項(xiàng)目二組合邏輯電路課件

數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)LUOWEIHttp//：任務(wù)五譯碼器的功能測(cè)試譯碼是編碼的逆過(guò)程，所以，譯碼器的邏輯功能就是還原輸入邏輯信號(hào)的邏輯原意，即把編碼的特定含義“翻譯”過(guò)來(lái)。按功能，譯碼器有兩大類：通用譯碼器和顯示譯碼器。這里通用譯碼器是指將輸入n位二進(jìn)制碼還原成2n個(gè)輸出信號(hào)，或?qū)⒁晃籅CD碼還原為10個(gè)輸出信號(hào)的譯碼器，稱為二線—四線譯碼器，三線—八線譯碼器，四線—十線譯碼器等。集成三線—八線譯碼器74LS138除了3線到8線的基本譯碼輸入輸出端外，為便于擴(kuò)展成更多位的譯碼電路和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分配功能，74LS138還有三個(gè)輸入使能端G1、G2A、G2B74LS138真值表和管腳排列圖分別見(jiàn)表2-22和圖2-40（a）。圖2-40（b）所示符號(hào)圖中，輸入輸出低電平有效用極性指示符表示，同時(shí)極性指示符又標(biāo)明了信號(hào)方向。74LS138的三個(gè)輸入使能（又稱選通ST）信號(hào)之間是與邏輯關(guān)系，G1高電平有效，G2A、G2B低電平有效。只有在所有使能端都為有效電平（G1G2A、G2B=100）時(shí)，74LS138才對(duì)輸入進(jìn)行譯碼，相應(yīng)輸出端為低電平，即輸出信號(hào)為低電平有效。在G1G2A、G2B≠100時(shí)，譯碼器停止譯碼，輸出無(wú)效電平（高電平）。74LS138真值表集成譯碼器通過(guò)給使能端施加恰當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，就可以擴(kuò)展其輸入位數(shù)。以下用74LS138為例，說(shuō)明集成譯碼器擴(kuò)展應(yīng)用的方法。圖2-41中，用兩片74138實(shí)現(xiàn)4線/16線的譯碼器。二—十進(jìn)制譯碼器74LS42是二—十進(jìn)制譯碼器，輸入為8421BCD碼，有10個(gè)輸出，又叫4線—10線譯碼器，輸出低電平有效。74LS42邏輯符號(hào)圖如圖2-42所示，功能表如表2-23所示。74LS42邏輯符號(hào)圖顯示譯碼器顯示譯碼器是將輸入二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成顯示器件所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，數(shù)字電路中，較多地采用七段字符顯示器。目前，常用字符顯示器有發(fā)光二極管LED字符顯示器和液態(tài)晶體LCD字符顯示器?；鸩癜魯[放數(shù)字圖形與火柴棒擺放的數(shù)字圖形相似，七段數(shù)碼顯示器（又稱七段數(shù)碼管或七段字符顯示器）就是由七段能夠獨(dú)立發(fā)光直線段排列成日字形來(lái)顯示數(shù)字的。常見(jiàn)的七段半導(dǎo)體數(shù)碼管(又稱LED數(shù)碼管)是由七段發(fā)光二極管按圖2-48所示的結(jié)構(gòu)拼合而成。圖2-49是半導(dǎo)體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽(yáng)極型和共陰極兩種類型。圖2-49(b)中，共陽(yáng)極型中各發(fā)光二極管陽(yáng)極連接在一起，接高電平，a~g和DP各引腳中任一腳為低電平時(shí)相應(yīng)的發(fā)光段發(fā)光；共陰極型號(hào)中各發(fā)光二極管的陰極連接在一起，接低電平，a~g和DP各引腳中任一腳為高電平時(shí)相應(yīng)的發(fā)光段發(fā)光（DP為小數(shù)點(diǎn)）。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來(lái)顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。(a)外觀圖(b)等效電路圖2-49半導(dǎo)體數(shù)碼管半導(dǎo)體數(shù)碼管的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低（1.5~3V）、體積小、壽命長(zhǎng)、工作可靠性高、響應(yīng)速度快、亮度高，字形清晰。半導(dǎo)體數(shù)碼管適合于與集成電路直接配用，在微型計(jì)算機(jī)、數(shù)字化儀表和數(shù)字鐘等電路中應(yīng)用十分廣泛。