关于触发器原理及选型参数

此触发器不是数据库当中的触发器,而是电子中的。

1、触发器的特性?

  • 触发器有两个稳定的工作状态,一个是1态,一个是0态,可根据需要,用触发信号去控制触发器,使它的状态发生翻转。
  • 触发器在翻转之后,即使撤除输入信号,它仍能保持已确定的状态

简言之:有两个稳态且有记忆功能的器件。

2、最简单的基本RS触发器工作原理?置位复位触发器

内部由两个 或非门或者 与非门组成。如下图所示:

在这里插入图片描述                                   在这里插入图片描述

特征方程为:Qnext  =  S + \bar{R}   RS=0(约束条件,也就是不成立时候)                                                                           \bar{R} +\bar{S}  =   1(约束条件) 

                                                    或非RS触发器                                            与非RS触发器
SRQ(原先)Qnext动作SRQQnext
00QQ保持11QQ
010或10重置010或10
100或11设置100或11
11XX不允许的输入00XX


 

 

 

 

 

或非特性:有效值为1,也就是看RS哪个为1 (因为是或非,所以一端为1,整个值就为1,再加非,就是0)                                与非的特性: 有效值为0,也就是看RS哪个为0

           当R=0 S=0时,保持上次的状态 (锁存)                                                                                                                                          当R=1,S=1 保持上次的状态

           不允许的情况:        s=1,R=1   (因为会造成Q=Qbar)                                                                                                                        不允许的情况:        s=0,R=0   (因为会造成Q=Qbar)

3、D型触发器原理及特性??用得最多的触发器

如下图所示:

D触发器符号。> 是时脉输入,D是数据输入,Q是暂存数据输出,Q'则是Q的反相值,S为1时强迫Q值为1,R为1时强迫Q值为0。

特征方程为:Qnext  =  D,真值表如下:其实也是最简单的触发器,Q值只与D有关。

DCKQQnext
01X0
11X1
X000
X011

 

 

 

 

 

 

4、JK触发器原理??

有jk两个输入,如下图所示:

J、K触发器符号,JK触发器和触发器中最基本的RS触发器结构相似,其区别在于,RS触发器不允许R与S同时为1,而JK触发器允许J与K同时为1。当J与K同时变为1的同时,输出的值状态会反转。也就是说,原来是0的话,变成1;原来是1的话,变成0。

特征方程为:Qnext  =  \bar{K}Q +  J\bar{Q},真值表如下:

JK动作QQnext
00保持0Q
01重置0或10
10设置1或01
11反转1或0\bar{Q}

 

 

 

 

 

 

5、T触发器原理???

T触发器(Toggle Flip-Flop,or Trigger Flip-Flop)设有一个输入和输出,当时脉由0转为1时,如果T和Q不相同时,其输出值会是1。输入端T为1的时候,输出端的状态Q发生反转;输入端T为0的时候,输出端的状态Q保持不变。把JK触发器的J和K输入点连接在一起,即构成一个T触发器。如下图;

T触发器符号,T为数据输入

特征方程为:Qnext  =  \bar{T}Q + T\bar{Q} = Q   \oplus   T ,真值表如下:

TQQnext动作
000保持(无上升沿
011保持(无上升沿
101反转
110反转

 

 

 

 

 

 

 

6、控制型触发器???

触发器除了置1、置0输入端之外,还有增加了一个触发信号输入端。只有当触发信号到来时,触发器才能按照输入的置1、置0信号转变相应的状态,并保持下去。这个触发信号通常称为CLOCK(记做 CLK)。信号又分为电平触发边沿触发脉冲触发

  • 电平触发RS触发器

在这里插入图片描述同步RS触发器

原理:当CLK为高1时,S和R的输入才能改变输出Q和Q’状态;否则输入S和R全为低0,输出Q和Q’保持原来的状态不变,同样S和R需要满足约束条件:SR = 0

特点:

1、当CLK为高时,才接受S、R(或者D)的输入信号,并按照输入信号将触发器的输入置为相应的状态;
        2、在CLK = 1的时间内,S、R(或者D)的变化都会引起输出变化,所以触发器的抗干扰能力低。

