D觸發(fā)器是一種常用的時(shí)序邏輯電路元件，其核心功能是根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)（CLK）的觸發(fā)沿，將數(shù)據(jù)輸入端（D）的電平狀態(tài)鎖存到輸出端（Q），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸。根據(jù)觸發(fā)方式不同，可分為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種類型，以下以常見的上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器為例介紹其工作原理：

觸發(fā)時(shí)刻與采樣

• 上升沿觸發(fā)：當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)從低電平跳變到高電平的瞬間（上升沿），D觸發(fā)器會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)輸入端D的電平狀態(tài)進(jìn)行采樣。

• 狀態(tài)鎖存：采樣完成后，觸發(fā)器會(huì)將該狀態(tài)鎖存到輸出端Q，在后續(xù)的時(shí)鐘周期內(nèi)，只要不出現(xiàn)新的觸發(fā)沿，輸出端Q的狀態(tài)將保持不變，不受數(shù)據(jù)輸入端D電平變化的影響。

異步控制功能

• 異步置位與復(fù)位：大多數(shù)D觸發(fā)器還具有異步置位端（SD，低電平有效）和異步復(fù)位端（RD，低電平有效）。當(dāng)異步置位端為低電平時(shí)，無論時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)輸入如何，輸出端Q都會(huì)被強(qiáng)制置為1；當(dāng)異步復(fù)位端為低電平時(shí)，輸出端Q會(huì)被強(qiáng)制置為0。異步控制功能具有最高優(yōu)先級(jí)，不受時(shí)鐘信號(hào)的約束。

D觸發(fā)器真值表

D觸發(fā)器的真值表反映了其輸入（CLK、D、SD、RD）與輸出（Q、Q）之間的邏輯關(guān)系，以下是典型的上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器真值表：

真值表解讀

• 異步控制：當(dāng)SD=0且RD=1時(shí)，無論CLK和D的狀態(tài)如何，輸出Q都會(huì)被強(qiáng)制置為1，Q為0；當(dāng)SD=1且RD=0時(shí)，輸出Q會(huì)被強(qiáng)制置為0，Q為1。

• 競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)：當(dāng)SD和RD同時(shí)為0時(shí)，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)是不確定的，這種情況應(yīng)盡量避免。

• 正常工作：當(dāng)SD=1且RD=1時(shí)，觸發(fā)器處于正常工作狀態(tài)。在時(shí)鐘上升沿（↑）到來時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)輸入D的狀態(tài)，輸出Q會(huì)相應(yīng)地更新為0或1；在時(shí)鐘下降沿（↓）或時(shí)鐘信號(hào)無變化時(shí)，輸出Q保持原來的狀態(tài)不變。

工作原理與真值表的關(guān)系

• 真值表體現(xiàn)工作原理：真值表是D觸發(fā)器工作原理的量化體現(xiàn)，它清晰地展示了在不同輸入組合下，觸發(fā)器的輸出狀態(tài)如何變化。通過真值表，可以直觀地理解D觸發(fā)器在異步控制、時(shí)鐘觸發(fā)和狀態(tài)保持等方面的行為。

• 工作原理指導(dǎo)真值表分析：了解D觸發(fā)器的工作原理后，可以更容易地分析和理解真值表。例如，知道異步控制端具有最高優(yōu)先級(jí)，就能明白為什么在SD=0或RD=0時(shí)，輸出狀態(tài)不受時(shí)鐘和數(shù)據(jù)輸入的影響；知道觸發(fā)器在時(shí)鐘上升沿采樣數(shù)據(jù)輸入并更新輸出狀態(tài)，就能理解真值表中時(shí)鐘上升沿時(shí)輸出狀態(tài)與數(shù)據(jù)輸入D的關(guān)系。