第6讲 触发器与时序电路设计方法
第六章 时序逻辑电路的设计方法
①确定输入变量和输出变量。输入变量X,为串行输入余3码序列, 高位在前,低位在后;输出变量Z=1为误码输出。 ②设置状态。 该电路属于串行码组检测,
0/0 S1 0/0 S3 0/0 S5 0/1 1/1 1/0 S6 0/1 1/0 0/0 S7 0/0 1/0 1/0 S4 1/0 S8 0/0 1/0 0/0 S11 0/0 1/0 0/0 S9 1/0 S12 0/0 1/0 0/0 S13 0/0 1/1 S0 1/0 S2 1/0 S10 1/0 S14 0/1 1/1 X/ Z Si
y2
y1( n 1)
x y 2 y1 x y 2 y1 x y 2 y1 xy2 y1 x y 2 y1 xy2
Y1
根据J-K触发器的次态方程 y ( n1) J y K y ,变换上式得:
( n 1) y2 ( x y 1 ) y 2 ( x) y 2
第二步:确定输出函数表达式。 Z=y2y1+xy1
Z
试设计一个101序列检测器,该同步电路由一根输入线X,一根
输出线Z,对应与输入序列的101的最后一个“1”,输出Z=1。其 余情况下输出为“0”。101序列可以重叠,
如:X:010101101
0/0
例、某同步时序电路,其输入x1x2,输出为Z,在同一时间内输入x1和x2,不能 同时为1,只有x1输入3个或3个以上1,然后x2输入1个1时,电路输出为1,否则 z为0。 01/0 10/0 状态图 00/0
00/0 A 01/0 01/1 01/0 10/0 B
00/0 10/0
D 10/0
S2:收到序列前2位“10”。
(1)可重叠
0/0
X/Z
触发器和时序逻辑电路电子技术课件ppt知识介绍
• D触发器:具有一个数据输入端D和一个时钟信号输入端CP。在CP的上升沿或 下降沿到来时,会将D端的输入数据锁存到输出端Q。具有数据锁存功能,适用 于数据传输和存储等应用场合。
组合逻辑控制信号产生
通过组合逻辑电路产生控制信号,实 现对时序逻辑电路的控制,如计数器 、寄存器等。
时序逻辑状态转换
在时序逻辑电路中,通过组合逻辑电 路实现状态转换,控制数据的流动和 处理。
状态机设计原理及实例分析
状态机基本概念
介绍状态机的定义、分类、状态转换图等基本概念。
状态机设计步骤
详细阐述状态机设计的步骤,包括状态编码、状态转 换表、状态转换图、控制逻辑设计等。
特性分析
触发器具有以下特性
记忆功能
能够保持输出状态不变,直到下一个触发信号的到来。
触发方式多样
可根据不同的触发方式进行设计,如电平触发、边沿触发 等。
逻辑功能灵活
可实现多种逻辑功能,如与、或、非等。
时序配合方便
可与其它时序逻辑电路方便地进行配合,实现复杂的时序 逻辑功能。
常见类型及其特点
• 基本RS触发器:具有两个输入端R和S,以及两个输出端Q和Q'。当R和S的输入 信号不同时,Q和Q'的输出状态会发生变化。具有直接置位和复位的功能,但 存在约束条件,即R和S不能同时为1。
触发器分类
根据触发方式的不同,触发器可分为电平触发器和边沿触发器两大类。其中,电平触发器又可分为基 本RS触发器、同步RS触发器、D触发器等;边沿触发器可分为正边沿触发器和负边沿触发器等。
