在数学上,我们有三种描述函数的方法:公式、表格和图形。同样,我们有三种描述触发器逻辑功能的方法,一是特性方程,二是特性表,三是状态转换图【图4.3.1,4.3.2, 4.3. 3,4.3.4】。
图4.3.1 RS触发器的状态转换图
图4.3.2 JK触发器的状态转换图
图4.3.3 T触发器的状态转换图和逻辑符号
图4.3.4 D触发器的状态转换图
特性表实际上是一种特殊的真值表,它对触发器的描述十分具体。这种真值表的输入变量(自变量)除了数据输入外,还有触发器的初态,而输出变量(因变量)则是触发器的次态。特性方程是从特性表归纳出来的,比较简洁;状态转换图这种描
触发器是数字电路中的基本元件,它具有记忆功能,能够保存和传递二进制信息。在设计和分析触发器时,通常使用三种方法来描述其逻辑功能:特性方程、特性表和状态转换图。这三种描述方法各有优势,适用于不同的应用场景。
1. 特性方程:
特性方程是触发器逻辑功能的数学表达式,它表示了触发器次态与当前状态和输入信号之间的关系。例如,对于RS触发器,它的特性方程可能是Qn+1 = S'Qn + R'nQn,其中Qn是当前状态,Qn+1是次态,S和R是控制输入。特性方程通常由布尔代数简化得出,简洁明了,便于理论分析和计算。
2. 特性表:
特性表是一种特殊的真值表,除了列出所有可能的输入组合和对应的输出结果之外,还包含了触发器的当前状态(初态)和次态。例如,RS触发器的特性表会包括S、R、Qn和Qn+1四列,每行代表一种输入组合和状态变化。通过特性表,我们可以直观地看到所有可能的触发器行为。特性表对于理解和验证触发器的完整行为非常有用,因为它列出了所有可能的场景。
3. 状态转换图:
状态转换图是触发器动态行为的图形表示,它用节点表示触发器的不同状态,用边表示状态间的转换,边上的箭头标记了引起状态转换的输入信号。比如,一个RS触发器的状态转换图会包含两个节点,分别代表“0”态和“1”态,以及两条边表示由S和R信号驱动的状态转换。状态转换图直观易懂,特别适合描述触发器的动态行为和循环路径,是系统级建模和分析的重要工具。
在实际应用中,设计者通常结合这些描述方法来全面理解触发器的行为。例如,特性方程用于推导触发器的动态行为,特性表用于检查所有可能的工作情况,而状态转换图则帮助理解触发器在时序电路中的动态演变。通过这些方法,我们可以确保触发器满足特定的设计需求,如无瞬变、无自翻转等。
不同类型的触发器,如RS、JK、T和D触发器,有着不同的逻辑功能和特点。例如,RS触发器是最基础的,存在不稳定的"不允许"状态;JK触发器可以实现任意状态到任意状态的转换;T触发器根据T输入的值进行翻转或保持状态;D触发器则简单地将数据输入D作为次态。每种触发器的特性方程、特性表和状态转换图都有其独特的形式,反映了它们各自的功能特性。
掌握触发器的描述方法对于理解和设计数字系统至关重要,无论是特性方程的精炼,特性表的详尽,还是状态转换图的直观,都是分析和设计触发器不可或缺的工具。通过深入理解这些描述方式,工程师能够更准确地构建和优化各种数字电路。