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什么是时序电路？4 ^. y! i" y3 s$ h
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# i# z) t$ X# w- V: ^& o L组合电路是根据当前输入信号的组合来决定输出电平的电路，换言之，就是现在的输出不会被过去的输入所左右，也可以说成是，过去的输入状态对现在的输出状态没有影响的电路。5 |2 X$ P; H8 u* V; `" W
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' J4 @5 z9 n2 C1 p5 y* t: G2 ~时序电路和组合电路不同，时序电路的输出不仅受现在输入状态的影响，还要受过去输入状态的影响。8 _" i( q7 v) w: n
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" x/ u3 r/ z' `% n, t那么，如何才能将过去的输入状态反映到现在的输出上呢？时序电路到底需要些什么呢？人类总是根据过去的经验，决定现在的行动，这时我们需要的就是—记忆，同样时序电路也需要这样的功能，这种能够实现人类记忆功能的元器件就是触发器。按结构和功能，触发器可以分为RS型、JK型、D型和T型，在这里，我们只讲解比较有代表性的类型，RS型和D型。9 T5 o" \7 I; W1 a5 x
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, W- I- B+ H6 O/ m2触发器就像一个跷跷板
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( N( u2 E' R5 v! `7 L& g, e触发器的工作方式与日本的“起坐亲子游戏”很象，日本的“起坐亲子游戏”，指的就是公园里的跷跷板，想起跷跷板，就能想象出RS触发器的工作原理。
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; ]* U! h4 q. ]图1：RS触发器的电路图 Q4 h5 V1 |3 m1 @5 Z3 W
/ j5 L1 D# N# c, q图2就是一个跷跷板，这个跷跷板有些生锈，即使没有人坐，也不能恢复水平状态，请记住它保持倾斜的样子，假设：
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- 跷跷板的两端是输出Q和Q#。
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- 左右的2个人是R君和S君，表示输入，坐上跷跷板表示逻辑高H状态，没有在跷跷板上表示逻辑低L状态。3 t0 D4 ]$ g0 C! A" e4 n0 c, z8 c
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- 每次只允许一个人坐，两人不能同时坐。, z: o( h7 K* d+ H
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图2：跷跷板的初始状态
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Q=L、Q#=H、R=L、S=L 8 U0 {0 I2 E/ Y2 t |; l& O0 ?
3 n; f; q2 {6 q& ~$ }) U当S君坐上跷跷板（S=H）时，输出Q就变为H（Q#变成L）（图3 ）。 . H; |4 P7 I6 J3 I/ ^" b# C# [) V
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图3：S君坐在跷跷板上的状态 6 ^7 o# @0 T/ _. j
Q=H、Q#=L、R=L、S=H
8 A: D, K- \8 u即使S君下来了，跷跷板也不会改变动作（S=L），Q#还是L，不改变（图4）。
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图4：S君从跷跷板上下来的状态
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Q=H、Q#=L、R=L、S=L : ~8 {4 Y& f) w. S+ {# P
当R君坐上跷跷板时，Q变成L（Q#变成H），当R君从跷跷板上下来时，也会保持L状态，从这个过程来看，我们是不是可以说跷跷板记住了以前坐过它的人呢。用真值表表示RS触发器的工作过程，就像图5所示一样，表中Q0和Q0#表示的是输入变化以前的输出。
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' Q* T; p# \. l0 H f- l* c
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( C6 Y; P n9 q( A! @& G$ A
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图5：RS触发器的真值表 $ ~- G: s' F0 P
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RS触发器是最简单的触发器，主要用于防止机械式开关的误操作。
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D触发器是在时钟信号（CK）的上升沿（信号从L→H的变化）或下降沿（信号从H→L的变化）时，保持输入信号状态，改变输出信号的触发器。
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图6：D触发器
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2 m2 _" c; P( i. Y, a, G5 V
Q0：输入变化前的输出
5 q6 A1 }. s/ S+ d5 Ex：H或L都可以 ↑：L向H的转移图
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7：D触发器的真值表 7 u9 x" L ]5 Z0 x# h
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现在，我们用跷跷板来说明D触发器的工作原理，跷跷板的初始状态如图8所示，D君坐上跷跷板表示输入为H，从跷跷板上下来表示输入为L，跷跷板的另一边，放一个比D君轻的重物。另外这个跷跷板与一般的跷跷板不同，只有在时钟CK上升沿时，才改变跷起的方向。
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图8：D触发器的初始状态
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CK=L、D=H、Q=L、Q#=H % E0 x5 u% A6 _: J" M
看着图8，你不觉得有些奇怪吗？D君坐在跷跷板上，却没有变化，按理说，由于D君比重物重，D君（Q#）应该降下来，才对。
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为什么跷跷板没有发生变化呢，这是因为CK还保持L状态，当CK变为H（CK上升）时，跷跷板就跷起来了，D君就下降了（图9）。 . P$ H* l0 {. r4 e$ B
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图9：D触发器的CK处于上升状态 3 N9 Y) b. i0 \2 `* B. T9 @3 C! _
D=H、Q=H、Q#=L
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2 M3 n( @ t* M, R' v' R然后，CK就稳定在H状态，这时，不管D君是从跷跷板上下来，还是再坐上去，跷跷板都不动，只要不在CK的上升状态，跷跷板就一直保持以前的状态。
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这种动作的触发器被称为D触发器，具有在时钟上升瞬间，保持（记忆）输入状态的功能，是一种时钟同步时序电路。
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& v m" v! K3 k* ]D触发器是时序电路的基本元件，用途广泛，D触发器的多级组合，可以做成移位寄存器、分频电路等，也可用于CPU内部的寄存器等。 1 A7 q( n& k, w& S8 J$ i& P
- b: k/ ?# U! i' ~+ R4 Y4SRAM是触发器构成的吗？ ' W& _/ ?& c5 \; J- D. W
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. u& \% _' A; S2 l, M: d6 _9 O触发器可以记忆H或L，1位的信息，大量排列触发器，并使之具有可选择性后，就可以构成SRAM。
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+ R7 W0 r5 d7 F* `& r由于SRAM的输入输出速度比DRAM和闪存的访问速度高得多，所以，常用作CPU的缓存和寄存器。
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, U4 c e l2 I7 }2 H% o0 f0 v尽管我们这样说，实际上CPU中内置的存储器或寄存器并非使用的是RS触发器这样的逻辑门。
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由于使用逻辑门，会使电路规模变大，所以，一般使用4到6个FET，再经过优化构成存储器的1位（图A）。
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图A：SRAM的基本电路
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我们分两次，组合电路和时序电路，对逻辑电路的基础进行了讲解，实际上，在设计逻辑电路时，有很多应该注意的事项，其中特别重要的就是关于时钟同步电路的注意事项。
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在组合电路中，微小的信号传输迟延，都有可能造成输出毛刺，尽管毛刺是一个极其短暂的信号，但也可以引起逻辑电路的误动作，为了回避这个问题，就要使用时钟同步电路。
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图10：时钟同步电路的思路
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& X5 K) c5 ~$ ~图10给出了时钟同步电路的概要，如图所示，其构造是在FF（触发器）之间夹着组合电路，毛刺是组合电路在输出稳定之前，输出的短暂信号。因此，在组合电路输出稳定以后，再改变时钟，用触发器保持这个输出，就可以回避这种误动作了。
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发表于 2023-7-21 20:16
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