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法时序逻辑电路是一类通过内部的记忆元件来实现存储功能的数字电路,它能够根据输入信号的时序变化来决定输出信号的状态。
常见的时序逻辑电路包括时钟发生器、时钟分配器、触发器、计数器等。
在设计时序逻辑电路时,需要考虑到电路的功能要求、时序要求、稳定性和可靠性。
本文将介绍时序逻辑电路的设计方法。
1.确定功能要求:首先需要明确时序逻辑电路的功能要求,即输入信号和输出信号之间的逻辑关系。
可以通过真值表、状态转换图、状态方程等方式进行描述。
根据功能要求,可以确定电路中需要使用到的逻辑门、触发器等元件。
2.确定时序要求:在时序逻辑电路中,输入信号的变化必须满足一定的时序要求,通常需要使用时钟信号来进行同步控制。
时钟信号是一个周期性的信号,控制电路在时钟的上升沿或下降沿进行状态的改变。
时序要求还包括时序逻辑电路在不同输入组合下的稳态和状态转换时的时间要求。
3.设计电路结构:根据功能要求和时序要求,可以确定时序逻辑电路的整体结构。
电路结构的设计包括将逻辑元件(例如逻辑门、触发器)按照特定的方式连接起来,以实现所需的功能。
常见的电路结构包括级联结构、并行结构、环形结构等。
4.选择逻辑元件:根据电路的功能和时序要求,选择合适的逻辑元件来实现电路的功能。
常见的逻辑元件包括与门、或门、非门、异或门等。
触发器是时序逻辑电路的核心元件,常用的触发器包括D触发器、JK触发器、T触发器等。
5.进行逻辑功能实现:将所选择的逻辑元件按照电路结构进行连接,并完成时序逻辑电路的逻辑功能实现。
这一步可以使用绘图工具进行电路图的绘制,也可以通过硬件描述语言(HDL)进行电路的逻辑设计。
6.时序优化:对设计的时序逻辑电路进行时序优化。
时序优化可以通过调整逻辑元件的连接方式、引入时序优化电路等方式来提高电路的性能和可靠性。
时序优化的目标是尽可能满足时序要求,减少信号传输延迟和功耗。
7.进行电路仿真和验证:对设计的时序逻辑电路进行仿真和验证。
第6章 时序逻辑电路
J 和 K 接为互反,相当于一个D触发器。时钟相连 是同步时序电路。
电路功能: 有下降沿到来时,所有Q端更新状态。
2、移位寄存器 在计算机系统中,经常要对数据进行串并转换,移 位寄存器可以方便地实现这种转换。
左移移位寄存器
•具有左右移位功能的双向移位寄存器
理解了前面的左移移位寄存器,对右移移位寄存器 也就理解了,因位左右本身就是相对的。实际上,左右 移位的区别在于:N触发器的D端是与 Q N+1相连,还是 与Q N-1相连。
第六章 时序逻辑电路
如前所述,时序逻辑电路的特点是 —— 任一时刻 的输出不仅与当前的输入有关,还与以前的状态有关。
时序电路以触发器作为基本单元,使用门电路加以 配合,完成特定的时序功能。所以说,时序电路是由组 合电路和触发器构成的。
与学习组合逻辑电路相类似,我们仍从分析现成电 路入手,然后进行时序逻辑电路的简单设计。
状态化简 、分配
用编码表示 给各个状态
选择触发器 的形式
确定各触发器 输入的连接及 输出电路
NO 是否最佳 ?