半導(dǎo)體數(shù)碼管的主要缺點(diǎn)是工作電流大，每個(gè)字段的工作電流約為10mA左右。日常生活中我們使用的是十進(jìn)制數(shù)，而在數(shù)字電路中所使用的都是二進(jìn)制數(shù)，因此就必須用二進(jìn)制數(shù)碼來(lái)表示十進(jìn)制數(shù)，這種方法稱為二—十進(jìn)制編碼，簡(jiǎn)稱BCD碼。七段數(shù)碼顯示器是用a~g這七個(gè)發(fā)光線段組合來(lái)構(gòu)成十個(gè)十進(jìn)制數(shù)的。為此，就需要使用顯示譯碼器將BCD代碼(二—十進(jìn)制編碼)譯成數(shù)碼管所需要的七段代碼(abcdefg)，以便使數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。顯示譯碼器，是將BCD碼譯成驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管所需代碼的譯碼器。顯示譯碼器型號(hào)有74LS47（共陽(yáng)），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等多種類型。集成顯示譯碼器有多種型號(hào)，有TTL集成顯示譯碼器，也有CMOS集成顯示譯碼器；有高電平輸出有效的，也有低電平輸出有效的；有推挽輸出結(jié)構(gòu)的，也有集電極開(kāi)路輸出結(jié)構(gòu)；有帶輸入鎖存的，有帶計(jì)數(shù)器的集成顯示譯碼器。就7段顯示譯碼器而言，它們的功能大同小異，主要區(qū)別在于輸出有效電平。7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，其邏輯符號(hào)圖如圖2-52所示，真值表如表2-25所示。7段顯示譯碼器74LS48真值表74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（Ya～Yg）端外，74LS48還引入了燈測(cè)試輸入端()和動(dòng)態(tài)滅零輸入端()，以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（)端。/74LS48邏輯符號(hào)圖共陽(yáng)數(shù)碼管與解碼74LS48譯碼器的典型使用電路如圖2-54所示。共陰數(shù)碼管的譯碼電路74LS48內(nèi)部有上拉電阻，故后接數(shù)碼管時(shí)不需外接上拉電阻。由于數(shù)碼管的點(diǎn)亮電流在5～10mA，所以一般都要外接限流電阻保護(hù)數(shù)碼管。74LS48譯碼器的典型使用電路CC4511是輸出高電平有效的CMOS顯示譯碼器，其輸入為8421BCD碼，圖2-60和表2-26分別為4511的外引線排列圖及其邏輯菜單。A、B、C、D——BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g——解碼輸出端，輸出“1”有效，用來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管?！獪y(cè)試輸入端，＝“0”時(shí)，解碼輸出全為“1”?！[輸入端＝“0”時(shí)，解碼輸出全為“0”。LE——鎖定端，LE＝“1”時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE＝0時(shí)的數(shù)值；當(dāng)LE＝0時(shí)為正常解碼。CC4511邏輯菜單輸入輸出LEDCBAabcdefg顯示字形××0××××1111111×01××××0000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111××××鎖定在上一個(gè)LE=0時(shí)的數(shù)據(jù)鎖存說(shuō)明：分段顯示譯碼器與譯碼器有著本質(zhì)的區(qū)別。嚴(yán)格地講，把這種電路叫代碼變換器更加確切些。但習(xí)慣上都把它叫做顯示譯碼器。CC4511常用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管，工作時(shí)一定要加限流電阻。由CC4511組成的基本數(shù)字顯示電路如圖2-57所示。圖中BS205為共陰極LED數(shù)碼管，電阻R用于限制CC4511的輸出電流大小，它決定LED的工作電流大小，從而調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度，R值由下式?jīng)Q定：式中UOH為CC4511輸出高電平（≈VDD），UD為L(zhǎng)ED的正向工作電壓（1.5～2.5V）,ID為L(zhǎng)ED的筆劃電流（約5～10mA）。試計(jì)算出圖2-61中R的大小。