觸發(fā)器分類及JK觸發(fā)器使用詳解

觸發(fā)器是具有記憶功能的二進(jìn)制存儲(chǔ)器件，是各種時(shí)序邏輯電路的基本器件之一。其結(jié)構(gòu)有同步、主從、維持阻塞等三種電路.觸發(fā)器按功能可分為RS觸發(fā)器，JK觸發(fā)器，D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等;按電路的觸發(fā)方式可分為主—從觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器兩大類。

JK觸發(fā)器是數(shù)字電路觸發(fā)器中的一種基本電路單元。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)功能，在各類集成觸發(fā)器中，JK觸發(fā)器的功能最為齊全。在實(shí)際應(yīng)用中，它不僅有很強(qiáng)的通用性，而且能靈活地轉(zhuǎn)換其他類型的觸發(fā)器。由JK觸發(fā)器可以構(gòu)成D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。

JK觸發(fā)器

邏輯簡(jiǎn)圖如右圖所示

JK觸發(fā)器和觸發(fā)器中最基本的RS觸發(fā)器結(jié)構(gòu)相似，其區(qū)別在于，RS觸發(fā)器不允許R與S同時(shí)為1，而JK觸發(fā)器允許J與K同時(shí)為1。當(dāng)J與K同時(shí)變?yōu)?的同時(shí)，輸出的值狀態(tài)會(huì)反轉(zhuǎn)。也就是說(shuō)，原來(lái)是0的話，變成1;原來(lái)是1的話，變成0。

脈沖工作特性如右圖所示該觸發(fā)器無(wú)一次變化現(xiàn)象，輸入信號(hào)可在CP 觸發(fā)沿由1變0時(shí)刻前加

JK觸發(fā)器入。由圖7.6.1可知，該電路要求J、K信號(hào)先于CP 信號(hào)觸發(fā)沿傳輸?shù)紾3、G4的輸出端,為此它們的加入時(shí)間至少應(yīng)比CP 的觸發(fā)沿提前一級(jí)與非門的延遲時(shí)間。這段時(shí)間稱為建立時(shí)間test。輸入信號(hào)在負(fù)跳變觸發(fā)沿來(lái)到后就不必保持，原因在于即使原來(lái)的J、K信號(hào)變化,還要經(jīng)一級(jí)與非門的延遲才能傳輸?shù)紾3和G4的輸出端,在此之前，觸發(fā)器已由G12、G13、G22、G23的輸出狀態(tài)和觸發(fā)器原先的狀態(tài)決定翻轉(zhuǎn)。所以這種觸發(fā)器要求輸入信號(hào)的維持時(shí)間極短，從而具有很高的抗干擾能力，且因縮短tCPH 可提高工作速度。

從負(fù)跳變觸發(fā)沿到觸發(fā)器輸出狀態(tài)穩(wěn)定，也需要一定的延遲時(shí)間tCPL。顯然,該延遲時(shí)間應(yīng)大于兩級(jí)與或非門的延遲時(shí)間。即tCPL大于2.8tpd。綜上所述，對(duì)邊沿JK 觸發(fā)器歸納為以下幾點(diǎn)：1.邊沿JK 觸發(fā)器具有置位、復(fù)位、保持(記憶)和計(jì)數(shù)功能; 2.邊沿JK 觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)只在時(shí)鐘脈沖的負(fù)跳變沿發(fā)生; 3.由于接收輸入信號(hào)的工作在CP下降沿前完成，在下降沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，在下降沿后觸發(fā)器被封鎖，所以不存在一次變化的現(xiàn)象,抗干擾性能好，工作速度快。

主從JK 觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)主從JK 觸發(fā)器是在主從RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上組成的，如圖7.5.1所示。 在主從

JK觸發(fā)器電路圖RS觸發(fā)器的R端和S端分別增加一個(gè)兩輸入端的與門G11和G10，將Q端和輸入端經(jīng)與門輸出為原S端，輸入端稱為J端，將Q端與輸入端經(jīng)與門輸出為原R端，輸入端稱為K端。工作原理由上面的電路可得到S=JQ,R=KQ。代入主從RS觸發(fā)器的特征方程得到:當(dāng)J=1，K=0時(shí)，Qn+1=1;J=0，K=1時(shí)，Qn+1=0;J=K=0時(shí)，Qn+1=Qn;J=K=1時(shí)，Qn+1=~Qn;由以上分析，主從JK 觸發(fā)器沒(méi)有約束條件。