YES
设计完成
下面举例说明如何实现一个时序逻辑的设计:
书例7-9 一个串行输入序列的检测电路,要求当序
列连续出现 4 个“1”时,输出为 1,作为提示。其他情 况输出为 0。
如果不考虑优化、最佳,以我们现有的知识可以很
第二步: 状态简化
前面我们根据前三位可能的所有组合,设定了 8 个
状态A ~ H,其实仔细分析一下,根本用不了这么多状态。
我们可以从Z=1的可能性大小的角度,将状态简化为
4 个状态:
a
b
c
d
A 000
B 100
D 110
时序逻辑电路的设计方法
时序逻辑电路的设计方法一、同步时序规律电路的设计方法同步时序规律电路的设计是分析的逆过程,其任务是依据实际规律问题的要求,设计出能实现给定规律功能的电路。
主要介绍用触发器和门电路设计同步时序规律电路的方法。
设计步骤:1、依据设计要求和给定条件,进行规律抽象,得出电路的原始状态转换图或转换表。
① 分析给定的规律问题,确定输入变量、输出变量及该电路应包含的状态,并用字母a、b、c…或S0、S1、S2 …等表示;② 分别以上述状态为现态,考察在每一个可能的输入组合作用下,应转入哪个状态及相应的输出;2、状态化简---如有等价状态则合并之等价状态—在原始状态图中,如有两个或两个以上的状态,在相同的条件下,不仅有相同的输出,而且向同一个状态转换,则这些状态是等价的,可以合并。
3、状态安排(状态编码)依据电路包含的M个状态,确定触发器的类型和数目N。
∵N个触发器共有2n种状态组合,∵取2n-1<M<2n其次,要给每个电路状态规定对应的触发器状态组合,每组触发器的状态组合都是一组二值代码,所以,该过程又称状态编码。
4、求出电路的状态方程、激励方程和输出方程。
5、依据得到的方程式画出规律图。
6、检查设计的电路能否自启动。
例. 设计一个带有进位输出端的十三进制计数器.①建立原始状态图、②状态化简、③状态安排:n=4、④选触发器,求时钟、输出、状态、驱动方程:Q3*=Q3Q2'+Q2Q1Q0,Q2*=Q3'Q2Q1'+Q3'Q2Q0'+Q2'Q1Q0,Q1*=Q1'Q0+ Q1Q0',Q0*=Q3'Q0'+Q2'Q0',C=Q3Q2、⑤画电路图、⑥检查电路能否自启动若选用4个JK触发器,需将状态方程变换成JK触发器特性方程的标准形式,即Q*=JQ′+K′Q,找出驱动方程。
比较得到触发器的驱动方程:J3=Q2Q1Q0,K3=Q2;J2=Q1Q0,K2=(Q3'(Q1Q0)')';J1=Q0,K1=Q0;J0=(Q3Q2)',K0=1。
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法。
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法。
在数字电路设计中,时序逻辑电路是指需要考虑时间因素的电路,其输出取决于当前和之前的输入信号。
触发器和移位寄存器是时序逻辑电路中常用的组件,它们可以被用来存储信息和同步信号,从而帮助我们构建更加复杂的电路。
触发器是一种时序逻辑电路,它可以存储一个比特位,并且只能被时钟信号触发来改变存储状态。
触发器的最常见类型是D触发器,它有一个数据输入(D)和时钟输入(C),当C的上升沿到来时,D触发器会将D的数据存入内部寄存器中。
移位寄存器是一种特殊的触发器组合,其可以在多个触发器之间进行移位操作。
移位寄存器通常用于存储多个比特位,并且可以用于串行通信和数字信号处理等应用中。
当时钟信号触发时,移位寄存器会将每个触发器的输出传递给下一个触发器,从而实现数据的移位操作。
时序逻辑电路的设计需要考虑各种电路的延迟和时序关系,以确保电路的正确功能。
此外,还需要注意电路中的时钟频率,以确保电路能够快速响应输入信号并进行适当的处理。
在实际的电路设计中,我们可以使用Verilog或VHDL等硬件描述语
言来描述时序逻辑电路和组件,从而可以通过模拟和仿真来验证电路
的正确性。
同时,我们还可以使用EDA工具来帮助我们自动化设计流程,从而提高设计效率和准确性。
总之,触发器和移位寄存器是时序逻辑电路中非常重要的组件,它们可以帮助我们存储和处理数字信号,并构建更加复杂的数字电路。
在电路设计过程中,我们需要注意各种时序关系和延迟,并使用适当的硬件描述语言和EDA工具来实现设计目标。
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法1. 什么是触发器和移位寄存器触发器是数字电路中最为重要的元件之一,它是一种能够切换输出状态的器件,能够将输入信号锁存起来并产生输出信号。
移位寄存器则是由多个触发器组成的一种结构,它具有一定的存储能力和移位功能。
