导图社区 半导体存储器(触发器)
考研数字电子技术半导体存储器(触发器)总结笔记,存储器的种类虽然很多,但它们的基本结构形式都是由存储矩阵和读/写控制电路两部分组成的。包含各类触发器的介绍和应用。
编辑于2024-10-02 15:08:57半导体存储器
存储器的种类虽然很多,但它们的基本结构形式都是由存储矩阵和读/写控制电路两部分组成的。 存储单元:只能存储一位数据的电路 寄存器:用于存储一组数据的存储电路 存储器:用于存储大量数据的存储电路
按存储单元分
动态存储单元
动态存储单元则是利用电容的电荷存储效应来存储数据的。由于电容的充放电需要一定的时间,因而它的工作速度低于静态存储单元。而且,电容上存储的电荷会随着时间的推移而逐渐泄漏,必须定期进行“刷新”(即将原来的数据重新写入),才能保证数据不会丢失。虽然如此,由于动态存储单元的电路结构十分简单,所以仍然被广泛用于大容量的存储器当中。
静态存储单元
由门电路连接而成,只要不切断供电电源,静态存储单元的状态会一直保持下去
锁存器
RS锁存器(基本RS锁存器)
两个或非门组成
在正常工作时输入信号应遵守SDRD=0的约束条件,亦即不允许输入SD=RD=1的信号。  
两个与非门组成
在正常工作时同样应当遵守SDRD=0的约束条件,即不应加以S'=R'=0的输入信号。  
触发器
触发器与锁存器的不同在于,它除了置1、置0输入端以外,又增加了一个触发信号输入端。只有当触发信号到来时,触发器才能按照输入的置1、置0信号置成相应的状态,并保持下去。我们将这个触发信号称为时钟信号(CLOCK),记作 CLK。当系统中有多个触发器需要同时动作时,就可以用同一个时钟信号作为同步控制信号了。
按工作方式分
电平触发
动作特点
①只有当CLK变为有效电平时,触发器才能接受输入信号,并按照输入信号将触发器的 输出置成相应的状态。 ②在CLK=1的全部时间里,S和R状态的变化都可能引起输出状态的改变。在CLK回到0 以后,触发器保存的是CLK回到0以前瞬间的状态。 综上,如果在CLK=1期间S、R的状态多次发生变化,那么触发器的状态也将发生多次翻转,这就降低了触发器的抗干扰能力。
(同步)电平触发RS触发器(门控RS锁存器)
电路组成与工作原理

在由两个与非门构成的RS触发器的基础上,增加了由时钟CLK控制的与非门,分别连接S、R输入信号,R、S高电平有效
逻辑符号

特性表

特性方程

状态转换图

例题

分时撤销
取决于后撤信号,跟正常状态相同的分析
同时撤销
状态不定(竞态),取决于实际器件的延时
注意:当S=R=1时,CLK突然撤销,状态也是不定
带异步置位、复位端的

功能说明

注意事项
优缺点

空翻现象
输入多次变换,使得输出也多次变换的现象
电平触发D触发器(D型锁存器)

逻辑符号

特性表

特性方程

状态转换图

例题

特点

边沿触发
动作特点
①只在时钟脉冲CLK(CP)的上升沿或下降沿接收输入信号,而在CLK=1及CLK=0期间以及CLK非约定边沿,触发器不接收数据,保持原态不变。 ②有效地提高了触发器的抗干扰能力,因而也提高了电路的工作可靠性
边沿触发D触发器
电路组成与工作原理
 
将两个同步D触发器连在一起,再通过一个非门连接两个D触发器的CLK端
上升沿

下降沿

特性表

特性方程
例题

边沿触发JK触发器
电路组成
 
特性表

特性方程
例题

脉冲触发
脉冲触发RS触发器(主从RS触发器)

电路组成

将两个由与非门构成的同步RS触发器,再通过一个非门连接两个同步RS触发器的CLK端
工作原理
  
逻辑符号

特性表

特征方程
主触发器翻转问题
在CLK=1期间,主触发器的状态发生多次变化,需考虑整个高电平期间输入信号的变化情况,才能确定最终状态。
例题

优缺点

脉冲触发JK触发器(主从JK触发器)
电路组成

J输入端连接Q',K输入端连接Q,各自通过一个与门连接主从RS触发器
逻辑符号

特性表

特性方程
一次变化现象

定义
在CLK=1期间,若J、K信号发生变化,可能会导致主触发器的状态发生变化,但只能变化一次。它最终会造成触发器的错误翻转。为了减少接受干扰的机会,应使CLK=1的宽度尽可能窄。
现象发生的处理方法
①若原态Q=0,则由J信号决定其次态,而与K无关。此时只要CLK=1期间出现过J=1,则CLK下降沿时Q为1。否则Q仍为0。
②若原态Q=1,则由K信号决定其次态,而与J无关。此时只要CLK=1期间出现过K=1,则CLK下降沿时Q为0。否则Q仍为1。
例题
 Q'为边沿JK触发器的波形
特点

①当CLK以高电平为有效信号时,改变发生在CLK的下降沿 ②当CLK以低电平为有效信号时,改变发生在CLK的上升沿
按逻辑功能分
RS触发器

功能说明
保持、置0,置1,禁止(不定)
特性方程
JK触发器

功能说明
保持、置0,置1,翻转
特性方程
T触发器

功能说明
保持、翻转
特性方程
构成方法
将JK触发器的两个输入端连在一起作为T端
T'触发器

功能说明
翻转
特性方程
构成方法
将JK触发器的两个输入端同时接至固定的高点平(即J=K=1)
用途
可构成二分频电路
D触发器

功能说明
置0,置1
特性方程
不同类型触发器的相互转换
转换方法
根据已有触发器和待求触发器的特性方程相等的原则
JK触发器
JK→RS

JK→D

JK→T

JK→T'

D触发器
D→JK

D→T

D→T'

动态特性
①建立时间tsu

输入信号应先于时钟信号CLK动作沿到达的时间(至少先于2td)
②保持时间th

时钟信号CLK动作沿到达后,输入信号仍需要保持不变的时间(th=2td)
③传输延迟时间tpd

从CLK动作沿到达开始,直到触发器输出的新状态稳定建立所需要的时间
④最高时钟频率fmax

触发器在连续、重复翻转的情况下,时钟信号可以达到的最高重复频率
按工作方式分
随机存储器RAM
静态随机存储器SRAM
采用静态存储单元
动态随机存储器DRAM
采用动态存储单元
只读存储器ROM
只读存储器的工作方式与随机存储器不同,在正常的读/写工作状态下,只能从其中读出所存储的数据。因此,只读存储器一般都用来存储一些固定的数据。只读存储器中又有“掩模ROM"、“可编程ROM"简称PROM,和“可擦除的可编程ROM”简称EPROM,几种不同类型。掩模ROM 中的数据在制作芯片时已经确定,无法更改。而PROM 中的数据可以由用户根据自己的需要写人,但一经写人以后就不能再修改了。EPROM 中的数据则不但可以由用户自己写人,而且还能擦除重写,所以具有更大的使用灵活性。早期的EPROM曾经采用紫外线照射的方法进行擦除,但不仅擦除操作非常费时,而且器件的成本也比较高,所以现在已经完全被使用电信号擦除的EPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory,简称EEPROM)所取