数字电路之时序电路
在《数字电路之如雷贯耳的“逻辑电路”》、《数字电路之数字集成电路ic》之后，本文是数字电路入门3，将带来「时序电路」的讲解，及其核心部件触发器的工作原理。什么是时序电路？
上期学过的「组合电路」是根据当前输入信号的组合来决定输出电平的电路。换言之，就是现在的输出不会被过去的输入所左右，也可以说成是，过去的输入状态对现在的输出状态没有影响的电路。
这次讲解的「时序电路」和「组合电路」不同。「时序电路」的输出不仅受现在输入状态的影响，还要受过去输入状态的影响。
那么，如何才能将过去的输入状态反映到现在的输出上呢？「时序电路」到底需要些什么呢？人类总是根据过去的经验，决定现在的行动，这时我们需要的就是—记忆。同样，「时序电路」也需要这样的功能。这种能够实现人类记忆功能的元器件就是触发器。按结构和功能，触发器可以分为rs型、jk型、d型和t型。在这里，我们只讲解比较有代表性的类型，rs型和d型。
触发器就象一个跷跷板
触发器的工作方式与日本的“起坐亲子游戏”很象。日本的“起坐亲子游戏”，指的就是公园里的跷跷板。想起跷跷板，就能想象出rs触发器的工作原理。
图2就是一个跷跷板。这个跷跷板有些生锈，即使没有人坐，也不能恢复水平状态。请记住它保持倾斜的样子。假设：
◇跷跷板的两端是输出q和q#。
◇左右的2个人是r君和s君，表示输入。坐上跷跷板表示逻辑高h状态，没有在跷跷板上表示逻辑低l状态。
（每次只允许一个人坐，两人不能同时坐。）
图1： rs触发器的电路图
图2：跷跷板的初始状态（q=l、q#=h、r=l、s=l）
当s君坐上跷跷板（s=h）时，输出q就变为h（q#变成l）（图3）
图3：s君坐在跷跷板上的状态（q=h、q#=l、r=l、s=h）
因为跷跷板有些生锈了，动作不灵活，所以，即使s君下来了（s=l），q#还是l，不改变（图4）
图4：s君从跷跷板上下来的状态（q=h、q#=l、r=l、s=l）
当r君坐上跷跷板时，q变成l（q#变成h）。当r君从跷跷板上下来时，也会保持l状态。从这个过程来看，我们是不是可以说跷跷板记住了以前坐过它的人呢。
用真值表表示rs触发器的工作过程的话，就象图5所示一样。表中q0和q0#表示的是输入变化以前的输出。
rs触发器是最简单的触发器。主要用于防止机械式开关的误操作。
图5：rs触发器的真值表
按时钟变化记忆的d触发器
d触发器是在时钟信号（ck）的上升沿（信号从l→h的变化）或下降沿（信号从h→l的变化）时，保持输入信号状态，改变输出信号的触发器。
图6：d触发器
图7：d触发器的真值表
现在，我们用跷跷板来说明d触发器的工作原理。跷跷板的初始状态如图8所示。d君坐上跷跷板表示输入为h，从跷跷板上下来表示输入为l。跷跷板的另一边，放一个比d君轻的重物。另外，这个跷跷板与一般的跷跷板不同，只有在时钟ck上升沿时，才改变跷起的方向。
图8：d触发器的初始状态（ck=l、d=h、q=l、q#=h）
看着图8，你不觉得有些奇怪吗？d君坐在跷跷板上，却没有变化。按理说，由于d君比重物重，d君（q#）应该降下来，才对。为什么跷跷板没有发生变化呢，这是因为ck还保持l状态。当ck变为h（ck上升）时，跷跷板就跷起来了，d君就下降了（图9）。
图9： d触发器的ck处于上升状态（d=h、q=h、q#=l）
然后，ck就稳定在h状态。这时，不管d君是从跷跷板上下来，还是再坐上去，跷跷板都不动。只要不在ck的上升状态，跷跷板就一直保持以前的状态。
这种动作的触发器被称为d触发器，具有在时钟上升瞬间，保持（记忆）输入状态的功能，是一种时钟同步时序电路。d触发器是时序电路的基本元件，用途广泛。d触发器的多级组合，可以做成移位寄存器、分频电路等。也可用于cpu内部的寄存器等。