2. 设计时序逻辑电路的基本原则在设计时序逻辑电路时需要遵循以下原则:(1)时序逻辑电路与组合逻辑电路结合使用。
(2)采用合适的触发器和移位寄存器元件。
(3)确保所有输入信号的稳定性。
(4)避免出现冒险信号。
(5)通过模拟仿真来验证设计的正确性。
3. 触发器的分类触发器可以根据触发方式分为同步触发器和异步触发器。
同步触发器输出信号的变化只会在时钟信号出现时才会进行;异步触发器则不依赖时钟信号,而是由一个或多个输入信号控制。
4. 移位寄存器的功能移位寄存器通过改变输入信号的先后顺序,实现数据的移位和存储,并且可以实现串行数据与并行数据的转换。
在实际应用中,移位寄存器通常用于数字通信系统中的调制解调、数据压缩和信息传输等方面。
5. 移位寄存器的分类按照移位寄存器的结构特点,可以将其分为串行移位寄存器和并行移位寄存器两大类。
串行移位寄存器中,数据位是按照位顺序依次经过各个触发器,实现每个数据位的单独存储和移位;并行移位寄存器中,所有数据位是同时存储和移位的,具有较高的处理效率。
6. 触发器的应用触发器广泛应用于数字信号处理领域,包括计算机、通信、控制、计量等领域。
在计算机内部,触发器用于构筑存储器单元、寄存器、计数器等数字电路;在通信系统中,触发器则主要用于解调和解码等信号处理功能。
7. 移位寄存器的应用移位寄存器主要应用于信息传输和数字信号处理中,如通信调制、数据压缩、图像处理等。
在通信调制中,移位寄存器通过改变数字信号的顺序,实现不同调制方式的转换;在数据压缩中,移位寄存器可以通过存储和移位数据位,实现信息的压缩;在图像处理中,移位寄存器可以通过对像素点的存储和移位,实现图像的旋转和平移等操作。
复习-触发器及时序电路
目 录
• 触发器的基本概念 • 触发器的应用 • 时序电路的基本概念 • 时序电路的应用 • 时序电路的设计与实现
触发器的基本概念
01
定义与分类
触发器是一种具有记忆功能的逻辑门 电路,能够在时钟信号的驱动下,将 输入信号的状态存储下来,并在下一 个时钟周期输出。
触发器可以分为RS触发器、D触发器 、JK触发器和T触发器等类型,根据不 同的应用需求选择不同类型的触发器 。
03
节拍器在计算机中广泛应用于控制CPU的时钟频率、内存读 写等操作。
序列检测器
01
序列检测器是一种时序电路,用于检测输入信号中是否出现特 定的序列。
02
序列检测器通常由多个触发器和门电路组成,根据需要检测不
同长度的序列。
序列检测器在计算机中广泛应用于数据传输、协议处理和故障
03
检测等操作。
时序电路的设计与实
实现方式与技巧
1. 选择合适的触发器
根据设计需求选择合适的触发器类型,如JK、 D、T等。
2. 优化逻辑门数量
通过减少不必要的逻辑门来降低电路复杂度 和功耗。
3. 合理利用时钟信号
正确使用时钟信号来控制状态转换,提高电 路的可靠性和稳定性。
4. 考虑同步与异步时序
根据需求选择同步或异步时序电路,确保电 路行为的正确性。
应用场景
边沿触发器广泛应用于时序逻辑电 路中,如寄存器和计数器等。
时序电路的基本概念
03
定义与分类
时序电路
是一种具有记忆功能的电路,其输出 不仅取决于当前的输入,还与之前的 输入状态有关。
分类
根据触发器的不同,时序电路可分为 同步时序电路和异步时序电路。
数字电子技术 时序逻辑电路的分析与设计 国家精品课程课件
《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程:
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程:
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入,即得电路的状态方程:
简化状态图(表)中各个状态。 (4)选择触发器的类型。
(5)根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能,导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
(6)根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 (7)检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2.同步计数器的设计举例
驱动方程: T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
(米利型)
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为:
