用CMOS传输门和CMOS非门设计D触发器.docx

1、用CMOS传输门和CMOS非门设计D触发器用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器姓 名 周路 所在学院 电子信息工程 专业班级 通信1002 学 号 10211061 指导教师 侯建军 日 期 _2012.12月_ 目 录第一章 电路组成结构 1第二章 电路工作原理 2第三章 特征方程，特征表，激励表，状态图 2第四章 激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率 3第五章 设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器 45.1 设计的D触发器转换成JK触发器 45.2 D触发器转换成T触发器 4第六章 CMOS D触发器CD4013和TTL D触发器74LS74区别 5第七章 CMOS D触

2、发器的应用CC4013触摸开关 7第八章 感想以及总结 8参考文献 9 摘要：本文用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器。说明电路组成结构；阐述电路工作原理；写出特征方程，画出特征表，激励表与状态图；计算出激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率；将设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器。比较C4013和74LS74的区别，简述CD4013的一个应用。最后阐述自己的感想和对未来电子技术发展的一些展望设想。关键词： CMOS非门，CMOS传输门，TTL与CMOS，展望未来。一、电路组成结构传统的边沿D触发器电路已为大家熟知，在此基础上，用CMOS传输门（TG）和CMOS非门(G)设计；

3、由此该电路的整体构造如下图所示.图1 D触发器原理图图2 仿真CMOS传输门和非门构成的D触发器,非门G1、G2和传输门TG1、TG2组成了主触发器；非门G3、G4和传输门TG3、TG4组成了从触发器。TG1和TG3分别为主触发器和从触发器的输入控制门。根据CMOS传输门的工作原理和图中控制信号的极性标注可知,当传输门TG1、TG4导通时,TG2、TG3截止;反之,当TG1、TG4截止时,TG2、TG3导通二、电路工作原理1.CP=0,TG1导通,TG2截止,D端输入信号送人主触发器中,G1=，G2=D此时触发器尚未形成反馈连接,不能自行保持。Q1、Q2跟随 器形成反馈连接,维持原状态不变,而

4、且它与主触发器的联系被TG3切断。2.当CP的上升沿到达(即CP跳变为1)时,TG1截止,TG2导通,切断了D信号的输入, G1输入端电压不会立即消失,于是G1在TG1截止前的状态被保存下来;同时由于TG3导通、TG4截止,主触发器的状态通过TG3和G3送到了输出端,使Q=G4=D， =G3=。3.在CP=1期间,Q=G3=D的状态一直不会改变。4.直到CP下降沿到达时(即CP跳变为0),TG2、TG3又截止,TG1、TG4又导通,主触发器又开始接收D端新数据,从触发器维持已转换后的状态。可见,这种触发器的动作特点是输出端的状态转换发生在CP的上升沿,而且触发器所保持的状态仅仅取决于CP下降沿

5、到达时的输入状态。正因为触发器输出端状态的转换发生在CP的上升沿,所以这是一个CP上升沿触发的边沿触发器,CP上升沿为有效触发沿。若将四个传输门的控制信号CP和极性都换成相反的状态,则CP下降沿为有效沿。三、特征方程，特征表，激励表与状态图特征方程： Qn+1=D图3 特征表 图4 激励表状态图：图5 状态图四、激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率图6 原理图这个CMOS D触发器是上升沿触发器，根据CMOS管特性可得，上图中所示四个传输门具有传输延迟t1，五个非门也具有延迟t2，传输门控制端在导通和截止转换时会存在延迟t3。但是其实传输门的的延时很小只有纳秒，而非门却有几十纳秒因此，t1

6、t3几乎可以忽略不计。所以，输入信号D只有在CP跳变之前的时间里准备好,触发器才能将数据锁存到Q输出端口，因此建立时间等于t1+t2。在CP跳变为0之后的一段时间内，D信号不能发生变化，也就是所说的要保证信号的保持时间，大小应该是传输门的截止导通时间t3。因此D的建立时间应该为（非门延时）。CP时钟周期，低电平时间应该D的建立时间+两个非门延时（传输门忽略不计），才能保证D顺利到达G1和G2之间为。高电平时间应该为从触发器的两个非门延时。（传输门忽略不计）因此如果时钟周期是占空比为50%的方波，那么最大频率应该为；若为占空比任意的方波，则最大频率应该为。五、设计的D触发器转换成JK触发器和T触