在J=K=1時(shí),每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。觸發(fā)器的這種工作狀態(tài)稱為計(jì)數(shù)狀態(tài)，由觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的次數(shù)可以計(jì)算出輸入時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)。工作特性建立時(shí)間：是指輸入信號(hào)應(yīng)先于CP信號(hào)到達(dá)的時(shí)間，用tset表示。由圖7.5.5可知,J、K信號(hào)只要不遲于CP信號(hào)到達(dá)即可，因此有tset=0。保持時(shí)間：為保證觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，輸入信號(hào)需要保持一定的時(shí)間。保持時(shí)間用tH表示。如果要求 CP=1期間J、K的狀態(tài)保持不變，而CP=1的時(shí)間為tWH，則應(yīng)滿足：tH≥tWH。傳輸延遲時(shí)間：若將從CP下降沿開(kāi)始到輸出端新?tīng)顟B(tài)穩(wěn)定地建立起來(lái)的這段時(shí)間定義為傳輸時(shí)間，則有：tPLH=3tpd tPHL=4tpd 最高時(shí)鐘頻率：因?yàn)橹鲝挠|發(fā)器都是由

JK觸發(fā)器電路圖兩個(gè)同步RS 觸發(fā)器組成的,所以由同步RS觸發(fā)器的動(dòng)態(tài)特性可知 ,為保證主觸發(fā)器的可靠翻轉(zhuǎn)，CP高電平的持續(xù)時(shí)間tWH應(yīng)大于3tpd。同理,為保證從觸發(fā)器能可靠地翻轉(zhuǎn)， CP低電平的持續(xù)時(shí)間tWL也應(yīng)大于3tpd。因此，時(shí)鐘信號(hào)的最小周期為：Tc(min)≥6tpd 最高時(shí)鐘頻率fc(max)≤1/6tpd。如果把圖7.5.5的J、K觸發(fā)器接成T觸發(fā)器使用(即將J和K相連后接至高電平)，則最高時(shí)鐘頻率還要低一些。因?yàn)閺腃P的下降沿開(kāi)始到輸出端的新?tīng)顟B(tài)穩(wěn)定建立所需要的時(shí)間為tPHL≥4tpd，如果CP信號(hào)的占空比為50%，那么CP信號(hào)的最高頻率只能達(dá)到fc(max)=1/2tPHL=1/8tpd。

帶清零功能的主從下降沿觸發(fā)JK觸發(fā)器若 Reset=0時(shí)：J=1，K=0時(shí)，Qn+1=1;J=0，K=1時(shí)，Qn+1=0;J=K=0時(shí)，Qn+1=Qn;J=K=1時(shí)，Qn+1=Qn;

帶清零功能的主從下降沿JK觸發(fā)器若 Reset=1時(shí)：不論J、K與Qn的值，Qn+1=0。

集成觸發(fā)器集成JK觸發(fā)器的產(chǎn)品較多，以下介紹一種比較典型的高速CMOS雙JK觸發(fā)器HC76。該觸發(fā)器內(nèi)含兩個(gè)相同的JK觸發(fā)器,它們都帶有預(yù)置和清零輸入,屬于負(fù)跳沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器,其邏輯符號(hào)和引腳分布如下圖7.5.6 所示。其功能表如表7.5.1所示。如果在一片集成器件中有多個(gè)觸發(fā)器，通常在符號(hào)前面(或后面)加上數(shù)字，以表示不同觸發(fā)器的輸入、輸出信號(hào)，比如C1與1J、1K同屬一個(gè)觸發(fā)器。

綜上所述對(duì)主從JK 觸發(fā)器歸納為以下幾點(diǎn)：1.主從JK觸發(fā)器具有置位、復(fù)位、保持(記憶)和計(jì)數(shù)功能;2.主從JK觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式，觸發(fā)翻轉(zhuǎn)只在時(shí)鐘脈沖的負(fù)跳變沿發(fā)生;3.不存在約束條件，但存在一次變化現(xiàn)象。

JK觸發(fā)器電路圖4.產(chǎn)生一次變化的原因是因?yàn)樵贑P=1期間，主觸發(fā)器一直在接收數(shù)據(jù)，但主觸發(fā)器在某些條件下(Q=0，CP=1期間J端出現(xiàn)正跳沿干擾或Q=1，CP=1期間K端出現(xiàn)正跳沿干擾)，不能完全隨輸入信號(hào)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，以至影響從觸發(fā)器 狀態(tài)與輸入信號(hào)的不對(duì)應(yīng)。

分立元件構(gòu)成的觸發(fā)器兩個(gè)PNP三極管(上拉管)并聯(lián)構(gòu)成二輸入與非門電路，三個(gè)PNP三極管并聯(lián)則構(gòu)成三輸入與非門電路。每個(gè)按鍵按下時(shí)提供高電平，松開(kāi)時(shí)提供低電平。CLK按下時(shí)主觸發(fā)器工作，松開(kāi)時(shí)從觸發(fā)器工作。

目前我國(guó)生產(chǎn)的TTL集成觸發(fā)器主要有邊沿D觸發(fā)器，邊沿JK觸發(fā)器與主—從JK觸發(fā)器等。利用這些觸發(fā)器可以轉(zhuǎn)換成其他功能的觸發(fā)器，但轉(zhuǎn)換成的觸發(fā)器其觸發(fā)方式并不改變。例如由邊沿變換來(lái)的仍是邊沿觸發(fā)方式的觸發(fā)器。