D觸發(fā)器,D觸發(fā)器是什么意思
D觸發(fā)器,D觸發(fā)器是什么意思
邊沿D 觸發(fā)器:
電平觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí),必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào),那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣,輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短,受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。
電路結(jié)構(gòu): 該觸發(fā)器由6個(gè)與非門組成,其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。
工作原理:
SD 和RD 接至基本RS 觸發(fā)器的輸入端,它們分別是預(yù)置和清零端,低電平有效。當(dāng)SD=0且RD=1時(shí),不論輸入端D為何種狀態(tài),都會(huì)使Q=1,Q非=0,即觸發(fā)器置1;當(dāng)SD=1且RD=0時(shí),觸發(fā)器的狀態(tài)為0,SD和RD通常又稱為直接置1和置0端。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平,不影響電路的工作。工作過(guò)程如下:
1.CP=0時(shí),與非門G3和G4封鎖,其輸出Q3=Q4=1,觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時(shí),由于Q3至Q5和Q4至Q6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門打開(kāi),因此可接收輸入信號(hào)D,Q5=D非,Q6=Q5非=D。
2.當(dāng)CP由0變1時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。這時(shí)G3和G4打開(kāi),它們的輸入Q3和Q4的狀態(tài)由G5和G6的輸出狀態(tài)決定。Q3=Q5非=D,Q4=Q6非=D非。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知,Q=Q3=D。
3.觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后,在CP=1時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。這是因?yàn)镚3和G4打開(kāi)后,它們的輸出Q3和Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的,即必定有一個(gè)是0,若Q3為0,則經(jīng)G3輸出至G5輸入的反饋線將G5封鎖,即封鎖了D通往基本RS 觸發(fā)器的路徑;該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用,故該反饋線稱為置0維持線,置1阻塞線。Q4為0時(shí),將G3和G6封鎖,D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖。Q4輸出端至G6反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用,稱作置1維持線;Q4輸出至G3輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用,稱為置0阻塞線。因此,該觸發(fā)器常稱為維持-阻塞觸發(fā)器。總之,該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào),正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn),正跳沿后輸入即被封鎖,三步都是在正跳沿后完成,所以有邊沿觸發(fā)器之稱。與主從觸發(fā)器相比,同工藝的邊沿觸發(fā)器有更強(qiáng)的抗干擾能力和更高的工作速度。功能描述
1.特征表
2.特征方程 Qn+1=D
3.時(shí)序圖
脈沖特性:
1.建立時(shí)間:由圖7.8.4維持阻塞觸發(fā)器的電路可見(jiàn),由于CP信號(hào)是加到門G3和G4上的,因而在CP上升沿到達(dá)之前門G5和G6輸出端的狀態(tài)必須穩(wěn)定地建立起來(lái)。輸入信號(hào)到達(dá)D端以后,要經(jīng)過(guò)一級(jí)門電路的傳輸延遲時(shí)間G5的輸出狀態(tài)才能建立起來(lái),而G6的輸出狀態(tài)需要經(jīng)過(guò)兩級(jí)門電路的傳輸延遲時(shí)間才能建立,因此D端的輸入信號(hào)必須先于CP的上升沿到達(dá),而且建立時(shí)間應(yīng)滿足: tset≥2tpd。
2.保持時(shí)間:由圖7.8.1可知,為實(shí)現(xiàn)邊沿觸發(fā),應(yīng)保證CP=1期間門G5的輸出狀態(tài)不變,不受D端狀態(tài)變化的影響。為此,在D=0的情況下,當(dāng)CP上升沿到達(dá)以后還要等門G3輸出的低電平返回到門G5的輸入端以后,D端的低電平才允許改變。因此輸入低電平信號(hào)的保持時(shí)間為tHL≥tpd。在 D=1的情況下,由于CP上升沿到達(dá)后G4的輸出將G3封鎖,所以不要求輸入信號(hào)繼續(xù)保持不變,故輸入高電平信號(hào)的保持時(shí)間tHH=0。
3.傳輸延遲時(shí)間:由圖7.8.3不難推算出,從CP上升沿到達(dá)時(shí)開(kāi)始計(jì)算,輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降膫鬏斞舆t時(shí)間tPHL和由低電平變?yōu)楦唠娖降膫鬏斞舆t時(shí)間tPLH分別是:tPHL=3tpd tPLH=2tpd
4.最高時(shí)鐘頻率:為保證由門G1~G4組成的同步RS觸發(fā)器能可靠地翻轉(zhuǎn),CP高電平的持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于 tPHL,所以時(shí)鐘信號(hào)高電平的寬度tWH應(yīng)大于tPHL。而為了在下一個(gè)CP上升沿到達(dá)之前確保門G5和G6新的輸出電平得以穩(wěn)定地建立,CP低電平的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)小于門G4的傳輸延遲時(shí)間和tset之和,即時(shí)鐘信號(hào)低電平的寬度tWL≥tset+tpd,因此得到:
