JK触发器的应用和实现.doc
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1、广东金融学院 本科毕业论文JK触发器的应用与实现 摘 要21世纪是信息数字化的时代,全世界正在进行着一场信息数字化的革命即用0和1数字编码来表述和传输各种信息的一场革命,伴随着半导体、超导体、微电子技术的迅猛发展、电子计算机的全面应用,数字电子技术在科学领域中有了很大的发展,如今已经成为了发展最快的学科之一。数字电子电路在技术上的进步推动了其他学科的发展,产生越来越深远的影响,涉及人类生活和生产的多个方面,进而推动了科学和社会的进步,可以看出数字电子技术的影响力也变得越来越大,数字电子技术也变成最有潜力的发展之一。在以逻辑电路为代表的数字电子技术中,以时序电路的广泛应用和高速发展占据着主导的地
2、位,触发器是时序逻辑电路的重要组成部分,要想正确的运行和使用数字电路,推动数字电子技术的发展,那么由触发器构成的时序逻辑电路的重要性是不言而喻的。只有熟悉触发器的构成和工作原理,才能正确的设计好针对它的方法,才能正确的设计出好的数字电路。本文以JK触发器为实例,逐步深入,对其电路结构和工作原理进行研究,以便更好更科学地利用JK触发器。关键词:数字电路;JK触发器;时序电路;计数器AbstractThe 21st-century is the era of Informational Digital Diagrams, the whole world is under a digital inf
3、ormation revolution-use 0 and 1 digital coding to describe and transmission all kinds of information. With the rapid development of semiconductor technology and the wide application of micro computer, digital electronic technology has become one of the fastest growing discipline in the field of mode
4、rn science and technology. Its development is not only a profound influence on peoples production and life, but also promote the progress of other disciplines.In logic integrated circuit as a representative of digital circuits, sequential logic circuit was in the dominant position, and Flip Flop is
5、an important component of basic sequential logic circuit, to let a digital circuit can correct operation, then the Flip Flop is indispensable in sequential logic circuit. Only familiar with the Flip Flop, the composition and working principle, can we design the correct method according to the Flip F
6、lop, can we design a great digital circuit. In order to better and more scientific use of all kinds of Flip Flop,here we will based on the J-K Flip Flop, gradually thorough and research the circuit structure and working principle. Key Words:Digital circuit; JK Flip-Flop; Sequence circuit;counter目 录摘
