每日关注!采用NAND和NOR门的SR触发器

　　原标题：采用NAND和NOR门的SR触发器

　　来源：电子产品世界

　　在本教程中，我们将讨论数字电子学中的基本电路之一--SR 触发器。

　　我们将看到使用 NOR 和 NAND 门的 SR 触发器的基本电路、其工作原理、真值表、时钟 SR 触发器以及一个简单的实时应用。

　　本文引用地址：

　　电路简介

　　我们迄今为止看到的电路，即多路复用器、解复用器、编码器、解码器、奇偶校验发生器和校验器等，都被称为组合逻辑电路。

　　在这类电路中，输出只取决于输入的当前状态，而不取决于输入或输出的过去状态。

　　除了少量的传播延迟外，当输入发生变化时，组合逻辑电路的输出立即发生变化。

　　还有一类电路，其输出不仅取决于当前的输入，还取决于过去的输入/输出。

　　这类电路被称为顺序逻辑电路。

　　如何获取 "过去的输入/输出 "数据？我们必须有某种 "存储器 "来存储数据，以便日后使用。

　　能够存储数据并充当 "存储器 "单元的设备或电路被称为锁存器或触发器。

　　注："锁存器 "和 "触发器 "是同义词，但在技术上略有不同。

　　简单地说，触发器是一种时钟控制锁存器，即只有在有时钟信号（高电平或低电平，取决于设计）时，输出才会发生变化。

　　什么是触发器？

　　触发器是一种基本存储单元，可以存储 1 位数字信息。

　　它是一种双稳态电子电路，即有两种稳定状态： 高电平或低电平。

　　由于触发器是双稳态元件，因此在外部事件（称为触发器）发生之前，触发器的输出都会保持稳定状态。

　　由于触发器在输入后会长期保持输出状态（除非采取任何措施改变输出状态），因此触发器可被视为存储设备，可以存储一个二进制位。

　　使用两个串联的反相器，并将第二个反相器的输出反馈到第一个反相器的输入，就可以设计出一个简单的触发器。

　　以下电路显示了使用反相器的触发器。

　　假设 Q1 为输入端，Q3 为输出端。

　　最初，假设反馈断开，将 Q1 接地，使其为 0（逻辑 0，低电平，位 0）。

　　现在，如果连接反馈，并断开 Q1 输入与地的连接，Q3 仍将继续为 0。

　　同样，如果不接地，而是用 1（逻辑 1，高电平，位 1）重复同样的过程，输出 Q3 将保持 1。

　　这是一个具有两个稳定状态的简单触发器，在外部事件（如本例中的输入变化）发生之前，它一直处于特定状态，因此是一个存储器。

　　这是一个具有两个稳定状态的简单触发器，在出现外部事件（如本例中的输入变化）之前，它一直处于特定状态，因此是一个存储器。

　　SR 触发器概述

　　上述基于反相器的触发器只是为了了解其工作原理，并没有任何实际用途，因为它不提供任何输入。

　　这就是 NOR 和 NAND 门的作用所在。

　　如下图所示，上述基于反相器的触发器可以使用 NOR 门来实现。

　　暂时忽略 "R "和 "S "值，让我们以更常规的形式重绘上述电路，并将 Q2 重命名为 Q，将 Q3 重命名为 Q。

　　由此可见，触发器有两个输入端：R 和 S： R 和 S，以及两个输出端： 从表示法中可以清楚地看出，输出端是互补的。

　　让我们试着分析一下输入及其相应输出的不同可能性。

　　这里需要注意的重要一点是，对于 NOR 逻辑门来说，逻辑 "1 "是主导输入，如果其中任何一个输入为逻辑 "1"（高），则输出为逻辑 "0"（低），与其他输入无关。

