1、广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现I摘 要21 世纪是信息数字化的时代，全世界正在进行着一场信息数字化的革命即用0 和 1 数字编码来表述和传输各种信息的一场革命,伴随着半导体、超导体、微电子技术的迅猛发展、电子计算机的全面应用，数字电子技术在科学领域中有了很大的发展，如今已经成为了发展最快的学科之一。数字电子电路在技术上的进步推动了其他学科的发展，产生越来越深远的影响，涉及人类生活和生产的多个方面，进而推动了科学和社会的进步，可以看出数字电子技术的影响力也变得越来越大，数字电子技术也变成最有潜力的发展之一。在以逻辑电路为代表的数字电子技术中，以时序电路的广泛应用和高速发展占据
2、着主导的地位，触发器是时序逻辑电路的重要组成部分，要想正确的运行和使用数字电路，推动数字电子技术的发展，那么由触发器构成的时序逻辑电路的重要性是不言而喻的。只有熟悉触发器的构成和工作原理，才能正确的设计好针对它的方法，才能正确的设计出好的数字电路。本文以 JK 触发器为实例，逐步深入，对其电路结构和工作原理进行研究，以便更好更科学地利用 JK 触发器。关键词：数字电路；JK 触发器；时序电路；计数器广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现IIAbstractThe 21st-century is the era of Informational Digital Diagrams, t
3、he whole world is under a digital information revolution-use 0 and 1 digital coding to describe and transmission all kinds of information. With the rapid development of semiconductor technology and the wide application of micro computer, digital electronic technology has become one of the fastest gr
4、owing discipline in the field of modern science and technology. Its development is not only a profound influence on peoples production and life, but also promote the progress of other disciplines.In logic integrated circuit as a representative of digital circuits, sequential logic circuit was in the
5、 dominant position, and Flip Flop is an important component of basic sequential logic circuit, to let a digital circuit can correct operation, then the Flip Flop is indispensable in sequential logic circuit. Only familiar with the Flip Flop, the composition and working principle, can we design the c
6、orrect method according to the Flip Flop, can we design a great digital circuit. In order to better and more scientific use of all kinds of Flip Flop,here we will based on the J-K Flip Flop, gradually thorough and research the circuit structure and working principle.Key Words：Digital circuit; JK Fli
7、p-Flop; Sequence circuit;counter广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现III目 录摘 要 .IABSTRACT.II1.JK 触发器的概述 .- 1 -1.1 JK 触发器的定义 .- 1 -1.2 JK 触发器的电路结构 .- 2 -1.3 JK 触发器的工作原理 .- 3 -2JK 触发器与其他触发器之间的转换 .- 7 -2.1 JK 触发器与 D 触发器之间的转换 .- 7 -2.2 JK 触发器转换成 T 触发器 .- 8 -3JK 触发器的应用与设计方法 .- 9 -3.1 由 JK 触发器构成的时序电路 .- 9 -3.2 由 JK 触