最后說(shuō)明一點(diǎn),在實(shí)際集成觸發(fā)器中,每個(gè)門傳輸時(shí)間是不同的,并且作了不同形式的簡(jiǎn)化,因此上面討論的結(jié)果只是一些定性的物理概念。其真實(shí)參數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。
z 在考慮建立保持時(shí)間時(shí),應(yīng)該考慮時(shí)鐘樹(shù)向后偏斜的情況,在考慮建立時(shí)間時(shí)應(yīng)該考慮時(shí)鐘樹(shù)向前偏斜的情況。在進(jìn)行后仿真時(shí),最大延遲用來(lái)檢查建立時(shí)間,最小延時(shí)用來(lái)檢查保持時(shí)間。
z 建立時(shí)間的約束和時(shí)鐘周期有關(guān),當(dāng)系統(tǒng)在高頻時(shí)鐘下無(wú)法工作時(shí),降低時(shí)鐘頻率就可以使系統(tǒng)完成工作。保持時(shí)間是一個(gè)和時(shí)鐘周期無(wú)關(guān)的參數(shù),如果設(shè)計(jì)不合理,使得布局布線工具無(wú)法布出高質(zhì)量的時(shí)鐘樹(shù),那么無(wú)論如何調(diào)整時(shí)鐘頻率也無(wú)法達(dá)到要求,只有對(duì)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)作較大改動(dòng)才有可能正常工作,導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率大大降低。因此合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)序是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵。在可編程器件中,時(shí)鐘樹(shù)的偏斜幾乎可以不考慮,因此保持時(shí)間通常都是滿足的。
使用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)D觸發(fā)器
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.all;
ENTITY dflipflop IS
PORT (D,C : IN STD_LOGIC;
Q : OUT STD_LOGIC);
END dflipflop;
ARCHITECTURE Behavior OF dflipflop IS
BEGIN
PROCESS( C )
BEGIN
IF C'EVENT AND C='1' THEN
Q<=D;
END IF;
END PROCESS;
END Behavior;
使用Verilog HDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)D觸發(fā)器(帶R、S端)
//門級(jí)
module cfq(s,r,d,clk,q,qbar);
input s,r,d,clk;
output q,qbar;
wire na1,na2,na3,na4;
nand
nand1(na1,s,na4,na2),
nand2(na2,r,na1,clk),
nand3(na3,na2,clk,na4),
nand4(na4,na3,r,d),
nand5(q,s,na2,qbar),
nand6(qbar,q,r,na3);
endmodule
或
//行為級(jí)
module dff_rs_async(clk,r,s,d,q);
input clk,r,s,d;
output q;
reg q;
always@(posedge clk or posedge r or posedge s)
begin
if(r) q<=1'b0;
else if(s) q<=1'b1;
else q<=d;
end
endmodule
d觸發(fā)器芯片有:
74HC74 74LS90 雙D觸發(fā)器74LS74
74LS364八D觸發(fā)器(三態(tài))
7474、74 H74、74F74、74ALS74、74L74、74LS74A、74S74、74HC73、74C74雙D型正沿觸發(fā)器(帶預(yù)置和清除端)
74174、74LS174、74F174、74ALS174、74S174、74HC174、74C174 六D型觸發(fā)器(帶清除端)
74175、74LS175、74F175、74ALS175、74S175、74HC175、74C175 四D型觸發(fā)器(帶清除端)
74273、74LS273、74S273、74F273、74ALS273、74HC273 八D型觸發(fā)器(帶清除端)
74LS364 八D觸發(fā)器(三態(tài))
74LS377、74F377、74S3777 八D 觸發(fā)器
74LS378、74F378、74S378、74HC378 六D 觸發(fā)器
74LS379、74F379、74S379、74HC379八D 觸發(fā)器
邊沿D 觸發(fā)器:
負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時(shí),必須在正跳沿前加入輸入信號(hào)。如果在CP 高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號(hào),那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。而邊沿觸發(fā)器允許在CP 觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。這樣,輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短,受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。
電路結(jié)構(gòu): 該觸發(fā)器由6個(gè)與非門組成,其中G1和G2構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。
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