触发器怎么调节提高触发频率?

如题所述

触发方式是研究触发器翻转时刻与时钟脉冲间的关系,在各类触发器中,存在三种触发方式:电平触发方式、主从触发方式、边沿触发方式。

  1.电平触发方式

  电平触发方式分为二种:高电平触发方式(在时钟脉冲C=1期间翻转);低电平触发方式(在时钟脉冲C=0期间翻转)。

  电平触发方式结构简单、触发速度快。在时钟信号有效电平期间(C=1或C=0),触发器总是处于可翻转状态,输入信号的变化都会引起触发器状态的变化。在时钟信号无效电平期间,触发器状态保持不变。因此,在时钟信号有效电平宽度较宽时,触发器会连续不停地翻转。如果要求每来一个C脉冲触发器仅翻转一次的话,则对时钟脉冲的有效电平的宽度要求极为苛刻,所以实际中应用并不广泛。

  前面介绍的可控RS触发器就属于高电平触发方式。

  2.主从触发方式

  主从型JK触发器、由主从型JK触发器转换的各种功能的触发器都属于这种触发方式。这种触发方式的工作特点是:克服了在C有效电平期间多次翻转现象,具有一次翻转特性。就是说,在C有效电平期间,主触发器接受了输入信号发生一次翻转后,主触发器状态就一直保持不变,也不再随输入信号J。K的变化而变化。一次翻转特性有利有弊:利在于克服了空翻现象;弊是带来了抗干扰能力差的问题。

  前面已经较为详细地介绍了主从型JK触发器的原理。为说明其一次翻转特点,我们看这样的一个例子。

  图1是主从型JK触发器可能的一种工作情况。

  图中J。K在CP=1期间状态有变化(扰动),Q1、Q的波形分别是其主触发器、从触发器的输出端波形。从中可看出,在C下跳时,从触发器的状态跟随此时刻主触发器的状态。如果在C=1期间,主触发器发生一次翻转后,输入端JK又发生了变化,由于从触发器并未发生变化,故主触发器不会再发生变化,这就是一次翻转特性。因此,在时钟脉冲下降沿到达时,从触发器接受这一时刻主触发器的状态,若忽视了它主从触发方式,就有可能得出触发器状态翻转与其状态表不一致。为此,要求在C=1期间,输入信号JK不发生变化,这使得主从型JK触发器的使用受到限制。若将上述波形中J、K波形在C=1期间的变化看成是干扰,则主从型JK触发器不能抑制这一干扰,出现误翻转。

  3.边沿触发方式

  为了免除C=1期间输入信号不许扰动的限制,可采用边沿触发方式。其特点是:触发器只在时钟跳转时刻发生翻转,而在C=1或C=0期间,输入端的任何变化都不影响输出。比如前面介绍过的维持阻塞型的D触发器。除此以外,当然也有边沿触发的JK触发器。

  如果翻转发生在上升沿就叫“前边沿触发或正边沿触发”。如果翻转发生在下降沿就叫“后边沿触发”或“负边沿触发”。

  为区分主从和边沿触发两种方式,在状态表中常采用图2两种表示法。主从触发方式在功能表中一般用“”表示;边沿触发方式用“(正边沿)”“ (负边沿)”。

  表示。在应用触发器时,要特别注意触发形式,否则很容易造成整个数字系统工作不正常。由于边沿触发抗干扰能力强,且不存在空翻,所以应用较广泛。

  和TTL门电路一样,由CMOS传输门也可构成基本RS触发器、JK触发器、D触发器等;但和TTL门电路不同的是,由CMOS传输门构成的各类触发器一般为边沿触发器。下面以CMOS D触发器为例讨论。

  图1所示的是CMOS D触发器的逻辑图。传输门TG1,TG2和“非”门G1,G2组成主触发器;TG3,TG4和TG3,G4组成从触发器。TG1和TG3分别作为主触发器和从触发器的输入控制门。C和是互为反量的时钟脉冲,在它们作用下TG1,TG4和TG2,TG3不会同时开通和关断,以保证主触发器和从触发器一开一闭。

