JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 精品.doc

JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì)一、JK觸發(fā)器的組成在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中往往包含大量的存儲(chǔ)單元，而且經(jīng)常要求他們?cè)谕粫r(shí)刻同步動(dòng)作，為達(dá)到這個(gè)目的，在每個(gè)存儲(chǔ)單元電路上引入一個(gè)時(shí)鐘脈沖（CLK）作為控制信號(hào)，只有當(dāng)CLK到來(lái)時(shí)電路才被“觸發(fā)”而動(dòng)作，并根據(jù)輸入信號(hào)改變輸出狀態(tài)，把這種在時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)時(shí)才能動(dòng)作的存儲(chǔ)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(lái)時(shí)才會(huì)改變內(nèi)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(shí)際是由主從兩個(gè)鎖存器構(gòu)成，有六個(gè)三輸入與非門與兩個(gè)二輸入與非門構(gòu)成。它有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端J、K，一個(gè)時(shí)鐘脈沖CLK，兩個(gè)置位/復(fù)位端、，兩個(gè)輸出端與。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(fù)位控制端，由于用的是與非門，置位與復(fù)位控制端為低電平有效。當(dāng)=0，=1時(shí)，置位端有效，輸出置1；當(dāng)=1，=0時(shí)，復(fù)位端有效，輸出端置1；當(dāng)=1，=1時(shí)，置位與復(fù)位端都不起作用，觸發(fā)器正常工作。CLK為時(shí)鐘脈沖，主鎖存器是高電平跳變，當(dāng)CLK=1時(shí)，隨著輸入信號(hào)JK的變化而變化，而當(dāng)CLK=0時(shí)，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(dāng)CLK=1時(shí)，從鎖存器鎖定，的值不發(fā)生變化，當(dāng)CLK=0時(shí)，鎖存器開(kāi)啟，的值隨著值得變化而變化。因此對(duì)于觸發(fā)器來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)CLK的值由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)候（即CLK的下降沿），觸發(fā)器被觸發(fā)，的值會(huì)發(fā)生變化。而對(duì)于鎖存器，當(dāng)J=K=1時(shí)，鎖存器發(fā)生翻轉(zhuǎn)；當(dāng)J=1，K=0時(shí)，鎖存器置1；當(dāng)J=0，K=1時(shí)，鎖存器置0；當(dāng)J=K=0時(shí)，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(dāng)置位/復(fù)位端都為1，時(shí)鐘脈沖為下降沿時(shí)，；當(dāng)置位/復(fù)位端都為1，始終冒充為上升沿時(shí)，。對(duì)真值表進(jìn)行簡(jiǎn)化，如下：JK功能01XXX10置110XXX01置01100保持110101置0111010置11111翻轉(zhuǎn)11XX保持 3、 JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì)由于該JK觸發(fā)器由六個(gè)三輸入與非門、兩個(gè)二輸入與非門和一個(gè)反相器組成，因此可以采取模塊化設(shè)計(jì)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(guò)調(diào)用它們的原理圖和版圖來(lái)設(shè)計(jì)JK觸發(fā)器。1） JK觸發(fā)器原理圖的創(chuàng)建首先來(lái)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(guò)調(diào)用反相器、二輸入與非門和三輸入與非門的symbol來(lái)創(chuàng)建JK觸發(fā)器的原理圖。紅色方框中為主鎖存器，在CLK為高電平時(shí)跳變；藍(lán)色方框中為從鎖存器，由于其時(shí)鐘脈沖前加了一個(gè)反相器，它是在CLK為低電平時(shí)跳變。創(chuàng)建JK觸發(fā)器的symbol，以便搭建仿真測(cè)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(shè)計(jì)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(guò)調(diào)用三輸入與非門、二輸入與非門和反相器的版圖來(lái)生成JK觸發(fā)器的版圖，如下所示：對(duì)JK觸發(fā)器的版圖進(jìn)行DRC驗(yàn)證，結(jié)果如下：對(duì)JK觸發(fā)器的版圖進(jìn)行LVS驗(yàn)證，結(jié)果如下：對(duì)JK觸發(fā)器的版圖進(jìn)行PEX驗(yàn)證，結(jié)果如下：3） JK觸發(fā)器的仿真驗(yàn)證對(duì)JK觸發(fā)器的功能進(jìn)行仿真驗(yàn)證。首先創(chuàng)建一個(gè)仿真電路圖，如下圖所示。SOUCRE所接電源為5V直流信號(hào)，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(hào)，設(shè)置好仿真環(huán)境，對(duì)輸入端S_、D_、J、K、CLK和輸出端Q、Q_進(jìn)行瞬態(tài)仿真。仿真波形如下所示：圖中由上到下七個(gè)波形分別為S_、R_、CLK、J、K、Q、Q_，對(duì)圖中波形進(jìn)行分析。對(duì)于S_與D_，S_=1，D_=1時(shí)，輸出Q與Q_隨J、K信號(hào)的變化而變化；當(dāng)S_=0，D_=1時(shí)，Q=1，Q_=0，直接置1，J、K信號(hào)無(wú)效；當(dāng)S_=1，D_=0時(shí)，Q=0，Q_=1，直接置0，J、K信號(hào)無(wú)效；當(dāng)S_=0，D_=0時(shí)，Q=1，Q_=1。J、K無(wú)效，此時(shí)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(shí)，Q與Q_的輸出都為1。將上圖中中S_、R_均為1時(shí)，CLK、J、K、Q、Q_的圖形進(jìn)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(shí)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能；J=1，K=0時(shí)，實(shí)現(xiàn)置位（置1）的功能；J=0，K=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)復(fù)位（置0）的功能；J=0看，K=0時(shí)，則輸出情況保持不變。顯然波形圖與真值表中J、K