楊志勇《數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)》05-第五章-觸發(fā)器-y

數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)-第五章-觸發(fā)器-楊志勇觸發(fā)器概述觸發(fā)器的工作原理觸發(fā)器的邏輯符號(hào)與特性方程觸發(fā)器的實(shí)際應(yīng)用與設(shè)計(jì)總結(jié)與展望觸發(fā)器概述01觸發(fā)器是一種特殊的存儲(chǔ)單元，它能夠在特定事件（如時(shí)鐘上升沿或下降沿）發(fā)生時(shí)，根據(jù)設(shè)定的條件改變其狀態(tài)。定義觸發(fā)器的主要功能是根據(jù)外部信號(hào)的變化，在內(nèi)部存儲(chǔ)單元中保存或改變狀態(tài)，并在需要時(shí)輸出相應(yīng)的信號(hào)。功能觸發(fā)器的定義與功能分為邊沿觸發(fā)器和電平觸發(fā)器。邊沿觸發(fā)器在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿時(shí)觸發(fā)，而電平觸發(fā)器則在特定電平值處觸發(fā)。按照工作方式分為D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。D觸發(fā)器根據(jù)輸入信號(hào)D的變化來改變狀態(tài)，JK觸發(fā)器則根據(jù)輸入信號(hào)JK的狀態(tài)來決定是否翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，T觸發(fā)器則根據(jù)輸入信號(hào)T的狀態(tài)來決定是否翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。按照邏輯功能觸發(fā)器的分類觸發(fā)器是時(shí)序邏輯電路的基本單元，用于實(shí)現(xiàn)各種時(shí)序邏輯功能，如計(jì)數(shù)器、寄存器等。時(shí)序邏輯電路設(shè)計(jì)觸發(fā)器用于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的不同狀態(tài)轉(zhuǎn)換，根據(jù)輸入信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的存儲(chǔ)和狀態(tài)的切換。狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)觸發(fā)器可以用于控制數(shù)字系統(tǒng)的行為，例如在數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)定時(shí)器、比較器等功能。數(shù)字系統(tǒng)控制觸發(fā)器的基本應(yīng)用場景觸發(fā)器的工作原理02基本觸發(fā)器是一種具有記憶功能的邏輯電路，能夠在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，將輸入信號(hào)的狀態(tài)保存下來，并在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，將保存的狀態(tài)輸出?；居|發(fā)器通常由兩個(gè)交叉反接的晶體管和一個(gè)時(shí)鐘控制門組成，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，控制門打開，輸入信號(hào)能夠通過交叉反接的晶體管保存到觸發(fā)器的狀態(tài)中?；居|發(fā)器的工作原理邊沿觸發(fā)器是一種特殊的基本觸發(fā)器，只有在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿到來時(shí)才會(huì)觸發(fā)，將輸入信號(hào)的狀態(tài)保存下來。邊沿觸發(fā)器通常由兩個(gè)基本觸發(fā)器和一個(gè)非門組成，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿到來時(shí)，非門輸出低電平，使得兩個(gè)基本觸發(fā)器同時(shí)被觸發(fā)，將輸入信號(hào)的狀態(tài)保存下來。邊沿觸發(fā)器的工作原理主從觸發(fā)器是一種改進(jìn)的基本觸發(fā)器，通過增加一個(gè)主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)，使得觸發(fā)器的狀態(tài)更加穩(wěn)定。主從觸發(fā)器通常由一個(gè)主觸發(fā)器和兩個(gè)從觸發(fā)器組成，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，主觸發(fā)器將輸入信號(hào)的狀態(tài)保存到從觸發(fā)器中，在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，從觸發(fā)器將保存的狀態(tài)輸出。主從觸發(fā)器的工作原理維持阻塞觸發(fā)器的工作原理維持阻塞觸發(fā)器是一種具有記憶功能的邏輯電路，能夠在時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，將輸入信號(hào)的狀態(tài)保存下來，并在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來時(shí)，將保存的狀態(tài)輸出。維持阻塞觸發(fā)器通常由兩個(gè)交叉反接的晶體管和一個(gè)時(shí)鐘控制門組成，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)，控制門打開，輸入信號(hào)能夠通過交叉反接的晶體管保存到觸發(fā)器的狀態(tài)中。觸發(fā)器的邏輯符號(hào)與特性方程03ABCD觸發(fā)器的邏輯符號(hào)D端表示數(shù)據(jù)輸入，用于在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿或下降沿將數(shù)據(jù)寫入觸發(fā)器。觸發(fā)器的邏輯符號(hào)包括兩個(gè)輸入端（D和時(shí)鐘信號(hào)），一個(gè)輸出端（Q）和一個(gè)復(fù)位端（R）。R端表示復(fù)位端，用于將觸發(fā)器置為初始狀態(tài)（通常是0）。Q端表示數(shù)據(jù)輸出，用于讀取觸發(fā)器的當(dāng)前狀態(tài)。觸發(fā)器的特性方程描述了觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。對(duì)于上升沿…Qn+1=D(Qn)Q_{n+1}=DcdotQ_nn+1?=D?nQ?要點(diǎn)一要點(diǎn)二對(duì)于下降沿觸發(fā)的觸發(fā)器，特性方程為Qn+1=D(Qn)'Q_{n+1}=DcdotQ_n'n+1?=D?nQ?