，且持續(xù)到CP下降沿時刻，則Q’=0，=1，還是Q'=1，=0不確定。所以當(dāng)CP下降沿時刻一到從觸發(fā)器Q端輸出高電平還是低電平無法確定，其狀態(tài)不定，并不是指Q、同時輸出高電平，和基本RS、同步RS觸發(fā)器的理解不同。
    通過對電路的分析總結(jié)出主從型RS觸發(fā)器Q端電壓波形變化的描述方法。
    從觸發(fā)器是按照CP下降沿時刻到這一時刻主觸發(fā)器輸出端Q'、的信號觸發(fā)工作。即Q’=1，=0，則Q=1，=0；Q'=0，=1，則Q=0，=1。所以不需要對CP=1期間，主觸發(fā)器Q’、的信號全部分析出來?？梢栽诿總€CP脈沖下降沿到來這一刻往前去確定Q’、，一旦明確知道Q'、的信號，就不需要知道前面Q'、的信號，即知道CP下降沿這一時刻的Q’、的信號，則CP下降沿時刻一到，從觸發(fā)器的輸出也明確了。
    圖4中脈沖1下降沿t2時刻到，如何判斷Q端的信號?由于t1-t2期間S=O，R=1，主觸發(fā)器量0，即Q’=0，=1，所以t2時刻一到，Q=Q’=0，==1，不需要對t1之前的信號再進(jìn)行詳細(xì)分析。
    同理脈沖2下降沿t5時刻到，由于t4-t5期間，S=R=O。主觸發(fā)器處于保持狀態(tài)，而Q’、保持什么狀態(tài)不清楚，再看t3-t4期間，S=1，R=0，主觸發(fā)器置1，使Q’=1，=0，由此可知t4-t5期間主觸發(fā)器保持1狀態(tài)，所以在t5時刻一到Q=Q’=1，==0。

2 JK觸發(fā)器電路分析
    主從結(jié)構(gòu)JK觸發(fā)器和主從結(jié)構(gòu)RS觸發(fā)器區(qū)別在于當(dāng)J=K=1時，觸發(fā)器將翻轉(zhuǎn)為與初始狀態(tài)相反的狀態(tài)，所以JK觸發(fā)器不再存在輸出狀態(tài)不定的情況。主從結(jié)構(gòu)JK觸發(fā)器電路圖如圖7所示。圖8為主從結(jié)構(gòu)JK觸發(fā)器的電壓波形圖(設(shè)初態(tài)為0)。

    脈沖1：當(dāng)CP=1時，t1-t2期間J=K=1，Q’取反，由原來的0取反為1。主觸發(fā)器的狀態(tài)改變了一次不會再翻轉(zhuǎn)回來，所以t2-t3期間，盡管j、k輸入端的信號發(fā)生變化，卻不用再詳細(xì)分析，t3下降沿時刻一到，從觸發(fā)器Q端亦從0翻轉(zhuǎn)到1。脈沖2：當(dāng)CP=1時，t4-t5期間，J=K=0，為保持不變狀態(tài)，狀態(tài)沒有變化，故需要對下一時間段進(jìn)行分析，t5-t6期間，J=1，K=O，主觸發(fā)器量1，而原狀態(tài)就為1，狀態(tài)沒有發(fā)生改變，所以還需對下一時間段進(jìn)行判定，t6時刻一到，J=K=1，主觸發(fā)器輸出狀態(tài)，取反為0，由于主觸發(fā)器的狀態(tài)只能改變一次，所以不需要再分析后面的時間段，下降沿t7時刻一到，從觸發(fā)器跟從主觸發(fā)器—樣輸出低電平。

3 電壓波形圖
    通過對不同電路結(jié)構(gòu)觸發(fā)器電壓波形圖的分析，發(fā)現(xiàn)僅了解觸發(fā)器的特性表，特性方程式，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖是不夠的，還需理解其電路結(jié)構(gòu)才能真正掌握觸發(fā)器電路。并由此得到主從型RS觸發(fā)器和主從型JK觸發(fā)器電壓波形圖的描繪方法。
    主從型RS觸發(fā)器：判斷每個CP下降沿時刻到時狀態(tài)的變化，是自這一時刻起自后往前判定，CP=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)，一旦主觸發(fā)器的狀態(tài)明確了，就不需再往前判定主觸發(fā)器的狀態(tài)，該狀態(tài)即為CP下降沿到時主觸發(fā)器的狀態(tài)，而從觸發(fā)器在CP下降沿時刻一到跟隨主觸發(fā)器的狀態(tài)變化即可。
    主從型JK觸發(fā)器：判斷每個CP下降沿到時輸出狀態(tài)的變化，是從CP為高電平開始(即上升沿這一時刻)根據(jù)J、K輸入端的信號變化自前往后分時間段判定主觸發(fā)器的狀態(tài)，—旦狀態(tài)變化了一次，就不需要再分析后面的輸入信號，因為CP=1期間，主觸發(fā)器的狀態(tài)只能改變一次，此狀態(tài)維持到CP下降沿到時，從觸發(fā)器跟隨主觸發(fā)器的狀態(tài)而變化。

4 結(jié)束語
    觸發(fā)器作為構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的一種基本邏輯單元，由于其不同的電路結(jié)構(gòu)帶來不同動作特點，在電路設(shè)計和使用時，須區(qū)分使用。而在介紹觸發(fā)器這一章時，由于是從組合邏輯問題過渡到時序邏輯問題，對觸發(fā)器電路的分析及描述方法和組合邏輯電路不同，故需對不同電路結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器，在分析其電路結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出其動作特點和規(guī)律，以便正確掌握和使用觸發(fā)器。