经历,提出以下几点做法以提高双稳态触发器教学的效果。
  二、双稳态触发器教学的思路
  以基本RS触发器为模块,简化触发器的结构分析。基本RS触发器的电路结构是钟控RS、D、JK、T、T’等触发器所共有的结构,当基本RS触发器的原理掌握后,可以将其作为基本模块来构成其他触发器,在分析时,只注重模块的外在性能,而不必每次都赘述其动作原理。这样一来,基本RS触发器的教学则至关重要。在基本RS触发器教学中,学生将首次体会触发器的现态Qn如何与输入共同决定触发器的次态Qn+1。而次态“状态不定”的理解是教学难点。“状态不定”的正确解释是:当输入全为“0”时,触发器的输出全为“1”,触发器的输出处于不是互补的“非法”状态;如果输入为“0”的条件消失,代之为全“1”,则触发器的状态将由于器件参数的离散性而无法预知哪个与非门的传输时间较短,从而无法得知触发器的状态是“1”态还是“0”态。这一点理解后,基本RS触发器的内部电路结构的教学可以告一段落,再涉及同样电路结构,则直接用其逻辑功能而不必再次分析其原理,提高了教学效率。
  三、以触发器内部结构间联系以及功能改进为主线,依次展现各触发器的教学
  双稳态触发器功能多样,同一功能还有不同结构、不同触发方式之分,而以触发器内部结构间联系以及功能改进为主线,层层递进,将主要的触发器有机地串接起来则不失为好的解决办法。首先从基本RS触发器的存在的不足入手。
  1.基本RS触发器存在的问题。基本RS触发器虽然有较多应用,但它存在着问题:两个输入不能同时为“0”,否则输出破坏了应该互补的逻辑关系,如果接下来输入低电平消失,将引起“状态不定”,这是设计者难以把握的,所以应避免这种情况发生,于是基本RS触发器的输入有了限制——两个输入不能同时为“0”。另外,该触发器的输出只随着输入的改变而随时改变,而实际上,数字系统往往要求几个电路按一定的节拍同步工作,这一点基本RS触发器将无法满足,而钟控RS触发器将可以受时钟脉冲的控制而工作,从而引出“钟控RS触发器”的教学。
  2.钟控RS触发器(以高电平触发、与非门结构为例)存在的问题。该触发器的主要结构为基本RS触发器模块,只是外加导引电路,使得电路受时钟脉冲的控制。它虽然解决了同步的问题,但其输入仍存在限制:在CP电平触发期间,S、R不能同时为“1”,否则接下来如果CP=0或S=R=0则情形类似基本RS触发器——出现“状态不定”,所以钟控RS触发器也有约束条件——SR=0。而有两种触发器可以在保留同步可控的基础上,从不同途径解决约束条件的问题,但它们又带来了各自不同的问题,这就是D触发器和JK触发器。
  3.D触发器的教学思路。将钟控RS触发器的S和R端接成互反关系构成D触发器,使之避开S=R=1情形,于是D触发器不存在约束条件。D触发器又称延迟触发器,其教学重点应放在触发方式的概念上。(1)电平式触发。D触发器仍存在弱点:在CP=“1”(或“0”)期间,触发器都可依输入进行动作,如果有干扰输入,将引起触发器的误动作,而在整个电平触发期间,干扰被引入的几率很高,因此电平式触发抗干扰能力较差,由此引出边沿式触发方式的D触发器。(2)边沿式触发。同是D触发器的功能,但边沿式触发结构和触发时刻均不同于电平式触发,边沿式触发器对干扰可以有效避免。
  4.JK触发器的教学思路。解决钟控RS触发器的条件约束问题的另一途径是:在电平式触发的钟控RS触发器的结构基础上,增加从Qn和Qn+1引出的两条反馈线,分别作为J端和K端,构成JK触发器。该触发器虽然取消了输入约束限制,但它带来的问题是:当J=K=1时,触发电平内触发器会不断由“1”变“0”,又由“0”变“1”,即“空翻”,翻转的时间与器件的速度有关,由于器件参数的离散性,设计者无法得知最后时刻是以“1”结束还是以“0”结束。由此又提出两种解决办法:边沿式触发JK触发器、主从JK触发器。(1)边沿式JK触发器。可以有效解决所有问题,所以应用广泛。(2)主从JK触发器。消灭了“空翻”现象,却又带来“一次变化问题”:在CP=1期间,叠加在J、K信号上的干扰信号会引起主触发器变化一次,即使干扰迅速消失,主触发器也不能发生第二次变化,从而造成触发器的错误翻转,说明一次变化问题降低了主从触发器的抗干扰能力。分析的结论是:由于主从JK触发器实质是两个电平式触发的触发器分别在CP=1和CP=0期间工作,所以只要J、K在CP=1期间不变化,则主从JK触发器将遵循下降沿触发的JK触发器工作方式,否则,将遵循“一次变化”规律:若Qn=0,则只看J端,只要J在CP=1期间出现过“1”,则Qn+1=1,否则保持“0”态;若Qn=1,则只看K端,只要K在CP=1期间出现过“1”,则Qn+1=0,否则保持“1”态。
  5.T、T’触发器的教学思路。它们是JK触发器的特例,令J=K,则构成T触发器;令J=K=1,则构成T’触发器。
  在教学中应该讲清触发器真正出现的顺序并非完全如此,中间还有其他过渡类型,但上面依次讲解的触发器确实分别解决了前面触发器的问题。
  四、结语
  触发器的应用遍及计算机、电子测量、医学、管理等领域。合理地设计教学思路,有助于学生在有限学时中获取清晰概念。另外,在教学之初,应该让学生了解所学内容的应用价值、在本课程和本专业体系中所处的地位以及所起的承上启下的作用,这将成为学生的学习动力。在理论教学的同时,应以实用小系统的设计为目标,要求学生将所学付诸实践,例如用触发器设计抢答电路、液位报警电路、按键消抖电路、分频器等等,以此来提升理论知识的应用能力。
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