jk触发器教学课件

触发器教学课件JK目录12触发器基础工作特性JK简介、结构与符号、工作原理真值表、逻辑方程、触发方式34特性与比较实际应用主要特性、与其他触发器对比计数器、分频器、寄存器设计56设计与分析总结与问答状态转换分析、设计案例第一章触发器简介JK触发器是数字电路中的基本存储单元，能够存储一位二进制信息触发器是最常用的触发器类型之一，以其设计者的名字首JK JackKilby字母命名它的独特之处在于具备三种功能置位（）使输出为高电平•Set-复位（）使输出为低电平•Reset-触发器的作用存储功能同步传输构建复杂电路存储一位二进制信息（或），是计算机控制数据的同步传输，确保信号在正确的时作为基本构建模块，用于构成计数器、寄存01记忆体系的基础单元间点被处理，避免数据冲突器、时序控制器等复杂数字系统触发器的符号与引脚JK主要引脚及功能输入端J置位控制信号，当且时，输出将被置为J=1K=0Q1输入端K复位控制信号，当且时，输出将被置为J=0K=1Q0时钟输入CLK控制状态更新的时刻，一般在时钟的上升沿或下降沿触发和输出Q Q触发器符号图示JK触发器的标准电路符号包含五个主要接口和为控制输入端，为时钟输入端，JK J K CLK和为互补输出端某些版本还可能包含异步置位和异步复位端Q QPR CLR触发器的内部结构JK触发器内部通常采用主从结构设计JK由两个交叉耦合的门构成基本的锁存单元•NAND主触发器在时钟高电平时采样输入信号•从触发器在时钟低电平时锁存主触发器的状态•这种结构避免了数据竞争问题•输入逻辑电路处理和信号，转换为内部控制信号•J K输出缓冲器提供稳定的和输出•Q Q触发器的工作原理概述JK边沿触发特性状态决定机制问题解决SR触发器仅在时钟信号的指定边沿（上升根据和输入以及当前状态决定下一解决了触发器中导致的无效状态JK J K QtSR S=R=1沿或下降沿）才会改变状态，确保数据同步状态特别是当时，触发器问题触发器在时执行明确的翻Qt+1J=K=1JK J=K=1在其他时间，无论和如何变化，触发器会执行翻转操作，这是触发器的独特优转操作，不存在不确定状态J K JK状态都保持不变势触发器真值表JK说明J KQt Qt+1保持不变0000保持不变0011复位0100复位0110置位1001置位1011翻转1101翻转1110真值表清晰展示了触发器在所有可能的输入组合下的行为特别注意时的翻转功能，这是触发器区别于其他触发器的关键特性JK J=K=1JK触发器的逻辑方程JK基本逻辑方程触发器的状态转换可用以下逻辑方程表示JK其中是下一状态•Qt+1是当前状态•Qt是当前状态的反相•\\overline{Q}t\是输入的反相•\\overline{K}\K此方程完整描述了触发器的行为，体现了它的多功能特性JK触发方式详解上升沿触发下降沿触发电平触发触发器在时钟信号从低到高转变的瞬间采样、触发器在时钟信号从高到低转变的瞬间采样、触发器在时钟为高电平或低电平期间持续响应J J输入并更新状态现代数字电路中最常用的输入并更新状态某些应用中用于错开信号输入变化触发器很少使用此方式，因为K KJK触发方式相位可能导致竞争冒险问题触发器多采用边沿触发方式，这样可以避免竞争冒险，确保状态转换的稳定性和可预测性JK时钟信号波形与状态变化上图展示了触发器在不同时钟周期和输入组合下的状态变化注意观察JK状态变化仅发生在时钟上升沿（红色箭头处）•当时，输出保持不变•J=K=0当时，输出置为•J=1,K=01当时，输出置为•J=0,K=10当时，输出在每个时钟周期翻转一次•J=K=1触发器的主要特性JK多功能性无无效状态触发器集成了多种功能，包括置位、复位、保持和翻转，使其成为当时，触发器执行明确的翻转操作，避免了触发器的不确JK J=K=1SR最灵活的触发器类型定状态问题，提高了电路可靠性广泛适用性丰富的接口特别适合构建计数器、寄存器、状态机等复杂数字系统，是数字设计除基本的、、接口外，还可配备异步置位复位端，提供更灵J KCLK/中的通用模块活的控制方式触发器与触发器对比JK SR特性触发器触发器SR JK输入端（置位）和（复（置位）和（复S RJ K位）位）无效状态，输出不执行翻转操作，输S=R=1/J=K=1确定出明确功能完备性基本功能置位、扩展功能置位、复位、保持复位、保持、翻转应用范围简单控制电路广泛应用于计数器、寄存器等触发器通过巧妙处理无效状态问题，成为功能更强大、应用更广泛的JK触发器类型触发器的时序特性JK0102建立时间保持时间Setup TimeHold Time和输入信号在时钟有效边沿到来前必须保持稳定的最小时间确保输入和输入信号在时钟有效边沿到来后必须保持稳定的最小时间防止输入J KJ K信号被正确采样，通常为几纳秒若不满足此要求，可能导致亚稳态问题变化太快影响当前采样，一般小于建立时间0304传播延迟最大时钟频率Propagation