第五章 锁存器和触发器
锁存器和触发器 数字电路知识点汇总
第5章 锁存器和触发器一、触发器分类：基本R-S 触发器、同步RS 触发器、同步Ｄ触发器、 主从R-S 触发器、主从JK 触发器、边沿触发器{上升沿触发器（Ｄ触发器、JK 触发器）、下降沿触发器（Ｄ触发器、JK 触发器） 二、触发器逻辑功能的表示方法触发器逻辑功能的表示方法，常用的有特性表、卡诺图、特性方程、状态图及时序图。
对于第5章 表示逻辑功能常用方法有特性表，特性方程及时序图 对于第6章 上述5种方法其本用到。
三、各种触发器的逻辑符号、功能及特性方程 1.基本R-S 触发器 逻辑符号 逻辑功能特性方程：若0,1==S R ，则01=+n Qnn Q R S Q+=+1若0,0==S R ，则11=+n Q0=⋅S R （约束条件） 若0,1==S R ，则n n Q Q =+1若1,1==S R ，则Q Q =＝1（不允许出现）2.同步RS 触发器n n Q R S Q +=+1（CP ＝1期间有效） 若0,1==S R ，则01=+n Q0=⋅S R （约束条件） 若0,0==S R ，则11=+n Q若0,1==S R ，则n n Q Q =+1 若1,1==S R ，则Q Q =＝1处于不稳定状态3.同步Ｄ触发器 特性方程D Qn =+1(CP=1期间有效)4.主从R-S 触发器特性方程n n Q R S Q +=+1(作用后)0=⋅S R 约束条件逻辑功能若0,1==S R ，CP 作用后，01=+n Q 若1,0==S R ，CP 作用后，11=+n Q 若0,0==S R ，CP 作用后，n n Q Q =+1 若1,1==S R ，CP 作用后，处于不稳定状态Note: CP 作用后指ＣＰ由0变为1，再由1变为0时 5.主从JK 触发器特性方程为：n n n Q K Q J Q +=+1(CP 作用后)逻辑功能若0,1==K J ，CP 作用后，11=+n Q 若1,0==K J ，CP 作用后，01=+n Q 若0,1==K J ，CP 作用后，n n Q Q =+1(保持) 若1,1==K J ，CP 作用后，n n Q Q =+1(翻转) 7. 边沿触发器边沿触发器指触发器状态发生翻转在CP 产生跳变时刻发生， 边沿触发器分为：上升沿触发和下降沿触发1）边沿Ｄ触发器 ①上升沿Ｄ触发器其特性方程D Q n =+1(CP 上升沿到来时有效) ②下降沿Ｄ触发器其特性方程D Qn =+1(CP 下降沿到来时有效)2）边沿JK 触发器①上升沿JK 触发器其特性方程n n n Q K Q J Q +=+1 (CP 上升沿到来时有效) ②下降沿JK 触发器 其特性方程nnn Q K Q J Q +=+1(CP 下降沿到来时有效)3）Ｔ触发器 ①上升沿Ｔ触发器其特性方程n n Q T Q ⊕=+1(CP 上升沿到来时有效) ②下降沿Ｔ触发器其特性方程:n n Q T Q ⊕=+1(CP 下降沿到来时有效)端波形，设触发器初始状态为0.由于所用触发器为下降沿触发的Ｄ触发器，其特性方程为D Q n =+1＝n Q (CP 下降沿到来时) Ｂ=CP ＝n Q A ⊕1t 时刻之前 1=n Q ，n Q ＝0，Ａ＝0CP=B=0⊕0=01t 时刻到来时 0=n Q ，Ａ＝1CP=B=1⊕0=1 0=n Q 不变2t 时刻到来时 Ａ＝0，0=n Q ，故B=CP=0，当CP 由1变为0时，=+1n Q n Q ＝0＝1当=+1n Q 1，而A=0⇒CP=13t 时刻到来时，A=1，1=n Q ⇒CP=A ⊕n Q =0当CP ＝0时，=+1n Q n Q ＝0当01=+n Q 时，由于A=1，故CP= A ⊕n Q =1图Ａ 图Ｂ若电路如图C 所示，设触发器初始状态为0，C 的波形如图D 所示,试画出Ｑ及Ｂ端的波形当特性方程D Q n =+1＝n Q （CP 下降沿有效）1t 时刻之前，A=0, Q=0, CP=B=1=⊗n