上面我们介绍了触发器基本电路,下面我们从电路结构形式和逻辑功能这两个不同的角度来分析较复杂的触发器电路。
一、主从结构的触发器
(1)电路组成和符号
图4-7由两个同步RS触发器——主触发器和从触发器组成,后者的时钟脉冲是前者时钟脉冲的反。
(2)工作原理
(3)基本特点
优点:主从控制从根本上解决了直接控制的问题,具有CP=1期间接收,CP下降沿触发翻转的特点。
缺点:CP=1时,R、S之间仍然有约束。
2、主从JK触发器
(1)电路组成和符号
上述的逻辑关系可用表4-4所示的主从JK触发器的特性表表示。
一次变化问题。不仅限制了主从JK触发器的使用,而且降低了它的抗干扰能力。因为如果在CP=1期间J、K的状态多次改变,那么只有引起一次变化的J、K值起作用,其它的状态都不会有影响。然而这引起一次变化的时刻,可能在CP上升沿,也可能在CP已经上升到高电平以后,甚至是在CP下降沿前瞬间。在不能准确地知道J、K变化规律时,就无法确定触发器的次态。因此在使用主从JK触发器时,一般都要求在CP=1期间J、K的状态保持不变。如果遵守这个条件,主从JK触发器最好能实现上升沿接收,下降沿翻转。倘若在CP=1期间,叠加在J、K上面的干扰引起了一次变化,那么将造成触发器的错误翻转,这也就是一次变化会降低电路抗干扰能力的原因。
(4)基本特点
优点:主从控制,J、K间无约束。是一种性能优良、广泛使用的触发器。
缺点:有一次变化问题,在CP=1期间,一般要求J、K保持状态不变。
【例2】在图4-8中的主从JK触发器中,已知J,K,CP波形如图4-9所示,试画出Q和Q非的波形。设触发器的初始状态为Q=0。
解:由于每一时刻J、K的状态均已由波形图给定,而且CP=1期间J、K的状态不变,所以只要根据下降沿到达时JK的状态去查主从JK触发器的特性表,就可以逐段画出Q和Q非的波形了。可以看出,触发器输出状态的改变均发生在CP信号的下降沿,而且即使CP=1时J=K=1,CP下降沿到来时触发器的次态也是确定的。
二、边沿结构的触发器
为了提高触发器的抗干扰能力,希望触发器的状态仅取决于CP下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态。而在此之前和之后输入状态的变化对触发器的状态没有影响。为实现这一设想,人们相继研制了各种边沿触发器电路。下面介绍其中典型的两种。
1. 维持阻塞触发器
图4-10是维持阻塞结构D触发器的电路图。在图中,与非门G1、G2组成基本RS触发器,而与非门G3、G5和G4、G6是两个互锁的触发器,也是基本RS触发器。下面分几种情况进行讨论。
(1)当CP=0时,与非门G3、G4被封锁,其输出Q3=Q4=1,与D端状态无关。因此G1、G2可以保持原有状态不变。
(2)如果D=0,当CP=0时,G5输出为1,G6输出为0。在CP由0变1后,G3的三个输入全部变为1,所以G3的输出Q3由1变0,而由于G6输出为0,所以G4的输出Q4为1。Q3的0信号,一方面使G1、G2组成的基本RS触发器置0;另一方面Q3=0又反馈回来封锁了G5,使CP=1期间,不论输入端D信号如何变化都能保持G5输出为1、G6输出为0,且Q3=0、Q4=1,既维持了置0信号(Q3=0),同时又阻塞了置1信号(Q4=0)的产生,这样在CP=1期间Q和Q非都不再变化。当CP由1变0时,G3、G4被封锁,输出也不会变化。因此,我们把G3输出到G5输入的连线叫做置0维持线,把门G6输入到G5的连线叫置1阻塞线。
(3)如果D=1,当CP=0时,则门G5输出为0、G6输出为1。在CP由0变1后,G4两个输入端全为1,故Q4由1变为0,Q3保持为1。Q4=0,一方面使基本RS触发器置1;另一方面,Q4=0又反馈到门G6和G3的输入端,使Q3=1和G6的输出为1,这样Q4=0的信号既维持了置1信号(Q4=0),又阻塞了置0信号(Q3=0)的产生。因此,在CP=1期间,D端的变化同样不会引起触发器输出状态的变化。当然CP再由1变0时,触发器状态也不会改变。通常把G4输出到G6输入的连线叫置1维持线,把G4输出到G3输入的连线叫置0阻塞线。
总之,图4-10所示D触发器中,在CP=0时,Q3=Q4=1,触发器状态不变,这时D信号暂存于G5、G6中,触发器处于触发准备阶段。当CP由0变1后。由于Q3、Q4反相,其中必有一个为0,它一方面使触发器置0(或置1),另一方面通过它的反馈,或者封锁了G5(当Q3=0时),或者封锁了G3、G6(当Q4=0时)。因此触发器只按CP到来时输入端D的状态翻转一次。由于这种触发器在CP=1时,是利用置0(或置1)脉冲信号的反馈,既使置0(或置1)信号得以维持,又阻塞了置1(或置0)信号的产生,因而防止了空翻,所以称为维持阻塞触发器。这种触发器是利用时钟脉冲CP的上升沿触发的
CP端引线靠近方框末加小圆圈“。”表示上升沿触发。图4-11是这种触发器的工作波形图和它的特性表。
维持阻塞D触发器是维持阻塞触发器的典型应用。从原理上说,维持阻塞触发器除D触发器外,还有维持阻塞RS、JK等触发器,由于应用较少,这里就不一一介绍了。
2. CMOS触发器
这种触发器的构成思想源于主从结构触发器。图4-12中TG1至TG4为传输门电路,反相器G1、G2和传输门TG1、TG2构成了主触发器,反相器G3、G4和传输门TG3、TG4构成了从触发器。TG1和TG3分别为主触发器和从触发器的输入控制门。