項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)五譯碼器的功能測試譯碼是編碼的逆過程，所以，譯碼器的邏輯功能就是還原輸入邏輯信號的邏輯原意，即把編碼的特定含義“翻譯”過來。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位二進制碼還原成2n個輸出信號，或?qū)⒁晃籅CD碼還原為10個輸出信號的譯碼器，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，為便于擴展成更多位的譯碼電路和實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配功能，74LS138還有三個輸入使能端G1、G2A、G2B74LS138真值表和管腳排列圖分別見表2-22和圖2-40（a）。圖2-40（b）所示符號圖中，輸入輸出低電平有效用極性指示符表示，同時極性指示符又標明了信號方向。74LS138的三個輸入使能（又稱選通ST）信號之間是與邏輯關(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，74LS138才對輸入進行譯碼，相應(yīng)輸出端為低電平，即輸出信號為低電平有效。在G1G2A、G2B≠100時，譯碼器停止譯碼，輸出無效電平（高電平）。74LS138真值表集成譯碼器通過給使能端施加恰當?shù)目刂菩盘?，就可以擴展其輸入位數(shù)。以下用74LS138為例，說明集成譯碼器擴展應(yīng)用的方法。圖2-41中，用兩片74138實現(xiàn)4線/16線的譯碼器。二—十進制譯碼器74LS42是二—十進制譯碼器，輸入為8421BCD碼，有10個輸出，又叫4線—10線譯碼器，輸出低電平有效。74LS42邏輯符號圖如圖2-42所示，功能表如表2-23所示。74LS42邏輯符號圖顯示譯碼器顯示譯碼器是將輸入二進制碼轉(zhuǎn)換成顯示器件所需要的驅(qū)動信號，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。火柴棒擺放數(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）就是由七段能夠獨立發(fā)光直線段排列成日字形來顯示數(shù)字的。常見的七段半導體數(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是半導體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。半導體數(shù)碼管有共陽極型和共陰極兩種類型。圖2-49(b)中，共陽極型中各發(fā)光二極管陽極連接在一起，接高電平，a~g和DP各引腳中任一腳為低電平時相應(yīng)的發(fā)光段發(fā)光；共陰極型號中各發(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相應(yīng)的發(fā)光段發(fā)光（DP為小數(shù)點）。一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位0～9十進制數(shù)和一個小數(shù)點。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，每個發(fā)光二極管的點亮電流在5～10mA。(a)外觀圖(b)等效電路圖2-49半導體數(shù)碼管半導體數(shù)碼管的優(yōu)點是工作電壓較低（1.5~3V）、體積小、壽命長、工作可靠性高、響應(yīng)速度快、亮度高，字形清晰。半導體數(shù)碼管適合于與集成電路直接配用，在微型計算機、數(shù)字化儀表和數(shù)字鐘等電路中應(yīng)用十分廣泛。半導體數(shù)碼管的主要缺點是工作電流大，每個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制數(shù)，而在數(shù)字電路中所使用的都是二進制數(shù)，因此就必須用二進制數(shù)碼來表示十進制數(shù)，這種方法稱為二—十進制編碼，簡稱BCD碼。七段數(shù)碼顯示器是用a~g這七個發(fā)光線段組合來構(gòu)成十個十進制數(shù)的。為此，就需要使用顯示譯碼器將BCD代碼(二—十進制編碼)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)動七段數(shù)碼管所需代碼的譯碼器。顯示譯碼器型號有74LS47（共陽），74LS48（共陰），CC4511（共陰）等多種類型。集成顯示譯碼器有多種型號，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，也有集電極開路輸出結(jié)構(gòu)；有帶輸入鎖存的，有帶計數(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還引入了燈測試輸入端()和動態(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/動態(tài)滅零輸出（)端。/74LS48邏輯符號圖共陽數(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)碼管時不需外接上拉電阻。由于數(shù)碼管的點亮電流在5～10mA，所以一般都要外接限流電阻保護數(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，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管?！獪y試輸入端，＝“0”時，解碼輸出全為“1”?！[輸入端＝“0”時，解碼輸出全為“0”。LE——鎖定端，LE＝“1”時譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE＝0時的數(shù)值；當LE＝0時為正常解碼。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LE=0時的數(shù)據(jù)鎖存說明：分段顯示譯碼器與譯碼器有著本質(zhì)的區(qū)別。嚴格地講，把這種電路叫代碼變換器更加確切些。但習慣上都把它叫做顯示譯碼器。CC4511常用于驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管，工作時一定要加限流電阻。