  • 边沿触发器

当CLK的下降沿或者上升沿来到时,触发器才开始接受输入的信号。

特点:

触发器的次态仅取决于时钟信号上升沿(或者下降沿)到达时输入的逻辑状态,,而在这之前和之后,输入信号都不影响次态,有效地提高了触发器的抗干扰能力。
但是,正因为是在时钟边沿寄存数据,几乎可以说是在上升沿这一个时刻寄存数据,时钟上升沿到来时,Q1端开始寄存数据,而D到Q1和CLK到变为C’的传输延迟不一样,所以数据D必须先时钟到来一段时间输入到D端,否则,当上升沿到来,Q1的值不确定,输出的Q端数据也会出现不确定的值,即亚稳态,这一段时间称为建立时间Tsu

  • 脉冲触发的触发器

为了提高触发器工作的可靠性,希望在每个CLK周期里输出端的状态只能改变一次,于是设计出了脉冲触发器。

特点:

1、触发器翻转分为两步。第一步是主触发器在CLK= 1(CLK = 0)时根据输入S、R翻转,从触发器不变;第二步是从触发器在下降沿(上升沿)到来时根据主触发器翻转状态。
       2、因为主从触发器的本身是电平触发的SR触发器,所以在CLK = 1(或者CLK = 0)的所有时间内,输入信号都将对主触发器起作用。

 

7、选型主要动态参数????

  • 建立时间(setup time )Tsu

边沿触发器特点中,提到过建立时间,建立时间是指输入信号应该先于时钟信号CLK动作沿到达的时间。如果不满足建立时间,就会出现亚稳态的现象,即输出的值不确定,对系统造成破坏。

为了保证触发器的稳定可靠低翻转(防止出现亚稳态),在C和C’改变之前,FF1中的Q和Q’必须稳定地建立起来,使Q1 = D。由于加到D端的输入信号需要经过传输门TG1和反相器G1、G2的传输延迟时间才能到达Q1端,而在CLK的上升沿到来之后,只需经过反相器G5的传输延迟时间,C’就可以变化,因此D端的输入信号必须先于CLK上升沿至少2td时间到达,所以Tsu = 2td。(td为门延迟时间,每个门电路的延迟时间不一致,这里统一用td代替)

  • 保持时间(Hold time )Th

保持时间是指时钟信号CLK动作沿到达后,输入信号仍然需要保持不变的时间。如边沿触发器图,在C和C’改变状态是TG1变为截止和、TG2变为导通之前,D端的输入信号应当保持不变,为此,至少在CLK上升沿到达后2td的时间内,输入信号应当不变,即Th = 2td。

  • 传输延迟时间(Propagation delay time )Tpd

传输延迟时间是指从CLK动作到达开始,直到触发器输出的新状态稳定建立所需要的时间。如边沿触发器图,FF2输出端Q的新状态需要经过C、C’、TG3、和G3的传输延迟以后才能建立起来,所以输出端Q的传输延迟Tpdq = 4td。而Q’端还要经过G4的传输延迟才能建立起来,所以Tpdq’ = 5td。

  •        最高时钟频率(Maximum clock frequency)fmax

最高频率是指触发器在连续、重复翻转的情况下,时钟可以达到的最高重复频率。如边沿触发器图,为了保证触发器可靠低翻转,CLK的低电平持续时间Twl必须大于建立时间,即Twl(min) = 2td。而在CLK变成高电平之后,直到Q’新状态建立起来以前,TG3必须保持导通状态,因而C和C’的状态不能改变。考虑到需要经过G5的传输延迟时间td以后,C和C’才改变,所以CLK的高电平持续时间必须大于Tpdq’-td,所以Twh最小值应该为Twh(min) = 4td。
所以得到最高频率 fmax= 1/(Twl(min) + Twh(min)) = 1/(6td)。
如果考虑占空比50%,Twl(min) = Twh(min),fmax= 1/(8td)。

