8基本RS触发器解析
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功耗问题
随着集成电路规模的扩大，功耗问题 日益突出，如何降低RS触发器的功 耗是一个重要挑战。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，RS触 发器的可靠性可能受到影响，导致电 路性能下降或失效。
针对性解决方案设计思路展示
噪声抑制技术
时钟同步技术
采用滤波、屏蔽等措施，有效抑制电磁干 扰和电源噪声对RS触发器的影响。
输出信号连接方式
将触发器的输出端连接到 负载上，注意负载的额定 电压和电流要符合触发器 的规格要求。
关键参数指标解读
触发电压
指使触发器状态发生变化的最 小输入信号电压值，一般与电
源电压有关。
触发电流
指使触发器状态发生变化的最 小输入信号电流值，一般与输 入电阻和电源电压有关。
输出电平
指触发器输出端口的电平状态 ，包括高电平和低电平两种状 态，与输入信号的电平和极性 有关。
存储单元的实现
将多个RS触发器组合起来，可以构成一个存储单元，用于存储二 进制数据。
计数器的设计
利用RS触发器和其他逻辑门电路可以设计出各种计数器，如二进 制计数器、十进制计数器等。
04
RS触发器性能评估及优化策略
性能评估指标体系构建
响应速度
衡量触发器从接收到信号到产生输出所需的 时间。
噪声容限
06
RS触发器发展趋势预测与展望
当前存在问题和瓶颈分析
触发精度不足
目前RS触发器在触发精度方面存 在不足，难以满足高精度应用需
求。
功耗较高
RS触发器在工作过程中功耗较高 ，不利于低功耗设计。
稳定性差
RS触发器在复杂环境下工作时， 容易出现误触发等问题，稳定性
有待提高。
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04 RS触发器的设计与实现
CHAPTER
设计思路与步骤
确定触发器的功能需求
根据题目要求，确定RS触发器是作为置位器还是复位器使用 ，或者同时具有置位和复位功能。
选择合适的逻辑门
根据电路设计需求，选择合适的逻辑门（如与门、或门、非 门等）进行组合，实现RS触发器的逻辑功能。
设计思路与步骤
• 确定输入和输出信号：根据设计需求，确定RS触 发器的输入信号（置位信号、复位信号）和输出 信号。
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目录
CONTENTS
• RS触发器简介 • RS触发器的逻辑功能 • RS触发器的真值表与波形图 • RS触发器的设计与实现 • RS触发器的应用案例 • RS触发器的常见问题与解决方案
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01 RS触发器简介
CHAPTER
定义与工作原理
定义
RS触发器是一种最简单的触发器 ，由两个交叉耦合的与非门构成 ，具有置位、复位和保持功能。
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•·
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3. 滤波技术：在输入输出端加入滤波器，滤除高频噪声 ，提高信号的信噪比。
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1. 隔离措施：采用隔离变压器、光耦合器等隔离元件， 将干扰源与触发器电路隔离，减小干扰对电路的影响。
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4. 冗余设计：采用冗余电源、冗余备份等措施，提高系 统的容错能力，增强抗干扰能力。
4. 软件算法优化：通过软件算法优化，减小信号的量 化误差，提高信号的分辨率，从而降低抖动。
问题二：如何提高RS触发器的抗干扰能力？
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抗干扰能力是指RS触发器在存在噪声或干扰的情况下， 保持正常工作能力的性能。
基本RS触发器
S CP R (c) 国 标 符 号
Q
G1 & G3 & Qm G5 & G7 &
J
2、主从JK触发器
Q & G2
将
SJQn RKQ n
代入主从RS触发器的特性方程，即可得到主从JK 触发器的特性方程：
从 & G4
Qm & G6
1 G9
Qn1 S RQn JQ n KQnQn
主
& G8
JQ n KQn CP下降沿到来时有效
