FPGA学习——触发器（FF）

触发器，英文名称，简称FF，，因此它的输出具有两个稳定状态——状态0和状态1。触发器有很多类型，如RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等。

Patarw20

4012人浏览 · 2023-07-31 10:25:27

Patarw20 · 2023-07-31 10:25:27 发布

触发器，英文名称 flip-flop，简称FF，是具有记忆一位二进制代码的记忆单元，因此它的输出具有两个稳定状态——状态0和状态1。触发器有很多类型，如RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器等。

1. 基本RS触发器

基本RS触发器是触发器中最基础的一种，可以由两个与非门或者两个或非门组成，电路图如下：

基本RS触发器有两个输出端 $Q$ 和 $\bar{Q}$ ，当 $Q$ =0， $\bar{Q}$ =1时，称触发器的状态为0；当 $Q$ =1， $\bar{Q}$ =0时，称触发器的状态为1。其输入 $\bar{R}$ 和 $\bar{S}$ 不能同时为0，不同时为零的情况如下：

综上所述，RS触发器的真值表如下：

其卡诺图如下：

从而得到其逻辑表达式为：

2. 同步RS触发器

许多时候，我们希望触发器在只有在时钟来临的时候才改变其输出状态，其他时候，触发器维持，因为这样做可以让多个电路单元的状态同时得以改变，这个时钟，我们称为同步时钟，所以同步RS触发器也叫钟控RS触发器。同步RS触发器的电路图如下：

可以看到在原来 $\bar{R}$ 和 $\bar{S}$ 信号的前面增加了两个与非门。当时钟信号CP为0的时候， $\bar{R}$ 和 $\bar{S}$ 全都为1，触发器会维持原来的状态；当时钟信号CP为1的时候，R和S即为Rc和Sc的值，此时触发器才工作。

综上所述，可以得到同步RS触发器的真值表如下：

需要注意的是，当CP有效时，若Rc、Sc发生了多次变化，触发器的输出和状态也会发生多次变化。在一个时钟周期中，触发器的输出发生多次变化的现象被称为空翻，这种现象是不希望发生的。

3. 同步D触发器

由于RS触发器的Rc和Sc不能同时为1，所以为了避免这种情况的发生，将Rc和Sc两个输入端合并为D输入端，从而有效地避免了两个输入端同时有效的情况，电路原理图如下：

其真值表如下：

需要注意的，同步D触发器同样存在空翻现象。

由于其高电平导通、低电平保持的特性，钟控D触发器还被称为 D锁存器。

4. 同步JK触发器

同步JK触发器是另一种有效避免基本RS触发器RS两端同时有效的电路结构，它也是在同步RS触发器的基础上进行简单修改得到的，电路如下：

当CP为1的时候其工作情况如下：

其真值表如下，可见J=1、K=1时候会发生空翻现象：

5. 同步T触发器

将同步与=JK触发器的JK两个输入连到一起，就得到了同步T触发器，电路如下：

真值表如下：

同步T触发器就相当于一个仅具有保持和翻转功能的同步JK触发器，存在空翻现象。

6. 主从RS触发器

钟控触发器虽然可以对触发器的状态起到一定的控制作用，但是当CP有效时存在空翻的问题，为了让触发器的状态在CP有效期间仅改变一次，可以为触发器添加触发引导电路，形成主从结构的触发器，主从RS触发器的电路如下：

由上图可知，主从RS触发器实际上就是由两个钟控RS触发器级联组成的，其中G5、G6、G7、G8构成了主触发器，它的输入就是整个触发器的输入，它的输出是从触发器的输入；G1、G2、G3、G4构成了从触发器，它的输出就是整个触发器的输出。下面是RS工作状况的分析：

可以看到，CP=1时，Rc和Sc有约束条件不能同时为1，在此期间改变Rc和Sc可以随意改变，Q主随着输入的改变而改变，但是由于从触发器的 $\bar{R}$ 和 $\bar{S}$ 被强制保持不变，所以在此期间真正的输出Q不会发生变化，也就避免了空翻效应；CP=0时，主触发器保持，从触发器直接输出Q主的内容，因为Q主不会发生变化，所以只会改变一次，在CP的下降沿时刻改变。