JK觸發(fā)器的設計

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