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法。
总结使用触发器、移位寄存器设计时序逻辑电路和方法。
使用触发器和移位寄存器来设计时序逻辑电路是数字电路设计中常用的方法之一。
这种方法的主要优点是可以快速地实现各种复杂的电路功能,同时还具有较高的可靠性和稳定性。
在使用触发器和移位寄存器来设计时序逻辑电路时,需要注意以下几点:1. 确定电路的时序要求。
在设计时序电路时,首先需要明确电路的时序要求,包括时钟周期、时钟脉冲的宽度和时序数据的传输速度等。
这些参数将直接影响到电路的设计和实现。
2. 选择合适的触发器和移位寄存器。
触发器和移位寄存器是时序电路的核心元件,因此需要根据电路的要求选择合适的类型和数量。
例如,在需要存储大量数据的电路中,可以选用多个移位寄存器来实现。
3. 确定时钟信号的来源和频率。
时钟信号是时序电路的重要组成部分,需要确定时钟信号的来源和频率。
通常情况下,时钟信号可以由外部时钟发生器或者其他电路模块提供。
4. 编写适当的逻辑表达式。
逻辑表达式是时序电路设计中不可或缺的一部分,需要根据电路的功能要求进行精心编写。
逻辑表达式一般采用布尔代数的形式来表示,可以使用逻辑运算符和时序数据的输入输出来完成。
5. 进行模拟和验证。
在设计完时序电路之后,需要进行模拟和验证以确保电路的正确性和稳定性。
可以使用仿真软件来模拟电路的运行情况,并通过实验验证电路的工作效果。
总之,使用触发器和移位寄存器来设计时序逻辑电路是一种有效的方法,可以快速地实现各种复杂的电路功能。
在设计时需要注意时序要求、选择适当的元件、确定时钟信号来源、编写适当的逻辑表达式,同时还需要进行模拟和验证来确保电路的正确性和稳定性。
时序逻辑电路的设计与时序分析方法
时序逻辑电路的设计与时序分析方法时序逻辑电路是数字电路中的一种重要类型,用于处理按时间顺序发生的事件。
它在各种电子设备中被广泛应用,例如计算机、通信设备等。
本文将介绍时序逻辑电路的设计原理和常用的时序分析方法。
一、时序逻辑电路的设计原理时序逻辑电路是根据输入信号的状态和时钟信号的边沿来确定输出信号的状态。
它的设计原理包括以下几个方面:1. 状态转移:时序逻辑电路的状态是通过状态转移实现的。
状态转移可以使用触发器实现,触发器是一种存储元件,能够存储和改变信号的状态。
常见的触发器有D触发器、JK触发器等。
2. 时钟信号:时序逻辑电路中的时钟信号是控制状态转移的重要信号。
时钟信号通常为周期性的方波信号,它的上升沿或下降沿触发状态转移操作。
3. 同步与异步:时序逻辑电路可以是同步的或异步的。
同步电路通过时钟信号进行状态转移,多个状态转移操作在同一时钟周期内完成。
异步电路不需要时钟信号,根据输入信号的状态直接进行状态转移。
二、时序分析方法时序分析是对时序逻辑电路的功能和性能进行分析的过程,它可以帮助设计人员检查和验证电路的正确性和可靠性。
以下是几种常用的时序分析方法:1. 序时关系图:序时关系图是一种图形表示方法,它直观地显示了输入信号和输出信号之间的时间关系。
通过分析序时关系图,可以确定电路的特性,例如最小延迟时间、最大延迟时间等。
2. 状态表和状态图:状态表是对时序逻辑电路状态转移过程的描述表格,其中包括当前状态、输入信号和下一个状态的对应关系。
状态图是对状态表的图形化表示,用图形的方式展示状态和状态转移之间的关系。
3. 时钟周期分析:时钟周期分析是对时序逻辑电路的时钟频率和时钟周期进行分析,以确保电路能够在规定的时钟周期内完成状态转移操作。
常用的时钟周期分析方法包括最小周期分析和最大频率分析。
4. 时序仿真:时序仿真是通过计算机模拟时序逻辑电路的行为来验证电路的功能和性能。
通过输入不同的信号序列,可以观察和分析电路的输出响应,以判断电路设计是否正确。
基于触发器设计同步时序电路的方法和步骤
触发器是数字电路中重要的元件,它能够存储和传输数字信号,被广泛用于时序电路的设计中。
在设计同步时序电路时,合理选用触发器并进行相应的设计是十分关键的。
下面将介绍基于触发器设计同步时序电路的方法和步骤。
一、了解触发器的种类和特性在设计同步时序电路之前,首先需要对常见的触发器种类及其特性有所了解。
常见的触发器包括RS触发器、D触发器、JK触发器和T触发器。
它们具有不同的特性,如时序反馈、时钟边沿触发等,设计时需要根据具体的应用场景选择合适的触发器类型。
二、确定同步时序电路的功能需求在设计同步时序电路之前,需要明确电路的功能需求,包括输入信号的类型和频率、输出的预期行为等。
通过仔细分析功能需求,可以确定所需触发器的类型和数量,为后续设计提供指导。
