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凔海笔记之FPGA（七）：触发器和锁存器

已有 2251 次阅读2016-4-5 13:08

   大多数数字系统中，除了需要具有逻辑运算和算数功能的组合逻辑电路外，还需要具有存储功能的电路，组合逻辑与时序逻辑可构成时序逻辑电路，简称时序电路。现在讨论实现存储功能的两种逻辑单元电路，即锁存器和触发器。
双稳态：电子电路中。其双稳态电路的特点是:在没有外来触发信号的作用下，电路始终处于原来的稳定状态。在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。由于它具有两个稳定状态，故称为双稳态电路。
单稳态电路只有一种稳定状态，受到触发以后，会自动转到稳定状态。双稳态电路就两种稳定状态，受到触发发后，就稳定在那种状态，受到下一次触发以后，再翻转。
      商店的弹簧门，就是一种“单稳态”。人一推开门后，处在一种不稳定状态，人一进入后就会自动回复到关门这种稳定状态。家中的普通门，就是“双稳态”，门一被打开，就停在那里了，是一种稳态；将它关上了，又是一种稳态。
锁存器：
      锁存器是构成各种时序电路的基本元件，它的特点是具有0和1两种稳定的状态，一旦状态被确定，就能自行保持，即长期存储1位的二进制码，直到有外部信号作用时才有可能改变。锁存器是一种对电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入电平作用下改变状态。

锁存器的当前状态与前一个状态有关。当R为1，输出被复位，即Q为0。不论前一个状态是什么，即不论Q的值是1还是0。当S为1，R为0的情况下，Q*即为0。不论前一个状态是什么，即不论Q的值是1还是0，当S和R状态相同时(不论是1还是0)，Q*的值为Q的值。即，保持状态，锁存器。

代码见1_latch

D锁存器
逻辑门控D锁存器：由于当R、S为1的时候，锁存状态不确定，故为了消除SR锁存器的不确定状态，可在电路的S和R输入端连接一个非门G5从而保证S和R不同时为1的条件。此外还有传输门控D锁存器，

触发器
RS触发器（RS (Reset-Set) flip-flop）

RS触发器是双稳态触发器，俩个与非门交叉耦合构成。由表可知它具有置“0”、置“1”和 “保持”三种功能。即在CP产生上升沿时才进行数据变化。RS触发器分为上升沿触发和下降沿触发。注意Rd、Sd都是低电平有效。但我们到不需要注意这些，只需明白，cp上升沿时，R为0复位，这时输出只和置位的S有关。如果R为1，则输出均为0，根据电路结构可知。当RS均为1时会出现混乱，所以需要有约束条件来限制。
代码见RS_regist

JK触发器（JK （Jump-Key）flip-flop ）
JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能，在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。

D触发器（data flip-flop）

D触发器可以说是最常用的了。在写Verilog时，触发器均为D触发器。双稳态多谐振荡器（Bistable Multivibrator），是一种应用在数字电路上具有记忆功能的循序逻辑组件，可记录二进位制数字信号“1”和“0”。触发器是构成时序逻辑电路以及各种复杂数字系统的基本逻辑单元。触发器的线路图由逻辑门组合而成，其结构均由SR锁存器派生而来（广义的触发器包括锁存器）。触发器可以处理输入、输出信号和时钟频率之间的相互影响。
代码：D_flip_flop

T触发器 T (Toggle flip-flop)

T触发器是一种使用较多的触发器，将JK触发器的J、K输入端相连，接成一个输入端T，即J = K = T，组成的触发器就称为T触发器。图5.5.1为T触发器逻辑符号。在JK触发器的基础上可以得出T触发器的特性方程为

当T＝0时，由其特性方程可得，即在时钟信号的作用下，输出端的状态保持不变。
当T＝1时，由其特性方程可得，即在时钟信号下降沿的作用下，输出端的状态翻转为相反的状态。在这种条件下，也称为触发器
代码：T_flop_flip

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