液晶顯示器液晶顯示器液晶顯示器簡(jiǎn)稱（LCD）是一種平板薄型顯示器，液晶是一種既具有液體的流動(dòng)性又具有光學(xué)特性的有機(jī)化合物。它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場(chǎng)的影響，利用這一特點(diǎn)便可作成字符顯示器。在沒(méi)有外加電場(chǎng)的情況下，液晶分子按一定取向整齊地排列著，如圖2-68所示。這時(shí)液晶為透明狀態(tài)，射入的光線大部分由反射電極反射回來(lái)，顯示器呈白色。在電極上加上電壓以后，液晶分子因電離而產(chǎn)生正離子，這些正離子在電場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)并撞碰其它液晶分子，破壞了液晶分子的整齊排列，使液晶呈現(xiàn)混濁狀態(tài)。這時(shí)射入的光線散射后僅有少量反射回來(lái)，故顯示器呈暗灰色。這種現(xiàn)象稱為動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)。外加電場(chǎng)消失以后，液晶又恢復(fù)到整齊排列的狀態(tài)。如果將七段透明的電極排列成8字形，那么只要選擇不同的電極組合并加以正電壓，便能顯示出各種字符來(lái)。(a)未加電場(chǎng)時(shí)(b)加電場(chǎng)以后(c)符號(hào)圖2-68液晶顯示器的結(jié)構(gòu)及符號(hào)液晶顯示器的最大優(yōu)點(diǎn)是功耗極小，每平方厘米的功耗在1μW以下。它的工作電壓也很低，在1V以下仍能工作。因此，液晶顯示器在電子表以及各種小型、便攜式儀器、儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于它本身不會(huì)發(fā)光，僅僅靠反射外界光線顯示字形，所以亮度很差。此外，它的響應(yīng)速度較低（在10～200ms范圍），這就限制了它在快速系統(tǒng)中的應(yīng)用。任務(wù)六八路搶答器的制作搶答器是競(jìng)賽問(wèn)答中一種常用的必備裝置。本課題介紹一款采用CD4511數(shù)字集成電路制成的數(shù)字顯示四路搶答器，它利用數(shù)字集成電路的鎖存特性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答和數(shù)字顯示功能，要求如下：1．設(shè)計(jì)一個(gè)可供8名選手參加比賽的4路數(shù)字顯示搶答器。他們的編號(hào)分別為“1”、“2”、“3”、“4”“5”、“6”、“7”、“8”各用一個(gè)搶答按鈕，編號(hào)與參賽者的號(hào)碼一一對(duì)應(yīng)。2．搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的資料用LED數(shù)碼管顯示出搶答成功者的號(hào)碼。3．搶答器對(duì)搶答選手動(dòng)作的先后有很強(qiáng)的分辨能力，即使他們的動(dòng)作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來(lái)。即不顯示后動(dòng)作的選手編號(hào)。4．主持人具有手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，可以手動(dòng)清零復(fù)位，為下一輪搶答做準(zhǔn)備。（1）搶答器開(kāi)關(guān)及編碼電路，如圖2-71所示。每路都有一個(gè)搶答按紐開(kāi)關(guān)，并對(duì)應(yīng)有VD1～VD12中的編碼，例如，第三路開(kāi)關(guān)SB3按下時(shí)，通過(guò)2只二極管，加到CD4511的BCD碼輸入端為“0011”。如果按下某一路搶答開(kāi)關(guān)，電路不顯示或顯示錯(cuò)誤，只要檢查與之相對(duì)應(yīng)的那組二極管，看是否接反或損壞。搶答器開(kāi)關(guān)及編碼電路（2）搶答器鎖存控制電路，如圖2-72所示。由VT、VD13、VD14及電阻器R7、R8組成。當(dāng)搶答器按鈕開(kāi)關(guān)都沒(méi)有按下時(shí)，則于BCD碼輸入端都有接地的電阻，所以BCD碼輸入端為“0000”輸出端d為高電平，輸出端g為低電平。通過(guò)對(duì)0～9這10個(gè)數(shù)的分析我們可以看出只有在數(shù)字“0”時(shí)，d端為高電平，同時(shí)g端為低電平。此時(shí)通過(guò)鎖存控制電路使CD4511第5腳上的電壓為低電平。這種狀態(tài)下的CD4511沒(méi)有鎖存，允許BCD碼輸入。。當(dāng)SB1~SB8中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，輸出端d為低電平，或輸出端g為高電平。