你知道嗎?計算機和計算器使用觸發(fā)器來進行記憶。一定數(shù)量的觸發(fā)器組合將產(chǎn)生一定數(shù)量的內(nèi)存。觸發(fā)器是使用邏輯門形成的,而邏輯門又由晶體管制成。
觸發(fā)器是電子設(shè)備內(nèi)存中的基本構(gòu)建塊,每個觸發(fā)器可以存儲一位數(shù)據(jù)。觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài),因此它們是雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器,兩個穩(wěn)定狀態(tài)分別是高(邏輯 1)和低(邏輯 0)。
之所以使用術(shù)語觸發(fā)器,是因為它們可以在控制信號的影響下在狀態(tài)之間切換,即它們可以“翻轉(zhuǎn)”到一個狀態(tài)并“翻轉(zhuǎn)”回另一個狀態(tài)。其主要特點包括:
觸發(fā)器是二進制存儲設(shè)備,因為它們可以存儲二進制數(shù)據(jù)(0或1)。
觸發(fā)器是邊沿敏感或邊沿觸發(fā)設(shè)備,即它們對轉(zhuǎn)換敏感,而不是對時鐘信號的持續(xù)時間或?qū)挾让舾小?/p>
也被稱為信號變化敏感器件,即時鐘信號電平的變化會帶來觸發(fā)器輸出的變化。
工作方式取決于時鐘脈沖。
也用于控制數(shù)字電路的功能,因為可以根據(jù)狀態(tài)改變數(shù)字電路的操作。
觸發(fā)器的種類
一些最常見的觸發(fā)器包括SR觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器,下面分別來介紹下。
1、SR觸發(fā)器
SR觸發(fā)器是所有觸發(fā)器中的基本觸發(fā)器,所有其他觸發(fā)器都是在SR觸發(fā)器的基礎(chǔ)上開發(fā)的。SR觸發(fā)器如下圖所示:
SR代表SET和RESET,這也可以稱為RS觸發(fā)器。不同的是RS是反相SR觸發(fā)器。任何觸發(fā)器都可以使用邏輯門構(gòu)建。使用NAND和NOR門,因為它們是通用門。
下面是使用NAND門的SR觸發(fā)器。
SR觸發(fā)器的真值表:
工作過程:
從上面的真值表可以清楚地看出,SR觸發(fā)器將在四個條件下置位或復(fù)位。
對于最后一個條件,它將處于無效狀態(tài)。
當S=1且R=0時,SR觸發(fā)器將被設(shè)置,如果S=1且R=1,則觸發(fā)器會記住先前的狀態(tài)。
當S=0且R=1時,觸發(fā)器將被復(fù)位,如果S=1且R=1,則它會記住之前的狀態(tài)。
但是當兩個輸入都為零時,SR觸發(fā)器將處于不確定狀態(tài),其中Q和Q'將相同,這是不允許的。
通過向現(xiàn)有觸發(fā)器添加門額外的門來避免這種不確定狀態(tài)。這稱為時鐘或門控SR觸發(fā)器,這僅產(chǎn)生高時鐘脈沖的輸出。以下是使用NAND門的時鐘SR觸發(fā)器的電路:
2、D觸發(fā)器
在SR觸發(fā)器中發(fā)生了一個不確定的狀態(tài),這可以通過使用D觸發(fā)器來避免。這里D代表“數(shù)據(jù)(Data)”。它由SR觸發(fā)器構(gòu)成,其中計時SR觸發(fā)器的兩個輸入 (S&R) 連接到反相器。
D觸發(fā)器是使用最廣泛的觸發(fā)器之一,它有一個時鐘信號(Clk)作為輸入,數(shù)據(jù)(D)作為另一個輸入。有兩個輸出,這些輸出相互補充。D觸發(fā)器的符號如下圖所示。
真值表圖如下:
使用NAND門的D觸發(fā)器如下圖所示:
工作過程:
D觸發(fā)器將根據(jù)時鐘信號工作。
當時鐘為低電平時,觸發(fā)器的輸出不會發(fā)生變化,即它會記住先前的狀態(tài)。
