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题目
逻辑电路如图所示,已知各触发器初态为0,试着画出Q0,Q1,Q2的波形。
参考答案与知识点
参考答案
题目未提供具体电路图,现以典型异步3位二进制加法计数器为例(三个下降沿触发JK触发器,JK接1,Q0作为D1的时钟,Q1作为D2的时钟),分析波形。初态Q2Q1Q0=000。第一个时钟下降沿:Q0翻转变为1,Q1因时钟来自Q0下降沿(此时Q0从0变1是上升沿,不触发),Q1不变,Q2不变。状态:001。第二个时钟下降沿:Q0翻转变为0,Q1因Q0的下降沿触发翻转从0变1,Q2不变。状态:010。第三个时钟下降沿:Q0翻转变为1,Q1因Q0上升沿不触发,Q2因Q1下降沿?注意Q1此时为1,其下降沿?需跟踪:第三个时钟后Q0=1,Q1=1,Q2=0?正确应为:第三个时钟下降沿:Q0=0→1(不触发Q1),Q1保持1(其时钟为Q0,只有Q0下降沿才触发,此时Q0上升沿不触发),Q2不变(时钟来自Q1,Q1无变化)。实际上第三个时钟时Q0从0变1,Q1不变,Q2不变,但正确序列应为:二进制计数:0(000)→1(001)→2(010)→3(011)→4(100)→... 因此需重新梳理:对于异步二进制加法计数器,Q0在每个时钟下降沿翻转;Q1在每个Q0的下降沿翻转;Q2在每个Q1的下降沿翻转。初始000:cp1下降沿后:Q0=1,Q1=0(Q0上升沿不触发),Q2=0 -> 001。cp2下降沿:Q0=0(翻转),Q1=1(因为Q0从1变0是下降沿,触发Q1),Q2=0 -> 010。cp3下降沿:Q0=1,Q1=1(Q0上升沿不触发Q1,但注意Q1此时为1,其时钟为Q0,Q0从0变1不触发,故Q1保持1?实际应为Q1在Q0下降沿才触发,此时Q0是上升沿,所以Q1不变,但Q1之前是1,因此状态是011?分析错误。正确过程:cp3下降沿:Q0=1(从0变1是上升沿,但下降沿触发的JK触发器是在时钟下降沿翻转,所以Q0在cp下降沿到来时从0翻转为1),此时Q0的波形:在cp下降沿瞬间Q0变为1,这个1是延迟产生,但对于Q1的时钟(Q0)来说,这个变化是上升沿,不会触发Q1。Q1保持原值1。Q2时钟来自Q1,Q1无变化,所以Q2保持0。所以cp3后是011?但实际二进制加1,从010(2)加1应为011(3),所以Q1应保持1,Q0=1,Q2=0 -> 011正确。cp4下降沿:Q0=0,Q1=0(因为Q0从1变0,下降沿触发Q1,Q1从1翻转为0),Q2=1(因为Q1下降沿触发Q2,Q2从0翻转为1) -> 100。后续类推。因此波形:Q0每两个cp周期一个完整方波,频率一半;Q1每四个cp周期一个方波;Q2每八个cp周期一个方波;初始为0,第一个cp后Q0高,第二个cp后Q0低、Q1高,第三个cp后Q0高、Q1高,第四个cp后Q0低、Q1低、Q2高,等等。注意触发器初态为0,时钟下降沿触发。易错点:混淆上升沿与下降沿触发;忽略异步时序中触发器的时钟依赖关系;忘记初态0。
涉及知识点
- 触发器初态为0的假定
- 边沿触发方式(下降沿)
- 异步二进制计数器原理
- 波形绘制与时钟关系
- 时序逻辑分析中的延迟特性