觸發器學習小結

2021-10-11 18:34:50 字數 2710 閱讀 2767

與組合邏輯輸出僅取決於輸入不同,反饋線的引入使得即使沒有輸入,電路自身也能產生相應的輸出。

動作特點,按觸發方式分為電平、脈衝、邊沿;

功能描述,按邏輯功能分類:rs、j-k、d、t

考慮上述電路,在上電後,vin和vout的值會取決於最初狀態,為0或為1(不確定具體是0還是1,但肯定穩定在二者之一)。之所以說該電路會具有乙個穩態的值,考慮下面的情況:

若沿虛線處截開,左半部分作為乙個兩端口電路,其電路傳輸特性如下圖(僅作示意)所示,為兩個反向器電壓傳輸特性的疊加,同時因vin=vout,二者在圖上相交於三點,因正反饋的存在,中間的亞穩態點會向兩邊移動最終達到乙個穩態,即工作點會自行保持在0或自行保持在1,也就是說滿足「有兩個能自行保持的狀態」

但此電路還不能滿足第二條「根據輸入訊號可以置成0或1」,為達成此目的,將非門替換成下圖所示或非門,當輸入端置為「0」時,該邏輯電路即退化為圖1所示首尾相連的反向器電路(同理,若使用與非門,輸入端置為「1」即可退化為圖1所示電路)。也可以說,在輸入端均為「0」的情況下,該電路具備了自行保持的功能。

將上圖所示電路進行翻轉,輸入端輸出端分別「擰」到同一邊,即得到下圖所示電路,也就是我們通常所說的r-s觸發器電路。

由於上圖所示r-s觸發器本質上仍由組合邏輯(或非門)構成,基於組合邏輯的真值表分析方法在此時仍適用。但需要注意的一點是,q既是現態的乙個輸出,又是下乙個狀態的乙個輸入,因此與繪製真值表不同,此時得到的是下圖所示的狀態轉移表。

在使用r-s觸發器時,需要明確是存0(r)還是存1(s),即r和s需要滿足乙個約束條件:不能同時為1,否則從設計使用的角度出發,會不確定該電路是想要讓其存0還是1。具體來說,最後兩行即r、s同為1的情況,一些文章會指出其「不定」,但經過分析可知,此時輸出為0。之所以「不定」,是因為若r、s同時由1變為0時,無法預知兩個或非門中的輸出「1」哪乙個會更快地到達另乙個或非門的輸入源,出現違反設計直覺的情況。

考慮到數位電路中會出現一些無效的訊號,但此時的r-s觸發器的輸入端的任何變化都會反映在輸出端上。將電路進行改進,在輸入端加以控制,只有當觸發訊號clk到達,r和s才起作用,即得到電平觸發的r-s觸發器。但此時仍沒有解決之前所述的「不定」的情況,clk在此起觸發作用,而要存的資料仍取決與r和s。

在輸入端進一步改進,新增乙個反向器,保證兩輸入端時刻相反,即得到如下所示電平觸發d觸發器電路。但從功能上來說,損失了r和s同為0即自行保持的功能。

電平觸發的d觸發器在解決乙個問題的同時,引入了另乙個弊端。那來考慮另一種實現方式,使用mux實現的d鎖存器,從功能上來說與電平觸發的d觸發器一致。

繼續來考量電平觸發的d觸發器,在clk有效的時間段內,輸出端q一直在透明地反映輸入端d的變化 ,考慮如下電路:

clk有效時,輸出端取反再回到輸入端,如此迴圈往復,具體次數受限於邏輯門的傳輸時延,而不受人為控制。因此進一步的改進工作應使得其只在某一時刻進行改變,即邊沿觸發的d觸發器

如上圖所示,將兩個電平觸發的d觸發器串接在一起,二者觸發電平相反,在clk高電平期間主觸發器開啟的時候,從觸發器關閉;clk低電平期間從觸發器開啟、主觸發器關閉,最後的輸出q在clk從1變為0的下降沿之後很短的時間內輸出,可以近似視作在下降沿變化。

同理,電平觸發的r-s觸發器也可以使用主從結構,構成下圖所示脈衝觸發.但此時約束條件「r、s同時有效」的情況仍無法避免。

為解除此約束,電路進一步改進,再引入兩條輸出到輸入的反饋線,即把q端反饋回來與r端做與非,q非端反饋回來與s端做與非。如果q為1的情況,對於置零訊號r沒有影響;而此時q反為0,會將置1訊號s遮蔽掉。也就是說,即使r、s同時輸入1,s端此時會被遮蔽掉,無法起作用。該電路即為j-k觸發器

而將j和k連線起來,就得到了t觸發器,常用於分頻等。

計算機數學小書2-d觸發器的進化之路.

數位電路基礎_清華王紅.

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