Q A1t 时刻到来时 Ａ＝1， 0=n Q 故CP=B=001=⊗=⊗n Q A当CP 由1变为0时，=+1n Q n Q ＝1当n Q ＝1时，由于A=1,故CP ＝11⊗，n Q 不变2t 时刻到来时， Ａ＝0，n Q ＝1，故CP=B=01=⊗A此时，CP 由1变为0时，=+1n Q n Q ＝0 当n Q ＝0时，由于Ａ＝0故CP=0⊗0=13t 时刻到来时，由于A=1，而n Q ＝0，故CP ＝0=⊗n Q AB当CP 由1变为0时，=+1n Q n Q ＝1当Ｑ＝1时，由于Ａ＝1，故ＣＰ＝Ｂ＝111=⊗图C 图D例：试写出如图示电路的特性方程，并画出如图示给定信号CP 、Ａ、Ｂ作用下Ｑ端的波形，设触发器的初始状态为0.解：由题意该触发器为下降沿触发器JK 触发器其特性方程n n n Q K Q J Q +=+1（CP 下降沿到来时有效）其中B A J ⋅= B A K +=由JK 触发器功能： J=1, K=0 CP 作用后=+1n Q1J=0, K=0 CP 作用后=+1nQ 0 J=0, K=0 CP 作用后=+1n Q n Q J=1, K=1 CP 作用后=+1n Q n Q。
5、锁存器和触发器.
由与非门组成的基本RS锁存器
逻辑符号 逻辑图
定义： Q端状态定义为锁存器的状态 Qn定义为现态，锁存器接收输入信号之前的状态，也就是锁存器
原来的稳定状态。 Qn+1定义为次态，锁存器接收输入信号之后所处的新的稳定状态。
注：L*和H*表示CP脉冲上升沿到来之前瞬间的电平
输出 QQ LH HL
SD
S
Q
D 1D
CP
C1
Q
RD
R
逻辑符号
维持阻塞触发器
74F系列集成逻辑电路是高速TTL电路。下图为74F74中D触发器的逻辑 图，以此为例介绍维持阻塞触发器的工作原理
SD
S
Q
D 1D
CP
C1
Q
RD
R
逻辑符号
利用传输延迟的触发器
G12
G11
&
>1
Q
K
G4
& Q4
G13
&
器状态
QN
注：DN和QN的 下标表示第N位
使能和读锁存器
L
H
L
L
L
锁存器。
（传送模式）
L
H
H
H
H
L*和H*表示门控
锁存和读锁存器
L
L
L*
L
L
电平LE由高变
L
L
H*
H
H
低之前瞬间DN
锁存和禁止输出
H
×
×
×
高阻
的电平。
CMOS主从D触发器
主锁存器
数电第05章锁存器和触发器(康华光)PPT课件
D Qn Qn+1 功能 0 0 0 置0 01 0
1 1
0 1
1 置1 1
简化的功能表
D
Qn+1
00
11
（1-30）
②逻辑式
Q n+1 = D
③状态转换图
D=0
D=1
0
1
D=1
2021/3/12
D=0
D Qn Qn+1 功能
0 0
0 1
0 0
置0
1 1
0 1
1 1
置1
④驱动表
Qn →Qn+1
00 01 10 11
基本R-S触发器 SD
Q & G1
导引电路
反 馈
—
Q,Q
为输出端
线
D为输入端
CP为时钟脉冲控制端
—
RD
,2—0S21D/3/分12 别为直接置0,1端
& G3 & G5
Q
& G2 RD
& G4 CP
& G6
D
（1-39）
2.逻辑功能 (1)D＝0
当CP＝0时
触发器状态不变
Q0
& G1
SD
1
1Q
& G2 10 RD
000 0 0 0 000 0 1 1
条件：SR＝0
000 1 0 0 000 1 1 0
注意：CP=1期间Qn+1随Qn、 S、R的变化按真值表变化。 CP=0时Qn+1维持原态。
001 0 0 001 0 1
001 1 0 001 1 1
1 1
不 定
R=S=1,CP=1时: Q= —Q= 0
数字逻辑设计课件 第5章锁存器与触发器
电路结构
基本RS结构 同步RS结构
主从结构 维持阻塞结构
边沿结构
触发方式
电平触发 脉冲触发 边沿触发
触发器作为一个独立的功能模块，使用者主要关注 触发器的逻辑功能和触发方式。
