数字逻辑电路基础：门电路和触发器

有关数字逻辑电路中门电路与触发器的知识，门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件，触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路，它的电路和功能都比门电路复杂。

门电路和触发器

1、门电路

门电路可以看成是数字逻辑电路中最简单的元件。目前有大量集成化产品可供选用。

最基本的门电路有 3 种：非门、与门和或门。非门就是反相器，它把输入的 0 信号变成 1 ， 1 变成 0 。这种逻辑功能叫“非”，如果输入是 A ，输出写成 P=A 。与门有 2 个以上输入，它的功能是当输入都是 1 时，输出才是 1 。这种功能也叫逻辑乘，如果输入是 A 、 B ，输出写成 P=A?B 。或门也有 2 个以上输入，它的功能是输入有一个 1 时，输出就是 1 。这种功能也叫逻辑加，输出就写成 P=A ＋ B 。

把这三种基本门电路组合起来可以得到各种复合门电路，如与门加非门成与非门，或门加非门成或非门。

图 1 是它们的图形符号和真值表。此外还有与或非门、异或门等等。

数字集成电路有 TTL 、 HTL 、 CMOS 等多种，所用的电源电压和极性也不同，但只要它们有相同的逻辑功能，就用相同的逻辑符号。而且一般都规定高电平为 1 、低电平为 0 。

2、触发器

触发器实际上就是脉冲电路中的双稳电路，它的电路和功能都比门电路复杂，它也可看成是数字逻辑电路中的元件。目前也已有集成化产品可供选用。

常用的触发器有 D 触发器和 J—K 触发器。

D 触发器有一个输入端 D 和一个时钟信号输入端 CP ，为了区别在 CP 端加有箭头。它有两个输出端，一个是 Q 一个是 Q ，加有小圈的输出端是 Q 端。另外它还有两个预置端 R D 和 S D ，平时正常工作时要 R D 和 S D 端都加高电平 1 ，如果使 R D =0 （ S D 仍为 1 ），则触发器被置成 Q=0 ；如果使 S D =0 （ R D =1 ），则被置成 Q=1 。因此 R D 端称为置 0 端， S D 端称为置 1 端。 D 触发器的逻辑符号见图 2 ，图中 Q 、 D 、 SD 端画在同一侧； Q 、R D 画在另一侧。 R D 和 S D 都带小圆圈，表示要加上低电平才有效。

D 触发器是受 CP 和 D 端双重控制的， CP 加高电平 1 时，它的输出和 D 的状态相同。如 D=0 ， CP 来到后， Q=0 ；如 D=1 ， CP 来到后， Q=1 。 CP 脉冲起控制开门作用，如果 CP=0 ，则不管 D 是什么状态，触发器都维持原来状态不变。这样的逻辑功能画成表格就称为功能表或特性表，见图 2 。表中 Q n+1 表示加上触发信号后变成的状态， Qn 是原来的状态。“ X ”表示是 0 或 1 的任意状态。

有的 D 触发器有几个 D 输入端： D 1 、 D 2 … 它们之间是逻辑与的关系，也就是只有当 D 1 、 D 2 … 都是 1 时，输出端 Q 才是 1 。

另一种性能更完善的触发器叫 J － K 触发器。它有两个输入端： J 端和 K 端，一个 CP 端，两个预置端： R D 端和 S D 端，以及两个输出端： Q 和 Q 端。它的逻辑符号见图 3 。 J － K 触发器是在 CP 脉冲的下阵沿触发翻转的，所以在 CP 端画一个小圆圈以示区别。图中， J 、 S D 、 Q 画在同一侧， K 、 R D 、 Q 画在另一侧。

 

J － K 触发器的逻辑功能见图 3 。有 CP 脉冲时（即 CP=1 ）： J 、 K 都为 0 ，触发器状态不变； Q n ＋ 1 =Qn ， J ＝ 0 、 K=1 ，触发器被置 0 ： Q n ＋ 1 =0 ； J=1 、 K=0 ， Q n+1 =1 ； J=1 、 K=1 ，触发器翻转一下： Q n ＋ 1 =Qn 。如果不加时钟脉冲，即 CP=0 时，不管 J 、 K 端是什么状态，触发器都维持原来状态不变： Q n ＋ 1 =Qn 。有的 J—K 触发器同时有好几个 J 端和 K 端， J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 之间都是逻辑与的关系。有的 J － K 触发器是在 CP 的上升沿触发翻转的，这时它的逻辑符号图的 CP 端就不带小圆圈。也有的时候为了使图更简洁，常常把 RD 和 S D 端省略不画。