8、发器构成的计数器 .- 13 -3.3 由 JK 触发器构成 的抢答器 .- 17 -3.4 由 JK 触发器构成的模拟汽车尾灯 控制系统 .- 17 -4. 结语 .- 19 -参考文献 .- 20 -致 谢 .- 21 -广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 1 -JK 触发器的应用和实现数字电子技术的主要研究内容包括各种各样的门电路、集成电子器件，组合电路和时序电路的设计和科学应用，以及寄存器、分频器、定时器、控制器等电子元件的设计，涉及通讯、医疗、教学、航天等多个行业，研究数字电子技术的科技人员也越来越多，可见未来数字电子技术应用的内容和方向也将会越来越广泛。20 世纪
9、 90 年代以来，计算机逐渐普及，计算机科学与技术得到巨大的发展，用数字电路进行各种信号处理的应用也更加突出。为了充分理解和科学利用数字电子电路在各种信号处理的应用上的功能，我们先将模拟信号转换成数字信号，然后将转换好的数字信号进行再次处理，最后将处理好的结果根据需求转换为对应的模拟信号进行输出。如今，数字电子技术已经大量地应用于微型计算机，集成电路，信号控制系统，科学测量，军事，电力，通信等众多领域，对科学的贡献也是越来越大。例如在通信领域，数字电子电路构成的信号通讯系统不仅精度高，功能更强，而且更容易实现自动化和智能化。随着集成电子电路技术的发展，特别是是中规模、大规模和超大规模集成电子电
10、路的高速发展，数字电子技术的应用将会扩大到更广的范围，数字电子技术对生产和生活的影响会越来越深远。数字系统的基本逻辑元件是门电路和双稳态触发器，由这些逻辑元件可构成一些标准的固定功能的集成电路，如 74/54 系列、 （CMOS）芯片和一些固定功能的中规模集成电路。它们少量作为独立元件使用，则大量构成组合电路、时序电路及由这些部件构成的大规模集成电路，触发器在其中扮演着重要角色。1.JK 触发器的概述1.1 JK 触发器的定义JK 触发器是 JK 主从触发器的简称，它是在基本 RS 触发器的基础上经同步 RS 触发器、主从 RS 触发器演变而来的。基本 RS 触发器是触发器中最简单的一种，它的
11、电路结构和功能是所有触发器中最简单的，是其他更强功能的触发器最基本的一个组成部分，更科学的说，它是任何类型触发器的一个最基本的组成单元。两个与非门的输入端输出端进行交叉耦合，即广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 2 -可构成一个基本 RS 触发器。基本 RS 触发器的状态置入无法从时间上加以控制，触发器的状态只有在触发信号发出时才能做出相应的变化，而在数字系统中，为协调各部分的动作，常常要求某些触发器于同一时刻动作，为此必须引入同步信号，使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。这些同步信号通常叫做时钟脉冲（Clock Pulse） ，或称时钟信号，通常是用 CP
12、 表示，用来触发信号，在很多情况扮演着重要角色。 1脉冲是数字电路信息表达、传送和接收、处理和储存的基本形式，正确的理解和认识脉冲是数字电路的重要内容之一。利用时钟信号 CP 来控制输入信号的触发器，称为时钟触发器，也叫做同步触发器，同步 RS 触发器就是一种用时钟信号 CP 来控制的同步触发器，相比基本 RS 触发器，同步 RS 触发器由时钟脉冲来控制触发器的信号，这一点比基本 RS 触发器更科学，但是同步 RS 触发器的 R 端和 S 端不能同时为 1，这是一个条件限制。由于在同一 CP脉冲下触发器会发生多次的翻转，因此同步 RS 触发器有空翻的缺陷。为了改变空翻的现象，让触发器能更好的工
13、作，希望触发器在每个 CP 周期里输出端的状态只改变一次，为此，在同步 RS 触发器的基础上又设计了主从结构的 RS 触发器。虽然主从 RS 触发器解决了抗干扰的问题，但是它的使用也是有条件限制的。为了解决 RS 触发器有条件限制的问题，将主从 RS 触发器的进行改进，将触发器的输出端反馈到输入端，就变成了主从 JK 触发器，其特性表可得到改进，改进之处是当输入端 J 端和 K 端同时为“1”时，输出状态是确定的，输出次态一定是翻转的，即原态为“1” ，次态则为“0” ，原态为“0” ，次态则为“1” 。主从 JK 触发器的逻辑功能较强，并且 J 与 K 间不存在约束条件，因此用途更加广泛。1
