數(shù)字電路及其應(yīng)用

數(shù)字電路及其應(yīng)用（十四）

1999年電子報第29期4J－K型和D型觸發(fā)器。J－K型和D型觸發(fā)器，仍以R－S型觸發(fā)器電路為主，再附加一些其它功能電路而構(gòu)成，其具體電路也較復(fù)雜。不過，按照學(xué)習(xí)數(shù)字電路的方法，可不管它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只注重其輸入/輸出關(guān)系。所以介紹J－K型和D型觸發(fā)器時仍以它的真值表和用途為主。

為了理解各種觸發(fā)器的記憶功能，這里再介紹數(shù)據(jù)的鎖存概念。已介紹過的組合邏輯電路，其特點是電路的輸出信號僅僅與該時刻的輸入信號有關(guān)，輸入信號一旦撤除，輸出信號也就消失。例如在十進制—二進制的編碼電路中，當(dāng)手動按下單脈沖的開關(guān)時，編碼電路會產(chǎn)生對應(yīng)的編碼信號（可看成數(shù)據(jù)），一旦手離開開關(guān)時，輸出端復(fù)原為原狀態(tài)。若需要編碼器的輸出信號保留?。创鎯Γ?，就需要再附加觸發(fā)器電路，不僅如此，在計算機電路中，為了處理多個數(shù)據(jù)，均在給定的時間（即時鐘信號）進行，這就要求各種觸發(fā)器的輸入端除了數(shù)據(jù)信號外，還有時鐘輸入信號（CP端）。時鐘CP信號未到觸發(fā)器的輸入端時，輸入端的控制信號（包括數(shù)據(jù)）均對觸發(fā)器不起作用。J－K型觸發(fā)器的邏輯符號和真值表見圖49和附表，它有兩個控制端J、K和一個時鐘端CP。從附表中看出，J－K型觸發(fā)器是在時鐘脈沖的下降沿時，它才改變其輸出狀態(tài)（置“0”或置“1”態(tài)）。表中的Qn代表原狀態(tài)，Qn代表與原狀態(tài)相反的狀態(tài)，Qn＋1代表時鐘CP到達后的新狀態(tài)。圖50是J－K型觸發(fā)器輸入端的時鐘信號與輸出信號二分頻關(guān)系時的波形。

注意：本連載（十二）的圖42中的總線AB改為MN，以便與輸入端的A、B相區(qū)別。

成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用（十五）

1999年電子報第30期D型觸發(fā)器的邏輯電路符號如圖51所示。附表a是它的真值表。圖52是D型觸發(fā)器電路組成的原理圖，根據(jù)圖52，讀者很容易由上期連載附表的真值表過渡到附表a。由附表a看出，D型觸發(fā)器相似于晶體三極管的射極輸出器電路，即在時鐘CP信號上升沿指揮下，D型觸發(fā)器就能把D端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龆恕］斎攵藷oCP信號時，D端信號對觸發(fā)器不起作用。圖53是用D型觸發(fā)器組成的二分頻電路，圖54是二分頻電路的輸入時鐘與輸出Q的波形圖。注意：各觸發(fā)器一旦做成產(chǎn)品IC時，其輸入端還增加有置“0”端或置“1”端。

圖55是集成電路CD4013的引腳圖，其內(nèi)部有兩個D觸發(fā)器，附表b是它的真值表。圖56是某職業(yè)學(xué)校采用CD4060和雙D觸發(fā)器CD4013制作的教學(xué)實驗——交通紅、綠燈管理器部分原理電路圖。在這里CD4013用作分頻器，并在它的輸出端Q和Q端外接紅、綠色發(fā)光二極管。圖56的IC2各引腳的連接完全符合附表b

的真值表要求。IC1是CD4060組成的振蕩分頻電路（已介紹過），調(diào)節(jié)R3使IC1的1腳輸出脈沖周期為定值（如兩分鐘），再由IC2分頻，結(jié)果紅、綠發(fā)光管就按規(guī)定的時間各自循環(huán)點亮，達到實驗?zāi)康摹?/p>

成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用(十六)

