RS触发器(Reset-Set Flip-Flop) 是最基础的时序逻辑电路之一,由两个交叉耦合的 或非门(NOR) 或 与非门(NAND) 构成,用于存储 1位二进制状态(0或1)。
以下是其核心要点:
1. 基本结构
或非门实现:
Q = NOT (R OR Q') Q' = NOT (S OR Q)
- R(Reset):复位端(高电平有效,使 Q=0)。
- S(Set):置位端(高电平有效,使 Q=1)。
- Q 和 Q’:互补输出端(正常工作时 Q’ = NOT Q)。
与非门实现:
Q = NOT (R AND Q') Q' = NOT (S AND Q)
- 此时 R 和 S 为 低电平有效。
2. 真值表(或非门版本)
R | S | Q | Q’ | 状态 |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 保持 | 保持 | 保持(记忆) |
0 | 1 | 1 | 0 | 置位(Set) |
1 | 0 | 0 | 1 | 复位(Reset) |
1 | 1 | 0 | 0 | 禁止(无效) |
- 注意:当 R=S=1 时,Q=Q’=0 违反互补规则,实际电路中需避免此状态。
3. 核心特性
- 记忆功能:无输入变化时,保持上一次的状态。
- 电平触发:直接由 R/S 端的电平变化控制输出。
- 简单但有限制:存在禁止状态,无法直接用于同步时序电路。
4. 常见变种
- 钟控 RS 触发器:增加时钟(CLK)控制,仅在时钟边沿响应。
- D 触发器:避免禁止状态,将 R/S 合并为单数据线(D)。
- JK 触发器:改进 RS 触发器,允许 J=K=1 时状态翻转。
5. 典型应用
- 消抖电路:消除机械开关的抖动信号。
- 状态存储:临时保存控制信号(如电源管理)。
- 基础构建模块:构成更复杂的寄存器、计数器。
6. 实际电路示例
- 或非门实现:
R ---- NOR1 ---- Q |_____| | | S ---- NOR2 ---- Q'
- 芯片型号:74HC02(四或非门)可搭建 RS 触发器。
7. 注意事项
- 竞争风险:输入信号变化过快可能导致输出不稳定。
- 功耗:静态时无功耗,但开关瞬态消耗能量。
- 延迟:门电路传输延迟影响响应速度。
总结
RS触发器是数字电路的基石,理解其工作原理有助于学习更复杂的时序逻辑设计。尽管功能简单,但其 状态保持 和 直接控制 特性在特定场景(如复位电路)中仍不可替代。