用CMOS傳輸門和CMOS非門設(shè)計(jì)D觸發(fā)器

1、 用CMOS 傳輸門和CMOS 非門設(shè)計(jì)邊沿D 觸發(fā)器姓 名 周路所在學(xué)院 電子信息工程專業(yè)班級(jí) 通信1002學(xué) 號(hào) 10211061指導(dǎo)教師 侯建軍日 期 _2012.12月_目 錄第一章 電路組成結(jié)構(gòu) . . 1第二章 電路工作原理 . . 2第三章 特征方程，特征表，激勵(lì)表，狀態(tài)圖 . 2第四章 激勵(lì)信號(hào)D 的保持時(shí)間和時(shí)鐘CP 的最大頻率 . 3第五章 設(shè)計(jì)的D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK 觸發(fā)器和T 觸發(fā)器 . 45.1 設(shè)計(jì)的D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK 觸發(fā)器 . 45.2 D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T 觸發(fā)器 . 4第六章 CMOS D 觸發(fā)器CD4013和TTL D 觸發(fā)器74LS74區(qū)別 . 5第七章

2、 CMOS D 觸發(fā)器的應(yīng)用CC4013觸摸開關(guān) . 7第八章 感想以及總結(jié) . . 8 參考文獻(xiàn) . . 9摘要：本文用CMOS 傳輸門和CMOS 非門設(shè)計(jì)邊沿D 觸發(fā)器。說(shuō)明電路組成結(jié)構(gòu)；闡述電路工作原理；寫出特征方程，畫出特征表，激勵(lì)表與狀態(tài)圖；計(jì)算出激勵(lì)信號(hào)D 的保持時(shí)間和時(shí)鐘CP 的最大頻率；將設(shè)計(jì)的D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK 觸發(fā)器和T 觸發(fā)器。比較C4013和74LS74的區(qū)別，簡(jiǎn)述CD4013的一個(gè)應(yīng)用。最后闡述自己的感想和對(duì)未來(lái)電子技術(shù)發(fā)展的一些展望設(shè)想。關(guān)鍵詞： CMOS 非門，CMOS 傳輸門，TTL 與CMOS ，展望未來(lái)。一、電路組成結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的邊沿D 觸發(fā)器電路已為大家熟知

3、，在此基礎(chǔ)上，用CMOS 傳輸門（TG ）和CMOS 非門(G設(shè)計(jì)；由此該電路的整體構(gòu)造如下圖所示. 圖1 D觸發(fā)器原理圖 圖2 仿真CMOS 傳輸門和非門構(gòu)成的D 觸發(fā)器, 非門G1、G2和傳輸門TG1、TG2組成了主觸發(fā)器；非門G3、G4和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發(fā)器。TG1和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門。根據(jù)CMOS 傳輸門的工作原理和圖中控制信號(hào)的極性標(biāo)注可知, 當(dāng)傳輸門TG1、TG4導(dǎo)通時(shí),TG2、TG3截止; 反之, 當(dāng)TG1、TG4截止時(shí),TG2、TG3導(dǎo)通二、電路工作原理1. CP=0,TG1導(dǎo)通,TG2截止, D 端輸入信號(hào)送人主觸發(fā)器中,G1= ，G2=

4、D此時(shí)觸發(fā)器尚未形成反饋連接, 不能自行保持。Q1、Q2跟隨器形成反饋連接, 維持原狀態(tài)不變, 而且它與主觸發(fā)器的聯(lián)系被TG3切斷。2. 當(dāng)CP 的上升沿到達(dá)(即CP 跳變?yōu)? 時(shí),TG1截止,TG2導(dǎo)通, 切斷了D 信號(hào)的輸入, G1輸入端電壓不會(huì)立即消失, 于是G1在TG1截止前的狀態(tài)被保存下來(lái); 同時(shí)由于TG3導(dǎo)通、TG4截止, 主觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)TG3和G3送到了輸出端, 使Q =G4=D ，=G3=。3. 在CP =1期間, Q =G3=D 的狀態(tài)一直不會(huì)改變。4. 直到CP 下降沿到達(dá)時(shí)(即CP 跳變?yōu)?,TG2、TG3又截止,TG1、TG4又導(dǎo)通, 主觸發(fā)器又開始接收D 端新數(shù)據(jù)

5、, 從觸發(fā)器維持已轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)?？梢? 這種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)是輸出端的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP 的上升沿, 而且觸發(fā)器所保持的狀態(tài)僅僅取決于CP 下降沿到達(dá)時(shí)的輸入狀態(tài)。正因?yàn)橛|發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP 的上升沿, 所以這是一個(gè)CP 上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器, CP 上升沿為有效觸發(fā)沿。若將四個(gè)傳輸門的控制信號(hào)CP 和極性都換成相反的狀態(tài), 則CP 下降沿為有效沿。 三、特征方程，特征表，激勵(lì)表與狀態(tài)圖特征方程： Q n+1=D 圖3 特征表 圖4 激勵(lì)表 狀態(tài)圖： 圖5 狀態(tài)圖四、激勵(lì)信號(hào)D 的保持時(shí)間和時(shí)鐘CP 的最大頻率 圖6 原理圖這個(gè)CMOS D觸發(fā)器是上升沿觸發(fā)器，根據(jù)CMOS 管特