1999年電子報第31期六、計數(shù)器

在數(shù)字電路中，計數(shù)器屬于時序電路，它主要由具有記憶功能的觸發(fā)器構(gòu)成。計數(shù)器不僅僅用來記錄脈沖的個數(shù)，還大量用作分頻、程序控制及邏輯控制等，在計算機及各種數(shù)字儀表中，都得到了廣泛的應(yīng)用。在CMOS電路系列產(chǎn)品中，計數(shù)器是用量最大、品種很多的產(chǎn)品。

1計數(shù)器IC的輸出方式。計數(shù)器IC是一種單端輸入、多端輸出的記憶器件，它能記住有多少個時鐘脈沖送到輸入端、而在輸出端又以不同的狀態(tài)來表示，這就構(gòu)成了不同的輸出方式。這種不同的輸出方式為用戶提供了多種用途，給使用帶來極大的方便。以下介紹計數(shù)器IC輸出的幾種常用方式。

（1）單端輸入十進制計數(shù)/7段譯碼輸出。這種輸出方式通常用于計數(shù)顯示，它把輸入脈沖數(shù)直接譯成7段碼供數(shù)碼管顯示0～9的數(shù)，如圖57所示。圖57中的IC是CD4033，從IC的時鐘端CP1腳輸入脈沖數(shù)，其輸出端可直接帶動LED數(shù)碼管顯示輸入脈沖個數(shù)。該電路的顯示也可用于熒光數(shù)碼管，但應(yīng)按熒光數(shù)碼管的使用加接電源。

（2）單端輸入BCD碼輸出。圖58是一種單端輸入、BCD碼輸出的計數(shù)器電路。該電路可對外控制10路信號，具體用途請參看本連載（九）、（十）中的介紹。CD4518和CD4520是一對姊妹產(chǎn)品，CD4518是采用二/十進制的BCD，而CD4520則是二進制碼，它們除了這點不同外，其余都完全相同。所以在圖58中，若把CD4518換成CD4520時（管腳接法不變），則其輸出為二進制碼，共有16種狀態(tài)，可對外控制16路信號。

（3）單端輸入/分配器輸出。圖59是ICCD4017的單端輸入十進制計數(shù)、分配輸出電路。計數(shù)狀態(tài)由CD4017的十個譯碼輸出端Y0～Y9顯示。每個輸出狀態(tài)都與輸入計數(shù)器的時鐘脈沖的個數(shù)相對應(yīng)。例如：若輸入了6個脈沖，則輸出端Y5應(yīng)為高電平，其余輸出端為低電平（條件：從零開始計數(shù)）。CD4017仍有兩個時鐘端CP和EN，若用時鐘脈沖的上沿計數(shù)，則信號從CP端輸入；若用下降沿計數(shù)，則信號從EN端輸入。設(shè)置兩個時鐘端是為了級聯(lián)方便。CD4017與CD4022是一對姊妹產(chǎn)品，主要區(qū)別是CD4022是八進制的，所以譯碼輸出僅有Y0～Y7，每輸入8個脈沖周期，就可得到一個進位輸出，它們的管腳相同，不過CD4022的6、9腳是空腳。有關(guān)CD4017的應(yīng)用，各電子報刊均有過介紹。

（4）多位二進制輸出串行計數(shù)器。常用的IC有CD4024、CD4040和CD4060，它們分別是7、12和14位的串行計數(shù)/分配器。它們都具有相同的電路結(jié)構(gòu)和功能，都是由T型觸發(fā)器組成的二進制計數(shù)器。不同的是它們的位數(shù)不同。多位二進制計數(shù)器主要用于分頻和定時，使用極其簡單和方便。

圖60是以CD4024為代表的7位二進制串行計數(shù)器/分配器電路圖，其特點是IC內(nèi)部有7個計數(shù)級，每個計數(shù)級均有輸出端子，即Q1～Q7。CD4024計數(shù)工作時，Q1是CP脈沖的二分頻；Q2又是Q1輸出的二分頻……，所以有頻率fQ7=

fcp。CD4024也可擴展更多的分頻。CD4024的真值表如上表所示，由表可知，清零端Cr加“1”電平時，各輸出端都清零；電路正常工作條件是Cr加零電平，當(dāng)CP脈沖下降沿時，CD4024作增量計數(shù)。