′觸發(fā)器的特性方程觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖描述了觸發(fā)器在不同時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)輸入下的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖包括時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿，以及在這些邊沿下觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可以直觀地了解觸發(fā)器的工作原理和行為特性。觸發(fā)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖觸發(fā)器的實(shí)際應(yīng)用與設(shè)計(jì)04觸發(fā)器常用于構(gòu)成寄存器，用于存儲(chǔ)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，具有保存數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和傳送數(shù)據(jù)的功能。寄存器計(jì)數(shù)器分頻器移位器觸發(fā)器可以組成計(jì)數(shù)器，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)的功能，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中。觸發(fā)器可以組成分頻器，將輸入的頻率分成若干個(gè)較低頻率的輸出，常用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。觸發(fā)器可以組成移位器，將輸入信號(hào)按照一定的位數(shù)進(jìn)行移位操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸。觸發(fā)器在時(shí)序邏輯電路中的應(yīng)用1.確定功能要求4.進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)5.進(jìn)行仿真測試6.進(jìn)行實(shí)際制作與調(diào)試3.確定觸發(fā)器的邏輯表達(dá)式2.選擇合適的觸發(fā)器類型根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，明確觸發(fā)器的功能要求，如狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖、輸入輸出關(guān)系等。根據(jù)功能要求，選擇合適的觸發(fā)器類型，如基本RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器等。根據(jù)功能要求，確定觸發(fā)器的邏輯表達(dá)式，包括輸入輸出關(guān)系、狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則等。根據(jù)邏輯表達(dá)式，進(jìn)行電路實(shí)現(xiàn)，包括門電路的選擇、連接方式等。通過仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)的觸發(fā)器進(jìn)行測試，檢查其功能是否符合要求。將設(shè)計(jì)的觸發(fā)器制作成電路板或芯片，并進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，確保其性能穩(wěn)定可靠。觸發(fā)器的設(shè)計(jì)方法與步驟2.減小延遲時(shí)間優(yōu)化觸發(fā)器的電路設(shè)計(jì)，減小信號(hào)傳輸延遲時(shí)間，提高觸發(fā)器的響應(yīng)速度。4.擴(kuò)展容量通過采用多級(jí)觸發(fā)器串聯(lián)或并聯(lián)的方式，擴(kuò)展觸發(fā)器的容量，以滿足大規(guī)模時(shí)序邏輯電路的需求。3.提高穩(wěn)定性通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高觸發(fā)器的抗干擾能力和穩(wěn)定性，降低誤動(dòng)作的概率。1.減少功耗通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，減少觸發(fā)器在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的功耗，提高能效比。觸發(fā)器的性能優(yōu)化與改進(jìn)總結(jié)與展望05觸發(fā)器是數(shù)字系統(tǒng)中的基本邏輯單元之一，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)序邏輯電路中的記憶功能。在楊志勇教授的《數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)》第五章中，對(duì)觸發(fā)器的基本原理、分類、工作過程以及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。觸發(fā)器按照工作方式可以分為電平觸發(fā)器和邊沿觸發(fā)器兩大類。電平觸發(fā)器在輸入信號(hào)滿足一定條件時(shí)，會(huì)改變輸出狀態(tài)；而邊沿觸發(fā)器則僅在輸入信號(hào)的邊沿變化時(shí)，才會(huì)改變輸出狀態(tài)。觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，如寄存器、計(jì)數(shù)器、分頻器等。通過組合不同的觸發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的時(shí)序邏輯電路。觸發(fā)器的性能指標(biāo)主要包括建立時(shí)間、保持時(shí)間、時(shí)鐘偏差和功耗等。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求選擇合適的觸發(fā)器類型和規(guī)格。總結(jié)展望隨著數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)觸發(fā)器的性能要求也越來越高。未來，觸發(fā)器的研究將更加注重降低功耗、提高集成度、減小時(shí)鐘偏差等方面。隨著新材料和新工藝的發(fā)展，新型觸發(fā)器的研究和應(yīng)用也將成為未來的重要方向。例如，基于CMOS、BiCMOS、GaAs等不同工藝的觸發(fā)器各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場景。隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)觸發(fā)器的可靠性和穩(wěn)定性要求也越來越高。因此，需要加強(qiáng)觸發(fā)器的可靠性