sram是触发器构成的吗？
触发器可以记忆h或l，1位的信息。大量排列触发器，并使之具有可选择性后，就可以构成sram。由于sram的输入输出速度比dram和闪存的访问速度高得多，所以，常用作cpu的缓存和寄存器。
尽管我们这样说，实际上cpu中内置的存储器或寄存器并非使用的是rs触发器这样的逻辑门。由于使用逻辑门，会使电路规模变大，所以，一般使用4到6个fet，再经过优化，构成存储器的1位（图a）。
图a：sram的基本电路
时钟同步电路的必要性
我们分两次，「组合电路」和「时序电路」，对逻辑电路的基础进行了讲解。实际上，在设计逻辑电路时，有很多应该注意的事项。其中特别重要的就是关于时钟同步电路的注意事项。
在「组合电路」中，微小的信号传输迟延，都有可能造成输出毛刺。尽管毛刺是一个极其短暂的信号，但也可以引起逻辑电路的误动作。为了回避这个问题，就要使用时钟同步电路。
图10：时钟同步电路的思路
图10给出了时钟同步电路的概要。如图所示，其构造是在ff（触发器）之间夹着「组合电路」。毛刺是「组合电路」在输出稳定之前，输出的短暂信号。因此，在「组合电路」输出稳定以后，再改变时钟，用触发器保持这个输出，就可以回避这种误动作了。
至此，数字电路入门的三次讲座全部结束了。从「什么是数字？」开始，逐步讲解了「基本逻辑电路」、「数字ic的基础」、「组合电路」和「时序电路」。 实际上，电路设计方面还有很多很多必须学习的内容。请大家一定要自己找时间继续学习！
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图2就是一个跷跷板。这个跷跷板有些生锈，即使没有人坐，也不能恢复水平状态。请记住它保持倾斜的样子。假设：
◇跷跷板的两端是输出q和q#。
◇左右的2个人是r君和s君，表示输入。坐上跷跷板表示逻辑高h状态，没有在跷跷板上表示逻辑低l状态。
（每次只允许一个人坐，两人不能同时坐。）
图1： rs触发器的电路图
图2：跷跷板的初始状态（q=l、q#=h、r=l、s=l）
当s君坐上跷跷板（s=h）时，输出q就变为h（q#变成l）（图3）
图3：s君坐在跷跷板上的状态（q=h、q#=l、r=l、s=h）
因为跷跷板有些生锈了，动作不灵活，所以，即使s君下来了（s=l），q#还是l，不改变（图4）
图4：s君从跷跷板上下来的状态（q=h、q#=l、r=l、s=l）
当r君坐上跷跷板时，q变成l（q#变成h）。当r君从跷跷板上下来时，也会保持l状态。从这个过程来看，我们是不是可以说跷跷板记住了以前坐过它的人呢。
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图6：d触发器
图7：d触发器的真值表
现在，我们用跷跷板来说明d触发器的工作原理。跷跷板的初始状态如图8所示。d君坐上跷跷板表示输入为h，从跷跷板上下来表示输入为l。跷跷板的另一边，放一个比d君轻的重物。另外，这个跷跷板与一般的跷跷板不同，只有在时钟ck上升沿时，才改变跷起的方向。
图8：d触发器的初始状态（ck=l、d=h、q=l、q#=h）
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然后，ck就稳定在h状态。这时，不管d君是从跷跷板上下来，还是再坐上去，跷跷板都不动。只要不在ck的上升状态，跷跷板就一直保持以前的状态。
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