主从型触发器

主从型触发器为了解决同步R-S触发器在CP脉冲期间可能出现的多次翻转问题,确保每个CP脉冲只翻转一次状态。这种触发器在上升沿或下降沿进行状态更新,具有计数功能。JK触发器作为主从型触发器的一种,其状态方程为Qn+1 = JQn + KQn,并能实现不同状态转换。T和T'触发器可以通过JK触发器的不同连接方式得到,分别在T=1和T=0时实现状态翻转或保持。

同步R-S触发器在CP=1期间都能接收R、S信号,所以触发器的状态会随R、S的变化而多次翻转,为了更可靠的控制,便产生了主从型触发器。主从型触发器每来一个CP脉冲最多翻转一次,而且只在触发脉冲的上升沿或下降沿翻转。如下为主从型R-S触发器逻辑电路图:在这里插入图片描述
如果触发器每来一个触发脉冲状态翻转一次,则该触发器具有计数功能。如下为主从型JK触发器:在这里插入图片描述当J=K=1时,JK触发器为一个具有计数功能的触发器,Qn+1Q^{n+1}Qn+1 = Qn‾\overline{Q^n}Qn
当J=K=0时,触发器状态不发生改变,Qn+1Q^{n+1}Qn+1 = QnQ^nQn
当J=0,K=1时,Qn+1Q^{n+1}Qn+1 = 0;
当J=1,K=0时,Qn+1Q^{n+1}Qn+1 = 1。
JK触发器的状态方程:Qn+1Q^{n+1}Qn+1 = JQn‾J\overline{Q^n}JQn + K‾Qn\overline{K}Q^nKQn

下面是JK触发器的状态转换图:在这里插入图片描述
将JK触发器的两个输入端连接在一起作为T端,就构成了T触发器。T触发器输入为0时次态保持不变,输入为1则次态翻转。

将T触发器的输入控制端接固定高电平时,即构成T’触发器。T’触发器在CP作用下状态翻转。

注:主从型触发器只有在CP=1的全部时间内,输入状态R、S(或J、K)始终未变的条件下,触发器最终输出才会正确,否则就可能产生误翻转。

### 主从RS触发器的工作原理 主从RS触发器两个相互连接的SR锁存器构成,其中一个作为主锁存器,另一个作为从锁存器。这种结构使得主从RS触发器能够在时钟脉冲的作用下完成状态更新操作。 当CLK为低电平时,主锁存器处于保持状态,而从锁存器接收保存来自主锁存器的数据[^1]。此时无论S和R端口如何变化,都不会影响整个触发器的状态。只有当时钟变为高电平期间,主锁存器才会响应输入信号的变化,将其传递给从锁存器,在下一个下降沿到来之前锁定新值。 通过这种方式可以有效防止亚稳态现象的发生,提高电路稳定性以及抗干扰能力。因此相比于简单的SR锁存器而言,主从具备更好的可靠性和准确性。 #### 应用场景 在实际工程实践中,主从RS触发器广泛应用于各种数字系统之中: - **计数器**:利用多个级联起来形成异步或同步计数机制; - **分频器**:通过对高频源进行周期性的取样来获得较低频率输波形; - **移位寄存器**:用于串行通信协议中的数据缓存与传输过程管理; - **存储元件**:构建随机访问内存(RAM)或其他形式的记忆装置的一部分[^2]。 ```c++ // C++代码示例展示了一个简单模拟主从RS触发器行为的方法 class RS_MasterSlaveFlipFlop { private: bool Q, nQ; public: void trigger(bool S, bool R, bool clk){ static bool master_Q = false; // Master latch output if(clk){ // Clock high phase (master active) if(S && !R) master_Q = true; else if(!S && R) master_Q = false; }else{ // Clock low phase (slave active) if(master_Q != Q){ Q = master_Q; nQ = !Q; } } } }; ```
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