當時鐘信號為高電平并且在其數(shù)據(jù)引腳上接收到任何數(shù)據(jù)時,它會改變輸出狀態(tài)。
當數(shù)據(jù)為高時,Q復(fù)位為0,如果數(shù)據(jù)為低,Q被設(shè)置為0。
可以使用D觸發(fā)器構(gòu)建主從D觸發(fā)器。
3、JK觸發(fā)器
JK觸發(fā)器以發(fā)明IC的電氣工程師Jack Kilby的名字命名。
JK觸發(fā)器是對SR觸發(fā)器的修改。其中J輸入類似于SR觸發(fā)器的置位輸入,而K輸入類似于SR觸發(fā)器的復(fù)位輸入。SR觸發(fā)器 (S=R=1) 中不允許的條件J=K=1被解釋為切換命令。
在JK觸發(fā)器中,共有:
兩個數(shù)據(jù)輸入J和K。
一個時鐘信號輸入 (CLK)。
兩個輸出Q和Q'。
JK觸發(fā)器的符號如下所示:
真值表圖如下所示:
使用門的JK觸發(fā)器的電路如下所示,它類似于修改后的NAND SR觸發(fā)器:
工作過程:
當 J為低且K為低時,Q返回其先前的狀態(tài)值,即它保持當前狀態(tài)。
當J為低而K為高時,觸發(fā)器將處于復(fù)位狀態(tài),即Q=0,Q'=1。
當J為高而K為低時,觸發(fā)器將處于置位狀態(tài),即Q=1,Q'=0。
當J為高且K為高時,觸發(fā)器將處于Toggle狀態(tài)或翻轉(zhuǎn)狀態(tài),這意味著輸出將補充先前的狀態(tài)值。
4、T觸發(fā)器
T觸發(fā)器也被稱為“Toggle Flip – flop”,切換是在存在時鐘輸入信號的情況下將輸出更改為先前狀態(tài)的補碼。
T觸發(fā)器共有:
T輸入。
一個時鐘信號輸入 (CLK)。
兩個輸出Q和Q'。
T型觸發(fā)器的符號如下圖所示:
其實可以通過使用任何其他觸發(fā)器來構(gòu)造一個T觸發(fā)器。
SR觸發(fā)器:通過將S 觸發(fā)器的輸出反饋連接到輸入 (S & R)。
D觸發(fā)器:將Q'連接到其D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端作為反饋路徑。
JK觸發(fā)器:通過將JK觸發(fā)器的J&K輸入組合成單輸入,可以設(shè)計出T觸發(fā)器。
真值表如下圖所示:
由NAND JK觸發(fā)器制成的T觸發(fā)器電路如下圖所示。
工作過程:
當T輸入為低電平時,T觸發(fā)器的下一個狀態(tài)與當前狀態(tài)相同,即保持當前狀態(tài)。
T=0并且當前狀態(tài)=0然后下一個狀態(tài)=0。
T=0并且當前狀態(tài)=1然后下一個狀態(tài)=1。
當T輸入為高時,T觸發(fā)器的下一個狀態(tài)被切換,即它與時鐘轉(zhuǎn)換時當前狀態(tài)的補碼相同。
T=1并且當前狀態(tài)=0然后下一個狀態(tài)=1。
T=1并且當前狀態(tài)=1然后下一個狀態(tài)=0。
關(guān)于觸發(fā)方式
觸發(fā)器輸出的變化可以通過輸入信號的微小變化來完成,這種微小的變化可以在時鐘脈沖的幫助下完成,而該時鐘脈沖稱為觸發(fā)脈沖。
所以觸發(fā)器也被稱為“觸發(fā)”,當觸發(fā)脈沖施加到輸入時,會導致輸出發(fā)生變化。觸發(fā)器是寄存器和計數(shù)器中的基本組件,它們以多位數(shù)字的形式存儲數(shù)據(jù)。連接數(shù)個觸發(fā)器構(gòu)成時序電路,所有這些觸發(fā)器都需要觸發(fā)脈沖。施加到輸入的觸發(fā)脈沖的數(shù)量決定了計數(shù)器中的數(shù)量。
目前主有兩種觸發(fā)方式:電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。