6、性可得，上圖中所示四個(gè)傳輸門具有傳輸延遲t1，五個(gè)非門也具有延遲t2，傳輸門控制端在導(dǎo)通和截止轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)存在延遲t3。但是其實(shí)傳輸門的的延時(shí)很小只有納秒，而非門卻有幾十納秒因此，t1t3幾乎可以忽略不計(jì)。所以，輸入信號(hào)D 只有在CP 跳變之前的時(shí)間里準(zhǔn)備好, 觸發(fā)器才能將數(shù)據(jù)鎖存到Q 輸出端口，因此建立時(shí)間等于t1+t2。在CP 跳變?yōu)?之后的一段時(shí)間內(nèi)，D 信號(hào)不能發(fā)生變化，也就是所說(shuō)的要保證信號(hào)的保持時(shí)間，大小應(yīng)該是傳輸門的截止導(dǎo)通時(shí)間t3。因此D 的建立時(shí)間應(yīng)該為2312t t t t T D +=（非門延時(shí)）。CP 時(shí)鐘周期，低電平時(shí)間應(yīng)該D 的建立時(shí)間+兩個(gè)非門延時(shí)（傳輸門忽略不計(jì)），

7、才能保證D 順利到達(dá)G1和G2之間為23t 。高電平時(shí)間應(yīng)該為從觸發(fā)器的兩個(gè)非門延時(shí)22t 。（傳輸門忽略不計(jì)）因此如果時(shí)鐘周期是占空比為50%的方波，那么最大頻率應(yīng)該為2max t f =；若為占空比任意的方波，則最大頻率應(yīng)該為2max t f =。五、設(shè)計(jì)的D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK 觸發(fā)器和T 觸發(fā)器5.1 D 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成JK 觸發(fā)器 圖7 D觸發(fā)器轉(zhuǎn)JK 觸發(fā)器J 觸發(fā)器特征方程：n n n Q K Q J Q +=+1D 觸發(fā)器特征方程：D Q n =+1比較得：n n Q K Q J D +=若用與非門實(shí)現(xiàn)，則：n n Q K Q J D =5.2 JK 觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T 觸發(fā)器T 觸發(fā)

8、器特征方程：n n n n Q T Q T Q T Q =+=+1J 觸發(fā)器特征方程：n n n Q K Q J Q +=+1只要將JK 觸發(fā)器的JK 端相連作T 端即可實(shí)現(xiàn)六、CMOS D 觸發(fā)器和TTL D 觸發(fā)器區(qū)別常用的TTL 型雙D 觸發(fā)器74LS74引腳功能如圖8所示，CMOS 型雙D 觸發(fā)器CC4013引腳功能如圖9所示。 圖8 74LS74引腳功能 圖9 CD4013引腳功能電流/電壓控制74LS74電流控制器件CD4013電壓控制器件傳輸延時(shí)74LS745-10nsCD401325-50ns功耗74LS7420m WCD4013與輸入脈沖頻率有關(guān)電源電壓74LS745VCD4

9、0133V15V輸入電壓74LS742V 以上（高）0.8以下（低）CD40130VVDD工作溫度范圍74LS74 70CD40134085極限值電源電壓74LS747VCD401318V輸入電壓74LS747VCD4013VDD+0.5V儲(chǔ)存穩(wěn)定74LS7465150CD401365150輸出電壓74LS747VCD4013VDD+0.5V我們可以看到，74LS74輸出高電平2.7V, 輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V ，輸出低電平是0.2V 。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V 。C4013邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V 。而且具有很寬的噪聲容限。因此C4013的抗干擾能力很強(qiáng)。再看工作環(huán)境74LS74的工作環(huán)境要求比CD4013苛刻，只能在070，而CD4013卻可以工作在4085的環(huán)境下，在寒帶作業(yè)的工作可以交給CD4013完成。對(duì)于要求高速低延時(shí)的應(yīng)該用74LS74，只有510ns ，對(duì)于功耗要求高的用CD4013。七、CMOS D觸發(fā)器的應(yīng)用CD4013觸摸開關(guān)M 為觸摸電極片，手指摸一下M ，使人體泄漏的交流電在R4上的壓降，其正半周信號(hào)進(jìn)入IC1的第3腳即單穩(wěn)態(tài)電路的CP 端，使單穩(wěn)態(tài)電路反轉(zhuǎn)進(jìn)入瞬時(shí)，其輸出端Q 即1腳由原來(lái)的低電位跳變?yōu)楦?/p>