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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
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