這兩種狀態(tài)必有一個(gè)存在，或都存在。這時(shí)CD4511的第5腳為高電平。例如，SB1首先按下，那輸出端d為低電平，三極管VT基極為低電平，集電極為高電平，通過(guò)二極管VD13使CD4511第5腳為高電平，這樣CD4511中的數(shù)據(jù)受到鎖存，使后邊再?gòu)腂CD碼輸入端送來(lái)的數(shù)據(jù)不再顯示。而只顯示第一個(gè)由SB1送來(lái)的信號(hào)，即“1”。又如SB5首先被按下，這時(shí)立即顯示“5”，同時(shí)由于輸出端為高電平，通過(guò)二極管VD14使CD4511第5腳為高電平，電路受到鎖存，封鎖了后邊接著而來(lái)的其他信號(hào)。電路鎖存后，搶答器按紐均失去作用。搶答器鎖存控制電路譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路（3）譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路，如圖2-73所示。CD4511是輸出高電平有效的現(xiàn)實(shí)譯碼器,因而LED顯示應(yīng)選共陰極的數(shù)碼顯示。且由于LED的電流較小，因此在數(shù)碼顯示器前必須加限流電阻。解鎖電路(4)解鎖電路，如圖2-74所示。當(dāng)觸發(fā)鎖存電路被鎖存后，若要進(jìn)行一下輪的重新?lián)尨穑瑒t只需要按下復(fù)位開(kāi)關(guān)SB9，清除鎖存器內(nèi)的數(shù)值，使數(shù)字顯示熄滅以下，然后恢復(fù)為“0”狀態(tài)，CD4511的第5腳為低電平為了進(jìn)行下一輪工作，這時(shí)SB1～SB8均應(yīng)在開(kāi)路狀態(tài)，不能閉合。其它組合邏輯電路如半加器和全加器。一、半加器1．所謂半加，就是只求本位的和，暫不管低位送來(lái)的進(jìn)位數(shù)，即：A+B半加和。0+0=00+1=11+0=11+1=10半加器真值表被加數(shù)加數(shù)進(jìn)位位本位和ABCS00000101100111102．由此得出半加器的真值表：其中，A和B是相加的兩個(gè)數(shù)，S是半加和數(shù)，C是進(jìn)位數(shù)。3．由真值表可寫出邏輯式：4．由邏輯式就可畫出邏輯圖，如圖2-80所示，由一個(gè)“異或”門和一個(gè)“與”門組成部分。半加器邏輯圖及其邏輯符號(hào)全加器1．當(dāng)多位數(shù)相加時(shí)，半加器可用于最低位求和，并給出進(jìn)位數(shù)。第二位的相加有兩個(gè)待加數(shù)Ai和Bi，還有一個(gè)來(lái)自后面低位送來(lái)的進(jìn)位數(shù)Ci-1。這三個(gè)數(shù)相加，得出本位和數(shù)（全加和數(shù)）Si和進(jìn)位數(shù)Ci。全加器的真值表見(jiàn)表2-29。AiBiCi-1CiSi0000000101010010111010001101101101011111全加器的邏輯圖和圖形符號(hào)數(shù)據(jù)選擇器假如有多路信息需要通過(guò)一條線路傳輸或多路信息需要逐個(gè)處理，這時(shí)就要有一個(gè)電路，它能選擇某個(gè)信息而排斥其它信息，這就稱作數(shù)據(jù)選擇。如4選1數(shù)據(jù)選擇器能夠?qū)崿F(xiàn)從多路數(shù)據(jù)中選擇一路進(jìn)行傳輸?shù)碾娐贩Q為數(shù)據(jù)選擇器。如圖2-82和圖2-83所示，4選1數(shù)據(jù)選擇器是從四路數(shù)據(jù)中，選擇一路進(jìn)行傳輸。為達(dá)到此目的，必須由兩個(gè)選擇變量進(jìn)行控制，A0和A1即為兩個(gè)選擇輸入端，D0~D3為四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端，Y為輸出端。在實(shí)際電路中加有使能端（又稱選通端），只有時(shí)，才允許有數(shù)據(jù)輸出，否則輸出始終為0。4選1數(shù)據(jù)選擇器功能表見(jiàn)表2-29，由表2-29可寫出當(dāng)時(shí)的邏輯表達(dá)式：圖2-824選1數(shù)據(jù)選擇器原理圖圖2-83雙4選1邏輯圖4選1數(shù)據(jù)選擇器的功能表輸入輸出DA1A0Y1×××00D000D00D101D10D210D20D311D3任務(wù)七電子生日蠟燭的制作RS觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試觸發(fā)器是具有記憶功能的電路，它是數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中具有記憶和存儲(chǔ)功能部件的基本邏輯單元。