JK触发器的设计

1、.'JK 触发器的设计一、 JK 触发器的组成在实际的数字系统中往往包含大量的存储单元， 而且经常要求他们在同一时刻同步动作，为达到这个目的， 在每个存储单元电路上引入一个时钟脉冲 （ CLK ）作为控制信号，只有当 CLK 到来时电路才被“触发”而动作，并根据输入信号改变输出状态，把这种在时钟信号触发时才能动作的存储单元电路称为触发器。触发器是边沿触发工作， 即只有在上升沿或者是下降沿到来时才会改变内部与输出的电平。JK 触发器是触发器的一种，这里介绍主从JK 触发器，它实际是由主从两个锁存器构成，有六个三输入与非门与两个二输入与非门构成。它有两个数据输入端J、K，一个时钟脉冲CLK

2、 ，两个置位 /复位端 SD 、 RD ，两个输出端 Q 与 Q 。其电路图如下所示：JK 触发器的特性方程为：QJ Q(0 )KQ(0 )二、 JK 触发器的工作原理如上原理图所示：RD 与 SD 为置位 /复位控制端，由于用的是与非门，置位与复位控制端为低电平有效。当SD =0， RD =1 时，置位端有效， Q1， Q0 ，输出置 1；当 SD =1，RD =0 时，复位端有效， Q0 ，Q1，输出端置 1；当 SD =1，RD =1 时，置位与复位端都不起作用，触发器正常工作。CLK 为时钟脉冲，主锁存器是高电平跳变，当CLK=1 时， Q主 随着输入信号JK 的变化而变化，而当CLK

3、=0 时，主锁存器被锁定， Q主 的值不发生变化；从锁存器是低电平跳变，当; .'CLK=1 时，从锁存器锁定， Q 的值不发生变化，当CLK=0 时，锁存器开启， Q的值随着 Q主 值得变化而变化。 因此对于触发器来说， 只有当 CLK 的值由高电平变为低电平的时候（即CLK 的下降沿），触发器被触发， Q 的值会发生变化。而对于锁存器，当 J=K=1 时，锁存器发生翻转；当 J=1，K=0 时，锁存器置 1；当J=0， K=1 时，锁存器置 0；当 J=K=0 时，触发器的状态保持不变。根据上述工作原理，我们可以列出JK 触发器的真值表：SDCLKJKQ( 0)Q(0)QQRD01

4、XXXXX1010XXXXX01110001011100101011010101110110011110011011101010111101101111100111XX010111XX1010由以上真值表可以求得：当置位 /复位端都为 1，时钟脉冲为下降沿时，QJ Q( 0)KQ( 0) ；当置位 /复位端都为 1，始终冒充为上升沿时，QQ( 0) 。对真值表进行简化，如下：SDRDCLKJKQQ功能01XXX10置 110XXX01置 01100Q(0)Q(0 )保持110101置 0111010置 11111Q(0)Q(0)翻转11XXQ(0)Q(0 )保持; .'三、 JK 触发

5、器的设计由于该 JK 触发器由六个三输入与非门、两个二输入与非门和一个反相器组成，因此可以采取模块化设计方法， 先创建三输入与非门、 二输入与非门和反相器的原理图和版图，然后通过调用它们的原理图和版图来设计JK 触发器。1）JK 触发器原理图的创建首先来创建 JK 触发器的原理。先创建三输入与非门的原理图与symbol，如下所示：; .'接着创建二输入与非门的原理图与symbol：创建反相器的原理图与symbol：; .'然后通过调用反相器、二输入与非门和三输入与非门的 symbol 来创建 JK 触发器的原理图。红色方框中为主锁存器， 在 CLK 为高电平时跳变； 蓝色方框中

6、为从锁存器，由于其时钟脉冲前加了一个反相器，它是在 CLK 为低电平时跳变。创建 JK 触发器的 symbol，以便搭建仿真测试电路：2）JK 触发器 版图的创建JK 触发器版图的创建与原理图创建一样，也采取模块化设计原则。先创建三输入与非门的版图，如下左图所示：; .'接着创建二输入与非门的版图，如上右图所示：创建反相器的版图，如下所示：; .'最后通过调用三输入与非门、二输入与非门和反相器的版图来生成JK 触发器的版图，如下所示：; .'对 JK 触发器的版图进行DRC 验证，结果如下：; .'对 JK 触发器的版图进行LVS 验证，结果如下：对 JK 触发

7、器的版图进行PEX 验证，结果如下：3）JK 触发器的仿真验证对 JK 触发器的功能进行仿真验证。首先创建一个仿真电路图，如下图所示。; .'SOUCRE 所接电源为 5V 直流信号， S_， D_，J，K ， CLK 所接电源分别为周期为 30us、40us、1us、7us、 8us 的 05V 的方波信号，设置好仿真环境，对输入端 S_、D_、J、K 、CLK 和输出端 Q、Q_进行瞬态仿真。 仿真波形如下所示：; .'图中由上到下七个波形分别为 S_、R_、CLK 、J、 K 、Q、Q_，对图中波形进行分析。对于 S_与 D_，S_=1，D_=1 时，输出 Q 与 Q_随

8、 J、 K 信号的变化而变化；当 S_=0，D_=1 时， Q=1，Q_=0，直接置 1，J、 K 信号无效；当 S_=1， D_=0 时， Q=0， Q_=1，直接置 0，J、K 信号无效；当 S_=0，D_=0 时， Q=1，Q_=1。J、K 无效，此时 Q 与 Q_电位并不是相反。除了 S_、R_均为 0 的情况外， S_、R_端的功能与真值表中的描述完全一致，而由 JK 触发器的电路图可以退出 S_、R_均为 0 时， Q 与 Q_的输出都为 1。将上图中中 S_、 R_均为 1 时， CLK 、 J、K、 Q、Q_的图形进行放大可以得到下图。由上图可以分析触发器中输入端 J、K 的作用，显然由上图分析可得， J=1， K=1 时，实现翻转功能； J=1，K=0 时，实现置位（置 1）的功能； J=0，K=1 时，实现复位（置 0）的功能； J=0 看， K=0 时，则输出情况保持不变。显然波形图