RS锁存器原理与仿真与D型触发器

本文介绍了RS锁存器的基本原理及其功能,包括其构造方式和工作特性。随后详细讲述了D型触发器,包括改进型的维持阻塞D触发器,以及如何通过Multisim软件进行仿真和实验室验证。实验要求涉及门电路设计和真值表记录。

一、RS锁存器

RS锁存器,我们可以简单将它理解为一个存储单元,可以存储一位数据(0或者1)。

基本的RS锁存器可以用两个 与非门 或者 或非门 实现:

RS触发器 中的 R 表示 Reset(复位),S 表示 Set(置位)
在上面的 “RS触发器 特征表” 中:0 表示低电平,1 表示高电平。
对于 或非门 的 RS触发器,即:
R=1、S=0时,那么 Q = 0 R=0、S=1时,那么 Q = 1
R=0、S=0时,那么 Q 保持上个状态
R=1、S=1时,禁止、不稳状态

所谓高电平有效,就是说某引脚施加高电平时,该引脚的功能就触发了。

虽然 RS触发器 输出有 Q和`Q(它们的值反相),但是平时沟通时是以Q为默认,比如说 RS 触发器输出1,那么就是指 Q 输出 1。

(二)用与非门构造D型触发器

前面RS触发器当输入R=1,S=1的情况时,输出是不确定的状态,这种情况比较棘手。因此为了解决这个问题,又引入了D触发器。

CP上升沿触发的 改进型的D触发器(维持阻塞D触发器)

三)实验要求:

1、 首先用 multisim (或logsim)软件采用门电路或者74LSxx系列设计SR、D触发器,进行仿真,验证逻辑关系。

2、 然后在实验室控制台上,用硬件联线完成基本SR、D触发器的实际硬件电路,进行验证并记录。

(四)实验实现:

1.SR触发器的仿真实验、实际实现及真值表记录

(1)或非门仿真:

(2)特征表如下:

(3)实验控制台验证:

2.D触发器的仿真实验、实际实现及真值表记录

(1)与非门仿真:

(2)特征表如下:

(3)74LSXX系列仿真:

3.CP上升沿触发的 改进型的D触发器(维持阻塞D触发器)仿真电路

三、总结

RS触发器的RS端不能同时施加低电平;
RS触发器的两个输入端R、S的输入信号需为非重叠;

 

### 主从RS触发器的结构和工作原理 主从RS触发器是一种基于双稳态电路设计的存储单元,其核心思想是通过两级锁存器实现对输入信号的控制。以下是关于主从RS触发器的结构和工作原理的详细说明: #### 1. 结构描述 主从RS触发器由两个部分组成:**主触发器**和**从触发器**[^2]。这两个部分通过一个时钟信号(CLK)进行控制,具体结构如下: - **主触发器**:在时钟信号为高电平(CLK=1)时,主触发器接收输入信号(R和S),并根据这些信号更新其内部状态。 - **从触发器**:在时钟信号为低电平(CLK=0)时,从触发器接收主触发器的状态,并将其输出到外部。 主从RS触发器的核心在于引入了一个非门来反相时钟信号,从而将主触发器和从触发器的操作时间分开。这种设计确保了触发器仅在时钟信号的特定边沿(通常是下降沿)更新输出状态。 #### 2. 工作原理 主从RS触发器的工作可以分为两个阶段:**主触发器阶段**和**从触发器阶段**。 - **主触发器阶段(CLK=1)**:当CLK为高电平时,主触发器开启,允许输入信号R和S影响其内部状态。此时,从触发器关闭,保持其当前状态不变。如果输入信号R和S发生变化,主触发器会根据真值表更新其内部状态[^3]。 - **从触发器阶段(CLK=0)**:当CLK为低电平时,主触发器关闭,保持其当前状态不变。同时,从触发器开启,接收主触发器的状态,并将其传递到输出端Q和Q̅。这一过程确保了输出状态仅在CLK下降沿时发生改变。 主从RS触发器的真值表如下所示[^2]: | R | S | Q (现态) | Q (次态) | |---|---|----------|----------| | 0 | 0 | 不变 | 不变 | | 0 | 1 | 0 | 1 | | 1 | 0 | 1 | 0 | | 1 | 1 | 不定 | 不定 | #### 3. 特点局限性 主从RS触发器具有以下特点: - **抗干扰能力强**:由于输出状态仅在CLK下降沿更新,因此能够有效避免因噪声或毛刺引起的误触发。 - **存在约束条件**:当输入信号R和S同时为1时,触发器进入不定状态,可能导致逻辑错误。因此,在实际应用中需要避免这种情况的发生[^3]。 此外,主从RS触发器的一个主要局限性在于,当CLK为高电平时,输入信号的变化可能会导致主触发器的状态多次翻转,从而影响最终输出。这种现象被称为“一次翻转限制”,即主触发器只能翻转一次,而不能连续响应输入信号的变化[^3]。 ```python # 示例代码:主从RS触发器的简单仿真 class RSFlipFlop: def __init__(self): self.Q = 0 self.Q_not = 1 self.clock = 0 def update(self, R, S, clock): if clock == 1: # 主触发器阶段 if R == 0 and S == 0: pass # 状态保持 elif R == 0 and S == 1: self.Q = 1 self.Q_not = 0 elif R == 1 and S == 0: self.Q = 0 self.Q_not = 1 elif R == 1 and S == 1: raise ValueError("Invalid input: R and S cannot both be 1") if clock == 0: # 从触发器阶段 # 输出状态更新 pass # 测试代码 ff = RSFlipFlop() ff.update(0, 1, 1) # 设置S=1,R=0,CLK=1 print(f"Q={ff.Q}, Q_not={ff.Q_not}") ```
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