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文檔簡介
1、 JK觸發(fā)器的設計一、JK觸發(fā)器的組成在實際的數(shù)字系統(tǒng)中往往包含大量的存儲單元,而且經(jīng)常要求他們在同一時刻同步動作,為達到這個目的,在每個存儲單元電路上引入一個時鐘脈沖(CLK)作為控制信號,只有當CLK到來時電路才被“觸發(fā)”而動作,并根據(jù)輸入信號改變輸出狀態(tài),把這種在時鐘信號觸發(fā)時才能動作的存儲單元電路稱為觸發(fā)器。觸發(fā)器是邊沿觸發(fā)工作,即只有在上升沿或者是下降沿到來時才會改變內部與輸出的電平。JK觸發(fā)器是觸發(fā)器的一種,這里介紹主從JK觸發(fā)器,它實際是由主從兩個鎖存器構成,有六個三輸入與非門與兩個二輸入與非門構成。它有兩個數(shù)據(jù)輸入端J、K,一個時鐘脈沖CLK,兩個置位/復位端、,兩個輸出端與。
2、其電路圖如下所示:JK觸發(fā)器的特性方程為:2、 JK觸發(fā)器的工作原理如上原理圖所示:與為置位/復位控制端,由于用的是與非門,置位與復位控制端為低電平有效。當=0,=1時,置位端有效,輸出置1;當=1,=0時,復位端有效,輸出端置1;當=1,=1時,置位與復位端都不起作用,觸發(fā)器正常工作。CLK為時鐘脈沖,主鎖存器是高電平跳變,當CLK=1時,隨著輸入信號JK的變化而變化,而當CLK=0時,主鎖存器被鎖定,的值不發(fā)生變化;從鎖存器是低電平跳變,當CLK=1時,從鎖存器鎖定,的值不發(fā)生變化,當CLK=0時,鎖存器開啟,的值隨著值得變化而變化。因此對于觸發(fā)器來說,只有當CLK的值由高電平變?yōu)榈碗娖降?/p>
3、時候(即CLK的下降沿),觸發(fā)器被觸發(fā),的值會發(fā)生變化。而對于鎖存器,當J=K=1時,鎖存器發(fā)生翻轉;當J=1,K=0時,鎖存器置1;當J=0,K=1時,鎖存器置0;當J=K=0時,觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。根據(jù)上述工作原理,我們可以列出JK觸發(fā)器的真值表:JK01XXXXX1010XXXXX01110001011100101011010101110110011110011011101010111101101111100111XX010111XX1010由以上真值表可以求得:當置位/復位端都為1,時鐘脈沖為下降沿時,;當置位/復位端都為1,始終冒充為上升沿時,。對真值表進行簡化,如下:JK功能01
4、XXX10置110XXX01置01100保持110101置0111010置11111翻轉11XX保持 3、 JK觸發(fā)器的設計由于該JK觸發(fā)器由六個三輸入與非門、兩個二輸入與非門和一個反相器組成,因此可以采取模塊化設計方法,先創(chuàng)建三輸入與非門、二輸入與非門和反相器的原理圖和版圖,然后通過調用它們的原理圖和版圖來設計JK觸發(fā)器。1) JK觸發(fā)器原理圖的創(chuàng)建首先來創(chuàng)建JK觸發(fā)器的原理。先創(chuàng)建三輸入與非門的原理圖與symbol,如下所示:接著創(chuàng)建二輸入與非門的原理圖與symbol:創(chuàng)建反相器的原理圖與symbol: 然后通過調用反相器、二輸入與非門和三輸入與非門的symbol來創(chuàng)建JK觸發(fā)器的原理圖。
5、紅色方框中為主鎖存器,在CLK為高電平時跳變;藍色方框中為從鎖存器,由于其時鐘脈沖前加了一個反相器,它是在CLK為低電平時跳變。創(chuàng)建JK觸發(fā)器的symbol,以便搭建仿真測試電路:2) JK觸發(fā)器版圖的創(chuàng)建JK觸發(fā)器版圖的創(chuàng)建與原理圖創(chuàng)建一樣,也采取模塊化設計原則。先創(chuàng)建三輸入與非門的版圖,如下左圖所示: 接著創(chuàng)建二輸入與非門的版圖,如上右圖所示:創(chuàng)建反相器的版圖,如下所示:最后通過調用三輸入與非門、二輸入與非門和反相器的版圖來生成JK觸發(fā)器的版圖,如下所示:對JK觸發(fā)器的版圖進行DRC驗證,結果如下:對JK觸發(fā)器的版圖進行LVS驗證,結果如下:對JK觸發(fā)器的版圖進行PEX驗證,結果如下:3)
6、 JK觸發(fā)器的仿真驗證對JK觸發(fā)器的功能進行仿真驗證。首先創(chuàng)建一個仿真電路圖,如下圖所示。SOUCRE所接電源為5V直流信號,S_,D_,J,K,CLK所接電源分別為周期為30us、40us、1us、7us、8us的05V的方波信號,設置好仿真環(huán)境,對輸入端S_、D_、J、K、CLK和輸出端Q、Q_進行瞬態(tài)仿真。仿真波形如下所示:圖中由上到下七個波形分別為S_、R_、CLK、J、K、Q、Q_,對圖中波形進行分析。對于S_與D_,S_=1,D_=1時,輸出Q與Q_隨J、K信號的變化而變化;當S_=0,D_=1時,Q=1,Q_=0,直接置1,J、K信號無效;當S_=1,D_=0時,Q=0,Q_=1,直接置0,J、K信號無效;當S_=0,D_=0時,Q=1,Q_=1。J、K無效,此時Q與Q_電位并不是相反。除了S_、R_均為0的情況外,S_、R_端的功能與真值表中的描述完全一致,而由JK觸發(fā)器的電路圖可以退出S_、R_均為0時,Q與Q_的輸出都為1。將上圖中中S_、R_均為1時,CLK、J、K、Q、Q_的圖形進行放大可以得到下圖。由上圖可以分析觸發(fā)器中輸入端J、K的作用,顯然由上圖分析可得,J=1,K=1時,實現(xiàn)翻轉功能;J=1,K=0時,實現(xiàn)置位(置1)的功能;J=0,K=1時,實現(xiàn)復位(置0)的功能;J=0看,K=0時,則輸出情況保持不變。顯然波形圖與真值表中J、K
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