一、D触发器

1.简介

D触发器是一个具有记忆功能的，具有两个稳定状态的信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元，也是数字逻辑电路中一种重要的单元电路。因此，D触发器在数字系统和计算机中有着广泛的应用。触发器具有两个稳定状态，即"0"和"1"，在一定的外界信号作用下，可以从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。D触发器有集成触发器和门电路组成的触发器。触发方式有电平触发和边沿触发两种，前者在CP(时钟脉冲)=1时即可触发，后者多在CP的前沿（正跳变0→1）触发。D触发器的次态取决于触发前D端的状态，即次态=D。因此，它具有置0、置1两种功能。对于边沿D触发器，由于在CP=1期间电路具有维持阻塞作用，所以在CP=1期间，D端的数据状态变化，不会影响触发器的输出状态。D触发器应用很广，可用做数字信号的寄存，移位寄存，分频和波形发生器等等。

2.结构

D触发器（data flip-flop或delay flip-flop）由4个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。边沿D触发器可由两个D触发器串联而成，但第一个D触发器的CP需要用非门反向。

3.工作原理

SD和RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时(SD的非为0，RD的非为1，即在两个控制端口分别从外部输入的电平值，原因是低电平有效)，不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0；当SD=0且RD=1(SD的非为1，RD的非为0）时，Q=1，Q非=0，触发器置1，SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
工作过程如下：
1）CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5非=D非。
2）当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D非，Q4=Q6非=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3非=D。
3）触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的，即必定有一个是0，若Q3为0，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在1状态和阻止触发器变为0状态的作用，故该反馈线称为置1维持线，置0阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在0状态的作用，称作置0维持线；Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置1的作用，称为置1阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。
总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁，三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比，同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。 /span>。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3非=D。

4.特征

5.脉冲特性

1）建立时间
由于CP信号是加到门G3和G4上的，因而在CP上升沿到达之前门G5和G6输出端的状态必须稳定地建立起来。输入信号到达D端以后，要经过一级门电路的传输延迟时间G5的输出状态才能建立起来，而G6的输出状态需要经过两级门电路的传输延迟时间才能建立，因此D端的输入信号必须先于CP的上升沿到达，而且建立时间应满足：tset≥2tpd。
2）保持时间
为实现边沿触发，应保证CP=1期间门G5的输出状态不变，不受D端状态变化的影响。为此，在D=0的情况下，当CP上升沿到达以后还要等门G3输出的低电平返回到门G5的输入端以后，D端的低电平才允许改变。因此输入低电平信号的保持时间为tHL≥tpd。在D=1的情况下，由于CP上升沿到达后G4的输出将G3封锁，所以不要求输入信号继续保持不变，故输入高电平信号的保持时间tHH=0。
3）传输延迟时间
从CP上升沿到达时开始计算，输出由高电平变为低电平的传输延迟时间tPHL和由低电平变为高电平的传输延迟时间tPLH分别是:tPHL=3tpdt PLH=2tpd。

4）最高时钟频率
为保证由门G1～G4组成的同步RS触发器能可靠地翻转，CP高电平的持续时间应大于 tPHL,所以时钟信号高电平的宽度tWH应大于tPHL。而为了在下一个CP上升沿到达之前确保门G5和G6新的输出电平得以稳定地建立，CP低电平的持续时间不应小于门G4的传输延迟时间和tset之和，即时钟信号低电平的宽度tWL≥tset+tpd。
在实际集成触发器中，每个门传输时间是不同的，并且作了不同形式的简化，因此上面讨论的结果只是一些定性的物理概念。其真实参数由实验测定。
在考虑建立保持时间时，应该考虑时钟树向后偏斜的情况，在考虑建立时间时应该考虑时钟树向前偏斜的情况。在进行后仿真时，最大延迟用来检查建立时间，最小延时用来检查保持时间。
建立时间的约束和时钟周期有关，当系统在高频时钟下无法工作时，降低时钟频率就可以使系统完成工作。保持时间是一个和时钟周期无关的参数，如果设计不合理，使得布局布线工具无法布出高质量的时钟树，那么无论如何调整时钟频率也无法达到要求，只有对所设计系统作较大改动才有可能正常工作，导致设计效率大大降低。因此合理的设计系统的时序是提高设计质量的关键。在可编程器件中，时钟树的偏斜几乎可以不考虑，因此保持时间通常都是满足的。

二、在 Quartus-II 中自己用门电路设计一个D触发器，并进行仿真，时序波形验证

1.在Quartus中新建工程

2.创建原理图文件

点击【插头图标】弹出工具窗口，搜索元件，然后在图纸上摆放：
4 个 nand2 与非门；
1 个 not 非门。


添加两个输入管脚和两个输出管脚，双击 Pin Name 即可修改管脚名。

完整图如下

保存电路图

3.编译原理图文件

点击编译

查看硬件电路图：点击【Tools】→【Netlist Viewers】→【RTL Viewer】。

4.创建VWF文

编辑输入CLK，产生时钟信号


保存文件
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5.波形仿真

在工程文件下新建两个文件夹

点击仿真按钮进行仿真


延迟了半个时钟周期

三、在 Quartus-II 中直接调用一个D触发器电路，进行仿真，时序波形验证

1.新建工程

同上

2.创建原理图

直接调用D处罚器dff
画出完整电路图

3.编译原理图

先编译再查看硬件电路图

4.创建VWF文件

同上

5.波形仿真

功能仿真（半个时钟的延迟）

时序仿真（一个时钟的延迟）

四、总结

相较于第二部分，来说，使用现有的D触发器会更加方便，绘图少，但是对于D触发器的内部结构来说不太清楚，最后仿真出来的结果也是一样的。
参考链接

https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/115355019?spm=1001.2014.3001.5502

https://blog.csdn.net/qq_43279579/article/details/115286467

最后

以上就是天真枫叶为你收集整理的数字电路基础与Quartus-II入门一、D触发器二、在 Quartus-II 中自己用门电路设计一个D触发器，并进行仿真，时序波形验证三、在 Quartus-II 中直接调用一个D触发器电路，进行仿真，时序波形验证四、总结的全部内容，希望文章能够帮你解决数字电路基础与Quartus-II入门一、D触发器二、在 Quartus-II 中自己用门电路设计一个D触发器，并进行仿真，时序波形验证三、在 Quartus-II 中直接调用一个D触发器电路，进行仿真，时序波形验证四、总结所遇到的程序开发问题。

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