二、锁存器与触发器的区别
二者的触发方式不同
锁存器采用电平触发方式。 触发器采用脉冲触发方式和边沿触发方式。
逻辑符号
约束条件当：有R效信S号撤1消时，即 R S 1 ，
Q 1,Q 1 的状态不能自行保持，称为无效态。
2. 基本RS锁存器的功能描述 （1）状态转移真值表
将锁存器的次态Qn+1与现态Qn，以及输入信号之间 的逻辑关系用表格的形式表示出来，称为状态转移真值表， 简称状态表。
基本RS锁存器的状态表
1. D触发器转换为JK触发器
D触发器的特性方程：
JK触发器的特性方程：
Q n1 D
Q n1 J Q n K Q n
令： D J Q n K Q n
Q
Q
CP
J
DQ
Q
K
2. D触发器转换为T和T′ 触发器
D触发器的特性方程： Q n1 D
T触发器的特性方程： Q n1 T Q n T Q n T Q n
"1"
TQ CP
Q
Q1 CP
D Q Q2 CP
Q
Q1
“0” JQ
Q3
J Q Q4 Q2
CP
CP
Q3
KQ
"1" K Q
Q4
（2）特性方程 描述锁存器逻辑功能的函数表达式称为特性方程，
又称状态方程或次态方程。 次态Qn来自1的卡诺图Qn基本RS锁存器的特性方程
第5章 锁存器与触发器
《数字电路与逻辑设计》
3) 状态转换图与激励表
将锁存器两个状态之间的转换及其所需要的输 入条件用图形的方式表示称为状态转换图（简称为 状态图），用表格的形式表示则称为激励表。
基本SR锁存器的状态图如下图所示，表5-2为 其激励表。
表5-2 基本SR锁存器的激励表
SD=0
RD=´
0
SD=1 RD=0
《数字电路与逻辑设计》
第5章 锁存器与触发器
本章主要内容
5.1 基本锁存器及其描述方法 5.2 门控锁存器 5.3 脉冲触发器 5.4 边沿触发器 5.5 逻辑功能和动作特点
《数字电路与逻辑设计》
本章重点：
掌握锁存器与触发器的电路结构、逻辑 功能和动作特点
本章难点：
触发器的工作原理
《数字电路与逻辑设计》
此外，锁存器的功能还可以用状态转换图和激 励表表示。
《数字电路与逻辑设计》
1) 特性表（真值表） 基本锁存器的特性表如表5-1所示。
表5-1 基本SR锁存器特性表 与非门构成的锁存器 或非门构成的锁存器 SD RD Q Q* SD RD Q Q* 1 1 0 0 0000 1 1 1 1 0011 1 0 0 0 0100 1 0 1 0 0110 0 1 0 1 1001 0 1 1 1 1011 0 0 0 × 1 1 0× 0 0 1 × 1 1 1×
《数字电路与逻辑设计》
(2) CLK为高电平时， 由于SD=(S·CLK)=S、RD=(R·CLK)=R，因 此门控锁存器将根据输入信号S和R实现其相应的 功能。
将SD=S、RD=R代入到基本锁存器的特性方 程Q*=SD+RD·Q，可得到门控锁存器的特性方程为
Q*=S+R·Q
5、触发器
RD = SD = 1
0
１
RD = 1 SD =
D锁存器的定时图 74HC/HCT373: 8D锁存器 4.典型集成电路
5.3 触发器的电路结构和工作原理
E 锁存器：（高）电平响应 锁存器在E为低电平时，不接受输入激励信号，状态保持不变； 当E为高电平时，锁存器接受输入激励信号，状态发生转移。 在E＝1且脉冲宽度较宽时，锁存器输出状态将随着输入信号 的变化出现连续不停的多次翻转。如果要求每来一个E脉冲锁
RDSD Qn 0 1 00 × × 01 0 0 11 0 1 10 1 1
图5-1-3
基本触发器卡诺图
特征方程：
由于S D和R D同时为0又同时恢复为 时，状态Q n1是不确定 1 的，所以输入信号S D和R D应满足S D R D = 1。
３、状态转移图 描述触发器状态变化及其相应输入条件的一种图形。
( 3) 当 R = 0， S = 0时，锁存器状态保持不 变，说明锁存器
