JK觸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1、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)直位/復(fù)位端耳、

2、耳，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：Q = J詬+&Q二、JK觸發(fā)器的工作原理如上原理圖所示：W與可為置位/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)可=0,笈=1時(shí)，置位端有效，。=1, 0 =。， 輸出置1；當(dāng)曷=1, % =0時(shí)，復(fù)位端有效，。=。，。=1,輸出端置1；當(dāng)品=1,用=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)，Q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，。主的值不發(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)

3、生變化，當(dāng)CLK=0時(shí)，鎖存器開啟，。 的值隨著0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)產(chǎn)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) 產(chǎn)0, K=1時(shí)，鎖存器置0；當(dāng)產(chǎn)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:五CLKJK2(0)QQ01XXXXX1010XXXXX0111100010111100101011101010111101100111110011011110101011111011011111100111tXX01

4、0111tXX1010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)，盛+工。,0)；當(dāng)置位/復(fù)位端都為1,始終冒充為上升沿時(shí)，。=2°)。對(duì)真值表進(jìn)行簡(jiǎn)化，如下：及CLKJKQQ功能01XXX10置110XXX01置。11100源C保持1110101置()1111010置111111公時(shí)翻轉(zhuǎn)11tXX源保持三、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J

5、K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:UJ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：S_ VDDJQCLK . ,；JK triggerKQ_. GND2)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

6、左圖所示:-.- T-TN；.-.- I-.-. I- .X-Tv： .X<v«,<yy. . . 4 »r * r , * I I I 4 <1 4 < I « > i » » »< */ > * * » 4 Xy I r j ,八”一/ 1 J* N | /%l >» , . f *1 < »<> < * » Q 一 * 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

7、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ORC驗(yàn)證，結(jié)杲如下:對(duì)JK觸發(fā)器的版圖進(jìn)行LVS瞼證，結(jié)果如下:Eile Wew Lap out Source Setup 邑今.參£9 的好日槍;早星 lvs Results. Designs Maicn => Rules File10 鳥 j” JK'，Source Netlist早 Output Files m Layout Ketlisi < Exiracoon Report I_o LVS ReportDiscrepancIJlVS Rcpucl Kile -File Edi

8、t Op1i003WindowsLayoutSouxceCexponent IpePort。：99XeU3030Ia»t«nce»4646沖4 piiv9)Total464bXVtBEF.S OF OBJECTS AHIEF. IANSTOEUftllOXLayoutSOUICfiCoxponerit. TypePOf3:99XdU:1616Riatancea-6W (4 fdna)6_pxn3v(5 pins)2exo2g W p"6_皿3。(5 p”Total Ifiat-2020r-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)

9、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、lus、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:6-T0.0-6-TTrietyLg 4 二 2 二圖中由上到下七個(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_=l, D_=l時(shí)，輸出Q與Q_隨J、K信號(hào)的變化而變化； 當(dāng) S_=O, D_=l 時(shí)，Q=l, Q_=(),直接置 1, J、K 信號(hào)無(wú)效；當(dāng) S_=l, D_=O 時(shí)，Q=O, Q_=1,直接置 0, J、K 信號(hào)無(wú)效；當(dāng) S_=O, D_=O 時(shí)，Q=l, Q_=l。 J、K無(wú)效，此時(shí)Q與Q_電位并不是相反。除了 S_、R_均為。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。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，尸1, K=1時(shí)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能；J=1, K=（）時(shí)，實(shí)現(xiàn)置位（置1）的功能；J=（）, K=1 時(shí)