Verilog实现基本RS与JK触发器设计

本资源主要介绍了如何设计和实现基本的RS触发器以及JK触发器，以数字电路课程设计的实验报告形式呈现，适用于学习Verilog HDL语言的学生。实验设备包括个人电脑、ISE软件以及ARTIX7教学开发板。实验目标是理解和掌握RS和JK触发器的工作原理，并利用Verilog HDL进行逻辑电路的描述和建模。 基本RS触发器 RS触发器是一种双稳态电路，由两个交叉耦合的非门或NOR门构成。在RS触发器中，"R"代表复位（Reset）输入，"S"代表置位（Set）输入，"Q"表示输出，"Qn+1"是下一个时钟周期的输出状态。根据输入S和R的不同组合，RS触发器有以下四种工作状态： 1. 当S=1，R=0时，触发器被置为1状态，Qn+1=1。 2. 当S=0，R=1时，触发器被复位为0状态，Qn+1=0。 3. 当S=0，R=0时，触发器保持当前状态，Qn+1=Qn。 4. 当S=1，R=1时，触发器进入不定状态，这称为竞争-冒险现象，应避免出现，因为它可能导致输出不稳定。 JK触发器 JK触发器是一种具有更复杂功能的边沿触发D触发器，它在时钟脉冲上升沿（CLK的上升沿有效）时根据J和K输入改变状态。JK触发器的输出状态与J和K的取值关系如下： - 当CLK上升沿到来且J=K=0时，输出Q保持不变，即Qn+1=Qn。 - 当CLK上升沿且J=0，K=1时，输出Q被置为0，即Qn+1=0。 - 当CLK上升沿且J=1，K=0时，输出Q被置为1，即Qn+1=1。 - 当CLK上升沿且J=K=1时，输出Q的值会反转，即Qn+1=1-Qn。 JK触发器相比于RS触发器，增加了J和K输入，使得在某些应用场景下能够实现更为灵活的逻辑控制，如翻转、置0、置1或保持原状态。 Verilog HDL实现 在Verilog HDL中，可以使用always块来描述触发器的行为。对于RS触发器，可能的代码实现如下： ```verilog module RS触发器 ( input wire R, S, output reg Q, Qn ); always @(posedge clk) begin if (R == 1) begin Q <= 0; // 复位 end else if (S == 1) begin Q <= 1; // 置位 end else begin Q <= Qn; // 保持 end end assign Qn = Q; // 输出的下一状态 endmodule ``` 对于JK触发器，Verilog代码可能如下： ```verilog module JK触发器 ( input wire clk, J, K, output reg Q, Qn ); always @(posedge clk) begin if (J != K) begin if (J) Q <= ~Q; // 翻转 else Q <= 1'b0; // K=1时置0 end else begin Q <= Q; // 保持 end end assign Qn = Q; // 输出的下一状态 endmodule ``` 以上代码展示了如何使用Verilog语言描述RS和JK触发器的基本逻辑行为，但实际应用中，还需要考虑时钟同步、 metastability（ metastable states）等问题，以确保电路的可靠性和稳定性。