三、进行触发器的选型和布局根据功能需求,选用合适的触发器类型,并进行布局设计。
在布局过程中,需要考虑触发器之间的相互影响、时钟信号的分布等因素,确保电路的稳定性和可靠性。
四、进行逻辑设计和时序分析在确定触发器的选型和布局后,进行逻辑设计和时序分析。
通过逻辑设计,确定各个触发器之间的逻辑关系和信号传输路径;通过时序分析,评估电路的时序性能,包括时钟周期、延迟时间等参数。
五、进行仿真和验证完成逻辑设计和时序分析后,进行仿真和验证。
利用仿真工具对电路进行验证,检查电路的功能是否符合设计要求,以及时序性能是否满足预期。
六、进行布线和布局设计在仿真和验证通过后,进行布线和布局设计。
根据实际的电路板布局要求,对电路进行合理的布线和布局设计,考虑信号传输的稳定性和抗干扰能力。
七、进行电路实现和调试完成布线和布局设计后,进行电路的实现和调试。
按照设计要求进行电路的焊接和连接,通过实际测试和调试,确保电路的稳定性和可靠性。
八、进行性能评估和优化进行电路性能的评估和优化。
通过实际测试和数据分析,评估电路的性能指标,对电路进行优化,以满足实际应用的需求。
总结:基于触发器设计同步时序电路的方法和步骤,需要从了解触发器的种类和特性开始,逐步确定功能需求,进行选型和布局设计,进行逻辑设计和时序分析,进行仿真和验证,进行布线和布局设计,进行电路实现和调试,最后进行性能评估和优化。
电子设计中的时序电路设计
电子设计中的时序电路设计
时序电路是电子设计中非常重要的一部分,它用于控制信号在电子系统中的时
序和顺序。
时序电路的设计涉及到时钟信号的分配、同步和延迟等方面,是确保整个系统正常工作的关键因素。
在进行时序电路设计时,首先需要明确系统的时钟信号源以及时钟频率。
时钟
信号是整个系统中的主导信号,它决定了数据的传输速度和时序关系。
因此,在设计时需要保证时钟信号的稳定性和准确性,避免产生时序偏差和时序冲突。
另外,在时序电路设计中,时序分析是必不可少的一步。
时序分析可以帮助设
计人员理清系统中各模块之间的时序关系,确定数据传输的路径和时序要求。
通过时序分析,可以发现潜在的时序问题,并及时进行调整和优化,确保系统的可靠性和稳定性。
此外,在时序电路设计中,还需要考虑时序同步和时序延迟的问题。
时序同步
是指保证不同模块之间的时序一致性,避免数据传输过程中出现时序不匹配的情况。
而时序延迟则关系到数据在不同模块之间的传输速度和时序关系,需要设计合适的延迟电路来保证数据的正确接收和传输。
总的来说,时序电路设计是电子设计中至关重要的一环,它直接关系到整个系
统的性能和稳定性。
设计人员需要充分理解时序电路的原理和设计要求,合理规划时序分配和时序关系,通过时序分析和验证确保系统的正常工作。
只有做好时序电路设计,才能保证整个电子系统的可靠性和性能优化。
第6讲 触发器与时序电路设计方法 ppt课件
01 1 0 0 1
11
10 1 0
Q
0
ppt课件
D3 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q 0 D2 Q2 Q2 (Q1 Q0 )
D1 Q1 Q 3 Q1 Q0 (Q1 Q 0 )
D0 Q0 Q 0
X
D
Q
CLK
M3
CL1 CLK
M7
CL2
M1
M5
Master Stage
Slave Stage
ppt课件
41
(3)TSPC Register(真单相钟控寄存器)
VDD
VDD
VDD
M3 CLK
M6 Y
M9
Q
Q
D
CLK
M2
X M5
CLK
M8
M1 CLK
M4
M7
这是上边沿
ppt课件
42
(3)TSPC Register(真单相钟控寄存器)
VDD
VDD
PUN Q
In CLK
CLK
VDD In1
CLK
VDD In2
Q
CLK
PDN
In1
In2
Example: logic inside the latch
AND latch
ppt课件
23
PP. 258
(8) Regenerative latch(再生锁存器)
+
+
+
D
Q
ppt课件
24
性能比较
ppt课件
PP. 251
6
(3)、D触发器
CP D
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circuit
symbol
Clocked inverter operation
PP. 256
= 0: both clocked transistors are off, output is floating. = 1: both clocked inverters are on, acts as an inverter to drive output.
