基本rs觸發器原理

基本RS觸發器
1 基本RS觸發器的工作原理
基本RS觸發器的電路如圖1（a）所示。它是由兩個與非門，按正反饋方式閉合而成，也可以用兩個或非門按正反饋方式閉合而成。圖（b）是基本RS觸發器邏輯符號。基本RS觸發器也稱為閂鎖（Latch）觸發器。


(a) (b)
圖1 基本RS觸發器電路圖和邏輯符號
定義A門的一個輸入端為Rd 端，低電平有效，稱為直接置“0”端，或直接複位端（Reset），此時 Sd 端應為高電平；B門的一個輸入端為 Sd 端，稱為直接置“1”端，或直接置位端（Set），此時 Rd 端應為高電平。我們定義一個與非門的輸出端為基本RS觸發器的輸出端Q ，圖中為B門的輸出端。另一個與非門的輸出端為 Q 端，這兩個端頭的狀態應該相反。因基本RS觸發器的電路是對稱的，定義A門的輸出端為Q端， 還是定義B門的輸出端為Q端都是可以的。一旦Q端確定， Rd和 Sd 端就隨之確定，再不能任意更改。
2 兩個穩態
這種電路結構，可以形成兩個穩態，即
Q =1，Q=0，Q=0，Q =1
當 Q=1時，Q=1和 Rd =1決定了A門的輸出，即Q=0 ， Q=0反饋回來又保證了Q=1 ；當 Q=0時，Q=1，Q=1和 Sd =1決定了B門的輸出，即 Q=0，Q=0又保證了Q =1 。
在沒有加入觸發信號之前，即 Rd和Sd 端都是高電平，電路的狀態不會改變。
3 觸發翻轉
電路要改變狀態必須加入觸發信號，因是與非門構成的基本RS觸發器，所以，觸發信號是低電平有效。若是由或非門構成的基本RS觸發器，觸發信號是高電平有效。
Rd和Sd 是一次信號，只能一個一個的加，即它們不能同時為低電平。
在 Rd 端加低電平觸發信號，Rd =0，於是Q =1 ， Q =1和Sd =1決定了Q=0 ，觸發器置“0”。 Rd 是置“0”的觸發器信號。
Q=0以後，反饋回來就可以替代Rd =0的作用， Rd=0就可以撤消了。所以， Rd 不需要長時間保留，是一個觸發器信號。
在Sd 端加低電平觸發信號，Sd =0，於是Q =1 ， Q =1和 Rd =1決定了Q=0 ，觸發器置“1”。但Q=0 反饋回來， Sd =0才可以撤消， Sd是置“1”的觸發器信號。
如果是由或非門構成的基本RS觸發器，觸發信號是高電平有效。此時直接置“0”端用符號Rd；直接置“1”端用符號Sd。
4 真值表和特徵方程

以上過程，可以用真值表來描述，見上表。表中的Qn和 Qn表示觸發器的現在狀態，簡稱現態；Qn+1和Qn+1表示觸發器在觸發脈衝作用后輸出端的新狀態,簡稱次態。對於新狀態Qn+1而言，Qn也稱為原狀態。
上表真值表 表中Qn=Qn+1表示新狀態等於原狀態，即觸發器沒有翻轉，觸發器的狀態保持不變。必須注意的是，一般書上列出的基本RS觸發器的真值表中，當 Rd =0、 Sd =0時，Q的狀態為任意態。這是指當 Rd 、Sd 同時撤消時，Q端狀態不定。若當 Rd =0、Sd =0時，Q =1，狀態都為“1”，是確定的。但這一狀態違背了觸發器Q端和 Q端狀態必須相反的規疾，是不正常的工作狀態。若Rd 、Sd不同時撤消時，Q端狀態是確定的，但若Rd 、Sd同時撤消時，Q端狀態是不確定的。由於與非門響應有延遲，且兩個門延遲時間不同，這時哪個門先動做了，觸發器就保持該狀態，這一點一定不要誤解。但具體可見例1 。
把上表所列邏輯關係寫成邏輯函數式，則得到

利用約束條件將上式化簡，於是得到特徵方程

例1：畫出基本RS觸發器在給定輸入信號 Rd 、和Sd 的作用下，Q端和 Q 端的波形。輸入波形如圖2所示。
解：此例題的解答見圖2的下半部分。　

圖2 例1的解答波形圖
5 狀態轉換圖
對觸發器這樣一種時序數字電路，它的邏輯功能的描述除了用真值表外，還可以用狀態轉換圖。真值表在組合數字電路中已經採用過，而狀態轉換圖在這裡是第一次出現。實際上，狀態轉換圖是真值表的圖形化，二者在本質上是一致的，只是表現形式不同而已。基本RS觸發器的狀態轉換圖如圖3所示。
圖中二個圓圈，其中寫有0和1代表了基本RS觸發器的兩個穩態，狀態的轉換方向用箭頭表示，狀態轉換的條件標明在箭頭的旁邊。從“1”狀態轉換到“0”狀態，為置“0”，對應真值表中的第一行；從“0”狀態轉換到“1”狀態，為置“1”，對應真值表中的第二行；從“0”狀態有一個箭頭自己閉合，即源於“0”又終止於“0”，對應真值表的第一行置“0”和第三行的保持；從“1”狀態有一個箭頭自己閉合，即源於“1”又終止於“1”，對應真值表的第二行置“1”和第三行的保持。

圖3 基本RS觸發器的狀態轉換圖
6 集成基本RS觸發器
(1)．TTL集成RS觸發器
圖4所示TTL集成基本RS觸發器74279、74LS279的邏輯電路和引出端功能圖。在一個晶元上，集成了兩個如圖4(a)所示的電路和兩個如圖4(b)所示的電路，共4個觸發器。

圖4 (a)單觸發電路 (b)兩個觸發端電路 (c)引出端功能圖
(2)．CMOS集成RS觸發器CC4043
CC4043中集成了4個基本RS觸發器，邏輯符號如圖5所示。

圖5 CC4043)引出端功能圖
同步時鐘RS觸發器
1 同步時鐘觸發器引出
基本RS觸發器具有置“0”和置“1”的功能，這種功能是由觸發信號決定的，什麼時刻來 Rd 或Sd 信號就什麼時刻置“0”或置“1”。也就是說Rd 或Sd到來，基本RS觸發器隨之翻轉，這在實際應用中會有許多不便。在一個由多個觸發器構成的電路系統中，各個觸發器會有所聯繫，一旦有一個發生翻轉，其它與之連接的觸發器會陸續翻轉。這在各觸發器的時間關係上難於控制，弄不好會在各觸發器的狀態轉換關係上造成錯亂。為此我們希望有一種這樣的觸發器，它們在一個稱為時鐘脈衝信號（Clock Pulse）的控制下翻轉，沒有CP就不翻轉，CP來到后才翻轉。至於翻轉成何種狀態，則由觸發器的數據輸入端決定，或根據觸發器的真值表決定。這種在時鐘控制下翻轉，而翻轉后的狀態由翻轉前數據端的狀態決定的觸發器，稱為時鐘觸發器。