代入基本RS触发器的特征方程得： R·S=0 (约束条件)
R
Qn+1=S+ Qn
表5.3.1 功能表
CP
RS
1
00
1
01
1
10
1
11
Qn+1
Qn 1 0 ×
功能
保持 置1 置0 不定
同步RS触发器的CP脉冲、R、S均为高电平有效，触发器状态才能改变。与基本RS触发器相比， 对触发器增加了时间控制,但其输出的不定状态直接影响触发器的工作质量。
(1) CP=0期间，与非门G3、G4输出结果Q4 =Q3=1，此时触发器的输出Qn+1将保持状态不变。 （2）CP=1期间，与或非门输出Qn+1保持状态不变 （3）CP↓到来，CP=0，由于tpd1> tpd2, 则与或非门中的A、D与门结果为0，与或非门变为基本RS触发器
Qn+1= S+RQn =JQn+KQn
VCC 1RD 2RD 2CP 2K 2J 2SD 2Q
16
9
7 4L S1 12
1
8
1CP 1K 1J 1SD 1Q 1Q 2Q G ND
基本rs触发器的逻辑功能、构成、逻辑状态表、逻辑符号
基本rs触发器的逻辑功能、构成、逻辑状态表、逻辑符号————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：基本rs触发器的逻辑功能、构成、逻辑状态表、逻辑符号将两个与非门的输出端、输入端相互交叉连接，就构成了基本R-S触发器，如下图所示。
正常工作时输出端Q和的逻辑状态相反。
通常用Q端的状态来表示触发器的状态，当Q=0时称触发器为0态或复位状态，Q=1时称触发器为1态或置位状态。
下面分四种情况来讨论触发器的逻辑功能。
（1）RD=1，SD=1。
设触发器处于0态，即Q=0，=1。
根据触发器的逻辑电路图，此时Q=0反馈到门G2的输入端，从而保证了=1；而=1反馈到门G1的输入端，与SD=1共同作用，又保证了Q=0。
因此触发器仍保持了原来的0态。
设触发器处于1态，即Q=1、=0。
=0反馈到门G1的输入端，从而保证了Q=1；而Q=1反馈到门G2的输入端，与RD=1共同作用，又保证了=0。
因此触发器仍保持了原来的1态。
可见，无论原状态为0还是为1，当RD和SD均为高电平时，触发器具有保持原状态的功能，也说明触发器具有记忆0或1的功能。
正因如此，触发器可以用来存放一位二进制数。
（2）RD=0，SD=1。
当RD =0时，无论触发器原来的状态如何，都有=1；这时门G1的两输入端都为1，则有Q=0，所以触发器置为0态。
触发器置0后，无论RD变为1或仍为0，只要SD保持高电平（SD ＝1），触发器保持0态。
也即无论原状态如何，只要SD保持高电平，RD端加负脉冲或低电平，都能使触发器置0，因而RD端称为置0端或复位端。
（3）RD=1，SD=0。
因SD=0，无论的状态如何，都有Q=1；所以，触发器被置为1态。
一旦触发器被置为1态之后，只要保持RD =1不变，即使SD由0跳变为1，触发器仍保持1态。
SD端称为置1端或置位端。
（4）RD=0，SD=0。
基本RS触发器原理
基本RS 触发器原理图4-1(a)是由两个“与非”门构成的基本R-S 触发器,(b)是其逻辑符号。
RD 、SD 是两个输入端，Q 及y 是两个输出端。
正常工作时，触发器的Q 和y 应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态：1）Q=1，y=0。
通常将Q 端作为触发器的状态。
若Q 端处于高电平，就说触发器是1状态；2）Q=0，y=1。
Q 端处于低电平，就说触发器是0状态；Q 端称为触发器的原端或1端，y 端称为触发器的非端或0端。
由图4-1可看出，如果Q 端的初始状态设为1，RD 、SD 端都作用于高电平（逻辑1），则y 一定为0。
如果RD 、SD 状态不变，则Q 及y 的状态也不会改变。
这是一个稳定状态；同理，若触发器的初始状态Q 为0而y 为1，在RD 、SD 为1的情况下这种状态也不会改变。
这又是一个稳定状态。
可见，它具有两个稳定状态。
输入与输出之间的逻辑关系可以用真值表、状态转换真值表及特征方程来描述。
图4（一）真值表R-S 触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述。
1、当RD =0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，y 一定为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q 端应为0。
称触发器为0状态，RD 为置0端。
