9.2 正反器

正反器由門栓電路演變而來,其中最大的特徵就是所有各式型態的正反器都必須有時脈控制端(CLOCK,或CK或CLK等標示),此輸入接腳的主要功能在於提供數位系統對於需要動作的元件(正反器)能夠做同步連接,但它有別於以邏輯位準控制方式的致能(enable)或允動(gate),這少許的差異僅是在致能端加上一個微分電路,迫使原有較長的致能時間縮短,這樣做的理由我們在9.2-6節『正反器的觸發型態』再來談論,現在先來看看微分電路對致能端的影響。

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當一個系統時脈Ck直接加入門栓(此處以D型為代表)的致能G時,脈波Ck在波寬時間內給予了D型門栓更改資料的機會,若將此脈波經過微分電路時,微分電路只對脈波的正緣和負緣造成強烈的反應,在脈波正緣產生細微的正脈波,在脈波負緣產生細微的負脈波,但是對於D型門栓的致能G而言僅接受正脈波的信號,允許D型門栓輸入資料,因此無論統時脈Ck的波寬如何的長,門栓可以栓住資料的時機只發生在脈波的正緣。

如果我們需要一個對脈波負緣產生作用的門栓,只需在微分電路之前加入一只反閘即可,如圖9.2-2所示致能作用將發生在Ck的負緣。8-2.2.gif (4449 bytes)

 

9.2-1 R-S正反器

圖9.2-3及圖9.2-4分別為一個對脈波正緣有效的 R-S正反器電路及負緣有效的 R-S正反器電路,簡稱正緣觸發R-S正反器及負緣觸發R-S正反器,它的功能與R-S門栓有些相似,只是多了一個時脈邊緣的觸發裝置,為了區分正緣觸發或是負緣觸發,在功能真值表中對於時脈端(Ck)將以不同的符號表示,見表9.2-1

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  從表9.2-1中可知當時脈Ck在位準階段時(0或1),無論S、R為何皆不影響Q的輸出,只在時脈正緣或負緣依S、R的設定才會影響Q值,其中特別注意S=1、R=1這個輸入狀態,當時脈發生時,將導致Q=Q'=1的謬誤。

例9.2-1

 

下圖為一個正緣觸發R-S正反器的時脈圖,請將Q之輸出波形繪出。

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說明:

t1 :R=1、S=0,故Q=0,並且保持至t2

t2 :R=0、S=0,故Q為原來狀態0,並且保持至t3

t3 :R=0、S=1,故Q=1,並且保持至t4

t4 :R=0、S=0,故Q為原來狀態1,並且保持至t5

t5 :R=1、S=0,故Q=0。

例9.2-2

 

下圖為一個負緣觸發R-S正反器的時脈圖,請將Q之輸出波形繪出。

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說明:

t1 :R=1、S=0,故Q=0,並且保持至t2

t2 及t3:R=0、S=1,故Q=1,並且保持至t4

t4 :R=0、S=0,故Q為原來狀態1,並且保持至t5

t5 :R=1、S=0,故Q=0。

 

9.2-2 D型正反器

D型正反器只是將D型門栓中的致能接腳加上了脈波邊緣的觸發電路,同樣包含為正緣觸發和負緣觸發兩種,從表9.2-2 的真值表中可知D型正反器的主要功能是當脈波發生時,將資料D存入(寫入)Q端。

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例9.2-3

 

一個負緣觸發D型正反器的Q=0, D=1,當Ck為一正脈波時,

(a)在脈波正緣,Q=_____,(b)在脈波負緣,Q=_____

說明:

負緣觸發D型正反器在脈波正緣不會影響Q值,故Q保持為0。

脈波負緣發生時,D的資料可以寫入,亦即Q=D=1。

 

9.2-3 T型正反器

T型正反器的T接腳等於0時,輸出保持原來狀態,等於1時則會令Q的狀態與原來相反(toggle),條件是Ck必須合乎觸發的狀態,表9.2-3是一個正緣觸發T型正反器的真值表,從中可以體會出為什麼稱它為T型正反器的原因。

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例9.2-4

 

下圖為一個正緣觸發T正反器的時脈圖,請將Q之輸出波形繪出。

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說明:

t1 :T=0,故Q=0不變,並且保持至t2

t2 :T=1,故Q與原來狀態相反,亦即Q=1,並且保持至t3

t3 :T=1,故Q與原來狀態相反,亦即Q=0,並且保持至t4

t4 :T=0,故Q=0不變,並且保持至t5

t5 :T=1,故Q與原來狀態相反,亦即Q=1。

9.2-4 J-K正反器

看到圖9.2-8會發現與圖9.2-7a的T型正反器電路有些相似,沒錯! J-K型正反器只是將圖9.2-7a 中的T接腳分成J、K兩個,這樣做的好處是當J、K接在一起時它是T型正反器,分開時就包含了R-S正反器的功能,其中J=S、K=R。換句話說,J-K型正反器在不加任何元件之下就可以替換T型正反器及R-S正反器的設計,若想要替換D型正反器只要在多加一個反閘即可,如圖9.2-9所示。

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