5.4.1  D觸發(fā)器電路結(jié)構(gòu)與工作原理

    簡(jiǎn)單的鐘控D觸發(fā)器的邏輯電路如圖5.4.1所示。它也是在基本的RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。D觸發(fā)器只有一個(gè)數(shù)據(jù)端。

    下面結(jié)合其電路結(jié)構(gòu)分析其工作原理。

    當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CP = 0時(shí)，經(jīng)G₃和G₄與非門后，得、，所以D觸發(fā)器得邏輯狀態(tài)保持不變。

    當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CP = 1時(shí)，經(jīng)G₃和G₄與非門后，得、，代入基本RS觸發(fā)器得特性方程可得：

                     (5.4.1)

上式即為D觸發(fā)器特性方程，根據(jù)基本RS觸發(fā)器約束條件：

所以鐘控D觸發(fā)器輸入端沒(méi)有約束條件得限制。從式（5.4.1）的特性方程可以看出其工作得特點(diǎn)為：CP = 0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變；CP = 1時(shí)，觸發(fā)器的輸出端接收輸入端D的數(shù)據(jù)，保存在輸出端。根據(jù)這一特性可以作出其狀態(tài)圖如圖5.4.2所示，其邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表如表5.4.1所示。

 例5.4.1 在圖5.4.1所示的鐘控D觸發(fā)器中，已知CP和D的波形如圖5.4.3所示，試畫出輸出端的電壓波形。設(shè)初始狀態(tài)。

解：鐘控D觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是在時(shí)鐘信號(hào)為1期間，輸出端根據(jù)輸入端D的數(shù)據(jù)而發(fā)生變化。根據(jù)這一特點(diǎn)作出輸出端的電壓波形如圖5.4.3所示。

5.4.2  邊沿D觸發(fā)器

    鐘控D觸發(fā)器同樣存在CP = 1期間的多次翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。只有采用邊沿結(jié)構(gòu)的D觸發(fā)器才能解決這個(gè)問(wèn)題，使輸出端的值只與時(shí)鐘信號(hào)邊沿時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的D數(shù)據(jù)有關(guān)。圖5.4.4為維持阻塞D觸發(fā)器邏輯電路圖和符號(hào)。

電路中、是異步復(fù)位、置位功能端，其作用如下：

(1)當(dāng)、時(shí)，門G₂輸出為1，即；同時(shí)的低電平送到了G₃，則G₃輸出為1，G₁的三個(gè)輸入端都為1，G₁則輸出為0，即，觸發(fā)器復(fù)位。

(2)當(dāng)、時(shí)，G₁輸出為1，即；同時(shí)的低電平送到了G₅，則G₅輸出為1，如果CP = 1，則G₃的三個(gè)輸入端都為1，G₃輸出為0，得G₄的輸出為1，從而得出G₂輸出為0，即，如果CP = 0，G₃ 和G₄輸出都為1，得G₂輸出為0，即，觸發(fā)器置位。

從分析的結(jié)果來(lái)看，和的復(fù)位和置位與時(shí)鐘信號(hào)CP無(wú)關(guān)，都是低電平有效。

    、中沒(méi)有低電平出現(xiàn)時(shí)，在時(shí)鐘信號(hào)的邊沿作用下，輸出端的邏輯狀態(tài)與輸入端的數(shù)據(jù)D有關(guān)。其工作原理如下：

    (1)當(dāng)D= 0時(shí)

在CP= 0時(shí)，G₃、G₄的輸出為1，G₆ 輸出為1，G₅輸出為0，此低電平封鎖了G₃。在CP由0→1時(shí)刻，G₄的輸入端的時(shí)鐘信號(hào)變?yōu)?strong>1，其全部的輸入端都是1，所以G₄輸出為0，從而、。G₄輸出0送到了G₆，此時(shí)即使D的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，G₆的輸出也不會(huì)改變。所以將G₄到G₆的連線稱為置0維持線。G₃到G₄的連線稱為置0阻塞線。