2、当RD =1，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q 一定为1,从而使y 为0。
称触发器为1状态，SD 置1端。
3、当RD =1，SD =1时，如前所述，Q 及y 状态保持原状态不变。
4、当RD =0，SD =0时，不论触发器的初始状态如何，Q=y=1，若RD 、SD 同时由0变成1，在两个门的性能完全一致的情况下, Q 及y 哪一个为1，哪一个为0是不定的，在应用时不允许RD 和SD 同时为0。
综合以上四种情况，可建立R-S 触发器的真值表于表1。
应注意的是表中RD = SD =0的一行中Q 及y 状态是指RD 、SD 同时变为1后所处的状态是不定的，用Ф表示。
基本RS触发器
状态表
Qn+1 功能
1 1 1 1
0 0 1 1
0 1 0 1
Qn 0 1 Qn
保持 置0 置1 翻转（计数）
从表5.3.2中可知: (1) 当J=0，K=1时，Qn+1=JQn+KQn ， 置“0”。 (2) 当J=1， K=0时, Qn+1 =JQn+KQn ，置“1”。
(3) 当J=0，K=0时，Qn+1=Qn，保持不变。 (4) 当J=1，K=1时，Qn+1=Qn ,翻转或称计数。 所谓计数就是触发器状态翻转的次数与CP脉冲输 入的个数相等,以翻转的次数记录CP的个数。波 形图如图5.3.3所示。
(b) D 触发器的简化电路
将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得 同步D触发器的特性方程：
Q
n +1
= S + R Q = D + DQ = D
n n
CP=1期间有效 期间有效
D=1/
状 态 图 波 形 图
0/
0 0/
1
1/
CP D Q Q
在数字电路中， 时钟脉冲控制下， 在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下， 情况的不同，具有置0 根据输入信号D情况的不同，具有置0、置 功能的电路， 触发器。 1功能的电路，都称为D触发器。
四、同步触发器 存在的问题 空翻现象。空翻现象就是在CP=1期间，触发器 CP=1期间， CP=1期间 的输出状态翻转两次或两次以上的现象。 如图 5.3.4所示，第一个CP=1期间Q状态变化的情况
CP J K Q “0” “1” “0”
图 5.3.4 空翻波形图
§5.4 边沿触发器 一、TTL边沿 触发器 边沿JK触发器 边沿 触发器
实验八 触发器
1 0
1S C1 1R
Q主
1S C1
Q
CLK K
Q主
1R
Q
R主＝0
，即Q*= 1 , Q* = 0
5.4 脉冲触发的触发器
④J＝1，K＝1 若Q＝0， Q＝1 S主＝1，R主＝0
在CLK＝1时，主 触发器翻转为“1” 即 Q*主= 1 在CLK的 Q*= 1 若Q＝1， Q＝0 在CLK的
J
1 1
1S C1 1R
Q主
1S C1
Q
CLK K
Q主
1R
Q
，从触发器由“0 ”翻转为“1”，即 S主＝0 在CLK＝1时，主触 发器翻转为“0”， 即 Q*主= 0 Q*= Q
R主＝1
，即Q*= 0, Q* = 1
5.4 脉冲触发的触发器
其功能表如表5.4.2所示 表5.4.2
CLK J
实验八 触发器
实验目的
1、掌握基本RS、JK、T和D触发器的逻辑功能
2、掌握集成触发器的功能和使用方法 3、熟悉触发器之间相互转换的方法
实验原理
触发器概述 定义：能够存储1位二值信号的基本单元电路。 特点：a.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 ; b.根据不同的输入信号可以置1或0. 分类: a. 按触发方式：电平触发器、脉冲触发器和边沿 触发器 b. 按逻辑功能方式：SR锁存器、JK触发器、D触 发器、T触发器、T触发器 c. 按结构：基本SR锁存器、同步SR触发器、主 从触发器、维持阻塞触发器、边沿触发器等
Q 1 0 1
× 0 1
1
也称为D锁存器，其特点是 在CLK的有效电平期间输出 状态始终跟随输入状态变化， 即输出与输入状态相同。
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R
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4
以Q端的状态代表触发器的状态
Q=1为触发器1态，Q=0为触发器的0态
Q=Q=0或Q=Q=1为触发器的异常状态， 是不允许出现的状态（应该约束）
常用Qn表示当前状态（现态）， Q n+1表 示下一状态（次态）
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5