14、.2 JK 触发器的电路结构主从 JK 触发器的结构图和逻辑符合如下：广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 3 -由上图可知，主从结构的 JK 触发器是在主从 RS 触发器的基础上增加两条反馈线，把 Q 端和 Q 端的信号引到 G7门和 G8门的输入端，具体操作是让一根线从 Q 端引到 G7门的输入端，另一根从 Q 端引到 G8门的输入端，并把原来的 S 端和 R 端分别改为 J 端和 K 端。J 端和 K 端是信号输入端，是发生触发的前提，Q 和 Q 为输出端。通常把Q=0、Q=1 的状态定为触发器的“0”状态；而把 Q=1、Q=0 定为触发器的“1”状态。1.3 JK 触发
15、器的工作原理主从 JK 触发器的工作原理分为两个过程：(1)当 CP1 时，CP0，从触发器被封锁，保持原状态不变。这时，G 7、G 8打开，主触发器工作，接收 J 和 K 端的输入信号。（2）当 CP 由 1 跃变到 0 时，即 CP=0、CP1。主触发器会被封锁，此时输入信号 J、K 不会影响主触发器的状态。而这时，由于 CP1，G 3、G 4会打开，此时从触发器会接收主触发器输出端的状态。由上面的分析可知，主从触发器的翻转是在时钟信号 CP 由 1 变 0 的瞬间（即 CP下降沿时）发生的，CP 一旦变为 0 后，主触发器会被封锁，主触发器的状态不再受 J端和 K 端输入的影响，故此时主
16、从触发器对输入信号的敏感时间大大缩短，只在 CP由 1 变 0 的瞬间触发翻转，因此不会有空翻的现象，由这一点可以看出，JK 触发器比RS 触发器更加的稳定，所以 JK 触发器的应用也会更加的广泛。 2在逻辑功能方面，JK 触发器与 RS 触发器的功能基本相同，不同的地方是 JK 触发器没有像 RS 触发器 SR=0 的约束条件，在 J=K=1 的时侯，每输入一个时钟信号 CP 后，触发器就会向相反的状态翻转一次，具体表现如表 1-3-1 中 JK 触发器的功能表所示。广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 4 -表 1-3-1 为 JK 触发器的功能表：表 1-3-1 JK 触
17、发器的功能表J K Qn Qn+1 功能说明0 0 0 00 0 1 1保持原状态0 1 0 00 1 1 0输出状态置 01 0 0 11 0 1 1输出状态置 11 1 0 11 1 1 0输出状态翻转根据表 1-3-1 可画出 JK 触发器 Qn+1的卡诺图，如图 1-3-2 所示。由此可得 JK 触发器的特性方程为： nnKJ1JK 触发器的状态转换图如图 1-3-3 所示。图 1-3-2 JK 触发器 Qn+1的卡诺图 图 1-3-3 JK 触发器的状态转换图JK 触发器的波形图如图 1-3-4 所示。图 1-3-4 波形图 Q 0 0K11n0 0 11 1 01 10 0 1 0
18、 1 广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 5 -综合上面的分析和总结可以发现，JK 触发器是一种功能强大、使用方便、灵活通用和改造性较强的触发器，可知，未来 JK 触发器将会是最重要的触发器之一。下面我们将用 74LS112 触发器来验证 JK 触发器的功能，实验所用的 74LS112 触发器为双 JK 触发器，其引脚排列和逻辑符号如图 1-3-5：由 74LS112 触发器的逻辑符合，可以看到连接 CP 的引脚有个三角形，这个三角形表示该触发器是一种下降边沿触发有效的边沿触发器。图 1-3-5 74LS112 触发器的引脚排列和逻辑符合其中：1CP、2CP 端为时钟输入端（
19、下降沿有效） ；1J、2J、1K、2 K 端为数据输入端；1Q、2Q、1Q、2Q 端为输出端；1RD、2 R D 端为直接复位端（低电平有效） ；1SD、2S D端为直接置位端（低电平有效） 。 474LS112 双 JK 触发器实验中电路连接图如下：广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 6 -实验结果如下：当 Qn=0 时，Q n+1的输出转换如下：广东金融学院 本科毕业论文JK 触发器的应用与实现- 7 -当 Qn=1 时，Q n+1的输出转换如下：由上面的的输出状态可知，当 J=K=0 时，触发器保持原状态；当 J=0，K=1 时，触发器保持置“0”状态；当 J=1，K=0 时，触发器保持置“1”状态；当 J=K=1 时，触发器的状态翻转。测试结果记录如下：输入 输出 Qn+1J K RD CP 原状态 Qn=0 原状态 Qn=1 状态01 0 10 0 110 0 1状态不变01 0 00 1 110 0 0置 001 1 11 0 110 1 1置 101 0 11 1 110 1 0状态翻转2JK 触发器与其他触发器之间的转换2.1 JK 触发器与 D 触发器之间的转换2.1.1 JK 触发器转换成 D 触发器：D 触发器属于边沿触发器的范畴，有上升沿触发式的 D 触发器，这种电路只在控