　　有鉴于此，让我们来分析一下上述电路。

　　情况 1：R = 0 和 S = 0

　　在第一种情况下，两个 NOR 逻辑门的输入均为逻辑 "0"。

　　由于它们都不是主导输入，因此对输出没有影响。

　　因此，输出保持之前的状态，即输出没有变化。

　　这种情况称为 "保持条件 "或 "无变化条件"。

　　情况 2：R = 0 和 S = 1

　　在这种情况下，"S "输入为 1，这意味着 NOR 门 B 的输出将变为 0。

　　因此，NOR 栅极 A 的两个输入端都变为 0，从而使 NOR 栅极 A 的输出端和 Q 的值都变为 1（高电平）。

　　由于输入 S 的 "1 "会使输出切换到其中一个稳定状态，并将其设置为 "1"，因此 S 输入称为 SET 输入。

　　情况 3：R = 1，S = 0

　　在这种情况下，"R "输入为 1，这意味着 NOR 门 A 的输出将变为 0，即 Q 为 0（低电平）。

　　因此，NOR 栅极 B 的两个输入端都变为 0，从而使 NOR 栅极 B 的输出为 1（高）。

　　由于输入 R 的 "1 "会使输出切换到其中一个稳定状态，并将其复位为 "0"，因此 R 输入称为 RESET 输入。

　　情况 4：R = 1 和 S = 1

　　该输入条件是禁止的，因为它会迫使两个 NOR 门的输出都变为 0，这违反了互补输出的原则。

　　即使应用了该输入条件，如果下一个输入变成 R = 0 和 S = 0（保持条件），也会导致 NOR 门之间出现 "竞赛条件"，从而导致输出出现不稳定或不可预测的状态。