它的輸出有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，分別用二進(jìn)制數(shù)碼0、1表示。觸發(fā)器在某一時(shí)刻的輸出不僅和當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與在此之前的電路狀態(tài)有關(guān)，即當(dāng)輸入信號(hào)消失后，觸發(fā)器的狀態(tài)被記憶，直到再輸入信號(hào)后它的狀態(tài)才可能變化。1．基本RS觸發(fā)器電路組成（a）邏輯電路（b）邏輯符號(hào)由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器將兩個(gè)與非門的輸入端與輸出端交叉耦合就組成一個(gè)基本RS觸發(fā)器如圖（a）所示，其中、是它的兩個(gè)輸入端，“非號(hào)”表示低電平（負(fù)脈沖）觸發(fā)有效，Q、是它的兩個(gè)輸出端，基本RS觸發(fā)器的邏輯符號(hào)如圖（b）所示。圖中觸發(fā)器邏輯符號(hào)上輸出端的小圓圈則表示輸出端。2．基本RS觸發(fā)器邏輯功能基本RS觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端（稱為置“0”端）和（稱為置“1”端），字母上的“—”號(hào)表示低電平有效。（1）當(dāng)=1、=1時(shí)，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng)=0、=1時(shí)，觸發(fā)器被置為“0”狀態(tài)。（3）當(dāng)=1、=0時(shí)，觸發(fā)器被置為“1”狀態(tài)。（4）當(dāng)=0、=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不確定?；綬S觸發(fā)器的邏輯功能是：置“0”、置“1”和保持輸入信號(hào)輸出狀態(tài)功能說(shuō)明Q00不定禁止010置“0”101置“1”11Q(不變)保持基本RS觸發(fā)器的真值表基本RS觸發(fā)器的特性方程問(wèn)題？觸發(fā)器有哪兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)？為什么說(shuō)觸發(fā)器能長(zhǎng)期保持所記憶的信息？（提示：觸發(fā)器由一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一穩(wěn)態(tài)，必須有外界信號(hào)的觸發(fā)。否則它將長(zhǎng)期穩(wěn)定在某一狀態(tài)）在數(shù)字電路系統(tǒng)中，往往有很多的觸發(fā)器，為了使它們能按統(tǒng)一的節(jié)拍工作，大多需要加控制脈沖到各個(gè)觸發(fā)器使其得到控制，只有當(dāng)控制脈沖來(lái)時(shí)，各觸發(fā)器才工作（觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻受控制脈沖的控制，而翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)由輸入信號(hào)決定）。該控制脈沖稱為時(shí)鐘脈沖，簡(jiǎn)稱CP，其波形如圖所示。CP上升沿低電平高電平下降沿同步RS觸發(fā)器的真值表時(shí)鐘脈沖CP輸入信號(hào)輸出狀態(tài)Qn+1功能說(shuō)明SR0××Qn保持100Qn保持1010置“0”1101置“1”111×禁止同步RS觸發(fā)器在無(wú)時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)不工作，在有時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)，其邏輯功能與基本RS觸發(fā)器相同，置“0”、“1”和保持。真值表中“×”表示取值可以為0或1例3.1由圖中的R和S信號(hào)波形，畫出同步RS觸發(fā)器Q和的波形。CP=1時(shí)，S=1、R=0觸發(fā)器置1CP=1時(shí)，S=0、R=1，觸發(fā)器置0CP=1時(shí)，R=1、S=1Q不定狀態(tài)CP=1時(shí)，R=0、S=0Q狀態(tài)不變解：設(shè)RS觸發(fā)器的初態(tài)為0，當(dāng)時(shí)鐘脈沖CP=0時(shí)，觸發(fā)器不受R和S信號(hào)控制，保持原狀態(tài)不變。只有在CP=1的期間，R和S信號(hào)才對(duì)觸發(fā)器起作用。1．同步式觸發(fā)類型同步式觸發(fā)一般采用高電平觸發(fā)，即在高電平“CP=1”期間，輸入信號(hào)起作用。