[转] 基本RS触发器
在触发器中,最简单的触发器是基本RS触发器,它由两个与-非门(或者两个或-非门)来组成。
图5.2.1(a)是由与-非门构成的基本RS触发器,由图看出,基本RS触发器有两个输入端(和)和两个输出端(和),门G1和G2的组成有对称性, G1的输出经过G2的传输后回送到G1的另一个输入端,G2的输出经过G1的传输后回送到G2的另一个输入端,正是有了这样的反馈通道才使其具有了存储特性,也有别于前面所讲到的组合逻辑电路。通常将它们的电路结构画成图5.2.1(b)的形式,与相连的输出端称为,与相连的输出端称为。
定义输出端的状态:,时,为触发器的1状态;,,为触发器的0状态。触发器处与1状态或0状态时输出端都有互补性。下面具体分析两个输入端对输出端的影响情况。
(1)当,时,,,触发器为0状态;
(2)当,时,,,触发器为1状态;
(3)当,时,触发器两个输出端的值不变,触发器保持为原来的状态;
(4)当,时,,,此时触发器的输出端既不是定义的1状态,也不是定义的0状态,破坏了和的互补特性,实际使用时应该避免这种现象的产生。因为在和的有效信号同时消失时,即和同时从0变到1时,输出端的值不确定。
下面分析当和同时从0转变到1时,输出端的情况。假设G1的传输时延小于G2的传输时延,在由0变为1时,即G1的输出先变为0,其值反过来影响到G2的输出,使的值仍然保持为1;另一种假设就是G2的传输时延小于G1的传输时延,在由0变为1时,即G2的输出先变为0,其值反过来影响到G1的输出,使的值仍然保持为1。用图5.2.2可以说明在和同时从0变为1时,输出端逻辑值的不确定情况,从图中可以看出,在这种情况下,门电路传输时延小的门电路其输出端的值会发生变化,而门电路传输时延大的门电路逻辑门其输出端的值不会发生变化。
由以上分析可知,和的低电平同时消失时,在门电路传输时延未知的情况下,输出端状态是不确定的。在通常使用RS触发器时,应该避免这种情况的出现,一般不要让和同时为0。所以,在正常工作的条件下,用式+=1来约束两个输入端,称为约束条件。
在正常工作时,输出端和具有互补的特性,是低电平使输出端为0,也是低电平才使输出端为1。所以是低电平有效置0(),置0也称为触发器复位,端称为复位端。是低电平有效置1(),置1也称为触发器置位,端称为置位端。
对于RS触发器输入和输出的逻辑关系,可以通过逻辑状态转移真值表来加以描述。如表5.2.1所示,真值表中考虑了触发器在和信号作用前的输出状态值,即触发器的初态,得到的新的状态记作。
表5.2.1可以写成逻辑状态转移表的形式,如表5.2.2的所示,亦称为逻辑状态转移表,还可以将其转换为卡诺图的形式,如图5.2.3所示。卡诺图中的“×”表示约束项,即约束条件+=1。
经过化简卡诺图后得到(5.2.1)式,这就是RS触发器的特性方程(也称为状态方程和或次态方程)。从特性方程中可以看出,输出端新的状态与前一状态有关,这是组合逻辑电路所不具有的特点。
图5.2.4为与-非门RS触发器状态转换图,图中“×”在此表示任意项,它用图形的方式描述了触发器状态间的转换情况。图5.2.5为与-非门RS触发器的逻辑符号。
例5.2.1 用与-非门组成的RS触发器中,已知输入端的波形如图5.2.6所示,试画出输出端和的电压波形图。
解: 在用与-非门组成的RS触发器中,输入端是低电平有效复位和置位,根据这一特性可以画出其输出波形。在图中必须注意和端同时出现了低电平,但是其低电平值不是同时消失的,所以输出端的值是可以确定的。
用或-非门也可以组成RS触发器,其电路结构和逻辑符号见图5.2.7(a)、(b),与前面与-非门组成的RS触发器相比,其输入端是高电平有效复位和置位。如果RS同时从高电平变到低电平时,输出的状态
是不确定的,所以其相应的约束条件为:RDSD=0。图5.2.7(c)是其卡诺图,利用约束条件化简得其特性方程为(5.2.2)式。
(5.2.2)