注意:td是对每个门电路延迟时间的统称,不一定每个门电路延迟时间相等。

<think>好的,用户想了解集成单稳态触发器的应用和原理,特别是用于电路设计和电子项目。首先,我需要回顾单稳态触发器的基本概念,确保自己理解正确。根据用户提供的引用资料,单稳态触发器只有一个稳定状态和一个暂态,触发后会暂时改变状态,然后自动恢复。接下来,用户提到的是&ldquo;集成&rdquo;单稳态触发器,所以需要强调集成电路形式的特点,比如封装好的芯片、外接元件少、参数稳定等。 然后,关于原理部分,应该结合引用中的信息,说明其工作机制,包括触发后的暂态维持时间由RC参数决定。可能需要解释触发方式,比如边沿触发或电平触发,以及如何通过调节电阻和电容来调整脉冲宽度。 应用方面,用户提到了电路设计和电子项目,所以需要列举常见的应用场景,比如脉冲整形、延时电路、定时器、去抖动等。每个应用需要简要说明其用途,并举例实际项目中的使用情况,比如按键消抖在单片机中的应用。 另外,用户可能需要知道具体的芯片型号,比如74LS121或CD4538,这些是常见的集成单稳态触发器,可以提到它们的触发方式、输出脉宽的计算公式,以及如何连接外部元件。这里需要确保技术细节准确,比如公式中的时间常数是否正确,是否需要乘以自然对数等。 还要考虑用户可能的深层需求,比如如何选择适合的集成芯片,设计时需要注意的参数,或者实际应用中可能遇到的问题,比如抗干扰措施。因此,在回答中可以适当加入选型建议或设计注意事项,帮助用户更好地应用这些知识。 最后,生成相关问题时要围绕集成单稳态触发器的扩展应用、参数计算、比较其他触发器类型等方面,帮助用户进一步探索。需要确保问题具有针对性,能够引导用户深入学习相关主题。</think>### 集成单稳态触发器的应用与原理 #### **一、基本原理** 集成单稳态触发器是一种封装成集成电路(IC)的电子元件,其核心特性是**仅有一个稳定状态**和一个**暂态**。触发后,电路会从稳态进入暂态,经过由外部元件(如电阻$R$和电容$C$)决定的时间后自动恢复至稳态[^1][^2][^3]。 **工作流程**: 1. **稳态**:无触发信号时,输出保持低电平(或高电平,具体取决于设计)。 2. **触发**:接收到有效触发脉冲(如上升沿或下降沿)后,输出跳变为暂态(高/低电平)。 3. **暂态维持**:暂态持续时间由公式$$T_w = k \cdot R \cdot C$$决定,其中$k$为芯片内部系数(例如74LS121的$k \approx 0.7$)。 4. **自动恢复**:经过$T_w$后,输出返回稳态,无需额外操作。 --- #### **二、典型应用场景** 1. **脉冲整形** 将不规则的输入信号(如机械开关抖动)转换为干净、定宽的脉冲。例如,按键去抖动电路[^2]。 ```plaintext 输入信号: ______/¯¯¯¯\____/¯¯¯¯¯¯\______ 输出信号: ______/¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯\______ # 输出定宽脉冲 ``` 2. **延时电路** 通过调整$R$和$C$的值,控制输出脉冲的延时时间,用于时序控制或信号同步。 3. **定时器** 在电子设备中生成精确的时间间隔,如LED闪烁控制或继电器延时开关。 4. **频率分频** 结合多级单稳态触发器,可将高频信号分频为低频信号。 --- #### **三、常见集成芯片及设计要点** 1. **典型型号** - **74LS121**:支持上升沿/下降沿触发,需外接$R_{ext}$和$C_{ext}$。 - **CD4538**:双通道可重复触发型,适用于精密定时场景。 2. **设计注意事项** - **RC参数选择**:根据需求的时间常数$T_w$选择电阻和电容,例如$R=10k\Omega$, $C=1\mu F$时,$T_w \approx 7ms$。 - **触发方式**:需匹配触发信号类型(边沿或电平)。 - **抗干扰**:在触发端增加滤波电容,防止误触发。 --- #### **四、与分立元件的对比** | **特性** | **集成单稳态触发器** | **分立元件实现** | |----------------|------------------------------|--------------------------| | **稳定性** | 高(内部温度补偿) | 受元件参数漂移影响 | | **设计复杂度** | 低(仅需外接RC) | 高(需多晶体管/逻辑门) | | **精度** | 高(输出脉宽一致性佳) | 较低 | ---
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