(3) 钟控CMOS反向器(C2MOS)
符号图
电路图
工作原理
= 0: p1 n1 都截止,输出悬空
= 1: p1 n1 都导通,实现反向器的功能
(4) Mux-Based Latches 基于选择器的锁存器 Positive latch(正锁存器) (transparent (赋值) When(CLK= 1)
(1) 基于传输门的Dynamic flip-flops b
master slave
内部的 Q
0:赋值 1:内部Q保存, slave输出改变 这是上边沿
(2)C2MOS
VDD VDD
M2 CLK D
CLK M3 M4 X
M6 CLK CL1
M8
Q
CLK M7
CL2
M1
M5
Master Stage
circuit
symbol
(3) Quasi-static Latches 准静态锁存器
存贮节点
PP. 255
Q
Operation
(D)
LD =1: Q=D LD =0: Q存贮
2 =0: 正反馈断开, 电路成动态Latch
2 =1:存贮节点形成正反馈, 电路成静态锁存器
四、Dynamic flip-flops (动态触发器)
锁存器的信号,主触发
器输出稳定,所以Q不
改变。
(1)基本CMOS组成的触发器
=D’
=D
CLOCK=0, CLOCK’=1主触发器工作。
从触发器:CLOCK’由于先经过或门 =D (输出始终为1),封闭。 =D’ CLOCK=1, CLOCK’=0从触发器工作。 主触发器:CLOCK’由于先经过与门 CMOS锁存器 (输出始终为0),封闭。
1、动态与静态
动态: 用寄生电容存数据 版图小,但存储在电容
器上的能量会随时间消
耗掉 静态: 用反相器反馈存数据 闭环锁存器,准静态锁 存器
2、功能
PP. 251
按功能分类:
D-type T-type SR-type JK-type
(1)、RS触发器
PP. 251
1)、特性表
S
0 0 1 1
与数电相同
三、设计实例
十进制计数器为例 作为自主学习作业 (PSPICE仿真)
1、状态图
0000
0
0001
0
0010
0
0011
1
1001
0
Q3Q 2Q1Q0 Y 0100
0
1000
0
0111
0
0110
0
0
0101
2、卡诺图
Q 1Q 0 Q 3Q 2
00 0 0
01 0 0
11
0
10 0 0
Q 1Q 0 Q 3Q 2
PP. 260
一、FSM
二、设计方法与特点
三、设计实例
PP. 261-264 一、FSM structure FSM --- finite state machine 有限状态机
1、FSM structure
输出 输入 驱动 (激励 信号)
状态 信号
2、FSM三个基本方程
1、输出方程
Y F ( X,Q )
+ + +
D
Q
性能比较
三、触发器
触发器基本原理 由基本CMOS门构成 基于传输门的触发器 C2MOS电路构成的触发器
TSPC
概述: Flip-flops
PP. 259
Not transparent—use multiple storage elements to isolate output from input
存贮节点
Cg: 存贮节点的寄生电容 主要由反相器的栅电容组成
1. Operation
PP. 252
=1: ? =0: ?
