漫画描述数字电路之时序电路 一时失言乱红尘 2022-10-16 04:57 151阅读 0赞 **关注+****星标公众****号**,不错过精彩内容 ![c2ffe26929da4d229530c2d0d980e02f.gif][] 编排 | strongerHuang 来源 | 巧学模电数电单片机 ## 1什么是时序电路? ## 组合电路是根据当前输入信号的组合来决定输出电平的电路,换言之,就是现在的输出不会被过去的输入所左右,也可以说成是,过去的输入状态对现在的输出状态没有影响的电路。 **时序电路和组合电路不同,时序电路的输出不仅受现在输入状态的影响,还要受过去输入状态的影响。** 那么,如何才能将过去的输入状态反映到现在的输出上呢?时序电路到底需要些什么呢? 人类总是根据过去的经验,决定现在的行动,这时我们需要的就是—记忆,同样时序电路也需要这样的功能,这种能够实现人类记忆功能的元器件就是触发器。 按结构和功能,触发器可以分为RS型、JK型、D型和T型,在这里,我们只讲解比较有代表性的类型,RS型和D型。 ## 2触发器就像一个跷跷板 ## 触发器的工作方式与日本的“起坐亲子游戏”很象,日本的“起坐亲子游戏”,指的就是公园里的跷跷板,想起跷跷板,就能想象出RS触发器的工作原理。 ![0556ce4b468953ed56ee1b26b15396c3.png][] 图1:RS触发器的电路图 图2就是一个跷跷板,这个跷跷板有些生锈,即使没有人坐,也不能恢复水平状态,请记住它保持倾斜的样子,假设: * 跷跷板的两端是输出Q和Q\#。 * 左右的2个人是R君和S君,表示输入,坐上跷跷板表示逻辑高H状态,没有在跷跷板上表示逻辑低L状态。 * 每次只允许一个人坐,两人不能同时坐。 ![44dcb6151dfe84358c3371b8d6f04403.png][] 图2:跷跷板的初始状态 Q=L、Q\#=H、R=L、S=L 当S君坐上跷跷板(S=H)时,输出Q就变为H(Q\#变成L)(图3 )。 ![258b7806c0bed08378671018893cef4b.png][] 图3:S君坐在跷跷板上的状态 Q=H、Q\#=L、R=L、S=H 即使S君下来了,跷跷板也不会改变动作(S=L),Q\#还是L,不改变(图4)。 ![426caedd464e3ac14addd203dc839d5e.png][] 图4:S君从跷跷板上下来的状态 Q=H、Q\#=L、R=L、S=L 当R君坐上跷跷板时,Q变成L(Q\#变成H),当R君从跷跷板上下来时,也会保持L状态,从这个过程来看,我们是不是可以说跷跷板记住了以前坐过它的人呢。 用真值表表示RS触发器的工作过程,就像图5所示一样,表中Q0和Q0\#表示的是输入变化以前的输出。 ![b20c6a22944883b5d978d53d7024e26f.png][] 图5:RS触发器的真值表 RS触发器是最简单的触发器,主要用于防止机械式开关的误操作。 ## 3按时钟变化记忆的D触发器 ## D触发器是在时钟信号(CK)的上升沿(信号从L→H的变化)或下降沿(信号从H→L的变化)时,保持输入信号状态,改变输出信号的触发器。 ![b5fe6ea27107566de070f851d7ca74f3.png][] 图6:D触发器 ![4d2c8720960e44177696d84648aabc16.png][] Q0:输入变化前的输出 x:H或L都可以 ↑:L向H的转移 图7:D触发器的真值表 现在,我们用跷跷板来说明D触发器的工作原理,跷跷板的初始状态如图8所示,D君坐上跷跷板表示输入为H,从跷跷板上下来表示输入为L,跷跷板的另一边,放一个比D君轻的重物。 另外这个跷跷板与一般的跷跷板不同,只有在时钟CK上升沿时,才改变跷起的方向。 ![ecaa513057bc16612d8b34847779e475.png][] 图8:D触发器的初始状态 CK=L、D=H、Q=L、Q\#=H 看着图8,你不觉得有些奇怪吗?D君坐在跷跷板上,却没有变化,按理说,由于D君比重物重,D君(Q\#)应该降下来,才对。 为什么跷跷板没有发生变化呢,这是因为CK还保持L状态,当CK变为H(CK上升)时,跷跷板就跷起来了,D君就下降了(图9)。 ![d252dfeacc5335b26d73212c9d27d42e.png][] 图9:D触发器的CK处于上升状态 D=H、Q=H、Q\#=L 然后,CK就稳定在H状态,这时,不管D君是从跷跷板上下来,还是再坐上去,跷跷板都不动,只要不在CK的上升状态,跷跷板就一直保持以前的状态。 这种动作的触发器被称为D触发器,具有在时钟上升瞬间,保持(记忆)输入状态的功能,是一种时钟同步时序电路。 D触发器是时序电路的基本元件,用途广泛,D触发器的多级组合,可以做成移位寄存器、分频电路等,也可用于CPU内部的寄存器等。 ## 4SRAM是触发器构成的吗? ## 触发器可以记忆H或L,1位的信息,大量排列触发器,并使之具有可选择性后,就可以构成SRAM。 