電平觸發(fā)
根據(jù)輸入的有效電平改變輸出狀態(tài)的觸發(fā)過程稱為“電平觸發(fā)”。電平觸發(fā)有兩種類型,它們是:
高電平觸發(fā)。
低電平觸發(fā)。
1、高電平觸發(fā)
在高電平觸發(fā)中,觸發(fā)器的輸出僅在其使能輸入處于高電平狀態(tài)即邏輯高或邏輯1時發(fā)生變化。高電平觸發(fā)的符號表示如下所示:
2、低電平觸發(fā)
在低電平觸發(fā)中,觸發(fā)器的輸出僅在其使能輸入處于低狀態(tài)即邏輯低或邏輯0時才發(fā)生變化。低電平觸發(fā)的符號表示如下所示,低電平觸發(fā)通常由時鐘輸入上的氣泡標識。
邊沿觸發(fā)
在邊沿觸發(fā)中,僅當輸入出現(xiàn)在時鐘脈沖的任一跳變時,輸出才會改變,即從低到高(0 到 1)或從高到低(1 到 0)。
邊沿觸發(fā)也有兩種類型,它們是:
正邊沿觸發(fā)。
負邊沿觸發(fā)。
1、正邊沿觸發(fā)
在正邊沿觸發(fā)中,僅當輸入處于時鐘脈沖輸入的正邊沿時,輸出才會改變,即從低到高(0 到 1)的轉(zhuǎn)換。當需要觸發(fā)器在低電平到高電平轉(zhuǎn)換狀態(tài)下響應(yīng)時,使用正邊沿觸發(fā)方法。正邊沿觸發(fā)沿觸發(fā)的符號表示如下所示。
2、負邊沿觸發(fā)
在負邊沿觸發(fā)中,只有當輸入處于時鐘脈沖輸入的負邊沿時,輸出才會改變,即從高電平到低電平(1 到 0)的轉(zhuǎn)換。當需要觸發(fā)器在高電平到低電平轉(zhuǎn)換狀態(tài)下響應(yīng)時,使用負邊沿觸發(fā)方法。負邊沿觸發(fā)的符號表示如下所示:
為什么說邊沿觸發(fā)優(yōu)于電平觸發(fā)?
最好使用邊沿觸發(fā)而不是電平觸發(fā)。這是因為對于電平觸發(fā)觸發(fā)器的特定情況,電平觸發(fā)可能會導致電路不穩(wěn)定,其中在觸發(fā)器輸出發(fā)生變化的同時,時鐘脈沖被提供給輸入。從輸出到輸入的反饋會導致這種不穩(wěn)定性。為了避免這種不穩(wěn)定性,使用了邊沿觸發(fā)觸發(fā)器。
觸發(fā)器的應(yīng)用
觸發(fā)器的應(yīng)用非常廣泛,可以說在數(shù)字電路中很是常見,下面簡單整理一些:
寄存器:由于觸發(fā)器有兩個穩(wěn)定狀態(tài),所以將它們用于寄存器等存儲元件中,用于數(shù)據(jù)存儲。通常在計算機等電子設(shè)備中使用寄存器。
計數(shù)器:相互連接的觸發(fā)器組用作計數(shù)器,對事件發(fā)生的增量或減量進行計數(shù)。
分頻電路:觸發(fā)器用作分頻電路,將輸入頻率精確地分成一半。分頻電路用于規(guī)范電子電路的頻率。
數(shù)據(jù)傳輸:使用移位寄存器(一種特殊類型的寄存器)將數(shù)據(jù)從一個觸發(fā)器傳輸?shù)搅硪粋€觸發(fā)器,它們以特定的順序連接。
總結(jié)
簡單來說,觸發(fā)器就是同步時序電路的構(gòu)建塊。它有兩個穩(wěn)定狀態(tài),可以存儲一位信息。觸發(fā)器將具有時鐘信號,它們的狀態(tài)根據(jù)時鐘脈沖而變化,這些設(shè)備將具有兩種狀態(tài)和一條反饋路徑。
需要注意的是,觸發(fā)器是邊緣敏感的,當時鐘信號從低到高或從高到低轉(zhuǎn)換時,它們將改變它們的狀態(tài)。在時鐘信號從0到1或1到0的轉(zhuǎn)換之后,即當時鐘處于恒定的0或1時,即使輸入發(fā)生變化,狀態(tài)也保持不變。
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晶體管
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