  值得注意的是,虽然本例CMOS D触发器结构上是主从形式,但其触发方式却是边沿型,而非主从型。

  (1)当C=1时

  TG1开通而TG2关断,D输入信号送入主触发器,使,Q'=D。同时,TG3关断而TG4开通,从触发器与主触发器之间的联系被TG3切断,从触发器保持原状态不变。

  (2)当C=0时

  TG1关断而TG2开通,主触发器切断了与D端的联系,并保存了TG1关断前的状态。同时TG3开通而TG4关断,主触发器的状态送入从触发器,使输出端Q=D,。

  由上分析可见,图1的D触发器是在脉冲C的负边沿触发的。如将所有传输门上的互为反量的时钟C和对调,可改为正边沿触发方式。

  集成寄存器的种类很多。在这里介绍一种具有多种功能的中规模集成电路74LS194。它是具有左移、右移、清零、数据并入、并出、串入、串出等多种功能双向移位寄存器。其逻辑功能状态表如表1,外引线排列如图1所示。

  QAQBQCQD:并出;ABCD:并出;R:右移串入; L:左移串入S1S2:方式选择; :清零;CP:移位脉冲

  在计算机系统和数字控制系统中,有许多操作需要按次序分别顺序工作,这就需要用顺序脉冲发生器产生一系列节拍脉冲对各部分进行控制,以协调各种操作。例如,用74LS194可构成常用的两种四位脉冲分配器:环形计数器和扭环计数器。它们的管脚电路接法如图2所示。

  (1)环形计数器

  工作前首先在S1端加预置脉冲,使S1S0=11,寄存器处在并入状态,ABCD的数码1000在CP移位脉冲作用下并行存入QAQBQCQD。预置脉冲过后,S1S0=01,寄存器处在右移状态,然后每来一个脉冲,QA~QD循环右移移位。从QA~QD每端均可输出系列脉冲,但彼此相隔一个CP脉冲宽度,波形如图3(a)。

  (2)扭环形计数器

  此扭环形计数器是自起动脉冲分配器。工作时首先用端清零,然后在CP移位脉冲作用下,从QA~QD每端均可输出系列脉冲,工作波形如图3(b)。

  所谓任意进制的计数器就是指n进制计数器,即来n个计数脉冲,计数器状态重复一次。一般分析方法是:首先判断是同步方式还是异步方式;然后根据端子逻辑关系表达式填写状态表或画工作波形;最后根据几个脉冲循环断定是几进制。

  较常见的CT74LS290芯片就是二-五-十多选择进制计数器。

  其逻辑图、外引线排列图、功能表如图1(a)、(b)所示。

  R0(1)和R0(2)是清零输入端,由图1(c)的功能表可见,当二者均为“1”时,将四个触发器清零;相类似,S9(1)和S9(2)置9输入端。注意,清零时要求S9(1和S9(2)中至少有一个为0;而置9时可任意。下面按二、五、十进制三种情况来分析。

  逻辑关

  如图1所示,为CMOS积分型单稳态触发器。其中R和C构成积分延时环节,G1门和G2门是CMOS“或非”门,故因此而得名。

  (1)稳定状态与暂稳状态

  当触发脉冲有效电平(低电平)到来前,I约为VDD,其逻辑值为1;O1约为0V,其逻辑值为0。由于G2门的两个输入端I均为1,则A为0,故输出O为0。只要触发器脉冲的有效电平未到,这个状态就不变,所以0态是稳定状态。

  当触发脉冲有效电平来临,I为0,故O1变为1。我们知道电容两端电压不能跃变,故A仍暂时保持为0。这期间G2门的两个输入端全为0,故其输出O变为1。这之后,电容C要通过电阻R和G1门放电,A电位逐渐上升,当升至MOS管的开启电压VGS(th)时(输入的有效电平宽度应该大于暂态持续时间tp),O又变为0,所以1态是暂稳状态,暂稳状态持续时间

  (2)RC电路的恢复

  这以后,只要输入脉冲有效电平尚在,电容C就继续放电。当有效电平消失时即I由0变为1,O1就由1变为0,这时电容C通过R和G1门又开始充电,当RC电路充电完毕便完成恢复工作,为下一次的暂态翻转做好准备。

