【电路基础】ASIC角度练习JK触发器&RS触发器

由于本电路极其简单，原理不做解释

JK触发器

真值表

硬件描述语言

代码

//边沿JK触发器-时序逻辑
//作者:刘航宇 2023/4/15
//Email:hyliu@ee.ac.cn
module jk_trigger(clk,j,k,q,qb);
input clk,j,k;
output q,qb;
reg q;
wire qb;
always @(posedge clk) begin
    case ({j,k})
        2'b00: q<=1; //jk=00,保持
        2'b01: q<=1'b0; //jk=01,则触发器置0
        2'b10: q<=1'b1; //jk=10,则触发器置1
        2'b11: q<=~q; //11,翻转
//组合逻辑中，为避免生成锁存器，好的代码风格是if语句都加上else，case语句都加上default。
//时序逻辑中，“若无必要，尽量不加else和default”——以减小数据翻转机会,低功耗。
//故此处不写default
    endcase
end
assign qb = ~q;
endmodule

测试文件

//jk触发器测试文件
`timescale 1ns/1ps
module jk_trigger_tb;

reg j,k,clk;//输入reg是因为要initial
wire q,qb;

always begin
  #5 clk = ~clk;
end
//初始化
//下面这个产生fsdb是Synopsys VCS&Makefile脚本会用到，如果你用Medelsim仿真请删掉这个initial语句以免报错
initial    begin
        $fsdbDumpfile("tb.fsdb");//这个是产生名为tb.fsdb的文件
        $fsdbDumpvars;
end

initial begin
  clk = 0;
  j = 1'b0;
  k = 1'b0;//保持
  #30 begin j=1'b0;k=1'b1; end //置0
  #20 begin j=1'b1;k=1'b0; end //置1
  #20 begin j=1'b0;k=1'b0; end //保持
  #20 begin j=1'b1;k=1'b1; end //翻转
  #200 $finish;
end

jk_trigger u1(.j(j),.k(k),.clk(clk),.q(q),.qb(qb));

endmodule

JK触发器时序

上升沿触发，可以看到时序完全正确

JK触发器电路图

之所以这样综合电路综合出一个D触发器，是考虑标准单元库的面积与时序的折中，标准单元相当于基本晶体管搭建而成，比如反相器占用2个晶体管，与非门占用4个晶体管，具体不在赘叙。

JK触发器性能--SMIC180nm工艺

RS触发器

真值表

RS硬件描述语言

代码

//边沿JK触发器-时序逻辑
//作者:刘航宇 2023/4/15
//Email:hyliu@ee.ac.cn
module rs_trigger(
    input wire clk,r,s,
    output reg q,
    output wire qb
);
always @(posedge clk) begin
    case ({r,s})
        2'b00: q<=q; //r,s同时为低电平，触发器保持状态不变
        2'b01: q<=1'b1; //触发器置1
        2'b10: q<=1'b0; //触发器置0
        2'b11: q<=1'bx; //不定态
    endcase
end
assign qb = ~q;
endmodule

测试代码

`timescale 1ns/1ps
module rs_trigger_tb();
reg clk,r,s;
wire q,qb;
always begin
  #5 clk = ~clk;
end
//初始化
initial begin
  clk = 0;
  r = 1'b0;
  s = 1'b0;//保持
  #30 r=1'b0;s=1'b1; //置1
  #20 r=1'b1;s=1'b0; //置0
  #20 r=1'b0;s=1'b0; //保持
  #20 r=1'b1;s=1'b1; //禁止
  #200 $stop;
end
rs_trigger u2(.clk(clk),.r(r),.s(s),.q(q),.qb(qb));
endmodule

RS触发器时序

上升沿触发，可以看到时序完全正确

RS触发器电路图

RS触发器性能--SMIC180nm工艺