(2) 當(dāng)D= 1時(shí)

在CP= 0時(shí)，G₃、G₄的輸出為1，G₆ 輸出為0，此低電平封鎖了G₄，G₅輸出為1。在CP由0→1時(shí)刻，G₃的輸入端的時(shí)鐘信號(hào)變?yōu)?strong>1，其全部的輸入端都是1，所以G₃輸出為0，從而、。G₃輸出0送到了G₅，此時(shí)即使D的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，G₅的輸出也不會(huì)改變。所以將G₃到G₅的連線稱為置1維持線。G₅到G₆的連線稱為置1阻塞線。

   通過(guò)上面的分析可知，由于采用了維持阻塞結(jié)構(gòu)，在CP信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)將D的數(shù)據(jù)送到了輸出端，具有邊沿觸發(fā)特性，在CP信號(hào)上升沿之后，D的數(shù)據(jù)即使發(fā)生變化，也不會(huì)影響到輸出端。其抗干擾能力比主從結(jié)構(gòu)的觸發(fā)器強(qiáng)。

    邊沿D觸發(fā)器的特性方程為：

。                           （5.4.2）

例5.4.2 在圖5.4.4所示的邊沿D觸發(fā)器中，已知CP、D、和波形如圖5.4.5所示，試畫出輸出端的電壓波形。設(shè)初始狀態(tài)。

解：根據(jù)邊沿D觸發(fā)器的工作特點(diǎn)，電路中、是直接復(fù)位、置位功能端，與此時(shí)的CP和D信號(hào)無(wú)關(guān)，在、同時(shí)為高電平時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)將D的數(shù)據(jù)保存到輸出端。作出輸出端的電壓波形如圖5.4.5所示。

   利用CMOS傳輸門也可以組成鐘控D觸發(fā)器。其電路結(jié)構(gòu)如圖5.4.6所示。電路由兩個(gè)傳輸門和兩個(gè)非-門組成。

當(dāng)CP = 0時(shí)，TG₁導(dǎo)通，TG₂關(guān)斷，此時(shí)的等效電路如圖5.4.7（a）所示，觸發(fā)器的輸出端和的值與輸入端D有關(guān)，即：，。當(dāng)CP = 0時(shí)，TG₂導(dǎo)通，TG₁關(guān)斷，此時(shí)的等效電路如圖5.4.7（b）所示，觸發(fā)器的輸出端和的狀態(tài)保持不變。

       利用CMOS傳輸門也可以組成邊沿D觸發(fā)器，其電路結(jié)構(gòu)如圖5.4.8所示。

電路采用的是主從結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)CMOS傳輸門組成的鐘控D觸發(fā)器連接而成。圖中的虛線表明的是D觸發(fā)器的異步復(fù)位、置位功能端R_D、S_D，是高電平有效復(fù)位和置位。

當(dāng)CP = 0時(shí)，TG₁導(dǎo)通，TG₂關(guān)斷，TG₃關(guān)斷，TG₄導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如圖5.4.9（a）所示，觸發(fā)器的輸出端跟隨輸入端D的數(shù)據(jù)變化而變化，而輸出端和的值保持不變。

當(dāng)CP = 1時(shí)，TG₂導(dǎo)通，TG₁關(guān)斷，TG₄關(guān)斷，TG₃導(dǎo)通，此時(shí)的等效電路如圖5.4.9（b）所示，觸發(fā)器的輸出端和的值取決與的值，也就是說(shuō)在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，將主觸發(fā)器的數(shù)據(jù)送到輸出端保存下來(lái)，而在時(shí)鐘信號(hào)下降沿前夕，的值是等于此時(shí)的輸入端D的值，所以在CP由0→1時(shí)，輸出端接收D的數(shù)據(jù)，也就是邊沿觸發(fā)器的特點(diǎn)。其邏輯符號(hào)如圖5.4.4（b）所示。