大多數數字系統中,除了需要具有邏輯運算和算數功能的組合邏輯電路外,還需要具有存儲功能的電路,組合邏輯與時序邏輯可構成時序邏輯電路,簡稱時序電路。現在討論實現存儲功能的兩種邏輯單元電路,即鎖存器和觸發器。
雙穩態:電子電路中。其雙穩態電路的特點是:在沒有外來觸發信號的作用下,電路始終處于原來的穩定狀態。在外加輸入觸發信號作用下,雙穩態電路從一個穩定狀態翻轉到另一個穩定狀態。由于它具有兩個穩定狀態,故稱為雙穩態電路。
單穩態電路只有一種穩定狀態,受到觸發以后,會自動轉到穩定狀態。雙穩態電路就兩種穩定狀態,受到觸發發后,就穩定在那種狀態,受到下一次觸發以后,再翻轉。
商店的彈簧門,就是一種“單穩態”。人一推開門后,處在一種不穩定狀態,人一進入后就會自動回復到關門這種穩定狀態。家中的普通門,就是“雙穩態”,門一被打開,就停在那里了,是一種穩態;將它關上了,又是一種穩態。
鎖存器:
鎖存器是構成各種時序電路的基本元件,它的特點是具有0和1兩種穩定的狀態,一旦狀態被確定,就能自行保持,即長期存儲1位的二進制碼,直到有外部信號作用時才有可能改變。鎖存器是一種對電平敏感的存儲單元電路,它們可以在特定輸入電平作用下改變狀態。
鎖存器的當前狀態與前一個狀態有關。 當R為1,輸出被復位,即Q為0。不論前一個狀態是什么,即不論Q的值是1還是0。 當S為1,R為0的情況下,Q即為0。不論前一個狀態是什么,即不論Q的值是1還是0, 當S和R狀態相同時(不論是1還是0),Q的值為Q的值。即,保持狀態,鎖存器。
代碼見1_latch
D鎖存器
邏輯門控D鎖存器: 由于當R、S為1的時候,鎖存狀態不確定,故為了消除SR鎖存器的不確定狀態,可在電路的S和R輸入端連接一個非門G5從而保證S和R不同時為1的條件。此外還有傳輸門控D鎖存器,
觸發器
RS觸發器(RS (Reset-Set) flip-flop)
RS觸發器是雙穩態觸發器,倆個與非門交叉耦合構成。由表可知它具有置“0”、置“1”和 “保持”三種功能。即在CP產生上升沿時才進行數據變化。RS觸發器分為上升沿觸發和下降沿觸發。注意Rd、Sd都是低電平有效。但我們到不需要注意這些,只需明白,cp上升沿時,R為0復位,這時輸出只和置位的S有關。如果R為1,則輸出均為0,根據電路結構可知。當RS均為1時會出現混亂,所以需要有約束條件來限制。
代碼見RS_regist
JK觸發器(JK (Jump-Key)flip-flop )
JK觸發器具有置0、置1、保持和翻轉功能,在各類集成觸發器中,JK觸發器的功能最為齊全。在實際應用中,它不僅有很強的通用性,而且能靈活地轉換其他類型的觸發器。由JK觸發器可以構成D觸發器和T觸發器。
D觸發器(data flip-flop)
D觸發器可以說是最常用的了。在寫Verilog時,觸發器均為D觸發器。雙穩態多諧振蕩器(Bistable Multivibrator),是一種應用在數字電路上具有記憶功能的循序邏輯組件,可記錄二進位制數字信號“1”和“0”。觸發器是構成時序邏輯電路以及各種復雜數字系統的基本邏輯單元。觸發器的線路圖由邏輯門組合而成,其結構均由SR鎖存器派生而來(廣義的觸發器包括鎖存器)。觸發器可以處理輸入、輸出信號和時鐘頻率之間的相互影響。
代碼:D_flip_flop
T觸發器 T (Toggle flip-flop)
T觸發器是一種使用較多的觸發器,將JK觸發器的J、K輸入端相連,接成一個輸入端T,即J = K = T,組成的觸發器就稱為T觸發器。圖5.5.1為T觸發器邏輯符號。在JK觸發器的基礎上可以得出T觸發器的特性方程為
當T=0時,由其特性方程可得,即在時鐘信號的作用下,輸出端的狀態保持不變。
當T=1時,由其特性方程可得,即在時鐘信號下降沿的作用下,輸出端的狀態翻轉為相反的狀態。在這種條件下,也稱為觸發器
代碼:T_flop_flip
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