基于D触发器的音频信号发生器威廉希尔官方网站 图 D触发器的工作原理和脉冲特性

一、D触发器的基本概念

D触发器（Data Flip-Flop或Delay Flip-Flop）是数字电子威廉希尔官方网站 中一种重要的存储器件，主要用于存储1位二进制数据。它具有记忆功能，能够在特定的时钟脉冲作用下，将输入端的信号状态锁存到输出端，并保持该状态直到下一个时钟脉冲的到来。D触发器是数字逻辑威廉希尔官方网站 中构成多种时序威廉希尔官方网站 的基本逻辑单元，因此在数字系统和计算机中有着广泛的应用。

二、D触发器的工作原理

时钟信号CK通过倒相器生成反相信号CZ。D端是D触发器的信号输入。Q和QZ是D触发器的输出端。QZ通过G5输出Q的反相信号。为了便于文字表达，通常用CZ和QZ表示!CK和!Q(用“!”表示取反NOT，和上划线表示一样，读“bá”)。

G1和G2形成回路。G1的输出通过G2连接到G1的输入，称为反馈(feed back)。同理，G3和G4也形成反馈回路。

当CK为高电平时，T1导通，输入端D的信号通过G1和G2的反馈回路，使得G1的输出始终保持为D的反相电平。此时，T2截止，呈现高阻状态，G3不能接受G1的输出，而是通过G3和G4的反馈回路，保持其原有的信号。

当CK为低电平时，T1截止，呈现高阻状态，G1不能接受D的输入信号，而是保持T1导通时输入的信号。而T2导通，G3接受G1的输出信号，将改变其输出Q的信号。

等到下一个时钟信号CK再为高电平时下一个D信号才能进入这个D触发器。

CK为高电平期间，称为保持状态。CK为低电平期间，称为传输状态。

这种由时钟控制的威廉希尔官方网站 ，称为时序威廉希尔官方网站 。这是由于D触发器与时钟信号控制来决定其信号的状态，而且能够保持一定的电平，所以称为具有记忆功能的威廉希尔官方网站 。

其中，由T1、G1、G2构成的威廉希尔官方网站 ，以及由T2、G3、G4构成的威廉希尔官方网站 都称为锁存器(latch)。

这种D触发器的类型称为主从触发器(master-slave)。前一个锁存器为主触发器，后一个锁存器为从触发器。

三、D触发器的威廉希尔官方网站 结构

触发器主要有两种威廉希尔官方网站 结构，CMOS逻辑门如图，和传输门构成的D触发器如图所示。

图为CMOS逻辑门构成D触发器

图为传输门构成D触发器

两种威廉希尔官方网站 结构实现的D触发器功能一模一样，我们以图2-1为例来分析触发工作原理。如图2-1所示：在clk上升沿到来之前，D输入端无论输入任何值触发器状态不会改变，次态等于现态。当时钟上升沿到来时，与时钟信号连接的非门产生的短暂延迟，使得触发器状态置成D输入端的状态。

四、D触发器的脉冲特性

D触发器的脉冲特性主要体现在其触发方式上，主要分为电平触发和边沿触发两种。

1. 电平触发

电平触发D触发器在时钟脉冲（CP）等于某一特定电平（如高电平）时即可触发。这种触发方式相对简单，但在实际应用中容易受到干扰，因为只要CP保持在该电平，输入端D的状态变化就可能影响触发器的输出。因此，电平触发D触发器的抗干扰能力较弱。

2. 边沿触发

边沿触发D触发器在时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。这种触发方式具有更强的抗干扰能力，因为输入信号D的状态变化只有在时钟脉冲的边沿到来时才会被触发器捕获并锁存。边沿D触发器也被称为维持-阻塞边沿D触发器，因为它在CP=1期间具有维持阻塞作用，即D端的数据状态变化不会影响触发器的输出状态。

边沿触发D触发器的脉冲特性可以进一步细化为以下几个方面：

建立时间（t_set）：指输入信号D在时钟脉冲边沿到来之前必须保持稳定的最小时间。这是为了确保D端的数据在触发器翻转前已经稳定地传输到内部逻辑威廉希尔官方网站 中。

保持时间（t_hold）：指时钟脉冲边沿到来之后，输入信号D必须继续保持稳定的最小时间。这是为了防止在触发器翻转过程中，D端的数据发生变化而导致输出状态错误。

传输延迟（t_pd）：指从时钟脉冲边沿到来到触发器输出状态稳定所需的时间。这是触发器内部逻辑威廉希尔官方网站 处理输入信号并产生输出响应的时间延迟。

五、D触发器的应用

D触发器在数字系统和计算机中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：

1. 时序控制

D触发器可以用于时序威廉希尔官方网站 中，通过控制时钟脉冲的序列来控制威廉希尔官方网站 的状态变化。例如，在计数器威廉希尔官方网站 中，D触发器可以存储和传递计数信息，实现计数的功能。

2. 寄存器

D触发器可以作为寄存器的基本单元，用于存储和传输数据。在数字系统中，寄存器是存储数据的重要部件，D触发器通过其记忆功能，能够稳定地保存数据并在需要时将其输出。

3. 波形发生器

通过特定的连接方式和时钟脉冲序列，D触发器可以生成各种波形信号。例如，利用D触发器的翻转功能，可以产生方波、锯齿波等周期性波形信号。

4. 同步威廉希尔官方网站

在同步威廉希尔官方网站 中，D触发器用于同步不同部分的时钟信号，确保整个威廉希尔官方网站 按照统一的时钟节拍工作。这有助于减少威廉希尔官方网站 中的时序错误和信号冲突。

D触发器作为数字电子威廉希尔官方网站 中的重要存储器件，具有记忆功能和多种触发方式。其结构主要由存储单元和控制单元组成，通过控制时钟脉冲的序列和D端的输入信号来实现对输出状态的控制。D触发器的功能包括置0、置1、保持和翻转等，这些功能使得D触发器在时序控制、计数器、寄存器和波形发生器等领域有着广泛的应用。随着数字技术的不断发展，D触发器的性能和功能也将不断提升和完善。

六、基于D触发器的音频信号发生器威廉希尔官方网站 图

这是一个用D触发器组成音频信号发生器，威廉希尔官方网站 原理图如图所示。

在电源接通后的瞬间，Q1端(第1脚)输出为高电平，该高电平通过RP2向C2充电，当C2端电压上升到复位电平时，Q1 端变为低电平，C2通过二极管VD2向Q1端放电。此时!Q1(Q1的取反)输出端(第2脚)变为高电平，该高电平通过RP1向C1充电。当C1端电压上升到置位电平时，触发器翻转，Q1变为高电平，!Q1变为低电平，Q1端的高电平向C2充电，C1通过二极管VD1向变为低电平的!Q1端放电，如此不断循环，在Q1和!Q1端交替出现高、低电平，形成振荡。因此该威廉希尔官方网站 是一个无稳态的振荡器。QI 端的振荡信号通过电阻R1加到三极管V1的基极，经过V1放大后推动扬声器BP发出响亮的音频声。