基于电路原理的触发器波形分析

潘志平

触发器是时序逻辑电路的基本单元电路，在数字电路和计算机电路中具有重要的作用。根据触发器的逻辑功能不同，触发器可以分为RS、JK、D、T型触发器等。触发器波形的分析研究，是本文讨论的重点。如何快速准确地分析作图，笔者认为必须掌握以下几种不同情况下的波形画法。

一、触发器的空翻现象

空翻是指对于钟控同步RS触发器当时钟脉冲宽度tp大于4倍的与非门（由与非门组成的钟控同步RS触发器）信号平均传输延迟时间tpd时，触发器将发生多次翻转，造成触发器的动作混乱。在RS、JK、D、T型触发器中，存在空翻现象的是钟控同步RS触发器，所以分析时对这类触发器要考虑其空翻现象。如图1所示是由与非门构成的钟控同步RS触发器，要求作出输出端Q的波形(设触发器初态为零)。此时，根据真值表作图时必须注意在CP=1期间如果R、S的状态发生变化，那么Q的状态也要随之改变。图中当第一个CP的上升沿到来时，R＝0、S＝1，根据真值表，Q要变为1，此时对于其它触发器这个逻辑1要保持到第二个CP的上升沿才考虑其变化，但对于钟控同步RS（由与非门组成）触发器，根据触发器的原理电路，在CP＝1期间两个输入端所在的与非门是打开的，当R、S的状态发生变化时，只要时钟脉冲宽度tp大于4倍的与非门平均传输延迟时间，Q的状态也跟着变，即在第一个CP脉冲等于1期间R、S的状态分别由0、1变为1、0时，Q的状态应由1变为0（具体见图1）。

也就是在波形分析时不仅仅考虑CP脉冲到来这一时刻，还要注意CP＝1期间R、S状态的变化。另外注意，根据电路原理的不同，对于或非门组成的钟控同步RS触发器要考虑的是CP＝0期间R、S状态的变化。

二、存在级间连接线的多触发器电路

对于多个触发器构成的电路，要观察其是否存在相互间的连接线，即存在输出端Q或者 (符号与图中相对应为正体，全文下同)与输入端的连接线。此时，分析波形时要同步考虑，即Q、 及输入端的波形一起画，因为它们是相互关联的。如图2所示的电路中，存在两级间的连接线， 与2J相连，Q2与1K相连，则1J、1K、Q1、2J、2K、Q2要同步画。解题时首先将1J、1K、Q1、2J、2K、Q2按顺序从上到下依次排列，并将相连接的输入输出端在波形图中作好标示，如图中标出Q2＝1K、 ＝2J。接着按照Q2→1K→Q1→2J→Q2的顺序同步作出，而不能独立作出Q1、Q2的波形。

三、脉冲上升沿和下降沿在时间上的前后控制

在两个触发器构成的电路中，如果用同一个CP的上升沿和下降沿分别控制两个触发器，则应按照CP到来的时间顺序分别作出。图2所示原理电路中，时钟脉冲CP的下降沿控制输出端Q1的状态，而CP经一个非门后再以下降沿控制Q2的状态，这时的Q2其实是由CP的上升沿来控制的。根据图2 所示的波形，CP首先出现的是上升沿，故应先作Q2的波形，然后是下降沿，即再作Q1的波形，这样根据CP上升沿下降沿到来的时间先后顺序，按照Q2→Q1→Q2……这样的循环顺序作出相应的波形，而不是按照 Q1→Q2→Q1……的顺序作出波形。这是解本类题的关键。

四、存在 、 控制的电路

是触发器的直接置0端和直接置1端。通常在时钟脉冲工作前使用，可将触发器直接置0或置1。但有时在题中加入了 或 的波形要求分析输出波形，此时根据触发器的原理电路，应注意 、 在每个触发器中靠输出端Q最近，只间隔一个与非门，而J、K、CP的状态变化需要经过多个与非门才到达Q端引起它的变化。一旦 、 为零则可直接将触发器置0或置1。此时不管CP还是J、K的状态如何，触发器的状态一定为0或者1。如图2中，当CP的第5个脉冲的上升沿来临时，2J＝1，2K＝1，根据JK触发器的真值表，Q2应由0翻转为1，但由于此时 ＝0，则触发器只能为零，一直等到 变为1后，再出现CP的上升沿时，才可以根据2J、2K的状态来确定Q2的状态，具体如图2所示。从这里可以看出，在存在 、 的波形控制电路中，确定输出端Q的波形时，首先看 、 ，接着是看CP，最后再根据输入端的状态由真值表来确定Q的状态。

五、组合逻辑电路与时序逻辑电路在波形分析时的区别

当组合逻辑电路与时序逻辑电路组合在同一电路中时，应注意它们的区别。组合逻辑电路是一种无记忆功能的电路，任一时刻的输出直接由当时的输入来决定，如图3中异或门的输出只由A与 的状态来决定，与CP无关。而触发器属于时序逻辑电路，它的输出不仅与CP有关，还与触发器的输入T原来的状态有关，作图时需区别对待。

六、CP脉冲的变化与输入端的状态的变化同时发生

图3所示波形中，当CP的第四个脉冲上升沿到来时，根据T＝A作出波形，发现T的状态也正好由0态变为1态，此时确定Q的状态时是根据T＝0还是T＝1呢。根据T触发器的原理电路，T触发器是由JK触发器将J、K端相连而得到，而从T（即J、K端）状态的输入到输出Q的变化，需要经过多个与非门，即需要一定的传输延迟时间，所以，当第四个CP的上升沿一出现，经过一个非门后即将从触发器封锁，T＝1的状态还来不及传输到Q端，所以应根据T＝0来确定输出端Q的状态。

触发器电路千变万化，要正确分析触发器的输入、输出波形，就必须从电路原理着手，理解其实质，掌握以上这些关键点，才能轻松驾驭。

（作者单位：江苏省南通市中等专业学校）