在电子电路设计与分析中，D 触发器是一个基本且重要的元件。为了准确观察 D 触发器的时序波形，我们需要使用示波器，并且合理选择触发信号源及其极性，这对获取稳定、清晰的波形至关重要。本文将详细介绍如何选择示波器的触发信号源及触发信号极性，以便有效地观察 D 触发器的时序波形。
一、D 触发器概述
D 触发器是一种常见的数字逻辑元件，用于存储单个比特的信息。它有几个关键输入和输出端口：
· D（数据）: 输入数据。
· CLK（时钟）: 时钟信号，当时钟信号发生特定的变化（上升沿或下降沿）时，D 触发器会将 D 输入的数据传输到 Q 输出。
· Q: 输出信号，表示存储的数据状态。
· (\overline{Q}): Q 的反相输出。
D 触发器的工作原理简单来说就是：在时钟信号的上升沿或下降沿，将输入 D 的值锁存到输出 Q 上。因此，时钟信号的变化是我们观测 D 触发器时序波形的关键。
二、示波器的触发机制
示波器的触发功能用于捕获并稳定显示重复的信号。通过触发，示波器能够在指定的事件发生时开始采样和显示信号，从而提供一个稳定的波形图像。触发通常基于以下几个参数：
· 触发源: 选择哪个信号作为触发事件的依据。
· 触发类型: 指定触发的条件，如上升沿、下降沿或不同电平。
· 触发电平: 确定触发事件发生的具体电压水平。
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· 上图为普源精电DHO4000系列示波器稳定触发的画面
· 上图为普源精电DHO4000系列示波器没有触发的画面
三、选择触发信号源
为了成功观测 D 触发器的时序波形，选择合适的触发信号源至关重要。在 D 触发器电路中，时钟信号是最常用的触发信号源，因为它决定了何时将数据从输入 D 锁存到输出 Q 上，因此选择时钟信号作为触发源可以确保每次触发事件都对应着一个更新周期，得到稳定的显示。
步骤：
1. 连接时钟信号: 在示波器上选择一个通道（例如 CH1），将其探头连接到 D 触发器的时钟信号引脚。
2. 选择触发源: 在示波器设置菜单中，找到触发设置选项，将触发源设为连接时钟信号的通道（如 CH1）。
四、选择触发类型和极性
在确定了触发信号源之后，下一步是选择触发类型和极性。D 触发器一般在时钟信号的上升沿或下降沿进行数据锁存，因此我们需要根据实际情况来选择触发类型。
1. 上升沿触发
如果 D 触发器在时钟信号的上升沿进行数据锁存，则应选择上升沿触发。这意味着示波器将在时钟信号从低电平变为高电平时触发采样。
· 设置步骤:
· 在示波器的触发菜单中，选择“Edge”（边沿）触发模式。
· 设置触发极性为“Rising”（上升沿）。
· 调整触发电平，使其位于时钟信号的低电平和高电平之间的某个点（通常是中间值）。
2. 下降沿触发
如果 D 触发器在时钟信号的下降沿进行数据锁存，则应选择下降沿触发。这意味着示波器将在时钟信号从高电平变为低电平时触发采样。
· 设置步骤:
· 同样，在示波器的触发菜单中，选择“Edge”（边沿）触发模式。
· 设置触发极性为“Falling”（下降沿）。
· 调整触发电平，使其位于时钟信号的高电平和低电平之间的某个点（通常是中间值）。
五、综合设置示例
假设我们有一个 D 触发器电路，其中时钟信号的频率为 1 kHz，数据输入为一个随机的二进制序列。我们希望观察 Q 输出的时序波形。
设置示波器步骤：
1. 连接示波器探头:
· 将 CH1 探头连接到时钟信号。
· 将 CH2 探头连接到 D 触发器的 Q 输出端。
2. 选择触发源:
· 打开示波器的触发菜单，将触发源设为 CH1。
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· 上图为普源精电DHO4000系列示波器触发界面
3. 选择触发类型和极性:
· 如果 D 触发器在上升沿锁存数据，选择“Edge”触发模式，设置极性为“Rising”。
· 调整触发电平至时钟信号的中间值（例如，如果时钟信号在 0V 和 5V 之间变化，可以设置触发电平为 2.5V）。
4. 运行仿真并观察波形:
· 启动仿真，示波器应当在每个时钟上升沿触发，稳定显示 Q 输出随时间变化的波形。
· 通过调整时基（Time Base），你可以放大或缩小观察特定的时序细节。
六、理解结果
通过以上设置，你应该能够在示波器上稳定观察到 D 触发器的时序波形。以下是一些你可能看到的典型波形与解释：
· 时钟信号（CLK）: 一个稳定的方波信号，其频率由时钟发生器决定。
· 数据输入（D）: 可能是一个随机变化的二进制信号。
· 输出（Q）: 在每个时钟上升沿（或下降沿）后，Q 会反映出输入 D 的状态。如果时钟频率为 1 kHz，时钟周期为 1 ms，那么你将观察到 Q 在每 1 ms 更新一次。
七、总结
通过合理选择示波器的触发信号源及触发极性，我们可以获得稳定、清晰的 D 触发器时序波形。具体来说，选择时钟信号作为触发信号源，选择上升沿或下降沿作为触发条件，并根据时钟信号的变化调整触发电平，可以有效地捕获和显示 D 触发器的工作过程。这些步骤不仅适用于 D 触发器，还可以应用于其他边沿触发型数字电路的时序分析。了解并掌握这些技巧，对于深入理解和调试复杂的数字电路具有重要意义。
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1、选择合适的触发信号源：触发信号源可以是内部信号，也可以是外部信号。如果使用外部信号，需要选择与被测信号同步的外部信号源；如果使用内部信号，需要确认内部信号的频率和相位是否符合需要。
2、选择正确的触发信号极性：触发信号极性是指外部触发信号或内部触发信号波形的正负极性。触发信号极性的选择需要根据被测信号的上升沿或下降沿进行选择。一般来说，若被测信号上升沿与触发信号上升沿同步，则选择正极性触发；若被测信号下降沿与触发信号下降沿同步，则选择负极性触发。综上所述，观察d触发器时序波形时，应该根据被测信号的特点和测量需求，选择合适的触发信号源和正确的触发信号极性。这样才能保证触发信号的准确性和稳定性，获取到有效的时序波形数据，进行准确的数据分析和处理。