　　因此，输入条件 R = 1 和 S = 1 根本无法使用。

　　因此，根据上述情况和不同的输入组合，SR 触发器的真值表如下表所示。

　　SR 触发器的逻辑符号如下所示：

　　栅极的SR触发器（技术上称为RS触发器）

　　SR 触发器也可以通过两个 NAND 栅极的交叉耦合来设计，但保持和禁止状态是相反的。

　　它是一种有源低输入 SR 触发器，因此我们称之为 RS 触发器。

　　使用 NAND 门的 SR 触发器电路如下图所示

　　NAND 门的一个重要特点是，它的主导输入为 0，即如果任何一个输入为逻辑 "0"，则输出为逻辑 "1"，与其他输入无关。

　　只有当所有输入都为 1 时，输出才为 0。

　　有鉴于此，让我们来看看基于 NAND 的 RS 触发器的工作原理。

　　情况 1：R = 1 和 S = 1

　　当 S 和 R 输入端均为高电平时，输出端保持之前的状态，即保存之前的数据。

　　情况 2：R = 1 和 S = 0

　　当 R 输入为高电平，S 输入为低电平时，触发器处于 SET 状态。

　　由于 R 为高电平，NAND 栅极 B 的输出（即 Q）变为低电平。

　　这将导致 NAND 门 A 的两个输入端均变为低电平，从而使 NAND 门 A 的输出端（即 Q）变为高电平。

　　情况 3：R = 0 和 S = 1

　　当 R 输入端为低电平，S 输入端为高电平时，触发器将处于 RESET 状态。

　　由于 S 为高电平，NAND 栅极 A 的输出（即 Q）变为低电平。

　　这将导致 NAND 门 B 的两个输入端均变为低电平，从而使 NAND 门 A 的输出端（即 Q）变为高电平。

　　情况 4：R = 0 和 S = 0

　　当 R 和 S 输入均为低电平时，触发器将处于未定义状态。

　　因为 S 和 R 的低输入违反了触发器输出应互补的规则。

　　因此，触发器处于未定义状态（或禁止状态）。

　　下面的真值表总结了上述借助 NAND 栅极设计的 SR 触发器的工作原理。

　　使用 NAND 逻辑门的 RS 触发器可以通过反相输入转换成与普通 SR 触发器相同的真值表。

　　如下图所示，我们可以不使用反相器，而是使用具有公共输入的 NAND 栅极。

　　简单的 SR 触发器存在的问题是，它们对控制信号的电平敏感（虽然图中没有显示），这使得它们成为一个透明器件。

　　为了避免这一问题，我们引入了门控或时钟 SR 触发器（无论何时使用 SR 触发器一词，通常都是指时钟 SR 触发器）。

　　时钟信号使器件对边沿敏感（因此没有透明度）。

　　时钟式 SR 触发器

　　时钟式 SR 触发器有两种类型：基于 NAND 和基于 NOR。

　　使用 NAND 门的时钟式 SR 触发器电路如下所示

　　该电路是在基于 NAND 的 SR 触发器上添加两个 NAND 门而形成的。

　　输入为高电平有效，因为额外的 NAND 门会对输入进行反相。

　　两个额外 NAND 门的输入均为时钟脉冲。

　　因此，时钟脉冲的转换是该器件运行的关键因素。

　　假设它是一个正边沿触发器件，该触发器的真值表如下所示。

　　使用 NOR 门也可以实现同样的功能。

　　使用 NOR 门的时钟 SR 触发器电路如下所示。

　　该图显示了 RS 触发器的结构（因为 R 与输出 Q 相关联），SET 和 RESET 的功能保持不变，即当 S 为高电平时，Q 被置 1，当 R 为高电平时，Q 被复位为 0。

　　应用

　　SR 触发器是一种非常简单的电路，但由于其非法状态（S 和 R 均为高电平（S = R = 1）），因此在实际电路中应用并不广泛。

　　但是，它们在开关电路中的应用却很广泛，因为它们提供了简单的开关功能（在设置和复位之间）。

　　开关去弹跳电路就是这样一种应用。

　　SR 触发器用于消除数字电路中开关的机械反弹。

　　机械反弹

　　机械开关在按下或松开时，往往需要一些时间并振动数次才能稳定下来。

　　开关的这种非理想行为被称为开关反弹或机械反弹。

　　这种机械反弹往往会在低电压和高电压之间波动，数字电路可以对其进行解释。

　　这可能导致脉冲信号的变化，而这一系列不需要的脉冲将导致数字系统工作错误。

　　例如，在信号弹跳期间，输出电压的波动非常大，因此寄存器会对多个输入而不是单个输入进行计数。

　　为了消除数字电路的这种行为，我们使用了开关去抖电路，在这种情况下，我们使用了 SR 触发器。

　　SR 触发器如何消除机械反弹？

　　根据当前的输出状态，如果按下设置或复位按钮，那么输出将发生变化，它将计算一个以上的信号输入，即电路可能会接收到一些不需要的脉冲信号，因此由于机器的机械弹跳作用，Q 值的输出不会发生变化。

　　当按下按钮时，触点将影响触发器的输入，当前状态将发生变化，并且不会对电路/机器的任何其他机械开关弹跳产生进一步影响。

　　如果开关有任何额外的输入，则不会有任何变化，SR 触发器将在一小段时间后复位。

　　因此，只有在 SR 触发器执行状态变化后，即只有在接收到单时钟脉冲信号后，同一开关才会开始使用。

　　开关去弹跳电路如下所示。

　　开关的输入端连接到地（逻辑 0）。

　　每个输入端都连接有两个上拉电阻。

　　它们确保触发器的输入端 S 和 R 在开关处于触点之间时始终为 1。

　　使用 NOR SR 触发器可构建另一种电路。

　　开关的输入端连接到逻辑 1。

　　每个输入端都连接有两个下拉电阻。

　　它们确保当开关位于触点 a 和 b 之间时，触发器输入端 S 和 R 始终为 0。

　　常用的消除机械开关弹跳的集成电路有 MAX6816 - 单输入、MAX6817 - 双输入、MAX6818 - 八进制输入开关缓冲器集成电路。

　　这些 IC 包含 SR 触发器的必要配置。

　　结论

　　这是一个关于 SR 锁存器或 SR 触发器这一基本存储电路的完整入门教程。

　　您将了解到什么是 SR 触发器、它的工作原理、使用 NOR 和 NAND 栅极的实现方法、时钟 SR 触发器以及 SR 触发器的一个重要应用。

　　本文《采用NAND和NOR门的SR触发器》介绍到此结束，感谢阅读。