CP=1期間觸發(fā)此類觸發(fā)器無(wú)法保證觸發(fā)器在一個(gè)CP周期內(nèi)只動(dòng)作一次2．邊沿觸發(fā)類型上升沿（又稱正邊沿）觸發(fā)方式是指觸發(fā)器只在時(shí)鐘脈沖CP上升沿那一時(shí)刻，根據(jù)輸入信號(hào)的狀態(tài)按其功能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。而下降沿觸發(fā)方式是指觸發(fā)器只是在CP下降沿那一時(shí)刻按其功能翻轉(zhuǎn)，其余時(shí)刻均處于保持狀態(tài)。這樣同樣能確保觸發(fā)器在一個(gè)CP周期內(nèi)只動(dòng)作一次。在CP下降沿那一時(shí)刻觸發(fā)在CP上升沿那一時(shí)刻觸發(fā)3．主從觸發(fā)類型克服“空翻”另一個(gè)有效方法通常是采用主從觸發(fā)器。主從觸發(fā)器一般是由主觸發(fā)器、從觸發(fā)器和非門構(gòu)成。它為雙拍式工作方式，即將一個(gè)時(shí)鐘分為兩個(gè)階段（節(jié)拍）。（1）CP高電平期間主觸發(fā)器接收輸入控制信號(hào)。而從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變。（2）在CP由高電平轉(zhuǎn)成低電平時(shí)（即下降沿）主觸發(fā)器被封鎖，保持CP高電平所接收的狀態(tài)不變，而從觸發(fā)器封鎖被解除，打開(kāi)接受主觸發(fā)器的狀態(tài)。為了便于識(shí)別不同觸發(fā)方式的觸發(fā)器，目前器件手冊(cè)中CP端采用特定符號(hào)加以區(qū)別，如下表所示。觸發(fā)類型同步式RS觸發(fā)器上升沿觸發(fā)RS觸發(fā)器下降沿觸發(fā)RS觸發(fā)器符號(hào)JK觸發(fā)器的邏輯功能測(cè)試同步JK觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上從輸出端引出兩條饋線，將Q將與R端相連，端與S端相連，再加上兩個(gè)輸入端J和K構(gòu)成的。（a）邏輯電路(b)邏輯符號(hào)JK觸發(fā)器的真值表輸入次態(tài)功能說(shuō)明JKQn+100Q

n保持010置“0”101置“1”11n翻轉(zhuǎn)=Jn

+JK觸發(fā)器特性方程（a）邏輯電路（b）邏輯符號(hào)主從JK觸發(fā)器的邏輯功能與JK觸發(fā)器是一樣的，都具有翻轉(zhuǎn)、置“1”、置“0”和保持的功能。但因?yàn)橹鲝腏K觸發(fā)器同時(shí)擁有主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，當(dāng)一個(gè)觸發(fā)器工作時(shí)，另一個(gè)觸發(fā)器不工作，將輸入端與輸出端隔離開(kāi)來(lái)，有效地解決了輸入信號(hào)變化對(duì)輸出的影響問(wèn)題。解決空翻問(wèn)題另一種主要辦法是使觸發(fā)器邊沿觸發(fā)，如采用邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。（a）上升沿觸發(fā)（b）下降沿觸發(fā)例3．2下圖為下降沿JK觸發(fā)器的輸入波形，設(shè)初始狀態(tài)為0，試畫出輸出Q的波形。解：JK觸發(fā)器在CP期間有效讀取J、K信號(hào)，在CP下降沿到來(lái)時(shí)作相應(yīng)翻轉(zhuǎn)，根據(jù)JK觸發(fā)器特性方程可畫出Q的波形。J=1、K=1翻轉(zhuǎn)J=0、K=1置“0”J=1，K=0置“1”J=1、K=0保持T觸發(fā)器又稱計(jì)數(shù)型觸發(fā)器。將JK觸發(fā)器的J、K兩個(gè)端連接在一起作為一個(gè)輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。T觸發(fā)器的邏輯電路及邏輯符號(hào)分別如圖所示。(a)T觸發(fā)器電路(b)上升沿觸發(fā)(c)下降沿觸發(fā)T觸發(fā)器具有的邏輯功能是：“保持”和“翻轉(zhuǎn)”。Qn+1=TnQn

+T觸發(fā)器的特性方程T＇觸發(fā)器的特性方程Qn+1=nD觸發(fā)器又稱為延時(shí)觸發(fā)器或數(shù)據(jù)鎖存觸發(fā)器，在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，它可以組成鎖存器、寄存器和計(jì)數(shù)器等。較簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個(gè)非門構(gòu)成的（a）邏輯電路(b)邏輯圖形符號(hào)D觸發(fā)器的真值表輸入D輸出狀態(tài)Qn+1功能說(shuō)明11時(shí)鐘脈沖CP上升沿加入后，輸出狀態(tài)與輸入狀態(tài)相同00D觸發(fā)器的特性方程Q=D