由于SRAM的输入输出速度比DRAM和闪存的访问速度高得多,所以,常用作CPU的缓存和寄存器。 尽管我们这样说,实际上CPU中内置的存储器或寄存器并非使用的是RS触发器这样的逻辑门。 由于使用逻辑门,会使电路规模变大,所以,一般使用4到6个FET,再经过优化构成存储器的1位(图A)。 ![8c249d40ebdfceb85426435eeae659ec.png][] 图A:SRAM的基本电路 ## 5时钟同步电路的必要性 ## 我们分两次,组合电路和时序电路,对逻辑电路的基础进行了讲解,实际上,在设计逻辑电路时,有很多应该注意的事项,其中特别重要的就是关于时钟同步电路的注意事项。 在组合电路中,微小的信号传输迟延,都有可能造成输出毛刺,尽管毛刺是一个极其短暂的信号,但也可以引起逻辑电路的误动作,为了回避这个问题,就要使用时钟同步电路。 ![26fdf4410ad7af4e55204d536079ca7e.png][] 图10:时钟同步电路的思路 图10给出了时钟同步电路的概要,如图所示,其构造是在FF(触发器)之间夹着组合电路,毛刺是组合电路在输出稳定之前,输出的短暂信号。 因此,在组合电路输出稳定以后,再改变时钟,用触发器保持这个输出,就可以回避这种误动作了。 **免责声明:**本文素材来源网络,版权归原作者所有。如涉及作品版权问题,请与我联系删除。 \------------ **END** ------------ 后台回复『**元器件**』『**电子基础**』阅读更多相关文章。 **欢迎关注我的公众号,**回复“**加群**”按规则加入技术交流群,回复“**1024**”查看更多内容。 **欢迎关注我的视频号:** ![9559f62671e79d93b0d103e5b1e3c9b7.png][] 点击“**阅读原文**”查看更多分享,欢迎**点分享、收藏、点赞、在看。** [c2ffe26929da4d229530c2d0d980e02f.gif]: /images/20221014/0d9e306de88d42c485b99a670be33261.png [0556ce4b468953ed56ee1b26b15396c3.png]: /images/20221014/dd3fa5c03be64655baf89e21b2816894.png [44dcb6151dfe84358c3371b8d6f04403.png]: /images/20221014/7e15666fbfbf4ce78f366bcd054a3170.png [258b7806c0bed08378671018893cef4b.png]: /images/20221014/5f9546223b0b451296dcea8c52137273.png [426caedd464e3ac14addd203dc839d5e.png]: /images/20221014/f301942dcddc4c4ba1535e998e2f9d79.png [b20c6a22944883b5d978d53d7024e26f.png]: /images/20221014/987f3a86a3a148fa87a3a8b35e677830.png [b5fe6ea27107566de070f851d7ca74f3.png]: /images/20221014/259bf328dc11426093abac46d1ab8a18.png [4d2c8720960e44177696d84648aabc16.png]: /images/20221014/952be2a64ce54d1694517ee738ccb3a5.png [ecaa513057bc16612d8b34847779e475.png]: /images/20221014/f2f21a8071f14b82aee179c07f8ce1dc.png [d252dfeacc5335b26d73212c9d27d42e.png]: /images/20221014/8f9156f61af24771873c5eeb8d584e90.png [8c249d40ebdfceb85426435eeae659ec.png]: /images/20221014/f533f7d1d094434e8f2153006d369ef0.png [26fdf4410ad7af4e55204d536079ca7e.png]: /images/20221014/45ea8d1ea6c74c7f93978e3e994cd6ab.png [9559f62671e79d93b0d103e5b1e3c9b7.png]: /images/20221014/54adbe7473b54ffbb4328fba931322d5.png
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