具有保持功能。 ( 4) 当 R = 1， S = 1时，则Q = 0，Q = 0。
此时如果两个输入信号同时发生由0到1的变化，则会出现 所谓竞争现象。由于两个或非门的延迟时间无法确定，使得触 发器最终稳定状态也不能确定。约束条件：SR=0
存 器仅翻转一次，则对钟控信号约定电平的宽度有极其苛刻
的要求。为了避免多次翻转，必须采用其他的电路结构。 触发：在时钟脉冲作用下的电路状态刷新。 CP 上升沿触发 CP 下降沿触发
主要的三种电路结构:主从触发器、维持阻塞触发器、 利用传输延迟的触发器。
5.3.1 主从触发器
1.工作原理
主锁存器 D
1.逻辑门控D锁存器
数字电路第五章锁存器和触发器
Q3
Q
S 1S
Q
G1 G3
使能信号控制门电路
2、工作原 理
E=0： 状态不变
E=1： Q3 = S Q4 = R R
G4
G2
& Q4 ≥1
Q
状态发生变化。
S=0，R=0：Qn+1=Qn
E
S=1，R=0：Qn+1=1
≥1
&
Q
S=0，R=1：Qn+1=0
S
Q3 G1
G3
S=1，R=1：Qn+1= Ф
逻辑门控SR锁存器的E、S、R的波形如下图虚线上边所示， 锁存器的原始状态为Q = 0，试画出Q3、Q4、Q和Q 的波形。
或非门
G1
G2
Q T1 T4 Q
T3 R
T6 S
T2 T5
初态：R、S信号作用前Q端的 次态：R、S信号作用后Q端的
状态，初态用Q n表示。
状态次态用Q n+1表示。
1) 工作原理 R=0、S=0
状态不变
0 G1
R
≥1
11
Q
R
0 G1
≥1
00
Q
G2 ≥1 S
0
0
Q
若初态 Q n = 1
G2 ≥1 S
建立时间tSU ：保证与D 相关的电路建立起稳定的状态，使触 发器状态得到正确的转换。 保持时间tH ：保证D状态可靠地传送到Q 触发脉冲宽度tW ：保证内部各门正确翻转。 传输延迟时间tPLH和tPHL ：时钟脉冲CP上升沿至输出端新状态 稳定建立起来的时间 最高触发频率fcmax ：触发器内部都要完成一系列动作，需要 一定的时间延迟，所以对于CP最高工作频率有一个限制。
数字电子技术基础第5章锁存器与触发器PPT课件
分立元件触发器和集成触发器。
按工作方式分类
边沿触发器和电平触发器。
触发器的工作原理
触发器在输入信号的作用下，通过内部逻辑门电路的开关特性，实现状态的翻转。
触发器的状态翻转通常发生在时钟脉冲的边沿，此时触发器的输出状态将根据输入 信号和内部状态而改变。
触发器具有置位、复位和保持三种基本功能，这些功能可以通过组合不同的逻辑门 电路来实现。
存储器
触发器还可以用于构建更复杂的存储器，如静态随机存取存储器（SRAM）等。在这些存储器中，触发器 用于存储二进制数据，并在需要时提供数据输出。
两者结合的应用实例
• 数字系统：在数字系统中，锁存器和触发器经常结合使用。 例如，在微处理器或数字信号处理系统中，锁存器和触发器 用于实现数据的存储、传输和控制。这些系统中的锁存器和 触发器通常以大规模集成（LSI）或超大规模集成（VLSI） 的形式存在。
VS
中规模集成电路
在中规模集成电路中，我们将学习一些常 见的数字集成电路，例如译码器、编码器 和比较器等。这些集成电路在数字系统中 有着广泛的应用，例如在计算机、通信和 控制系统等。我们将学习这些集成电路的 工作原理、特性和应用。
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04
锁存器与触发器的比较
工作原理比较
锁存器
在时钟信号的控制下，实现数据的存 储和传输。当控制信号处于高电平时 ，数据被写入锁存器；当控制信号处 于低电平时，数据保持不变。
触发器
具有记忆功能的基本逻辑单元，能够 在时钟信号的控制下，实现数据的存 储和传输。在时钟脉冲的上升沿或下 降沿时刻，数据被写入触发器。
锁存器和触发器在数字电路中有着广 泛的应用，例如在寄存器、计数器和 时序逻辑电路中。在本章中，我们学 习了这些应用的具体实现和原理。
