具有時鐘脈沖控制的觸發(fā)器稱為同步觸發(fā)器,又稱為鐘控觸發(fā)器,時鐘觸發(fā)器。這種觸發(fā)器只有在時鐘脈沖到來時,輸出端才根據(jù)這時的輸入信號改變狀態(tài)。
1.同步RS觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)
圖1是同步RS觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號。它是在基本RS觸發(fā)器(G1和G2)的基礎(chǔ)上,增加了由兩個與非門(G3和G4)組成的輸入門,和一個鐘控端CP構(gòu)成。該電路有兩個輸出端和Q,還有五個輸入端。但應(yīng)注意這五個輸入端的作用和輸入信號的極性。
① 輸入端和
和端在CP=0時,可直接使觸發(fā)器置0或置1,下標(biāo)D表示直接的意思,而符號“-”表示用負(fù)向脈沖觸發(fā)。
是直接置“0”端,是直接置1端,一般可在觸發(fā)器工作之前,采用或進(jìn)行直接置0或置1。不用時將和端接高電平或懸空。
圖1 同步RS觸發(fā)器的邏輯和邏輯符號
② 信號輸入端R和S
信號輸入端R為置0端,S為置1端,因輸入信號要通過與非門G3和G4后,才作用到基本觸發(fā)器的輸入端,所以輸入觸發(fā)器脈沖信號應(yīng)是正向脈沖。{{分頁}}
③ 鐘控端CP
鐘控端CP用于輸入進(jìn)鐘脈沖,控制輸入門的開通和關(guān)閉,使輸出按一定的節(jié)拍隨輸入信號變化。
2.同步RS觸發(fā)器工作原理
①CP=0
當(dāng)CP=0時,G3、G4門被封被,輸出均為1。此時,不論輸入信號R、S如何變化,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。
②CP=1
當(dāng)CP=1時,G3、G4門解除封鎖,觸發(fā)器的次態(tài)Qn+1取決于輸入信號R、S及電路的現(xiàn)態(tài)Qn。
⑴R=S=0
如果輸入端R=S=0,則G3和G4的輸出仍等于1,故觸發(fā)的狀態(tài)保持不變。
⑵R=1,S=0
如果輸入端R=1,S=0,由于G3門的輸入均為1,則G3輸出是0,G1的輸入有0,所以不論G1原來的狀態(tài)如何,其輸出一定為1。對于G4來說,由于S=0,G4=1,G2門的輸入均為1(=1、G4=1、),所以G2的輸出Q=0。
當(dāng)Q=0后,又保證了=1,假如將CP再變?yōu)?,則G3=G4=1,基本觸發(fā)器G1、G2將保持0狀態(tài)。
⑶R=0,S=1
如果輸入端R=0,S=1,則情況同上相反,由于G4的輸入均為1,則G4=0,迫使G2的輸出Q=1。由于Q=1,G3的輸出也是1,又迫使G1輸出=0,此時觸發(fā)器處于1狀態(tài)。即使CP再返回到0,由于G1和G2的互鎖使用,該狀態(tài)也會維持下去。
⑷R=S=1
如果輸入端R=S=1,G3和G4輸出均為0,于是G1和G2的輸出都為1,但是當(dāng)CP返回到0時,G3、G4的輸出也都返回到1,這是G1、G2的輸入均為1,因此它們的輸出都向0轉(zhuǎn)化,出現(xiàn)競爭狀態(tài)。如果G2先翻為0,則G1被鎖定在1,結(jié)果觸發(fā)器變?yōu)?態(tài)。如果G1先翻為0,則G2被鎖定在1,觸發(fā)器處于1態(tài),最后的結(jié)果難以預(yù)料,輸出不頂。{{分頁}}
綜合以上分析,可寫出四與非門鐘控RS觸發(fā)器的真值表,如表1所列。
表1 同步RS觸發(fā)器特性表
表1中Qn表示觸發(fā)器n個時鐘作用后的現(xiàn)狀態(tài)(簡稱現(xiàn)態(tài)),Qn+1表示觸發(fā)器在第n+1個時鐘脈沖作用后的狀態(tài)(簡稱次態(tài))。
如果把表1所示的邏輯功能用邏輯表達(dá)式表示出來,就可得到同步RS觸發(fā)器的特性方程:
│Qn+1=S+
│SR=0 (約束條件)
為了防止出現(xiàn)R=S=1使觸發(fā)器輸出狀態(tài)不定,因此規(guī)定了約束條件RS=0。
3.與或非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器
同步RS觸發(fā)器也可以由與或非門組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。它的工作原理與圖1所示的同步RS觸發(fā)器基本相同。
圖2電路用了兩個與門和兩個或非門構(gòu)成的。
圖2 與或非門構(gòu)成的同步RS觸發(fā)器
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