寄存器型逻辑设计-设计基本触发器

- 设计构思：设计所有基本类型的触发器(D、T、J-K、R-S)在同一块PAL器件上；
- 先通过简略地回顾D型触发器的主要性能，来构思这一设计．然后再给出T、J-K和R-S触发器的设计思。我们将只使用D型触发 　器，其它逻辑功能的触发器用D型触发器来构造。同时决定采用哪类PAL器件；
- 建立触发器的布尔方程；
- 完成设计文件；
- 仿真基本触发器；
- 器件编程。

基本触发器的逻辑图

组合型方程： DT = D 寄存器型方程： DT ： =D

建立触发器的布尔方程
D型触发器的数据输入只有在时钟脉冲信号到来后才出现在输出端。它的基本传递函数可以表示成： DT：= D
输出信号 DT （D Trace)
输出补偿信号 DC （DC：= /D） 式中使用“：=”而不是‘‘=”，表示这一方程输出是被寄存的；

触发器需增加“同步预置”和“清零”功能。这由2条引脚PR和CLR来完成。为了增加这些功能：
对触发器输出原信号DT，每一个乘积项加上“/CLR”因子，同时增加一个仅由PR组成的新乘积项；
对输出的补偿信号DC，每一个乘积项加上“/PR”因子，并增加一个仅由CLR组成的新乘积项；

因此，带有清零和预置功能的D型触发器的布尔方程为：
DT：=D * /CLR+PR
DC：=/D * /PR + CLR 真值表

这样，当触发器清零时，对于高电平有效的触发器没有乘积项为真，因而输出DT为“低”电平；对于低电平有效的触发器，其最后一个乘积项为真，因而其输出DC为“高”电平。同样分析，对于触发器的预置功能会出现相反的情况。

设计中还有一个漏洞，即如果预置和清零操作同时发生会怎样? 根据现在的布尔方程，两个输出DT和DC均为“高”电平。这是无意义的，因为两个输出信号应当是互补的。为了纠正这一错误，可以规定清零操作优先于预置操作。为此，只需在原输出DT的每一乘积项加上因子/CLR。由此可得清零操作优先的D型触发器布尔方程：·
DT：= D * /CLR + PR * /CLR
DC：= /D * /PR + CLR

同样，可以推导出T触发器的布尔方程： （真值表）
TT：= T * /TT * CLR + /T * TT * /CLR+ PR * /CLR
TC：= T * /TC * /PR +/T * TC * /PR + CLR
在这些方程中，有的信号本身出现在右边的函数表达式中，这是由于触发器的输出反馈信号用于确定触发器的下一个状态。

例如TT方程中的反馈等效图为：

同样对其它触发器可推导出：

JK触发器（真值表）
JKT：= J*/JKT*/CLR+/K*JKT*/CLR+PR*/CLR
JKC：= /J*/JKC*/PR+K*JKC*/PR+CLR

RS触发器（真值表）

SRT：= S * /CLR + /R * SRT * /CLR + PR * /CLR
STC：= R * /PR + /S * SRC * /PR + CLR
PAL器件的选择
我们选择了PAL16R8（需要9输入，8输出）
16个输入，8个输出
它是输出低电平有效
具有时钟引脚CLK和输出选通引脚OE

输出引脚按下图（6-3-1）那样定义，输出引脚都用斜杠“/”定义，表示它们是“反向的”或“负”的引脚；
根据管脚定义和PAL16R8的逻辑图建立基本触发器设计的说明文件
建立设计文件

PAL16R8 逻辑图

完成设计文件

基本触发器设计的说明部分（ 1 ）

触发器布尔方程部分 （ 2 ）

仿真基本触发器
在修正了设计中的错误，并处理了设计文件后，就应编写仿真部分。除了一条用于简化时钟信号操作的新指令外，我们具有所需的一切仿真指令。可以将SETF指令和时钟引脚一起使用，但那样的话，时钟信号的每一改变都需要两条指令：一条将时钟信号置成“高”，另一条使之变回“低”。

另一种办法是使用CLOCKF指令。这样，使用一条指令就能将脉冲加至时钟引脚。当然，寄存器型输出的状态将在时钟信号的上升沿到来之后才会改变。由于时钟引脚巳命名为CLK，可用指令：CLOKF CLK 来同步器件。
因此，可用下列指令来仿真D型触发器的原信号：
　　SETF D ；置D输入为高
　　CLOCKF CLK ；时钟信号同步器件操作
　　CHECK DT ；验证输出DT是否为高
　　SETF /D ；置D输入为低
　　CLOCKF CLK ；时钟信号同步器件操作
　　CHECK /DT ；验证输出DT是否为低

同样，对其它触发器，可进行类似的仿真处理

在寄存器型设计进行仿真以前，必须初始化两项：
时钟CLK：由于“CLOCKF”语句在时钟引脚上施加一个“高-低”脉冲，因而首先必须确定开始时时钟是否被置成“低”电平。
　　输入选通引脚OE：必须选通输出端，这通过将OE引脚置成“低”电平来实现。
　　SETF /CLK /OE ；初始化CLK 和OE
　　初始化触发器，以验证CLR操作是否正确地工作。初始化工作由语句完成：
　　SETF CLR /PR ；置清零引脚CLR
　　CLOCKF CLK ；触发器清零
　　CHECK /DT DC /TT TC /JKT JKC /SRT SRC ；验证触发器输出
　　SETF ／CLR ；撤除清零信号
　　SETF PR 、SETF /PR ；设置、验证和去除预置
　　SETF PR CLR、SETF /PR /CLR ；设置、验证和去除清零优先
此后，就能够仿真整个电路了。设计的仿真部分示于下表，该文件的仿真操作与基本逻辑门设计中的仿真操作相同．仿真结果可以通过检查历史文件或跟踪文件获得，也可通过观察产生的波形得到。

基本触发器模拟仿真部分（ 1 ）

基本触发器模拟仿真部分（ 2 ）

基本触发器完整的设计文件 （ 1 ）

基本触发器完整的设计文件 （ 2 ）

基本触发器完整的设计文件 （ 3 ）

器件编程
在对基本触发器的设计进行了仿真，并确定设计能正确工作后，就可对器件进行编程，对器件编程的大致步骤与示例1-基本逻辑门设计 相同。