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LED的正向工作電壓（1.5～2.5V）,ID為LED的筆劃電流（約5～10mA）。試計算出圖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性又具有光學特性的有機化合物。它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這一特點便可作成字符顯示器。在沒有外加電場的情況下，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，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，這些正離子在電場作用下運動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)。這時射入的光線散射后僅有少量反射回來，故顯示器呈暗灰色。這種現(xiàn)象稱為動態(tài)散射效應(yīng)。外加電場消失以后，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。(a)未加電場時(b)加電場以后(c)符號圖2-68液晶顯示器的結(jié)構(gòu)及符號液晶顯示器的最大優(yōu)點是功耗極小，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賽問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，實現(xiàn)優(yōu)先搶答和數(shù)字顯示功能，要求如下：1．設(shè)計一個可供8名選手參加比賽的4路數(shù)字顯示搶答器。他們的編號分別為“1”、“2”、“3”、“4”“5”、“6”、“7”、“8”各用一個搶答按鈕，編號與參賽者的號碼一一對應(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碼。3．搶答器對搶答選手動作的先后有很強的分辨能力，即使他們的動作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來。即不顯示后動作的選手編號。4．主持人具有手動控制開關(guān)，可以手動清零復(fù)位，為下一輪搶答做準備。（1）搶答器開關(guān)及編碼電路，如圖2-71所示。每路都有一個搶答按紐開關(guān)，并對應(yīng)有VD1～VD12中的編碼，例如，第三路開關(guān)SB3按下時，通過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關(guān)，電路不顯示或顯示錯誤，只要檢查與之相對應(yīng)的那組二極管，看是否接反或損壞。搶答器開關(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。當搶答器按鈕開關(guān)都沒有按下時，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。通過對0～9這10個數(shù)的分析我們可以看出只有在數(shù)字“0”時，d端為高電平，同時g端為低電平。此時通過鎖存控制電路使CD4511第5腳上的電壓為低電平。這種狀態(tài)下的CD4511沒有鎖存，允許BCD碼輸入。。當SB1~SB8中的任意一個開關(guān)按下時，輸出端d為低電平，或輸出端g為高電平。這兩種狀態(tài)必有一個存在，或都存在。這時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，使后邊再從BCD碼輸入端送來的數(shù)據(jù)不再顯示。而只顯示第一個由SB1送來的信號，即“1”。又如SB5首先被按下，這時立即顯示“5”，同時由于輸出端為高電平，通過二極管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的其他信號。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)動及顯示電路（3）譯碼驅(qū)動及顯示電路，如圖2-73所示。CD4511是輸出高電平有效的現(xiàn)實譯碼器,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。當觸發(fā)鎖存電路被鎖存后，若要進行一下輪的重新?lián)尨?，則只需要按下復(fù)位開關(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腳為低電平為了進行下一輪工作，這時SB1～SB8均應(yīng)在開路狀態(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，暫不管低位送來的進位數(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是相加的兩個數(shù)，S是半加和數(shù)，C是進位數(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“異或”門和一個“與”門組成部分。半加器邏輯圖及其邏輯符號全加器1．當多位數(shù)相加時，半加器可用于最低位求和，并給出進位數(shù)。第二位的相加有兩個待加數(shù)Ai和Bi，還有一個來自后面低位送來的進位數(shù)Ci-1。這三個數(shù)相加，得出本位和數(shù)（全加和數(shù)）Si和進位數(shù)Ci。全加器的真值表見表2-29。AiBiCi-1CiSi0000000101010010111010001101101101011111全加器的邏輯圖和圖形符號數(shù)據(jù)選擇器假如有多路信息需要通過一條線路傳輸或多路信息需要逐個處理，這時就要有一個電路，它能選擇某個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，選擇一路進行傳輸。為達到此目的，必須由兩個選擇變量進行控制，A0和A1即為兩個選擇輸入端，D0~D3為四個數(shù)據(jù)輸入端，Y為輸出端。在實際電路中加有使能端（又稱選通端），只有時，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)選擇器功能表見表2-29，由表2-29可寫出當時的邏輯表達式：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)器的邏輯功能測試觸發(fā)器是具有記憶功能的電路，它是數(shù)字電路和計算機系統(tǒng)中具有記憶和存儲功能部件的基本邏輯單元。