DelayMaximum ClockFrequency时钟边沿到输出变化之间的时间延迟影响电路最大工作频率，决定了系触发器能够正常工作的最高时钟频率，由传播延迟和恢复时间共同决定JK统的时序约束通常分为低高传播延迟和高低传播延迟超过此频率可能导致触发器工作不稳定--触发器的异步输入JK异步控制特点异步输入的特点是不受时钟控制，能够立即改变触发器状态预置（）也称为异步置位，立即将输出设为Preset Q1清零（）也称为异步复位，立即将输出设为Clear Q0异步信号优先级高于同步信号，无视时钟和输入•J/K常用于系统初始化、紧急状态处理•在时序设计中需小心使用，避免产生竞争和冒险•大多数商用触发器芯片都提供这些异步控制端，增强了触发器的应用JK灵活性触发器的同步输入JK状态决定输入采样触发器根据采样到的和值以及当前状态，按照真值表规则决定J KQt和是同步输入，仅在时钟有效边沿被采样这意味着和输入的下一状态J KJ KQt+1变化只有在时钟触发时刻才会被看见保持状态状态更新直到下一个时钟有效边沿到来，无论和如何变化，触发器都将保持J K新状态在时钟有效边沿后经过传播延迟时间出现在输出端，完成一次当前状态不变状态更新同步控制机制确保了数据在系统中的有序传输，是构建复杂数字系统的基础应用实例一二进制计数器位二进制计数器4由个触发器串联组成，每个触发器存储位二进制数4JK1所有触发器的和输入端都连接到高电平（逻辑）•JK J K1第一个触发器的时钟输入接系统时钟•后续触发器的时钟输入连接前一级触发器的输出•Q每个触发器输出翻转时，触发下一级触发器计数•计数范围，循环计数•00000~111115实现了时钟信号的分频•2n位二进制计数器电路图及计数波4形如图所示，位二进制计数器由四个触发器级联构成，每个触发器的和输入均为，4JK J K1使其在时钟上升沿翻转计数器从开始，每来一个时钟脉冲，计数值加，直到00001后回到，形成循环波形图清晰显示了各位的变化规律最低位每个时11110000Q0钟周期翻转一次，每两个周期翻转一次，以此类推Q1应用实例二分频器触发器可作为简单高效的分频器使用JK单级分频（÷）2将和输入端都接高电平（逻辑）•J K1时钟输入接原始时钟信号•输出提供频率为输入一半的信号•Q多级分频级联多个触发器实现更高分频比•JK两级可实现÷，三级可实现÷•48级触发器可实现÷分频•N2N输出波形占空比均为•50%分频器广泛应用于时钟生成电路、音频处理和通信系统应用实例三寄存器设计基本数据寄存器由多个触发器并联组成，每个触发器存储一位数据配置、输入可JK J K实现数据加载当选通信号有效时，、使触发器状态变为输入J=D K=D数据的值D移位寄存器触发器串联构成，每个触发器的输出连接到下一个触发器的输入，JK QJ连接到输入时钟同步触发，实现数据按位移动，可用于串行数据传Q K输和延时线并行加载寄存器通过复杂的输入控制逻辑，允许数据并行加载或保持加载控制信号决定是接收新数据还是保持当前值，广泛用于、微控制器的数据暂存CPU触发器设计技巧JK输入端、的合理设置时钟信号的选择与同步异步信号的使用注意事项J K根据功能需求设置、输入时钟信号是触发器正常工作的关键异步预置清零信号虽然便捷，但需谨慎使J K/用保持状态确保时钟信号上升下降沿清晰，避免•J=0,K=0•/毛刺避免在正常操作中频繁使用异步控制置位••J=1,K=0保证系统中所有触发器的时钟同步或有异步信号撤销与时钟边沿需有足够时间复位•••J=0,K=1明确的相位关系间隔翻转•J=1,K=1考虑时钟偏斜（）对系统考虑异步信号与同步逻辑的接口问题•Clock Skew•在计数器中常设利用翻转功能；在J=K=1性能的影响在复杂系统中，考虑使用同步复位代替•寄存器中，根据数据位设置、组合JK为高速系统设计合适的时钟分配网络异步复位•触发器的状态转换分析JK状态转换分析方法状态图是分析和设计时序电路的强大工具节点表示触发器可能的状态（或）•01有向边表示状态转换•边上标注触发转换的、输入条件•JK自环表示状态保持不变的条件•从状态图可以直观看出从状态到状态需要•01J=1从状态到状态需要•10K=1当时，状态保持不变•J=K=0当时，状态发生翻转•J=K=1这种图形化表示方法非常适合分析复杂时序电路触发器状态转移图示意JK状态转移图是理解触发器行为的直观工具图中的节点代表触发器的两种可能状态JK（和），箭头表示状态转换路径，箭头上的标记指示触发该转换的、输入Q=0Q=1JK组合从状态到状态的转换需要（可以是或）•01J=1K01从状态到状态的转换需要（可以是或）•10K=1J01状态保持不变（自环）条件是•J=K=0当时，每个时钟周期状态都会翻转，形成振荡行为•J=K=1设计案例用触发器实现模计数器JK8设计规格计数范围（二进制）•0~7000~111使用个触发器•3JK循环计数•7→0→1→...设计步骤确定需要个触发器（种状态）