= 0: transmission gate is off, inverter output is determined by storage node. = 1: transmission gate is on, inverter output follows D input.
0 0
1000
0 0111
0
0110
0 0101
0
00 01
00 01
1 1Leabharlann 1 111
1
11
10 0 0
11
10
1
0
Q2
Q0
3、驱动方程
Q 1Q 0 Q 3Q 2
00 0 0
01 0 0
11
0
10 0 0
Q 1Q 0 Q 3Q 2
00 0 0
01
11
0 0
10
00 01
00 01
1 1
1
1
D3 Q3 Q2 Q1 Q0 Q3 Q 0
对Flip-flops赋值后,存贮值不立即输出,当时钟 边沿时输出存贮值
Major varieties:
– master-slave; 主从结构 – edge-triggered. 边沿触发
主从触发器
主 D 从
= 1: 主锁存器有效, 接收数据;从锁存器无 效,Q输出保持原来数 据
Q
= 0: 主锁存器无效; 从锁存器有效,传递主
基本D 触发器
(2)基于传输门的静态锁存器 ’ D Qb Q
’
=0: Q=D
=1: Q保持
基于传输门的静态锁存器工作过程 ’= 1 D Qb Q
=0
’
=0: Q=D
基于传输门的静态锁存器工作过程 ’= 0 D Qb Q
=1
’
=0: Q=D
=1: Q保持
CLK=1,D=1
(6) SSTC的锁存器工作原理
=0
0
=1
CLK=1,D=0 Clk=1,Q=D,从而实现了锁存器的功能
(7) TSPC
VDD
VDD
VDD
VDD
Out In CLK CLK In CLK CLK Out
Positive latch Negative latch (transparent when CLK= 1) (transparent when CLK= 0)
R
0 1 0 1
Qn+1
Qn 0 1 不定
2)、函数式(状态方程)
Q n 1 S RQ n SR 0(约束条件)
2、JK触发器
PP. 251
CP X J K X X 0 0 0 1 1 0 1 1 Qn+1 Qn Qn 0 1 Qn
J
K
Q
n1
J Q KQ
(3)、D触发器
PP. 251
Qb Q
PP. 260
D Db
(5) Static Latch based on RAM
Qb Q
VDD
PP. 260
M2
Q
M4
Q
D Db
CLK D
M6 M5
M1
M3
M8 M7
CLK Db
(6) SSTC的锁存器
CLK=1,Q=D
CLK=0,保持
(6) SSTC的锁存器工作原理
=1
0
=0
00 0 0
01
11
0 0
10
00 01
00 01
1 1
1
1
0000
0
0001
0
0010
0
0011
1
1
1001
0
Q3Q 2Q1Q0 Y 0100
11
10
11 1
0 Q3 01 0
10
0
0
Q1
11 1
0
10 0
Q 1Q 0 Q 3Q 2
0
10
Q 1Q 0 Q 3Q 2
00 0
00
01 0 0
11
D0 Q0 Q0
Q2 Q1 Q0
Q2 Q1 Q0 Q3 Q0
Q1 Q0
Q0
D0
Q0
D1
Q1
D2
Q2
D3
Q3
Q0
Q1
Q2
Q3
clk
5、晶体管级电路图
1)、D 触发器 2)、与非门(二输入,三输入) 3)、异或门(二输入)
Q2 Q1 Q0 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 Q2 Q1 Q0 Q3 Q0
2、驱动方程 D G( X,Q ) 3、状态方程
Q n1 H ( D,Q)
Q n 1 J ( X,Q)
组合逻辑
X
Y
Q
触发器特性方程
D
二、设计方法与特点
设计要求:完成给定的功能
设计的一般步骤
1、确定输入变量、输出变量、状态 (通过分析问题) 2、作出状态图 (根据问题含义) 3、状态简化。即消除冗余状态。 4、确定状态编码,画出卡诺图 5、写出三个方程;选定触发器,写出触发器的激励函数 6、画出逻辑电路图 7、电路用触发器(D, JK)和与非门 (用CMOS晶体管级,版图实现)