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前言

本文仅仅简单介绍了SR触发器、D触发器、J触发器、T触发器的使用。

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简介

数字电子技术中的触发器是存储二进制信息的基本单元，广泛应用于时序电路设计。不同触发器类型在结构、功能和应用场景上各有特点。以下详细介绍常用触发器的工作原理、特性方程、逻辑结构及使用示例，并结合实际应用场景进行分析。

1. SR触发器（Set-Reset Flip-Flop）

工作原理

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触发器的真值表" />

1.基本结构

基本结构：由两个交叉耦合的与非门（或或非门）构成，是最简单的锁存器（电平触发）。

2.输入信号

S（Set）：置位端（高电平有效），使输出Q=1。
R（Reset）：复位端（高电平有效），使输出Q=0。

3.真值表

S R Q(t+1) 状态描述
0 0 Q(t) 保持
0 1 0 复位—>0
1 0 1 置位—>1
1 1 无效 禁止状态（不稳定）

4.缺点

缺点：存在禁止状态（S=R=1时输出不确定），需避免输入同时为高电平。

5.应用示例

按键消抖电路：利用SR锁存器消除机械开关的抖动信号。
当按键按下时，S=1、R=0 → Q=1；松开时，S=0、R=1 → Q=0，输出稳定。

2. 钟控SR触发器（Clocked SR Flip-Flop）

工作原理

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1.改进点

改进点：在基本SR触发器前增加时钟控制门（与门），由时钟信号（CLK）控制输入。

2.触发条件

触发条件：CLK=1时，输入S和R有效；CLK=0时保持状态。

3.问题

问题：电平触发可能导致“空翻”（多个状态变化），不适用于高速电路。

4.应用示例

简单状态机：用于CLK信号同步的简单控制逻辑，如电机启停控制。

3. D触发器（Data Flip-Flop）

工作原理

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1.结构改进

结构改进：通过将SR触发器的S和R端反向连接，避免禁止状态，仅需单个数据输入（D）。

2.功能

功能：CLK边沿（上升沿或下降沿）触发时，输出Q=D。

3.特征方程

特性方程：
𝑄(𝑡+1)=𝐷

4.触发方式

触发方式：边沿触发（抗空翻），常用主从结构或传输门实现。

5.应用示例

寄存器：存储多位数据。

// 4位D触发器寄存器
module reg_4bit (input clk, input [3:0] D, output reg [3:0] Q);
always @(posedge clk) Q <= D;
endmodule
移位寄存器：串行转并行数据转换。

// 右移寄存器（带串行输入）
module shift_reg (input clk, input sin, output reg [3:0] Q);
always @(posedge clk) Q <= {sin, Q[3:1]};
endmodule

4. JK触发器（JK Flip-Flop）

工作原理

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触发器真值表" />

1.结构改进

结构改进：在SR触发器基础上增加反馈，解决禁止状态问题。

输入J（Set）和K（Reset），当J=K=1时，输出翻转（𝑄(𝑡+1)=𝑄(𝑡)‾Q(t+1)= Q(t)）。

2.特征方程

特性方程：
𝑄(𝑡+1)=𝐽𝑄(𝑡)‾+𝐾‾𝑄(𝑡)

3.主从结构

主从结构：避免空翻，CLK高电平期间主触发器采样，CLK下降沿从触发器更新。

4.应用示例

计数器：实现二进制计数。

// 模4计数器（使用JK触发器）
module counter_mod4 (input clk, input rst, output reg [1:0] count);
always @(posedge clk or posedge rst) begin
  if (rst) count <= 2'b00;
  else count <= count + 1;
end
endmodule
状态机：实现复杂控制逻辑。

5. T触发器（Toggle Flip-Flop）

工作原理

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触发器真值表" />

1.简单版本

简化版本：将JK触发器的J和K端短接为T输入。
T=1时：输出翻转（𝑄(𝑡+1)=𝑄(𝑡)‾Q(t+1)= Q(t)）。
T=0时：保持原状态。

2.特征方程

特性方程：𝑄(𝑡+1)=𝑇⊕𝑄(𝑡)

3.应用实例

应用示例

分频器：将时钟频率分频为1/2。

// 2分频电路
module clk_divider (input clk, output reg clk_out);
always @(posedge clk) clk_out <= ~clk_out;
endmodule

6. 集成触发器芯片示例

74LS74（双D触发器）

1.功能

功能：带异步复位（Reset）和置位（Set）的上升沿D触发器。

2.应用

应用：同步数据锁存、去抖动电路。

74LS112（双JK触发器）

1.功能

功能：带异步复位的下降沿JK触发器。

2.应用

应用：计数器、频率合成器。

7. 触发器选择与设计要点

触发方式：

1.边沿触发

1. 边沿触发（D、JK）适用于高速电路。
2. 电平触发（SR锁存器）用于简单控制。

2.功能需求

1. 数据存储：选择D触发器。

2. 状态翻转：选择JK或T触发器。

3.时序约束

**建立时间（Setup Time）和保持时间（Hold Time）**需满足。

总结

不同触发器在数字系统中承担不同角色：

1.SR锁存器

SR触发器：基础锁存器，适合消抖和简单控制。基础但需避免禁止状态。

2.D触发器

D触发器：简单可靠，适合数据存储和流水线设计。简单可靠，适合数据流水线。

3.JK触发器

JK触发器：功能灵活，适合计数器和状态机。功能全面，支持保持、置位、复位和翻转。

4.T触发器

T触发器：简化版JK触发器，适合分频和计数。专用于周期翻转场景（如分频器）

设计时需根据功能需求、时序约束和电路复杂度综合选择，并通过仿真验证时序正确性。例如，在FPGA中，D触发器是主流选择；而在ASIC中，可能根据功耗和面积优化选择触发器类型。

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了SR触发器、D触发器、J触发器、T触发器的使用。