n+1（a）上升沿觸發(fā)（b）下降沿觸發(fā)邊沿D觸發(fā)器邏輯符號(hào)電子生日蠟燭的制作與調(diào)試電子生日蠟燭電路如下圖所示，電路由核心集成電路IC1（4011）及外圍元件組成。圖中，IC2示意為音樂(lè)芯片，B為駐極體話筒，HTD為蜂鳴器。由IC1-C與IC1-D（兩與非門）構(gòu)成基本RS觸發(fā)器。剛接通電源時(shí)，電容C4上的電壓不會(huì)突變，使IC1-C輸出高電平，IC1-D輸出低電平，Q1、Q2均不導(dǎo)通，發(fā)光管（“蠟燭”）LED2不亮，音樂(lè)集成電路IC2也不工作。LED1是光敏二極管（或用雙金屬片替代）。Q1用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管LED2（“蠟燭”）點(diǎn)亮。Q2控制音樂(lè)芯片IC2是否得電。用打火機(jī)燈光照耀LED1（或加熱雙金屬片）時(shí)，LED1反向?qū)ǎü怆娏鬏^大，反向內(nèi)阻變?。琑S觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，IC1-D輸出高電平，Q1導(dǎo)通，“蠟燭”LED2點(diǎn)亮。IC1-C輸出低電平，Q2導(dǎo)通，音樂(lè)片IC2得電，奏響了“祝你生日快樂(lè)”的音樂(lè)聲。由IC1-A、IC1-B及電阻、電容構(gòu)成兩反相器。當(dāng)對(duì)著B(niǎo)吹氣時(shí)，吹氣聲由B拾取，經(jīng)IC1-A、IC1-B放大后，觸發(fā)RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，此時(shí)，IC1-D輸出低電平、IC1-C輸出高電平，于是Q1、Q2均截止，發(fā)光二極管LED2不亮（類似于“蠟燭”被吹滅），音樂(lè)聲也終止，“燈熄樂(lè)?！薄Ｕ{(diào)節(jié)R8（電位器）來(lái)改變翻轉(zhuǎn)靈敏度。555定時(shí)器在數(shù)字電路中，經(jīng)常要用到各種頻率的矩形信號(hào)，如前面所講到的時(shí)鐘信號(hào)。這些矩形脈沖的獲得常采用兩類方法，一是利用方波振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖；二是利用整形電路將其他類型的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫匦蚊}沖。前一類方法采用的電路稱為多諧振蕩電路或多諧振蕩器。我們習(xí)慣上又把矩形波振蕩器叫做多諧振蕩器。多諧振蕩器一旦振蕩起來(lái)后,電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，它們?cè)谧鹘惶孀兓?，輸出矩形波脈沖信號(hào)，因此它又被稱作無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。后一類方法是利用整形電路。這一類電路包括單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。這些電路可以由集成邏輯門構(gòu)成,也可以用集成定時(shí)器構(gòu)成。由于現(xiàn)在集成定時(shí)器運(yùn)用很多,因此我們將重點(diǎn)介紹集成定時(shí)器即555集成定時(shí)器。555電路問(wèn)世于1972，由美國(guó)SIGNETICS公司首度研發(fā)并命名NE555。由于其成本低，易使用，適應(yīng)性廣和穩(wěn)定性高，于是成為人們常用的集成定時(shí)器。其常見(jiàn)名稱有555定時(shí)器、555時(shí)基電路、三五集成電路等。555定時(shí)器的集成電路外形、引腳、內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。ND：接地端：低觸發(fā)端OUT：輸出端：復(fù)位端CO：控制電壓端TH：高觸發(fā)端D：放電端VCC：電源端555定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字兩項(xiàng)功能。1．可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5kΩ的電阻分壓器，故稱555。2．電源電壓電流范圍寬，雙極型：5～16V；CMOS：3～18V。3．可以提供與TTL及CMOS數(shù)字電路兼容的接口電平。4．可輸出一定的功率，可驅(qū)動(dòng)微電機(jī)、指示燈、揚(yáng)聲器等。