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1.9 触发器应用

触发器在数字电子学的许多领域中都有广泛的应用。触发器是时序电路的主要组成部分。特别是，边沿触发的触发器是非常有用的设备，可以在存储二进制数据、计数器、从一个位置到另一个位置传输二进制数据等广泛应用中使用。

触发器的应用​

触发器的一些最常见应用包括：

  • 计数器
  • 寄存器
  • 频率分频电路
  • 数据传输

所有这些应用都利用了触发器的时钟操作。它们几乎都属于时序电路的范畴。

计数器​

计数器在数字电子学和数字系统中被广泛使用。它们用于在特定时间间隔内计算发生的事件数量。通常，计数器用于在特定时间段内计算进入电路输入端的脉冲数量。

在数字电子学的术语中，计数器是一种产生特定计数序列的时序电路。它是一种用于计时钟信号的电子设备。由于计数器需要记住数字电路的过去状态，因此它们在其结构中包含触发器。

计数器分为两种类型：

  • 异步计数器
  • 同步计数器

异步计数器​

异步计数器也被称为“Ripple Counter（逐位进位计数器）”。异步计数器是通过将反相触发器连接在一起形成的，即第一个触发器连接到时钟脉冲输入端，其余的触发器连接到前一个触发器的输出端。

我们可以通过使用JK触发器并将它们的输入端连接在一起，来创建反相触发器。

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这里，时钟输入仅连接到第一级。由于触发器的传播延迟，第二级由第一级的输出触发。输入时钟脉冲和Q1Q_1输出的转换永远不会同时发生。这被称为“计数器的异步操作”。由于两个输入端都连接到高电平（逻辑1），计数器的输出将在时钟脉冲的上升沿翻转。

我们还可以通过将下一个触发器的输入连接到前一个触发器的反相输出（Q‾1\overline{Q}_1）来创建逐位递减计数器。它将从最大值计数到零，即它作为一个递减计数器。

另一个计数器的例子如下所述。

模-n计数器

模-n计数器在达到指定数字（“n”）后复位。NAND门的输出决定了复位应该发生的数字。通过使用NAND门，可以将普通的逐位进位计数器修改为模-n计数器。当NAND门的输出为低电平时，触发器将复位，因此计数器的输出也会复位。

以模-5计数器为例，计数器在达到状态101时应该复位。NAND门的输入端应该连接到FF1和FF3的输出端，即Q1Q_1和Q3Q_3。当这两个阶段的输出都达到1时，NAND门的输出为0，这将复位计数器。

模-5计数器的逻辑图如下所示。

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同步计数器​

在同步计数器中，所有触发器都连接到同一个时钟信号，并且所有触发器将同时触发。这些计数器也被称为“同时计数器”。

2位同步计数器

在这个计数器中，两个触发器都连接到同一个时钟脉冲。第一个触发器的输出作为下一个触发器的输入。

最初，假设触发器处于复位状态，因为它们的输出为0，即Q1=0Q_1 = 0和Q2=0Q_2 = 0。当我们施加第一个时钟脉冲时，第一个触发器（FF1）将翻转，因为触发器FF1的两个输入端都连接到高电平（逻辑1）。对于第二个时钟脉冲，两个触发器都将翻转，因为触发器FF1和FF2的输入端都处于高电平。如果我们施加第三个时钟脉冲，只有第一个触发器FF1将翻转，因为触发器FF2的输入为0。

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对于3位同步计数器，第三个触发器的输入端连接到一个与门，该与门由第一个和第二个触发器的输出（Q1Q_1和Q2Q_2）驱动，即第三个触发器的输入端连接到乘积Q1Q2Q_1Q_2。同样，对于4位同步计数器，第四个触发器的输入端应该连接到乘积Q1Q2Q3Q_1Q_2Q_3。

我们还使用了许多其他类型的计数器，例如：

  • 环形计数器
  • BCD计数器
  • 十进制计数器
  • 上/下计数器
  • 频率计数器

计数器的应用​

计数器被用作数字时钟、频率计数器、二进制计数器等。

寄存器​

触发器可以存储单个比特的数据，即1或0。寄存器用于存储多个比特的数据。因此，触发器被用于设计寄存器。在数字电子学中，寄存器是一种用于存储信息的设备。由于单个触发器允许存储1位数据，因此将n个触发器连接在一起以存储n位数据。例如，如果计算机需要存储16位数据，则需要一组16个触发器。寄存器的输入和输出可以是串行或并行的，具体取决于需求。寄存器存储的数据位序列称为“字节”或“字”。

当多个触发器串联连接时，这种排列被称为寄存器。存储的信息可以在寄存器之间传输；这些被称为“移位寄存器”。

移位寄存器由触发器组成，其操作取决于触发器的状态。

  • 工作依赖于异步触发的寄存器被称为“异步移位寄存器”。
  • 仅在被时钟脉冲触发时才改变其状态的移位寄存器被称为“同步移位寄存器”。

移位寄存器有多种类型，包括：

  • 左移寄存器
  • 右移寄存器
  • 环形移位寄存器
  • 双向移位寄存器
  • 通用移位寄存器

频率分频​

顾名思义，频率分频电路用于产生正好是输入频率一半的数字信号输出。频率分频电路通常用于异步计数器的设计。

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将输出频率除以2的过程被称为“频率分频”。

这意味着，如果处理频率为160kHz的输入信号，那么频率分频电路将提供80kHz的输出。

数据传输​

“数据传输”是从一个寄存器到另一个寄存器传输数据的过程。

一般来说，移位寄存器执行这种类型的操作。数据可以通过触发器以两种方式传输：

  • 串行数据传输
  • 并行数据传输