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CMOS 触发器:JK、D 和 T 型触发器

出处:维库电子市场网 发布于:2024-01-04 17:08:31

  JK 触发器
  以下讨论假设正逻辑 - 具有高电平有效输入的逻辑 1。
  字母 J 和 K 来自其发明者 Jack Kilby 的首字母缩写。

  JK触发器消除了SR触发器真值表的不确定性。图 1显示了 JK 触发器的构建模块。

  图 1.JK触发器。
  JK 触发器由一个 SR 触发器和两个添加的与门(A1 和 A2)组成。A1接收数据输入J和输出Q?。A2接收数据输入K和输出Q。
  表 1显示了 J 和 K 的四种可能组合。由于 J 和 K 的每个分组都有 Q 的两种可能状态,因此该表有八行。该表还显示为每个输入组合计算的 S 和 R 输入。Q n +1 列来自 S 和 R 输入以及 SR 触发器的真值表。一列突出显示了 Q n +1 的终条件。

 

  表 1. JK 触发器的真值表。
  表2的真值表是表1的总结。

 

  补充
  (切换)
  表 2. JK 触发器的汇总真值表。
  我们可以看到,真值表与 SR 触发器对应的真值表类似,除了输入 Jn = 逻辑 1、Kn = 逻辑 1,其中输出 Qn+1 改变状态(如果是逻辑 0,则变为逻辑 0)逻辑 1,如果是逻辑 1,则变为逻辑 0),从而消除了歧义。
  必须注意的是,如前一篇文章所述,在应用时钟脉冲时会出现这些输出。

  JK 触发器的替代构建模块


  图 2显示了 JK 触发器的另一个构建模块。

  图 2. JK 触发器的替代构建块。
  此配置使用 SR 触发器的构建块,但向 NAND 门 N3 和 N4 添加了一个输入,提供来自 N1 和 N2 输出的反馈。
  然而,存在一个与中脉冲的快速传播速度相关的称为竞争条件的问题。如果时钟在足够长的时间内保持高电平,这种情况可能会在输出处产生不明确的值。与反馈连接串联的延迟线可以解决问题,但这并不实用,并且有更好的解决方案。
  当为触发器计时的脉冲宽度大于触发器的传播延迟时,输出处的状态变化是不可靠的。传播延迟通常很小,并且出现竞争情况的可能性相当高。
  具有预设和清除输入的 JK 触发器

  经常需要将触发器清除为逻辑 0 状态 (Q = 0) 或将其预设为逻辑 1 状态 (Q = 1)。

  图 3中与非门 N1 和 N2 的两个附加输入设置 JK 触发器的初始状态。
  图 3.具有预设和清除输入的 JK 触发器。
  清零操作使输出 Q 变为逻辑低电平。实现这一目标需要将清除输入 Cr = 逻辑 0 和预设输入 Pr 设置为逻辑 1。当 Cr = 逻辑 0 时,N2 的输出为 Q? = 逻辑 1,反馈至 N1 输入。如果 Ck = 逻辑 0,则 N3 的输出为逻辑 1。在这种情况下,N1 的所有输入均为逻辑 1,其输出 Q = 逻辑 0。
  要将输出设置为逻辑高电平,清除输入 Cr = 逻辑 1,预设输入 Pr = 逻辑 0,然后 N1 的输出为 Q = 逻辑 1。检查电路的其余部分,我们看到 Q = 逻辑 1返回到 N2 输入,并且由于 Ck = 0,N4 的输出为逻辑 1。因此,N2 的所有输入均为逻辑 1,其输出为 Q? = 逻辑 0,正如预期的那样。
  预设和清除数据不与时钟同步,而是在时钟脉冲之间应用,即当Ck=0时。
  要启用触发器,请在下一个脉冲出现之前将输入 Pr 和 Cr 保持为逻辑 1。输入 Pr = Cr = 逻辑 0 导致不确定状态。
  表 3显示了该器件的真值表。

 

  (切换)
  X = 任意值
  表 3.具有预设和清除输入的 JK 触发器的真值表。
  请注意,表 3的“启用”部分与表 2中所示的输出相匹配。

  具有预设和清除输入的 JK 触发器的逻辑符号

  图 4显示了具有预设和清除输入的 JK 触发器的逻辑符号。
  图 4.具有预设和清除输入的 JK 触发器的逻辑符号。
  JK主从触发器
  分析 JK 主从配置很有趣,因为这是克服竞争条件的一种方法。

