触发器和寄存器实验

实验目的

  1. 掌握寄存器的功能特性。

  2. 学会使用Digital仿真软件仿真时序电路。

实验原理

触发器(Flip-Flop)是一种基本的时序逻辑电路,它具有两个稳定状态,可以存储1位二进制信息,并且在外部时钟信号的控制下,根据输入数据来改变其存储的状态。 常见的触发器有SR触发器、JK触发器、D触发器等。其中D触发器(D type Flip-Flop)在计算机电路中最为常用。 D触发器通常包含以下几个端口。

  • 数据输入端(D):用于输入要存储的数据。“D”代表“Data”,是D触发器名称的由来。

  • 输出端(Q):Q端输出存储的数据。通常还有一个反相输出端Q̅,输出Q端的反相值。

  • 时钟输入端(CLK):时钟信号是控制D触发器存储数据的关键信号。 只有当CLK信号发生跳变时,D触发器才会将D端的输入数据更新到Q端,并保持该状态直到下一个时钟信号的跳变沿到来。 根据具体电路设计的不同,如果从0到1的跳变起作用,称为上升沿触发;如果从1到0的跳变起作用,称为下降沿触发。Digital仿真软件的触发器为上升沿触发

在计算机中,用于保存数据的电路元件通常称为寄存器。一般而言,D触发器与寄存器没有本质区别,例如一个8位数据寄存器可由8个D触发器构成;从应用的角度,“寄存器”这个名称更为普通。 而在Digital仿真软件中,D触发器和寄存器是两种组件,端口略有不同。 和D触发器组件相比,寄存器组件多了一个en端口,作为装入数据的使能(enable)控制。如果en为0,即使时钟上升沿到来,也不会将D输入端的数据保存在寄存器内;只有当en为1的时候,才允许保存数据。 数据寄存器将应用于本课程后面的寄存器堆实验

实验任务

  1. 熟悉时序电路仿真

    阅读第一章Digital仿真软件使用指南的“时序电路仿真”,熟悉D触发器的功能特性和时序电路的仿真方法。

  2. 设计一个4位寄存器组件的验证电路

    寄存器组件位于菜单项「组件 ➤ 存储器 ➤ 寄存器」(Components ➤ Memory ➤ Register)。 添加寄存器组件后将其「数据位数」属性设置为4。 并将其所有的端口连接到输入输出组件,注意寄存器组件端口C应连接时钟输入组件,连接D、Q端口的输入、输出组件的数据位数应与寄存器的数据位数一致。

  3. 通过仿真熟悉寄存器的功能和用法,记录仿真过程。

    尤其注意en的作用。

  4. 实验结果分析

    对仿真结果进行分析,从中体现对寄存器各端口功能的理解。