（设2Q）n或= 非0 门基本RS触发器的逻辑功能
R
触发器是具有 记忆功能 、数字信息存 储功能 的基本单元电路。
基本RS 触发器是各种触发器中结构形 式最简单的一种。
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3
基本RS 触发器有哪些逻辑功能？
1，电路组成
Q
（1）逻辑电路
两个 或非 门 输入、输出端 交叉连接
输入端R、S：高电平有效 输出端Q、Q: 互补 （相反）
S
(2)逻辑符号
1
˟
0
Qn R
S
化简后得出输入信号高电平有效触发器的特性方程：
Qn+1=RQn +S ，RS=0 （约束条件）
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转化为或非-或非式：
Qn+1= R+Qn+S
逻辑波形图
S
R
Q
Q
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S
逻辑功能
0
0
保持（Q n+1
=Qn ）
0
1
置1（Qn+1
=1 ）
1
0
置0 ( Qn+1
=0 )
1
1
不定态
或非门的输入 输出规律：
输入有1，输出为0
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1. 状态表
表5.2
输 R 0 0 1 1 S 0 1 0 1 1 入 Qn 0
状态表
输出 Qn+1 × 不定 置0 置1 保持不变 逻辑功能
1
0 1 0 1 0
×
0 0 1 1 0 1
2. 特征方程式 根据表5.2画出卡诺图如图5.2.2所示， 化简得： Qn1 S RQn
S Qn R 0 1
置 不 置 0 变 1
不 置 变 0
不 不 不 变 变 变
二、同步 JK 触发器
1、 电路组成
Q Q
&
& SD Q RD CP Q SD
SD
R & &
S
K K CP (a ) J (b )
J
图5.3.2 同步JK触发器 （a） 逻辑电路; （b） 逻辑符号
2. 功能分析
按图5.3.2(a)的逻辑电路，同步JK触 发器的功能分析如下： 当CP=0时，R=S=1，Qn+1=Qn触发器的状 态保持不变。 当CP=1时，将R=KCPQn=KQn, S=JCPQn= JQn 代入Qn+1=S+RQn, 可得:特性方程
三、同步D触发器（D锁存器）
Q Q Q Q Q Q
G1 & G3 & S D 1
& G2 & G4 R CP
G1 & G3 & S D
& G2 & G4 R CP 1D C1
D
CP
(a) D 触发器的构成
(b) D 触发器的简化电路
(c) 逻辑符号
将S=D、R=D代入同步RS触发器的特性方程，得 同步D触发器的特性方程：
主 要 特 点
（ 1 ）时钟电平控制。在 CP ＝ 1 期间接收输入信 号，CP＝0时状态保持不变，与基本RS触发器相 比，对触发器状态的转变增加了时间控制。 （2）R、S之间有约束。不能允许出现R和S同时 为1的情况，否则会使触发器处于不确定的状态。
CP
波 形 图
R S Q Q
不 变
置 1
不 变
RS、 JK、D、T和T′型触发器
基本、 同步、主从、维持阻塞和边沿型触发器
按触发方式分
上升沿、下降沿触发器和高电平、 低电平触发器。
触发器的逻辑功能的描述 状态表
激励表
特征方程式
状态转换图
波形图
§5.2 基本RS触发器
一、电路组成
它由两个与非门（或者或非门）的输入和输出 交叉连接而成，如图5.2.1所示，有两个输入端R和 S（又称触发信号端）；R为复位端，当R有效时，Q 变为0，故也称R为置0端；S为置位端，当S有效时， Q变为1，称S为置“1”端；还有两个互补输出端Q和 Q。当Q=1，Q =0； 反之亦然。
第5章 触发器
基本RS触发器 同步触发器 边沿触发器 维持阻塞D触发器 (又称维阻D触发器)
§5.1
概述
触发器（Flip Flop，简写为FF）是
具有记忆功能的单元电路，由门电路构
成，专门用来接收存储输出0、1代码。
它有双稳态、 单稳态和无稳态触发器
（多谐振荡器）等几种。
触发器的两个特点 它有两个稳定状态，“0”和“1”。 在输入信号作用下，两个稳态可相互转换。 按功能分 按结构分
(3) 当J=0，K=0时，Qn+1=Qn，保持不变。
(4) 当J=1，K=1时，Qn+1=Qn ,翻转或称计数。 所谓计数就是触发器状态翻转的次数与CP脉冲输 入的个数相等,以翻转的次数记录CP的个数。波 形图如图5.3.3所示。
3、波形图
CP J K Q Q
图 5.3.3.