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28
T触发器
电路结构：在JK触发器中，若令：T=J=K，即将J和K连在一 起，就构成了所谓的T触发器。
特征方程： Qn1 T Qn TQn
功能表
T Qn
{ 或：
Qn1 Qn Qn
T=1 T=0
CP T Qn
↓L L ↓L H ↓HL ↓HH H X Qn
Qn+1 /Qn+1
LH HL HL LH Qn /Qn
D
Q1=0
th
D
tsu
CP
Q
tCPLH
24
/Q
tCPHL
触发器的几个重要参数
• Tsu建立时间，输入信号必须在时钟信号的 沿到来之前保持一定的时间不变。
• Th保持时间，输入信号必须在沿到来之后 保持一定的时间，使得触发器的输出达到 稳定。
• Tp传输延时，包括LH延时和HL延时 • 最高始终频率f，因为有建立时间、保持时
15
触发器的工作原理
16
主从触发器
CP=0，主锁存器
工作
D
CP=1，从锁存器 工作
C
主锁存器
TG1
G1
TG
Q’#
C#
TG2
C#
C
Q的输出只和CP信 号由0变到1瞬间D 的状态有关
CP
Q’ G2
C# C
TG TG
从锁存器
C#
Q#
TG3
G3
TG
Q
C
TG4
C
C#
G4 17
D触发器： 触发器的状态仅取决于CP信号上升 沿到达前瞬间的D信号
I. 触发器的脉冲工作特性 II. 集成触发器的主要参数
1. 直流参数(DC Character) 2. 开关参数( AC Character)
23
触发器的脉冲工作特性
G1
Q1
Q1=1
置1维持线，维
持Q1为1
G2 Q2
G5
S#
Q
置0阻塞线，阻
CP
止D置0
G3 Q3
G6
R#
Q#
置1阻塞，置0维持线
G4 Q4
R CP • K •Qn KQn
21
利用传输延迟的触发器（JK触发器）
S#
Q
G6
R#
Q#
CP#=1->0时，等效为一个RS触发器
S CP • J •Qn J •Qn
R CP • K •Qn KQn
Qn 1 S RQn J Qn • KQnQn J Qn KQn
22
触发器的脉冲工作特性及主要参数
S
4
Q4
2
CP
R
3
1
Q3
工作原理：
CP = 0：
逻辑图
门3和门4均被封锁，S和R信号对 触发器没有影响
Q
1S
Q
C1
1R
/Q
/Q
逻辑符号
CP = 1：
门3和门4被打开，S，R信号被送 入基本RS锁存器，使锁存器翻转
12
单端信号输入的同步RS锁存器 --- D锁存器
D
4
Q4
2
Q
CP
3
1
/Q
Q3
13
同步锁存器存在的问题——空翻
S
4
Q4
2
CP
R
3
1
Q3
CP QS
R
/Q Q
有效翻转
空翻
由于在CP=1期间，G3、G4门都是开着的，都能接收R、S信号，所以，如果在 CP=1期间R、S发生多次变化，则锁存器的状态也可能发生多次翻转。
在一个时钟脉冲周期中，锁存器发生多次翻转的现象叫做空翻。
14
同步RS锁存器的工作特点
1. 具有两个稳定的状态：1和0，因而可以存储一个 二进制数码
DQ
CP
CP /Q
Qn1 Qn
30
作业
• 5.2.6 • 5.3.1 • 5.3.2 • 5.3.5 • 5.3.6 • 5.4.9 • 5.4.10
31
10
基本RS锁存器的应用举例
——数码寄存器
D3
数
D2
码
输
入
D1
D0 LD
FF3 RQ
SQ FF2 RQ
SQ FF1 RQ
SQ FF0 RQ
SQ CR
➢ 清零指令CR，低有效
Q3
➢ 置数指令LD，高有效
➢ 必须先清零后置数
Q2 数 1. 清零过程
码 CR加低电平脉冲
输
Q1
出
LD加低电平 各触发器输出为0态
3
锁存器 VS 触发器
• 锁存器（Latch）是一种对脉冲电平敏感的 电路
• 触发器（ Flip Flop，简写为FF ）是一种对 脉冲边沿敏感的电路