  图 5显示了两个 JK 触发器的级联。个触发器是主触发器,第二个触发器是从触发器。主站的输出馈送从站的输入,从站的输出馈送主站的输入。

  图 5.JK主从触发器。
  从触发器的时钟是主触发器时钟的补充。
  主从触发器是脉冲触发的。时钟脉冲 Ck = 逻辑 1 使能主触发器并禁用从触发器。因此,主触发器会改变状态(遵循表 2中所示的 JK 触发器真值表),但从触发器不能改变状态,从而在 Ck=逻辑 1 时保持 Q 恒定,从而避免竞争问题。
  时钟脉冲 Ck = 逻辑 0 禁用主触发器并启用从触发器。因此,从触发器根据其 J 和 K 输入处的逻辑状态改变状态。
  主触发器将其内容传输到从触发器,并且被禁用的主触发器获取新的输入而不影响输出。
  总而言之,当 Ck= 逻辑 1 时,输出 Q 不会改变,而当 Ck= 逻辑 1 时,QM 根据 JK 触发器真值表跟随输入;当脉冲结束时,Q 根据 QM 的值而变化。
  D(延迟)触发器
  该触发器具有单个输入 (D),其工作原理是当时钟脉冲出现时,输入处的信息会传输到输出 Q,充当 1 位延迟器件。表4给出了其真值表。

  表 4. D 触发器的真值表。
  从表 4中我们可以看到,当时钟脉冲出现时,输入会传输到输出,而不管输出之前的状态如何。这就是为什么可以制作简化的真值表(表 5)。

 

  表 5. D 触发器的汇总真值表。

  实现 D 触发器的一种方法是向 JK 触发器添加一个反相器,以便输入 K 是输入 J 的补码,如图6所示。

  图 6.AD触发器。
  我们可以从表2中的JK真值表中推导出表5中的D触发器真值表。

  实现D触发器的另一种方法是用SR触发器替换图6中的JK触发器,如图7所示。通过这种配置,它也可以用作锁存器。

  图 7.D触发器的另一种配置。
  在这种配置中,S和R永远不可能具有相同的逻辑状态,因此不可能出现模糊状态S=S=逻辑1,满足表5中的真值表。

  图 8显示了 D 触发器的逻辑符号。
  图 8.D触发器的逻辑符号。
  T触发器
  该触发器(称为 T 表示“切换”)与 D 触发器一样,从单个输入接收信息,有助于构建逻辑算术单元。
  当 T 触发器的输入 T 为逻辑高电平时,T 触发器会随每个时钟脉冲改变状态。如果 T = 0,则输出状态没有变化。
  表 6显示了 T 触发器的真值表。

  

  表 6. T 触发器的真值表。

  请注意,输出仅在时钟信号的有效边沿改变状态。图 9显示了 T 触发器的电路配置。这种布置将 JK 触发器的 J 和 K 输入连接在一起。

  图 9. AT 触发器。

  图 10显示了 T 触发器的逻辑符号。

  图 10. T 触发器的逻辑符号。
  商用 CMOS JK 触发器

  作为商用 JK 触发器的说明,图 11显示了 Fairchild CD4027BC(具有置位和复位功能的 CMOS 双 JK 主/从触发器)的逻辑图。


  图 11. Fairchild CD4027BC的逻辑图  。
  根据 Fairchild 的数据表,“CD4027BC 双 JK 触发器是单片互补 MOS (CMOS) 集成电路,采用 N 沟道和 P 沟道增强模式构建。每个触发器具有独立的 J、K、置位、复位和时钟输入和缓冲 Q 和 Q? 输出。”
  关于 CMOS JK、D 和 T 型触发器
  JK 触发器的性能与 SR 触发器类似,但禁止的组合 S = R = 逻辑 1 – JK 触发器允许两个输入均为逻辑 1,这使得触发器输出随每个时钟脉冲切换。
  主从触发器消除了竞赛难度。这种类型的触发器以级联配置组合了两个 JK 触发器。一个JK触发器为主,另一个为从。该电路还包括一个。
  D 型触发器可用于向数据路径引入延迟。
  T 型触发器具有单个数据输入,并充当切换,随着每个时钟脉冲改变状态。
  数字 CMOS IC 系列中提供触发器。
关键词:CMOS 触发器  

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