7、 要IABSTRACTII1.JK触发器的概述- 1 -1.1 JK触发器的定义- 1 -1.2 JK触发器的电路结构- 2 -1.3 JK触发器的工作原理- 3 -2JK触发器与其他触发器之间的转换- 7 -2.1 JK触发器与D触发器之间的转换- 7 -2.2 JK触发器转换成T触发器- 8 -3JK触发器的应用与设计方法- 9 -3.1 由JK触发器构成的时序电路- 9 -3.2由JK触发器构成的计数器- 13 -3.3 由JK触发器构成的抢答器- 17 -3.4 由JK触发器构成的模拟汽车尾灯控制系统- 17 -4. 结语- 19 -参考文献- 20 -致 谢- 21 - 22 -JK
8、触发器的应用和实现数字电子技术的主要研究内容包括各种各样的门电路、集成电子器件,组合电路和时序电路的设计和科学应用,以及寄存器、分频器、定时器、控制器等电子元件的设计,涉及通讯、医疗、教学、航天等多个行业,研究数字电子技术的科技人员也越来越多,可见未来数字电子技术应用的内容和方向也将会越来越广泛。20世纪90年代以来,计算机逐渐普及,计算机科学与技术得到巨大的发展,用数字电路进行各种信号处理的应用也更加突出。为了充分理解和科学利用数字电子电路在各种信号处理的应用上的功能,我们先将模拟信号转换成数字信号,然后将转换好的数字信号进行再次处理,最后将处理好的结果根据需求转换为对应的模拟信号进行输出。
9、如今,数字电子技术已经大量地应用于微型计算机,集成电路,信号控制系统,科学测量,军事,电力,通信等众多领域,对科学的贡献也是越来越大。例如在通信领域,数字电子电路构成的信号通讯系统不仅精度高,功能更强,而且更容易实现自动化和智能化。随着集成电子电路技术的发展,特别是是中规模、大规模和超大规模集成电子电路的高速发展,数字电子技术的应用将会扩大到更广的范围,数字电子技术对生产和生活的影响会越来越深远。数字系统的基本逻辑元件是门电路和双稳态触发器,由这些逻辑元件可构成一些标准的固定功能的集成电路,如74/54系列、(CMOS)芯片和一些固定功能的中规模集成电路。它们少量作为独立元件使用,则大量构成组
10、合电路、时序电路及由这些部件构成的大规模集成电路,触发器在其中扮演着重要角色。1.JK触发器的概述1.1 JK触发器的定义JK 触发器是JK 主从触发器的简称,它是在基本RS 触发器的基础上经同步RS 触发器、主从RS 触发器演变而来的。基本RS触发器是触发器中最简单的一种,它的电路结构和功能是所有触发器中最简单的,是其他更强功能的触发器最基本的一个组成部分,更科学的说,它是任何类型触发器的一个最基本的组成单元。两个与非门的输入端输出端进行交叉耦合,即可构成一个基本RS触发器。基本RS触发器的状态置入无法从时间上加以控制,触发器的状态只有在触发信号发出时才能做出相应的变化,而在数字系统中,为协
11、调各部分的动作,常常要求某些触发器于同一时刻动作,为此必须引入同步信号,使这些触发器只有在同步信号到达时才按输入信号改变状态。这些同步信号通常叫做时钟脉冲(Clock Pulse),或称时钟信号,通常是用CP表示,用来触发信号,在很多情况扮演着重要角色。1脉冲是数字电路信息表达、传送和接收、处理和储存的基本形式,正确的理解和认识脉冲是数字电路的重要内容之一。利用时钟信号CP来控制输入信号的触发器,称为时钟触发器,也叫做同步触发器,同步RS触发器就是一种用时钟信号CP来控制的同步触发器,相比基本RS触发器,同步RS触发器由时钟脉冲来控制触发器的信号,这一点比基本RS触发器更科学,但是同步RS触发
12、器的R端和S端不能同时为1,这是一个条件限制。由于在同一CP脉冲下触发器会发生多次的翻转,因此同步RS触发器有空翻的缺陷。为了改变空翻的现象,让触发器能更好的工作,希望触发器在每个CP周期里输出端的状态只改变一次,为此,在同步RS触发器的基础上又设计了主从结构的RS触发器。虽然主从RS触发器解决了抗干扰的问题,但是它的使用也是有条件限制的。为了解决RS触发器有条件限制的问题,将主从RS触发器的进行改进,将触发器的输出端反馈到输入端,就变成了主从JK触发器,其特性表可得到改进,改进之处是当输入端J端和K端同时为“1”时,输出状态是确定的,输出次态一定是翻转的,即原态为“1”,次态则为“0”,原态
13、为“0”,次态则为“1”。主从JK触发器的逻辑功能较强,并且J与K间不存在约束条件,因此用途更加广泛。1.2 JK触发器的电路结构主从JK触发器的结构图和逻辑符合如下:由上图可知,主从结构的JK触发器是在主从RS触发器的基础上增加两条反馈线,把Q端和Q端的信号引到G7门和G8门的输入端,具体操作是让一根线从Q端引到G7门的输入端,另一根从Q端引到G8门的输入端,并把原来的S端和R端分别改为J端和K端。J端和K端是信号输入端,是发生触发的前提,Q和Q为输出端。通常把Q=0、Q=1的状态定为触发器的“0”状态;而把Q=1、Q=0定为触发器的“1”状态。1.3 JK触发器的工作原理主从JK触发器的工