它的輸出有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，分別用二進制數(shù)碼0、1表示。觸發(fā)器在某一時刻的輸出不僅和當時的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與在此之前的電路狀態(tài)有關(guān)，即當輸入信號消失后，觸發(fā)器的狀態(tài)被記憶，直到再輸入信號后它的狀態(tài)才可能變化。1．基本RS觸發(fā)器電路組成（a）邏輯電路（b）邏輯符號由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器將兩個與非門的輸入端與輸出端交叉耦合就組成一個基本RS觸發(fā)器如圖（a）所示，其中、是它的兩個輸入端，“非號”表示低電平（負脈沖）觸發(fā)有效，Q、是它的兩個輸出端，基本RS觸發(fā)器的邏輯符號如圖（b）所示。圖中觸發(fā)器邏輯符號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)器的兩個輸入端（稱為置“0”端）和（稱為置“1”端），字母上的“—”號表示低電平有效。（1）當=1、=1時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當=0、=1時，觸發(fā)器被置為“0”狀態(tài)。（3）當=1、=0時，觸發(fā)器被置為“1”狀態(tài)。（4）當=0、=0時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定。基本RS觸發(fā)器的邏輯功能是：置“0”、置“1”和保持輸入信號輸出狀態(tài)功能說明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)器的特性方程問題？觸發(fā)器有哪兩個穩(wěn)定狀態(tài)？為什么說觸發(fā)器能長期保持所記憶的信息？（提示：觸發(fā)器由一個穩(wěn)態(tài)到另一穩(wěn)態(tài)，必須有外界信號的觸發(fā)。否則它將長期穩(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觸發(fā)器使其得到控制，只有當控制脈沖來時，各觸發(fā)器才工作（觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受控制脈沖的控制，而翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)由輸入信號決定）。該控制脈沖稱為時鐘脈沖，簡稱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)器的真值表時鐘脈沖CP輸入信號輸出狀態(tài)Qn+1功能說明SR0××Qn保持100Qn保持1010置“0”1101置“1”111×禁止同步RS觸發(fā)器在無時鐘脈沖到來時不工作，在有時鐘脈沖到來時，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信號波形，畫出同步RS觸發(fā)器Q和的波形。CP=1時，S=1、R=0觸發(fā)器置1CP=1時，S=0、R=1，觸發(fā)器置0CP=1時，R=1、S=1Q不定狀態(tài)CP=1時，R=0、S=0Q狀態(tài)不變解：設(shè)RS觸發(fā)器的初態(tài)為0，當時鐘脈沖CP=0時，觸發(fā)器不受R和S信號控制，保持原狀態(tài)不變。只有在CP=1的期間，R和S信號才對觸發(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，輸入信號起作用。CP=1期間觸發(fā)此類觸發(fā)器無法保證觸發(fā)器在一個CP周期內(nèi)只動作一次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)器只在時鐘脈沖CP上升沿那一時刻，根據(jù)輸入信號的狀態(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下降沿那一時刻按其功能翻轉(zhuǎn)，其余時刻均處于保持狀態(tài)。這樣同樣能確保觸發(fā)器在一個CP周期內(nèi)只動作一次。在CP下降沿那一時刻觸發(fā)在CP上升沿那一時刻觸發(fā)3．主從觸發(fā)類型克服“空翻”另一個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，即將一個時鐘分為兩個階段（節(jié)拍）。（1）CP高電平期間主觸發(fā)器接收輸入控制信號。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（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，打開接受主觸發(fā)器的狀態(tài)。為了便于識別不同觸發(fā)方式的觸發(fā)器，目前器件手冊中CP端采用特定符號加以區(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JK觸發(fā)器的邏輯功能測試同步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，再加上兩個輸入端J和K構(gòu)成的。（a）邏輯電路(b)邏輯符號JK觸發(fā)器的真值表輸入次態(tài)功能說明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。但因為主從JK觸發(fā)器同時擁有主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，當一個觸發(fā)器工作時，另一個觸發(fā)器不工作，將輸入端與輸出端隔離開來，有效地解決了輸入信號變化對輸出的影響問題。解決空翻問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，在CP下降沿到來時作相應(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)器又稱計數(shù)型觸發(fā)器。