触发器是一种数字电路元件,常用于时序电路中,并被广泛应用于计算机内存、寄存器等数字电路中。触发器具有记忆功能,能够记录电路输入的电平或脉冲,并在满足特定条件时改变输出状态。下面将详细介绍触发器的工作原理及种类。
1.触发器的基本原理
触发器的核心原理是双稳态性。当输入信号的电平满足特定的条件时(称为触发条件),触发器的输出状态会切换到另一个稳定状态,并保持该状态直到下一个触发条件出现。
在实际电路中,触发器通常由至少两个反馈回路组成。当输入信号改变时,反馈回路中的电位差将改变输出状态。触发器中的电路元件如逻辑门和放大器等,可以将输入信号类型转换成其他类型、放大或缩小。常用的触发器类型有rs触发器、d触发器、jk触发器和t触发器。
2.触发器的种类
2.1 rs触发器
rs触发器由两个交叉耦合的nor(或nand)门构成,是最简单的触发器类型之一。输入为s和r的两个电平,分别控制触发器工作在set和reset的状态下。当s和r信号同时为1时,rs触发器将处于不稳定状态。
2.2 d触发器
d触发器也称为数据触发器,通常由rs触发器修改而成。其输入端只有一个输入信号d和一个时钟信号clk。d触发器在每个时钟上升沿时读取d输入信号,将其存储在内部存储器单元中,然后将存储在单元中的数据输出到输出端。d触发器的特点是具有常闭特性,输出只在时钟上升沿时才会改变。
2.3 jk触发器
jk触发器是rs触发器的衍生型,通过rs触发器中的异步输入信号s和r来合成一个j-k输入信号。j和k均为异步输入,可以将rs触发器中的输出不稳定状态问题消除。当j和k阶段性地扫过01、11、10、00四种状态时,jk触发器产生稳定的输出状态。
2.4 t触发器
t触发器中的输入信号仅为一个连续的脉冲,其名称来源于德语“ト哇”,意思是跳动。t触发器控制器的输出电路在触发条件下切换开关,并保持切换后的状态不变。当t输入为高电平时,触发器中存储的数据在下一个时钟周期上升沿时翻转;当t输入为低电平时,触发器保持不变。
3.触发器的应用
触发器常用于数字电路中,用于控制电路的稳定输出,并且也可用于时序电路控制、计数器以及内存的实现,以及数据寄存器、矩阵寄存器等数据存储结构。
触发器在计算机处理器等复杂数字电路中的作用非常重要,可以存储和操纵大量的数据。例如,微处理器和cpu中的各种寄存器和时序电路都依赖于触发器的运行。除此之外,触发器还可以在数字电路中实现频率分频、序列控制、定时器和计数器的实现等应用。