### 第四章 触发器
#### 4.1 概述
触发器是一种重要的数字逻辑组件，它能够存储一位二进制数据。在数字电路的设计中，触发器扮演着核心角色，尤其在构建存储器和其他时序逻辑电路时不可或缺。
**触发器的基本特征：**
1. **两个稳定状态**：触发器具有两个稳定状态，通常称为“0”状态和“1”状态，这两个状态能够自我保持。
2. **状态转换**：根据输入信号的不同，触发器可以从一个稳定状态转换到另一个稳定状态。
3. **状态记忆**：即使输入信号消失后，触发器也能保持其最后的状态。
**触发器的分类：**
- **按电路结构分类**：
- 基本触发器
- 同步触发器
- 主从触发器
- 边沿触发器
- **按逻辑功能分类**：
- RS触发器
- JK触发器
- T触发器
- D触发器
#### 4.2 触发器的电路结构与动作特点
**4.2.1 基本RS触发器**
基本RS触发器是最简单的触发器类型之一，它通过两个交叉耦合的与非门实现。基本RS触发器的特点如下：
- **输入信号直接控制输出状态**：当S=1且R=0时，触发器置1；当S=0且R=1时，触发器置0；当S=R=1时，触发器状态不确定。
- **约束条件**：为了防止触发器进入不确定状态，通常需要遵循约束条件S·R=0。
**4.2.2 同步RS触发器**
同步RS触发器是在基本RS触发器的基础上增加了时钟信号(CP)，使得触发器只在时钟信号有效期间响应输入信号。
- **时钟控制**：触发器的状态变化发生在时钟信号的有效电平期间。
- **约束条件仍然适用**：为了避免不确定状态，同步RS触发器依然需要遵守S·R=0这一约束条件。
**4.2.3 主从触发器**
主从触发器由两个同步触发器组成，其中一个作为主触发器，另一个作为从触发器。
- **主从RS触发器**：克服了同步RS触发器在单个时钟周期内多次翻转的问题。
- **主从JK触发器**：相比于RS触发器，JK触发器提供了更多的逻辑功能，包括置1、置0、保持和翻转。
- **工作原理**：主触发器接收输入信号并根据当前时钟状态进行更新；当时钟下降沿到来时，从触发器根据主触发器的状态更新其自身状态，从而实现整体状态的翻转。
**4.2.4 边沿触发器**
边沿触发器是现代数字电路中最常用的触发器类型之一，它的主要优点是可以避免毛刺问题。
- **利用CMOS传输门的边沿触发器**：利用CMOS传输门的特性实现在时钟上升沿或下降沿捕获输入信号的功能。
- **维持阻塞触发器**：通过特殊的电路设计，确保在时钟上升沿时触发器状态的改变，同时避免了在其他时间点输入信号变化的影响。
- **利用传输延迟时间的边沿触发器**：利用信号传输的延迟特性来实现边沿触发功能。
#### 4.3 触发器的逻辑功能及其描述方法
**4.3.1 触发器按逻辑功能的分类**
触发器根据其逻辑功能的不同可以分为以下几类：
- **RS触发器**：最简单的触发器类型，提供置1、置0和保持功能。
- **JK触发器**：除了置1、置0和保持功能外，还提供了翻转功能。
- **T触发器**：每次时钟脉冲都使触发器的状态发生翻转。
- **D触发器**：简单实用，根据输入信号D决定下一状态。
**4.3.2 触发器的电路结构与逻辑符号**
- **电路结构**：不同类型的触发器有不同的电路结构，这些结构决定了触发器的特性和工作方式。
- **逻辑符号**：每个触发器都有特定的逻辑符号表示，方便在电路图中识别和使用。
通过以上介绍可以看出，触发器是数字电路设计中的基础组件，掌握各种触发器的工作原理和应用对于理解和设计复杂的数字系统至关重要。