5．應(yīng)用：脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測(cè)量與控制、家用電氣與電子玩具等領(lǐng)域。6．TTL單定時(shí)器型號(hào)的最后3位數(shù)字為555，雙定時(shí)器的為556；CMOS單定時(shí)器的最后4位數(shù)為7555，雙定時(shí)器的為7556。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。555測(cè)試電路555定時(shí)器構(gòu)成的1kHz秒脈沖多諧振蕩器原理圖該振蕩器的工作原理是：接通VCC后，VCC經(jīng)R44和R45對(duì)C1充電。當(dāng)uc上升到時(shí)，uo=0，T導(dǎo)通，C1通過(guò)R45和T放電，uc下降。當(dāng)uc下降到時(shí)，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R44和R45對(duì)C1充電。如此重復(fù)上述過(guò)程，在輸出端uo產(chǎn)生了連續(xù)的矩形脈沖振蕩頻率和占空比的估算：1．電容C充電時(shí)間：2．電容C放電時(shí)間：3．電路諧振頻率f的估算：振蕩頻率為：4．占空比D：叮咚門鈴原理圖該電路實(shí)際上是用NE555集成電路接成的多諧振蕩器。當(dāng)按下S，電源經(jīng)VD2對(duì)C1充電，當(dāng)集成電路4腳（復(fù)位端）電壓大于1V時(shí)，電路振蕩，揚(yáng)聲器中發(fā)出“?！甭暋Ｋ砷_(kāi)按鈕S，C1電容儲(chǔ)存的電能經(jīng)R4電阻放電，但集成電路④腳繼續(xù)維持高電平而保持振蕩，但這時(shí)因R1電阻也接入振蕩電路，振蕩頻率變低，使揚(yáng)聲器發(fā)出“咚”聲。當(dāng)C1電容器上的電能釋放一定時(shí)間后，集成電路4腳電壓低于IV，此時(shí)電路將停止振蕩。再按一次按鈕，電路將重復(fù)上述過(guò)程。555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的應(yīng)用施密特觸發(fā)器主要應(yīng)用于波形的變換與整形，以及構(gòu)成多諧振蕩器等方面，其輸入、輸出波形如圖2-1-11所示。(a)慢輸入波形的TTL系統(tǒng)接口(b)整形電路的輸入、輸出波形(c)幅度鑒別的輸入、輸出波形(d)多諧振蕩器用門電路組成的多諧振蕩器多諧振蕩器常由TTL門電路和CMOS門電路組成。由于TTL門電路的速度比CMOS門電路的速度快,故TTL門電路適用于構(gòu)成頻率較高的多諧振蕩器,而CMOS門電路適用于構(gòu)成頻率較低的多諧振蕩器。(1)由TTL門電路組成的RC環(huán)形多諧振蕩器如圖8－2所示,RC環(huán)形多諧振蕩器由3個(gè)非門（G1、G2、G3）、兩個(gè)電阻（R、RS）和一個(gè)電容C組成。電阻RS是非門G3的限流保護(hù)電阻,一般為100Ω左右；R、C為定時(shí)器件,R的值要小于非門的關(guān)門電阻,一般在700Ω以下,否則,電路無(wú)法正常工作。此時(shí),由于RC的值較大,從u2到u4的傳輸時(shí)間大大增加,基本上由RC的參數(shù)決定,門延遲時(shí)間tpd可以忽略不計(jì)。1G11G21G3u2u3uou4u1CRRSRC環(huán)形多諧振蕩器設(shè)電源剛接通時(shí),電路輸出端uo為高電平,由于此時(shí)電容器C尚未充電,其兩端電壓為零,則u2、u4為低電平。電路處于第1暫穩(wěn)態(tài)。隨著u3高電平通過(guò)電阻R對(duì)電容C充電,u4電位逐漸升高。當(dāng)u4超過(guò)Ｇ3的輸入閥值電平UTH時(shí),G3翻轉(zhuǎn),u0＝u1變?yōu)榈碗娖?使G1也翻轉(zhuǎn),u2變?yōu)楦唠娖?由于電容電壓不能突變,u4也有一個(gè)正突跳,保持G3輸出為低電平,此時(shí)電路進(jìn)入第2暫穩(wěn)態(tài)。隨著u2高電平對(duì)電容C并經(jīng)電阻R的反向充電,u4電位逐漸下降,當(dāng)u4低于UTH時(shí),G3再次翻轉(zhuǎn),電路又回到第1暫穩(wěn)態(tài)。如此循環(huán),形成連續(xù)振蕩。b.脈沖寬度tW及周期T的估算脈沖寬度分為充電時(shí)間（tW1）和放電時(shí)間（tW2）兩部分,根據(jù)RC電路的基本工作原理,故:脈沖周期TT＝tW1＋tW2≈0.8RC＋1.3RC≈1.9RC從以上分析看出,要改變脈寬和周期,可以通過(guò)改變定時(shí)元件R和C來(lái)實(shí)現(xiàn)。c.改進(jìn)形式由于電阻R不能