JK 触发器的工作原理

简介

触发器是以两个稳定状态存储单个二进制数据位的集成电路，广泛应用于计数器、寄存器、除法器以及顺序逻辑电路（又称为非稳态多谐振荡器），本文使用的实例就是这种电路。

触发器有多种类型可供选择，常见功能有设置和复位输入、清除、预设、时钟输入和互补逻辑输出。触发器由时钟输入的上升或下降沿跃迁触发。常见类型包括 SR 触发器、D 触发器或 T 触发器。JK 触发器有时被称为“通用”触发器，因为它们经过配置后可模拟多种其他类型的触发器。

JK 触发器功能

使用触发器时，须随时查阅器件规格书的真值表，以根据多个输入选项和时钟跃迁确定输出特征。例如，Texas Instrument 的 CD74HCT73E 是一款具有常见特征和易读取真值表的典型双 JK 触发器。

要记住两个基本事实：Q（带横线）或非 Q 输出始终是对 Q 输出的补充；只有 4 种 JK 输入配置能确定时钟输入从高电平到低电平跃迁时的输出。有关可能的 JK 配置，参见图 1。切换一词表示当 J 和 K 都为高电平且时钟从高电平到低电平跃迁时，Q 和非 Q 输出的当前状态翻转（真值表中条件 4）。

图 1.典型 JK 触发器规格书真值表。

所述的基本真值未考虑复位 (R) 输入，此输入会在复位保持低电平时，为触发器提供初始状态。对于复位处于低电平时的时钟和 JK 输入，规格书中使用“无关”一词。这些输入的变化不会影响输出，直到复位保持高电平并接收到时钟跃迁。

思考重点：在触发器首次通电时，其输出不会自动设置为已知状态。由于无法预测会出现哪种输出状态，因此复位输入允许在通电后将输出初始化为已知状态。

顺序逻辑电路示例：摩斯字符生成器

三个 DIT 才能生成一个 DAH

Digi-Keyer 摩斯字符生成器包含许多处理特定任务的元器件。为了演示触发器的作用，我们在称为 FF1 和 FF2 的触发器中加入了相关元件。关于 Digi-Keyer 的 DIT-DAH 字符形成部分的原理图，参见图 2。

图 2.Digi-Keyer 触发器字符形成电路

在深入研究字符（DIT 和 DAH，又称为 DOT 和 DASH）的创建之前，必须先说明 NOR1 逻辑门的功能。NOR1 不仅是字符输出电路的第一级。当 NOR1 输出低电平时，它还能让定时电路向 FF1 发出规则脉冲。当 NOR1 输出高电平时，脉冲在电流计时周期末尾处停止。

按下 DIT 翘板开关会触发从计时电路到 FF1 C 输入的初始高到低电平跃迁脉冲。因为两个 JK 输入都保持高电平，输出引脚 Q 和非 Q 发生切换。非 Q 触发 NOR1 输出低电平信号返回计时电路，表示 DIT 正在处理。计时功能完成时，另一个脉冲被发送到 FF1，将其切换回正常状态。DIT 形成期间，FF1 的 Q 输出触发 FF2 的 C 输入，但由于 DAH 翘板未按下（FF2 的 J 输入为低电平），FF2 的输出如图 1 真值表中的条件 3。图 3 罗列了生成单个 DIT 的结果顺序逻辑真值表。

图 3.顺序逻辑 DIT 形成真值表。

按下 DAH 翘板也会触发来自计时电路的初始脉冲，此脉冲会切换 FF1 并将 FF2 的 J 输入设置为高电平，从而导致 FF2 输出也会切换。由于 FF2 的 Q 输出还会触发 NOR1 输出低电平，因此会继续产生计时脉冲。FF1 和 FF2 都返回到正常状态需要三个 DIT 周期，在此之前，NOR1 的输出不会变回高电平。图 4 罗列了生成单个 DAH 的顺序逻辑真值表。

图 4.顺序逻辑 DAH 形成真值表。

触发器返回正常状态的时长取决于高到低电平跃迁的时间。本例中，一个脉冲周期的低电平时间固定为 8 ms，但计时电路中的高电平时间可在 15 到 150 ms 之间调节。在最低设置时，DIT 字符约 158 ms 长，DAH 约为 474 ms。如果任意一个或两个翘板均保持闭合（高电平），让 FF1 和 FF2 回到正常状态的最后一次高到低电平跃迁会在 8 ms 内跃迁回高电平，这样两个字符之间就会有固定的间隙。

另一个思考重点：电路通电时，FF1 和 FF2 可能以随机的逻辑状态结束，如前所述。如果任何状态导致 NOR1 输出低电平，则计时电路将开始发送脉冲，直到 FF1 和 FF2 达到其正常状态。因此，触发器在通电后会自动初始化为正常状态，而无需使用复位输入。

总结

逐步跟踪触发器的逻辑可能比较困难，因此生成如图 3 和 4 的真值表有助于直观了解后台正在进行的操作。在本例中，执行了多步顺序逻辑，而未使用微控制器或固定、始终运行的时钟。触发器的输出就是存储的数据，需要刻意改变输入才能影响输出的变化。该数据也是易失性的。断电后数据丢失。摩斯字符生成器的目标并非生成数据。触发器用于记住上一个状态，以便在时钟脉冲从高到低跃迁期间确定下一个状态。

资源：

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