D触发器是数字电路中最常见的一种存储单元,由数据输入端D、时钟输入端CLK、输出端Q和反相输出端Q'组成。它的数据输入可以通过时钟输入控制,在时钟上沿(或下沿)时,将数据输入D的值存入触发器中,同时输出Q的值更新为输入D的值,反相输出Q'的值与Q相反。
D触发器通常由多个逻辑门电路组成,主要包括:反相器、与门、或门、交叉连线和电容器等。其中,反相器用于实现电路的分频功能,而与门和或门则用于电路的控制。
由于D触发器可以存储一位二进制数据,所以广泛应用于数字电路中的数据存储、逻辑控制和时序控制等领域。
在时序控制方面,D触发器可以用于数字时钟、计数器、分频器、时序电路等。在逻辑控制方面,D触发器可以用于状态机、寄存器、移位寄存器等。
此外,D触发器还可以与其他触发器组合,形成更为复杂的存储器单元,如前沿触发D型锁存器、后沿触发D型锁存器、同步预置清零D型触发器等。
D触发器的触发方式分为同步触发和异步触发两种。
同步触发是指在时钟信号变化的正边缘(或负边缘)时,根据数据输入端D的电平状态,更新输出端Q的电平状态,在时钟信号保持不变时,输出端Q的状态保持不变。
异步触发是指在时钟信号变化时,无论数据输入端D的电平状态如何,输出端Q的状态都会产生相应的变化。
一个常见的应用案例是将D触发器应用于计数器电路中。比如,通过将多个D触发器串联组成静态计数器或者动态计数器,可以实现数字计数功能。例如,通过将4个D触发器串联,即可以构成4位十进制计数器。
此外,D触发器还可以应用于状态机中。通过将多个D触发器连接起来,根据输入的控制信号,可以实现自动控制的状态机功能。状态机广泛应用于数字电路中的逻辑控制、自动控制、通信协议等。