  图2为上述单稳态触发器的波形图。

  集成单稳态触发器种类很多,如74LS123。该芯片内有两个独立的单稳态触发器,外引线排列和外接元件RT、CT的接线图1

  端子A、B分别为负脉冲下降沿和正脉冲上升沿边沿触发端。Q和 分别输出一定宽度tp的正脉冲和负脉冲,为清零端,也可作为触发端使用。功能表如表1。

  表1 74LS123型单稳态触发器功能表

  74LS123输出脉冲的宽度有三种控制方法:

  a. 基本脉冲宽度由外接电阻RT、电容CT决定,当CT>1000pF时,脉宽tp应为: tp=0.45RTCT (其中:单位RT:kΩ;CT:pF;tp:ns)

  b. 在端加清零负脉冲,可提前终止输出脉冲,如图2。

  c. 通过在A端或B端加再触发脉冲,可使输出脉冲的宽度加宽,如图3。

  由于这种单稳可以通过再加触发脉冲增大输出脉冲的宽度,所以,它被称为可再触发式单稳触发器。

  利用逻辑门电路的传输延迟时间,将奇数个与非门首尾相接,就可以构成一个基本环形振荡器。以三个“与非”门为例,如图1所示。设某一时刻电路的输出端vO3为1,经过1个传延迟时间tpd后 vO1为0,经过2个传延迟时间tpd后 vO2为1,经过3个传延迟时间tpd后 vO3为0。如此自动反复,于是在输出端得到连续的方波,且周期为6tpd。这种电路简单,但由于门电路的传输延迟时间很短,因此这种振荡器的振荡频率极高且不可调,所以实际中用处不大。

  RC环形多谐振荡器是在图1电路中加入RC环路,如图2所示。它不但增大了环路延迟时间,降低了振荡频率,而且通过改变RC的数值可以调节振荡频率。其中Rs是限流电阻,值不大,约100 。由于加入RC环路电路的振荡周期大大增加,逻辑门电路的传输延迟时间同其相比可忽略,于是各点波形如图3。

  (1)第一个暂稳状态(t1~t2)

  设在t1时 vI1( vO)由0上跳到1,则 vO1(vI2)由1下跳到0、 vO2由0上跳到1。根据电容C的电压不能跃变的特点知必定引起一个RC电路的暂态过程。

  首先,vI3必定跟随vI2下跳。这个负跳变(因为RS很小之故,可近似认为就是G3门的输入电压)保持vO为1。

  其次,由于vO2为高电平、vO1为低电平,故有电流通过电阻R对电容C进行充电,并使vI3逐渐上升。在t2时vI3上升到门电路的阈值电压VT,使vO(vI1)由1下跳到0,则vO1(vI2)由0上跳到1,vO2由1下跳到0。                                   (2)第二个暂稳状态(t2~t3)

  首先,和第一个暂稳状态相似,各门电路的状态发生上述翻转后,由于电容电压不能跃变之故,vI3必定跟随vI2上跳。这个正跳变保持vO为0。

  其次,由于vO2为低电平、vO1为高电平,电容C经R及G2门开始放电,并使vI3逐渐下降。在t3时vI3下降到VT,使vO(vI1)又由0上跳到1,开始重复第一个暂稳状态。

  由于电容C的充、放电在自动地进行,故在输出端vO得到连续的方波,其频率由电容的充放电的时间常数决定。由于电容充放电回路不完全相同,故充电时间常数与放电时间常数有所区别。如采用的是TTL门电路,经过估算,震荡周期约为

  图1是另一种使用较多的方波发生器电路,由两个“非”门组成,每一个“非”门输出端与输入端之间连有一个电阻R=R1=R2,电阻阻值恰好使“非门”内的晶体管工作在放大区,一般取800Ω~2kΩ。这样,两个“非”门通过电容C=C1=C2交叉耦合形成反馈环路,相当于两级放大器经RC耦合一样,形成正反馈回路并产生振荡,波形如图2所示。

  如果因电源电压波动或其它原因使v1有微小的正跳变,则由于“非”门工作在放大区,且电路具有正反馈环,迅速使G1饱和导通,vO1输出低电平。因为电容C1电压不能越变使vI2下跳,这个负跳变使门G2截止、vO1输出高电平,电路进入第一个暂稳态:由于vO1为低电平、vO2为高电平,有电流经R2对C1充电,并使vI2电位随之上升,当上升到阈值电压VT时,门G2饱和导通,vO2输出低电平。接着,同样地,电容C2电压也不能越变,使vI1出现下跳,这个负跳变使门G1截止、vO1输出高电平,电路进入第二个暂稳态:同样地由于vO1为高电平、vO2为电平低,有电流经R1对C2充电,同时C1经R2开始放电,随着充放电过程的进行,vI1电位随之上升,当上升到阈值电压VT时,门G1再次翻转,电路进入第一个暂态过程,如此反复。

  输出方波的周期由电容充、放电时间常数(R1C1+R2C2)决定。当R=R1=R2、C=C1=C2时,振荡周期可如下近似计算:,
温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考