將JK觸發(fā)器的J、K兩個端連接在一起作為一個輸入端就構(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、寄存器和計數(shù)器等。較簡單的D觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個非門構(gòu)成的（a）邏輯電路(b)邏輯圖形符號D觸發(fā)器的真值表輸入D輸出狀態(tài)Qn+1功能說明11時鐘脈沖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，電容C4上的電壓不會突變，使IC1-C輸出高電平，IC1-D輸出低電平，Q1、Q2均不導通，發(fā)光管（“蠟燭”）LED2不亮，音樂集成電路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)動發(fā)光二極管LED2（“蠟燭”）點亮。Q2控制音樂芯片IC2是否得電。用打火機燈光照耀LED1（或加熱雙金屬片）時，LED1反向?qū)ǎü怆娏鬏^大，反向內(nèi)阻變?。?，RS觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，IC1-D輸出高電平，Q1導通，“蠟燭”LED2點亮。IC1-C輸出低電平，Q2導通，音樂片IC2得電，奏響了“祝你生日快樂”的音樂聲。由IC1-A、IC1-B及電阻、電容構(gòu)成兩反相器。當對著B吹氣時，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，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），音樂聲也終止，“燈熄樂?！?。調(diào)節(jié)R8（電位器）來改變翻轉(zhuǎn)靈敏度。555定時器在數(shù)字電路中，經(jīng)常要用到各種頻率的矩形信號，如前面所講到的時鐘信號。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后,電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，它們在作交替變化，輸出矩形波脈沖信號，因此它又被稱作無穩(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,也可以用集成定時器構(gòu)成。由于現(xiàn)在集成定時器運用很多,因此我們將重點介紹集成定時器即555集成定時器。555電路問世于1972，由美國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器。其常見名稱有555定時器、555時基電路、三五集成電路等。555定時器的集成電路外形、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定時器可以實現(xiàn)模擬和數(shù)字兩項功能。1．可產(chǎn)生精確的時間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個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)動微電機、指示燈、揚聲器等。5．應(yīng)用：脈沖波形的產(chǎn)生與變換、儀器與儀表、測量與控制、家用電氣與電子玩具等領(lǐng)域。6．TTL單定時器型號的最后3位數(shù)字為555，雙定時器的為556；CMOS單定時器的最后4位數(shù)為7555，雙定時器的為7556。它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。555測試電路555定時器構(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C1充電。當uc上升到時，uo=0，T導通，C1通過R45和T放電，uc下降。當uc下降到時，uo又由0變?yōu)?，T截止，VCC又經(jīng)R44和R45對C1充電。如此重復(fù)上述過程，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充電時間：2．電容C放電時間：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際上是用NE555集成電路接成的多諧振蕩器。當按下S，電源經(jīng)VD2對C1充電，當集成電路4腳（復(fù)位端）電壓大于1V時，電路振蕩，揚聲器中發(fā)出“?！甭暋Ｋ砷_按鈕S，C1電容儲存的電能經(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，但這時因R1電阻也接入振蕩電路，振蕩頻率變低，使揚聲器發(fā)出“咚”聲。當C1電容器上的電能釋放一定時間后，集成電路4腳電壓低于IV，此時電路將停止振蕩。再按一次按鈕，電路將重復(fù)上述過程。555定時器構(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個非門（G1、G2、G3）、兩個電阻（R、RS）和一個電容C組成。電阻RS是非門G3的限流保護電阻,一般為100Ω左右；R、C為定時器件,R的值要小于非門的關(guān)門電阻,一般在700Ω以下,否則,電路無法正常工作。此時,由于RC的值較大,從u2到u4的傳輸時間大大增加,基本上由RC的參數(shù)決定,門延遲時間tpd可以忽略不計。1G11G21G3u2u3uou4u1CRRSRC環(huán)形多諧振蕩器設(shè)電源剛接通時,電路輸出端uo為高電平,由于此時電容器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高電平通過電阻R對電容C充電,u4電位逐漸升高。當u4超過Ｇ3的輸入閥值電平UTH時,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也有一個正突跳,保持G3輸出為低電平,此時電路進入第2暫穩(wěn)態(tài)。隨著u2高電平對電容C并經(jīng)電阻R的反向充電,u4電位逐漸下降,當u4低于UTH時,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間（tW1）和放電時間（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,可以通過改變定時元件R和C來實現(xiàn)。c.改進形式由于電阻R不能