隨著數(shù)字集成電路規(guī)模的不斷擴(kuò)大及功能的增強(qiáng)，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(diǎn)又是難點(diǎn)。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(dòng)作特點(diǎn)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。

觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)和邏輯功能的關(guān)系

一、邏輯功能指觸發(fā)器的次態(tài)和現(xiàn)態(tài)及輸入信號(hào)之間在穩(wěn)態(tài)下的邏輯關(guān)系，

可用特性表、特性方程或狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。

分類：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器、T/觸發(fā)器等。

二、電路結(jié)構(gòu)形式不同，動(dòng)作特點(diǎn)不同。

分類：基本TS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等。

三、同一邏輯功能的觸發(fā)器可用不同的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；

同一電路結(jié)構(gòu)形式可作成不同邏輯功能的觸發(fā)器。

即：邏輯功能與電路結(jié)構(gòu)無固定對應(yīng)關(guān)系。

四、邏輯功能相同而電路結(jié)構(gòu)不同，則是在狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)作特點(diǎn)不同。

五、JK觸發(fā)器包含了RS觸發(fā)器和T觸發(fā)器的所有邏輯功能。

目前生產(chǎn)的時(shí)鐘控制觸發(fā)器定型產(chǎn)品只有JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器兩大類。

JK觸發(fā)器中

1、令J=S，K=R且J、K不同時(shí)為1，約束條件SR=0，構(gòu)成RS觸發(fā)器。

2、令J=K=T，則為T觸發(fā)器。

用D觸發(fā)器構(gòu)成JK觸發(fā)器

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(shí)，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(dòng)作特點(diǎn)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(shí)，Q、均為高電平，一且SD、RD同時(shí)變?yōu)楦唠娖?，Q、輸出為O，1（或1，0）無法確定。也就是說當(dāng)SD=RD=0時(shí)，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(shí)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(shí)，S=X，R=X，Q、輸出端保持不變；CP=1時(shí)，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(shí)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(jī)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(hào)的下降沿，但卻是受到CP=1期間R、S輸入信號(hào)的影響。圖4中的脈沖3，CP=1，S=R=1時(shí)，Q’==1，且持續(xù)到CP下降沿時(shí)刻，則Q’=0，=1，還是Q‘=1，=0不確定。所以當(dāng)CP下降沿時(shí)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(shí)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(shí)刻到這一時(shí)刻主觸發(fā)器輸出端Q’、的信號(hào)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(hào)全部分析出來?？梢栽诿總€(gè)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(hào)，就不需要知道前面Q‘、的信號(hào)，即知道CP下降沿這一時(shí)刻的Q’、的信號(hào)，則CP下降沿時(shí)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(shí)刻到，如何判斷Q端的信號(hào)？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(shí)刻一到，Q=Q’=0，==1，不需要對t1之前的信號(hào)再進(jìn)行詳細(xì)分析。

同理脈沖2下降沿t5時(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(huì)再翻轉(zhuǎn)回來，所以t2-t3期間，盡管j、k輸入端的信號(hào)發(fā)生變化，卻不用再詳細(xì)分析，t3下降沿時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)間段進(jìn)行判定，t6時(shí)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(shí)間段，下降沿t7時(shí)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(gè)CP下降沿時(shí)刻到時(shí)狀態(tài)的變化，是自這一時(shí)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(shí)主觸發(fā)器的狀態(tài)，而從觸發(fā)器在CP下降沿時(shí)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(gè)CP下降沿到時(shí)輸出狀態(tài)的變化，是從CP為高電平開始（即上升沿這一時(shí)刻）根據(jù)J、K輸入端的信號(hào)變化自前往后分時(shí)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(hào)，因?yàn)镃P=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(shí)，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(dòng)作特點(diǎn)，在電路設(shè)計(jì)和使用時(shí)，須區(qū)分使用。而在介紹觸發(fā)器這一章時(shí)，由于是從組合邏輯問題過渡到時(shí)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(dòng)作特點(diǎn)和規(guī)律，以便正確掌握和使用觸發(fā)器。

在實(shí)際的電路中，一般使用觸發(fā)器，通過時(shí)鐘脈沖進(jìn)行控制，用得最多的時(shí)D觸發(fā)器和J－K觸發(fā)器；觸發(fā)器能保證一個(gè)脈沖內(nèi)的信號(hào)穩(wěn)定。當(dāng)然，也存在其它類型的觸發(fā)器（如T觸發(fā)器和T’觸發(fā)器等）。

觸發(fā)器和組合電路中的譯碼器、編碼器、選擇器、分配器等組合在一起能構(gòu)成所有我們需要的電路，這也是后續(xù)課程如計(jì)算機(jī)組成原理和嵌入式等課程的基礎(chǔ)，牢記并理解組合電路和典型觸發(fā)器的功能特性是進(jìn)行后續(xù)課程學(xué)習(xí)保證。