7、发器5.1 D触发器转换成JK触发器图7 D触发器转JK触发器J触发器特征方程：D触发器特征方程：比较得：若用与非门实现，则： 5.2 JK触发器转换成T触发器T触发器特征方程：J触发器特征方程：只要将JK触发器的JK端相连作T端即可实现六、CMOS D触发器和TTL D触发器区别 常用的TTL型双D触发器74LS74引脚功能如图8所示，CMOS型双D触发器CC4013引脚功能如图9所示。 图8 74LS74引脚功能图9 CD4013引脚功能电流/电压控制74LS74电流控制器件CD4013电压控制器件传输延时74LS745-10nsCD401325-50ns功耗74LS7420mWCD401

8、3与输入脉冲频率有关电源电压74LS745VCD40133V15V输入电压74LS742V以上（高）0.8以下（低）CD40130VVDD工作温度范围74LS74 70CD40134085极限值电源电压74LS747VCD401318V输入电压74LS747VCD4013VDD+0.5V储存稳定74LS7465150CD401365150输出电压74LS747VCD4013VDD+0.5V我们可以看到，74LS74输出高电平2.7V,输出低电平=2.0V，输入低电平=0.8V，噪声容限是0.4V。C4013逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。因此C4013

9、的抗干扰能力很强。再看工作环境74LS74的工作环境要求比CD4013苛刻，只能在070，而CD4013却可以工作在4085的环境下，在寒带作业的工作可以交给CD4013完成。对于要求高速低延时的应该用74LS74，只有510ns，对于功耗要求高的用CD4013。七、CMOS D触发器的应用CD4013触摸开关M为触摸电极片，手指摸一下M，使人体泄漏的交流电在R4上的压降，其正半周信号进入IC1的第3脚即单稳态电路的CP端，使单稳态电路反转进入瞬时，其输出端Q即1脚由原来的低电位跳变为高电位，此高电位经R1向C2充电，使4脚即R1端的电位上升，当上升到复位电位时，单稳态电路复位，1脚恢复低电位

10、。所以每触摸一次电极片M，1脚就输出一个固定宽度的正脉波。此正脉波将直接加到11脚即双稳态电路的CP端，使双稳态电路反转一次，其输出端Q即13脚电位就改变一次。当13脚为高电位时，Q1的基极透过R2获得正向电流而开通，使继电器动作，进而以它的接点来做控制。由此可见，每触摸一次电极片M，就能实现继电器“开”或“关”的动作。图10 CD4013触摸开关电路原理图八、总结以及感想总结：CMOS D触发器的原理很简单，是由两个CMOS反相器和CMOS传输门构成的触发器，组成的。用CP和，控制传输门的开关，原理与TTL不同，但实际思路与TTL一样特征表，激励表，状态图，特征方程与D触发器一样，延时和非门

11、延时有关， D的保持时间为（非门延时时间，传输门忽略不计），最大周期为占空比50%的方波，或 TTL和CMOS，在电平，原理，使用方法都有异同，二者各有好坏，对立统一。感想： 通过这次研究性学习，重新温习了很多以前渐渐被淡化的知识，让我充分理解了，实践是检验真理的唯一途径。有时候课本上不太理解的东西，光靠看书效果并不理想，但是只要实践、仿真、学习，就可以理解明白。这次研究性学习提高了我独立自主思考，合作同学解决问题的能力，培养了我发散思维看实际生活中的“数电”，充分学习学以致用的思想。参考文献【1】 XX文库.CD4013应用.【2】 侯建军.数字电子技术基础电子教案M. 高等教育出版社，2003【3】 侯建军.数字电子技术基础M. 高等教育出版社，2007，12【4】 74LS74芯片手册. 国家半导体公司.