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rs触发器的工作原理

rs触发器的工作原理 复位/置位触发器(R、S分别是英文复位,置位的缩写)也叫做基本R-S触发器,是最简单的一种触发器,是构成各种复杂触发器的基础。

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好的!RS触发器(Set-Reset Flip-Flop)是最基本、也是最重要的时序逻辑电路之一,它的核心功能是能够“记忆”或“存储”1位二进制信息(0或1)。它由两个逻辑门(通常使用与非门(NAND)或非门(NOR))交叉耦合(即输入输出交叉相连)构成。

工作原理核心:交叉反馈与状态保持

RS触发器的关键在于两个门的输出互相连接对方的输入,形成正反馈回路。这使得电路具有记忆能力:一旦电路被置于某个状态(Q=0 或 Q=1),即使原始的输入信号撤销或改变,只要没有新的有效输入,电路就能保持之前的状态不变。

两种基本类型及其工作原理:

  1. 由与非门(NAND)构成的RS触发器(低电平有效)

    • 结构: 两个与非门交叉耦合。两个输入端: (Set,低电平有效) 和 (Reset,低电平有效)。
    • 输出: Q(通常代表非Q,即Q的互补输出,并非所有触发器都有的实际输出引脚)。
    • 真值表: Q (次态) (次态) 功能说明
      1 1 Qₙ Q̅ₙ 保持状态
      0 1 1 0 置位(SET):Q 设置为 1
      1 0 0 1 复位(RESET):Q 重置为 0
      0 0 *1 *1 禁止状态!
    • 关键点解释:
      • 置位(Set):S̅ = 0 (有效),R̅ = 1 (无效)时,无论Q原来的状态是什么,迫使 Q = 1
      • 复位(Reset):S̅ = 1 (无效),R̅ = 0 (有效)时,无论Q原来的状态是什么,迫使 Q = 0
      • 保持(Hold):S̅ = 1R̅ = 1 (两者均无效)时,两个门的状态通过交叉反馈锁定,Q 将保持它们之前的状态。这是其存储能力的体现。
      • 禁止状态:S̅ = 0R̅ = 0 (两者均有效)时,两个与非门都力图将输出置为1 (Q=1, Q̅=1)。这就导致了两个问题:
        • Q 都变成1,失去了互补输出的基本要求 ( 应该是 Q 的反)。
        • 当输入同时从 S̅=0, R̅=0 跳变到 S̅=1, R̅=1 时,由于实际电路中两个门的传输延迟不可能完全相同,最终稳定状态是不确定的(可能是Q=0,也可能是Q=1)。这种状态竞争导致输出不可预测。因此,S̅=0, R̅=0 这种输入组合是绝对禁止使用的!
  2. 由或非门(NOR)构成的RS触发器(高电平有效)

    • 结构: 两个或非门交叉耦合。两个输入端:S (Set,高电平有效) 和 R (Reset,高电平有效)。
    • 输出: Q
    • 真值表: S R Q (次态) (次态) 功能说明
      0 0 Qₙ Q̅ₙ 保持状态
      1 0 1 0 置位(SET):Q 设置为 1
      0 1 0 1 复位(RESET):Q 重置为 0
      1 1 *0 *0 禁止状态!
    • 关键点解释(与NAND型类似但电平有效方式相反):
      • 置位(Set): S = 1 (有效),R = 0 (无效) => Q = 1
      • 复位(Reset): S = 0 (无效),R = 1 (有效) => Q = 0
      • 保持(Hold): S = 0R = 0 => 保持状态。
      • 禁止状态: S = 1R = 1 => Q = 0, Q̅ = 0 (不互补),跳变到S=0, R=0时状态不确定。故S=1, R=1输入组合禁止使用

总结RS触发器的关键特性与工作原理核心:

  1. 双稳态: 有两个稳定的输出状态:Q=0 (或 Q=1) 和 Q=1 (或 Q=0)。
  2. 置位与复位: 使用有效的 S (或 ) 信号可以将输出 设置为逻辑1 (Set)。使用有效的 R (或 ) 信号可以将输出 重置为逻辑0 (Reset)
  3. 记忆/存储:S/R (或 /) 都无效时,触发器保持之前的状态不变(由于内部的交叉反馈锁存)。这是它与组合逻辑电路的根本区别。
  4. 无效输入组合: 存在一个被禁止的输入组合(NAND型:S̅=0, R̅=0;NOR型:S=1, R=1)。这种组合会导致输出不满足互补特性,并在输入改变后产生不确定的状态。
  5. 异步操作: 基本RS触发器(也称为基本RS锁存器)的输出状态直接由SR输入决定,没有时钟信号控制。输出会随着输入有效电平的到来而立即改变(不考虑门延迟)。这使得它易于受输入信号中的噪声干扰产生意外翻转。为了解决同步问题,引入了同步(时钟控制)RS触发器,它在基本RS触发器前增加了控制门,由一个时钟信号(CLK)控制SR信号何时被接收。

简单来说,RS触发器的工作原理就是利用两个门电路的交叉耦合形成的正反馈来锁存住输入信号(S或R有效时)带来的新状态,并在输入信号无效后(S和R均无效时),利用这种正反馈来维持(记忆)住这个状态。它的行为和有效性取决于输入端的信号组合。

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