1.3JK23=8将所有触发器的和端连接到高电平（）

2.JK1第一个触发器时钟输入接系统时钟

3.后续触发器的时钟输入连接前一级输出

4.Q、、分别表示、、位

5.Q0Q1Q2202122这种设计利用了触发器的翻转特性，通过级联产生分频，形成二进JK2n制计数序列设计案例电路图与时序波形上图展示了模计数器的完整电路和时序波形计数器由三个触发器构成，计数序列8JK为000→001→010→011→100→101→110→111→

000...时序波形显示（最低位）在每个时钟脉冲翻转一次•Q0（中间位）在从变为时翻转•Q1Q010（最高位）在从变为时翻转•Q2Q110这种级联翻转的设计是触发器实现计数器的典型方式，结构简单但功能强大JK常见问题与误区时的翻转理解异步信号优先级时钟边沿触发的误解J=K=1误区认为时触发器输出不稳定误区忽略异步控制信号的优先级误区认为触发器在时钟高电平期间持J=K=1或不确定续响应变化J/K澄清异步置位复位信号具有最高优先/澄清触发器在时会确定地执级，会覆盖所有同步操作在有效时，澄清边沿触发的触发器只在时钟的JK J=K=1JK行翻转操作，输出变为其补码这是无论时钟和输入如何，触发器都将直上升沿或下降沿瞬间采样输入，之后Q QJ/KJ/K触发器的特殊功能，而非故障状态接响应异步控制的变化要到下一个时钟边沿才会生效JK J/K课堂小测验问题判断状态1一个触发器当前状态，若，，在下一个时钟上升沿后的JK Q=1J=0K=1Q值是什么？问题设计题2如何用触发器设计一个模计数器？（计数序列）JK50→1→2→3→4→

0...问题波形分析3分析下图中触发器在各时钟周期的状态变化JK思考题为什么在大多数现代集成电路中，触发器比触发器更常用？触发器D JKJK保留了哪些独特优势？总结基础认知触发器是数字电路基本存储单元，具有置位、复位、保持和翻转功能1JK工作原理2边沿触发，和输入决定下一状态，和输出互为反相JKQ Q特性应用3时序特性（建立时间、保持时间、传播延迟）影响电路稳定性；异步和同步控制满足不同设计需求设计与实现4在计数器、分频器、寄存器等电路中发挥关键作用；状态转换分析提供设计指导核心价值5掌握触发器是理解时序逻辑电路的基础，是数字系统设计的重要技能JK谢谢聆听！欢迎提问与讨论课后资源联系方式实验室练习题与模拟软件教师邮箱•teacher@university.edu扩展阅读材料•答疑时间周三14:00-16:00在线仿真工具推荐•地点电子工程楼区室B305感谢您的关注！祝学习愉快！。