14、作原理分为两个过程:(1)当CP1时,CP0,从触发器被封锁,保持原状态不变。这时,G7、G8打开,主触发器工作,接收J和K端的输入信号。(2)当CP由1跃变到0时,即CP=0、CP1。主触发器会被封锁,此时输入信号J、K不会影响主触发器的状态。而这时,由于CP1,G3、G4会打开,此时从触发器会接收主触发器输出端的状态。由上面的分析可知,主从触发器的翻转是在时钟信号CP由1变0的瞬间(即CP下降沿时)发生的,CP一旦变为0后,主触发器会被封锁,主触发器的状态不再受J端和K端输入的影响,故此时主从触发器对输入信号的敏感时间大大缩短,只在CP由1变0的瞬间触发翻转,因此不会有空翻的现象,由这一点
15、可以看出,JK触发器比RS触发器更加的稳定,所以JK触发器的应用也会更加的广泛。2在逻辑功能方面,JK触发器与RS触发器的功能基本相同,不同的地方是JK触发器没有像RS触发器SR=0的约束条件,在J=K=1的时侯,每输入一个时钟信号CP后,触发器就会向相反的状态翻转一次,具体表现如表1-3-1中JK触发器的功能表所示。表1-3-1为JK触发器的功能表:表1-3-1 JK触发器的功能表JKQnQn+1功能说明0000保持原状态00110100输出状态置001101001输出状态置110111101输出状态翻转1110根据表1-3-1可画出JK触发器Qn+1的卡诺图,如图1-3-2所示。由此可得J
16、K触发器的特性方程为: JK触发器的状态转换图如图1-3-3所示。图1-3-2 JK触发器Qn+1的卡诺图 图1-3-3 JK触发器的状态转换图JK触发器的波形图如图1-3-4所示。图1-3-4 波形图综合上面的分析和总结可以发现,JK触发器是一种功能强大、使用方便、灵活通用和改造性较强的触发器,可知,未来JK触发器将会是最重要的触发器之一。下面我们将用74LS112触发器来验证JK触发器的功能,实验所用的74LS112触发器为双JK触发器,其引脚排列和逻辑符号如图1-3-5:由74LS112触发器的逻辑符合,可以看到连接CP的引脚有个三角形,这个三角形表示该触发器是一种下降边沿触发有效的边沿
17、触发器。图1-3-5 74LS112触发器的引脚排列和逻辑符合其中:1CP、2CP端为时钟输入端(下降沿有效);1J、2J、1K、2 K端为数据输入端;1Q、2Q、1Q、2Q 端为输出端;1RD、2 RD 端为直接复位端(低电平有效);1SD、2SD端为直接置位端(低电平有效)。474LS112双JK触发器实验中电路连接图如下:实验结果如下:当Qn=0时,Qn+1的输出转换如下: 当Qn=1时,Qn+1的输出转换如下: 由上面的的输出状态可知,当J=K=0时,触发器保持原状态;当J=0,K=1时,触发器保持置“0”状态;当J=1,K=0时,触发器保持置“1”状态;当J=K=1时,触发器的状态翻
18、转。测试结果记录如下:输入输出Qn+1JKRDCP原状态Qn=0原状态Qn=1状态0010101状态不变10010110100置010001010111置110111110101状态翻转10102JK触发器与其他触发器之间的转换2.1 JK触发器与D触发器之间的转换2.1.1 JK触发器转换成D触发器:D触发器属于边沿触发器的范畴,有上升沿触发式的D触发器,这种电路只在控制时钟上升到来的时刻采样D输入信号,并且改变Q的输出,同理也有下降沿触发式的D触发器,其中,有些D触发器还具有异步输入端。值得一提的还有,在所有类型的触发器中,D触发器的特性方程最简单:Qn+1=D,可以发现D触发器只有一个输
19、入端D,而JK触发器有2个输入端。因此JK触发器比D触发器有更多的功能,因为JK触发器的两个输入端J、K能够比只有一个D输入端的D触发器产生更多的控制组合。根据JK触发器的特性方程:Qn+1=JQn+KQn,可以另J=D,K=D,则Qn+1=JQn+KQn=DQn+DQn=D,即可得到D触发器的特性方程。因此,只要使J=D,输入端D经反相器输出接到K输入端,就构成D触发器,转换电路如图2-1-1所示:图2-1-1 JK触发器转换成D触发器2.1.2 D触发器转换成JK触发器:由D触发器的特性方程Qn+1=D和JK触发器的特性方程Qn+1=JQn+KQn可知,要使D触发器构成JK触发器,必须使D
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- JK 触发器 应用 实现
