组合逻辑电路中的竞争-冒险现象

接线图 2023年07月21日 22:50 194 admin

通过学习知道，基本RS触发器的触发方式是电平触发方式，即只要输入端R、S的电平状态发生变化，触发器的状态就跟着发生相应的变化。但是，在实际应用中，触发器的工作状态不仅要由R、S端的信号来决定，而且还希望触发器按一定的节拍翻转。为此，给触发器加一个控制信号，使触发器只有在控制信号到达时才按输入信号改变状态。控制触发器动作的信号为脉冲信号，因此也叫时钟脉冲或时钟信号，用CP（Clock PulSe）表示。

具有时钟脉冲控制的触发器状态的改变与时钟脉冲同步，所以称为同步触发器。实现时钟控制的最简单的触发器是同步RS触发器。

下面以同步RS触发器为例，介绍同步触发器的电路结构及动作特点。

1、电路结构与工作原理

图1（a）所示为同步RS触发器的电路结构，图1（b）所示为同步RS触发器的逻辑图形符号。


1(a) 电路图	1(b) 逻辑符号

从图1(a)中可以看出，同步RS触发器的电路由两部分组成：一部分是由与非门G₁和 G₂组成的基本RS触发器；另一部分是由与非门G₃和G₄组成的控制电路。

因此，同步RS触发器是在基本RS触发器的基础上进一步扩展而成的。

根据图1(a)，可以写出同步RS触发器的输出与输入之间的逻辑表达式为

(1)

由式（1）可以看出，当CP=0时，不论输入端R、S的状态如何变化，触发器均保持原态不变；当CP=1时，式1相同，即此时实际上是一个基本RS触发器。

根据式（1）可以列出同步RS触发器的特性表，如表1所示。

表1 同步RS触发器的特性表

CP	S	R	Qⁿ	Qⁿ⁺¹	功能说明
0	×	×	0	0	保持原态
0	×	×	1	1	保持原态
1	0	0	0	0	保持原态
1	0	0	1	1	保持原态
1	0	1	0	0	输入状态与S相同
1	0	1	1	0	输入状态与S相同
1	1	0	0	1	输入状态与S相同
1	1	0	1	1	输入状态与S相同
1	1	1	0	×	状态不定
1	1	1	1	×	状态不定

在使用同步RS触发器的过程中，经常需要在时钟信号来临之前将触发器预先设置成指定的状态。因此在实用的同步RS触发器电路中，往往还设有置位输入端和复位输入端。因为置位、复位操作不与时钟脉冲同步，因此又称为异步置位输入端和异步复位输入端，如图2所示。


2(a) 电路图	2(b) 逻辑符号

由图2可以看出，异步置位输入端组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第6张和异步复位输入端组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第7张分别加在输出门G₁和G₂上，只要在和加上低电平，立即将触发器置1或置0，而不受时钟脉冲的控制，即与时钟脉冲异步。触发器正常工作时，组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第10张和组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第6张要处于高电平，只有在触发器需要清零或置1时才将和组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第7张处于低电平。

2、动作特点

由图1和2可以看出，在CP=0期间，同步RS触发器保持原来的状态，不受输入信号R和S的影响（组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第6张 = 组合逻辑电路中的竞争-冒险现象第7张 =1）。在CP=1期间，S和R的信号全部通过G₃和G₄门传到基本RS触发器的输入端，即在CP=1的全部时间里，输入端R和S的信号都能引出触发器输出端的变化。

在一个时钟脉冲周期中触发器发生多次翻转的现象叫做空翻。空翻是一种有害的现象，它使得时序电路不能按时钟节拍工作，造成系统的误动作，如图3所示。