波形图
Q
Q
Q
Qபைடு நூலகம்
Q
Q
&
&
S R S (b )
R R
R R (c)
S S
S (a )
图5.2.1
基本RS触发器
（a） 逻辑图; （b） 逻辑符号； （c） 逻辑符号
二、 功能分析
触发器有两个稳定状态。Qn为触发器的原 状态（现态），即触发信号输入前的状态； Qn+1为触发器的新状态（次态），即触发信 号输入后的状态。 其功能可采用状态表、 特征方程式、逻辑符号图以及状态转换图、 波形图或称时序图来描述。
Qn+1=JQn+KQn
表5.3.2
CP J K
状态表
Qn+1 功能
1 1 1 1
0 0 1 1
0 1 0 1
Qn 0 1 Qn
保持 置0 置1 翻转（计数）
从表5.3.2中可知: (1) 当J=0，K=1时，Qn+1=JQn+KQn ， 置“0”。 (2) 当J=1， K=0时, Qn+1 =JQn+KQn ，置“1”。
Q
n 1
S R Q D DQ D
n n
CP=1期间有效
D=1/
状 态 图
波 形 图
0/
0 0/
1
1/
CP D Q Q
在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下， 根据输入信号D情况的不同，具有置0、置 1功能的电路，都称为D触发器。
四、同步触发器 存在的问题
空翻现象。空翻现象就是在CP=1期间，触发器 的输出状态翻转两次或两次以上的现象。 如图 5.3.4所示，第一个CP=1期间Q状态变化的情况
R+S=1 (约束条件)
00 × 1 01 × 1 11 0 1 10 0 0
图5.2.2
卡诺图
3、
波形图
如图5.2.3所示， 画图时应根据功能表 来确定各个时间段Q与Q的状态。
S R 状 态 不 定
Q Q
图5.2.3
波形图
§5.3 同步触发器
一、同步RS触发器 1. 电路组成 同步RS触发器的电路组成如图5.3.1所示。 图中, RD 、 SD、是直接置0、置1端，用来 设置触发器的初状态。 2. 功能分析 同步RS触发器的逻辑电路图和逻辑符号 如图5.3.1所示。
Qn+1=S+ R Qn R· S=0 (约束条件)
表5.3.1
CP 1 1 1 1 R 0 0 1 1 S 0 1 0 1
功能表
Qn+1 Qn 1 0 × 功能 保持 置1 置0 不定
同步RS触发器的CP脉冲、R、S均为高电平 有效，触发器状态才能改变。与基本RS触发器 相比，对触发器增加了时间控制,但其输出的 不定状态直接影响触发器的工作质量。
Q
Q
& RD R′ &
& SD S′ & R CP S Q RD Q SD
R
CP (a )
S (b )
图5.3.1 同步RS触发器 （a） 逻辑电路; （b） 逻辑符号
当CP=0， R′=S′=1时，Q与 Q 保持不变.
当CP=1， R′= RCP ,S′= SCP ，
代入基本RS触发器的特征方程得：