边沿触发器的类型很多,有利用CMOS传输门的边沿触发器、维持阻塞型触发器,有利用门电路传输延迟时间的边沿触发器等。不管哪种类型的边沿型触发器,都能实现触发器的次态仅仅取决于CP时钟脉冲的下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态,而与其他时刻触发器输入信号的状态无关。因此,边沿型触发器大大提高了工作的可靠性,增强了抗干扰能力。下面利用门电路传输延迟时间的边沿触发器为例,介绍边沿触发器的工作原理。
1、电路结构和工作原理
图1所示为利用门电路传输延迟时间的边沿JK触发器。
图1 边沿JK触发器 |
由图1可知,该电路由两个与或非门G1、 G2和两个与非门G3、G4组成。其中G1、 G2组成基本RS触发器,G3、G4组成输入控制电路。G3、G4门的传输延迟时间大于基本RS触发器的翻转时间。
当CP=0时,G3、G4门被锁定在高电平,输入信号J、K被封锁,即R=S=1。同时与门A、C被封锁,基本RS触发器通过与门B、D传输。此时由于R=S=1,因此基本RS触发器状态保持不变。即CP=0时,无论输入端J、K状态如何,触发器保持原态不变。
当CP=1时,G3、G4、A、C门均被打开,此时各门电路的输出为
(1) |
可见,当CP=1时,不论输入端J、K状态如何,触发器保持原态不变。
当CP的上升沿到达时(CP从0跳转为1的瞬间),门A、C首先被打开,由于G3、G4、传输延迟的存在,输入端J、K的变化不影响G3、G4的输出,S、R仍为1,此时触发器状态仍然保持原态。当延迟过后,触发器仍然保持原态不变,分析过程同CP=1时。因此,当CP为上升沿时触发器保持原态不变。
当CP的下降沿到达时(CP从1跳转为0的瞬间),由于CP直接加在G1、G2和门外侧的两个与门A、C上,门A、C首先被封锁,其外侧的两个与门B、D的输入端S、R则需要经过一个传输延迟时间才能随CP=0而变为1。因此,在S、R没有变为“1”之前,仍然保持CP下降前的值,即
设CP的下降沿到达前,触发器的状态为Qn=0,=1,输入端J=1,K=0,此时G3、G4的输出为S=0,R=1。当CP的下降沿到达的瞬间,G1门的两个与门A、B各有一个输入为零,故此时G1门的输出Qn+1=1。G1门的输出反馈到G2的两个输入上,与门C的两个输入均为“1”,使G2门的输出。G2门的输出又反馈到G1门的输入端。由于G3门的传输延迟时间足够长,可以保证在S消失低电平之前,的低电平已经反馈到了B门的输入端,使G1门的输出仍然保持高电平。当G3、G4门延迟之后,G3、G4被封锁,输入端J、K的变化不再影响输出,其输出S=R=1,因此基本RS触发器保持原态不变。
当输入端J、K取其他状态的值时,其分析方法相同,请读者自行分析。
利用上述分析方法,可以得到图6-2-8 所示边沿型JK触发器的特性表如表1所示。其逻辑图形符号如图2所示。
图2 边沿JK触发器的图形符号 |
表1 沿JK触发器的特性表 |
CP | J | K | Qn | Qn+1 |
× | × | × | × | Qn |
0 | 0 | 0 | 0 | |
0 | 0 | 1 | 1 | |
0 | 1 | 0 | 0 | |
0 | 1 | 1 | 0 | |
1 | 0 | 0 | 1 | |
1 | 0 | 1 | 1 | |
1 | 1 | 0 | 1 | |
1 | 1 | 1 | 0 |
根据触发时刻的不同,边沿型触发器又分为上升沿和下降沿触发器两种类型。如果触发器是在时钟脉冲CP的下降沿触发,即为下降沿边沿触发器,逻辑符号中时钟脉冲CP靠边框处的圆圈表示下降沿触发,符号“>”表示边沿触发类型。如果触发器是在时钟脉冲CP的上升沿触发,即为上升沿边沿触发器,逻辑符号中时钟脉冲CP靠边框处没有圆圈表示上升沿触发。
2、动作特点
从上面的分析可知,边沿触发器的次态仅仅取决于时钟脉冲CP的下降沿(或上升沿)到达时输入端的逻辑状态,而与其他时刻输入端的状态无关。这就是边沿触发器的动作特点。这一特点大大提高了触发器的工作稳定性和抗干扰能力,在数字电路中得到广泛的应用。
例1 在图3所示的下降沿边沿JK触发器电路中,已知时钟脉冲CP的波形和触发器输入端J、K的波形如图3所示。试画出触发器输出端Q的波形。设触发器的初始状态为0。
图3 例1图 |