• 锁存器和触发器都是时序电路，其输出状 态不仅与当前的输入有关，而且还与先前 的输出状态有关
4
基本锁存器介绍
5
vI1
S
（一）基本RS锁存器
vI1
T=0
T=1
1
T=1
0
T=0
T=1：计数状态 T=0：保持状态
T触发器的状态转换图
T’触发器，T触发起的T恒等于1
29
各种类型触发器的相互转换
JK D
D CP
JQ CP K /Q
Qn1 D
JK T
T
JQ
CP
CP
K /Q
Qn1 T Qn
D
T
T
DQ
CP
CP /Q
Qn1 T Qn
D
T’ (T=1)
S
G1
Q
R
G2
/Q
Qn： 现态，当前态 Qn+1： 次态
状态转移真值表
SR
0
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0
Qn
Qn+1
0
1
1
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
不定
1
不定
8
基本RS锁存器的特征方程
Qn+1 S R Qn 0 0 0 1 1 1 1 0 0X 1 0 0
Qn+1的卡诺图
1X 1 1 0
基本RS锁存器的特征方程：Qn1 S RQ n
约束条件：
S R 1
9
基本与非门式RS锁存器的工作特点
1. 具有两个稳定的状态：1和0，因而可以存 储一个二进制数码
2. 输入信号低电平有效 3. 输入信号的低电平持续时间应大于2tpd，才
能得到稳定的输出 4. 为防止逻辑混乱，必须满足约束条件：
S+R=1
应用：一般只用作为其它实用锁存器和触发器的基本组成部分
2. 类似于基本RS锁存器，为防止逻辑混乱，必须满 足一个约束条件：SR = 0
3. 在CP=1期间，锁存器状态随输入S，R的变化而变 化，故称同步RS锁存器为电位触发器。因此，在 CP脉冲作用期间（CP=1）期间，S, R输入应保持 不变，否则会产生错误输出（即所谓空翻现象）
– 从这个意义上讲， 同步RS锁存器的触发翻转只是控制 在一个时间间隔上，并不是控制在某一时刻进行。这正 是同步RS锁存器的一个大的缺陷。
2. 置数过程
Q0
LD加高电平脉冲
置数输入
置0输入
11
（二）门控RS锁存器
实际应用时，常常要求系统中的各触发器在规定的时刻按各 自输入信号所决定的状态同步触发翻转，这个时刻可由外加时钟 脉冲（CP: Clock Pulse）来决定。由外部时钟信号来同步触发翻 转的RS触发器被称为：同步RS锁存器
G1
G1
vO1
vO2
G2
低电平
有效
G1
Q
SQ
vO1 vI2
R
G2
/Q
R /Q
6
（一）基本RS锁存器
电路结构：
由两个与非门电路加交
S
叉反馈构成。
G1
Q
输出：互补的Q和/Q
当Q=1，/Q＝0时，称为触
发器的1状态
当Q=0，/Q＝1时，称为 R
G2
/Q
触发器的0状态
逻辑图
输入：S,R
SQ R /Q
逻辑符号
27
JK触发n
功能表
J K Qn
Qn+1 /Qn+1
J=X K=1
000
01
001
10
状态不变
010 011
01 01
同J状态
J=X K=0
1
0
10 0 10 1
10 10
同J状态
J=1 K=X
110 111
10 01
计数状态
JK触发器的状态转换图
J=0 K=X
间以及传输延时的存在使得触发器地反转 速度受到一定的限制
25
触发器的逻辑功能
26
D触发器
特征方程： Qn+1 = D
功能表
CP D Qn
LL LH HL HH L X Qn
Qn+1 /Qn+1
LH LH HL HL Qn /Qn
输出状态与D输入端状态相同
D=0
D=1
1
0
D=0
D=1
D触发器的状态转换图
第5章
锁存器和触发器
1
单稳态
• 电路只有一个稳定的状态，只有一种输出 是稳定的，当电路由于某种原因使得输出 改变时，总会在一定的时间后恢复到稳定 的状态。