成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用（十七）

1999年電子報第32期2計數(shù)器分類和應(yīng)用。計數(shù)器產(chǎn)品種類多，為了便于學(xué)習(xí)，可根據(jù)計數(shù)器的種類來學(xué)習(xí)它，但不必死記，重要的是掌握它的特點和各類計數(shù)器的用途。附表1是CMOS計數(shù)器產(chǎn)品的常見分類表。

圖61是一種兒童玩具旋光盒電路。該盒外形如圖62所示。盒面安裝有20只發(fā)光二極管LED，它依序沿周邊等距離排列，使用9V疊層電池供電，盒底有一電源開關(guān)，開關(guān)接通后，旋光盒面的LED依序發(fā)光產(chǎn)生旋光感覺。

IC1是由CD4060構(gòu)成的脈沖發(fā)生器，它產(chǎn)生可調(diào)的時鐘信號供IC2CD4017工作。CD4017是單端輸入CP信號，十進制計數(shù)/分配輸出，即IC1的振蕩輸出脈沖加在IC2的CP端{14}腳，使IC2輸出端Y0～Y9的10個端子依次出現(xiàn)高電平，三極管BG1～BG10依次導(dǎo)通，發(fā)光管LED1～LED20也依次發(fā)亮。電路中的LED1、LED2直到LED19、LED20都是依次兩兩并聯(lián)的，形成盒面的兩路移動光點，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的光環(huán)感。IC2CD4017的各引腳連接符合附表2的真值表。按附表2要求，當(dāng)用時鐘信號端CP輸入時，則時鐘端EN{13}腳和清零端Cr{15}腳均應(yīng)接零電位，這時CD4017就能從CP輸入信號，使Y0～Y9依次高電平輸出。

電路中可調(diào)電阻R3是調(diào)節(jié)發(fā)光管LED的旋光速度的。

成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用(十八)

1999年電子報第33期3四位二進制同步加計數(shù)器CD4520。CD4520是一種二進制同步加計數(shù)器。在CD4520的一個封裝中有兩組二進制計數(shù)器，其引腳功能如圖63所示，真值表如附表1所示。

學(xué)習(xí)數(shù)字電路重在引腳功能的用法，這里以圖64的定時器電路說明CD4520的特點和用法。圖64的電路是一種通過K1～K8的通斷，實現(xiàn)編程定時。定時時間可從1分～255分鐘。若改變振蕩頻率，另外級聯(lián)CD4520，可使定時的最大值達幾天或月以上。圖中的IC1（CD4001）是一種鍵控的振蕩器（見本連載之四的介紹——編者注），調(diào)節(jié)R2，可使振蕩周期為1分鐘（T=2.2RC1），要提高定時精度，IC1的振蕩電路還可用CD4060帶晶振的振蕩器。IC3是一種八輸入端的與非門/與門電路，這里的與非關(guān)系是指從IC3的{13}腳輸出；與門關(guān)系是指從IC3的1腳輸出，如圖65所示。

這里把IC2CD4520內(nèi)部的兩組二進制計數(shù)器級聯(lián)，即1Q4的輸出作EN2的時鐘脈沖（IC2的5、10腳相連），使IC2構(gòu)成一種八位二進制計數(shù)器，可完成八級二分頻的功能，如圖64中IC2的2～5和{11}～{14}引腳的八個輸出端。八個輸出端的脈沖周期分別為2N（分），N代表1～8的變化，即周期分別為2、4、8……256（分）。定時編程時，把IC3的八輸入端與IC2的八個輸出端用小鈕子開關(guān)K1～K8組合相連，只要接通某些開關(guān)，即可實現(xiàn)可變定時，例如設(shè)定時間為18分鐘，則18=16＋2，將開關(guān)K2和K5接通，其余開關(guān)斷開，就實現(xiàn)了定時目的。

電路通電時，電源對IC2清零，IC3的{13}腳輸出高電平，作為定時開始信號（后續(xù)執(zhí)行電路從略），其1腳輸出低電平，產(chǎn)生鍵控信號使IC1振蕩，只要預(yù)先編程的定時值到達時，IC3的{13}腳輸出低電平送出定時結(jié)束信號，1腳輸出高電平IC1停振。若要改變定時，只需關(guān)斷電源再編程，再將電路通電，二次定時又開始。讀者可以檢查CD4520的其它功能腳的連接是完全符合附表2的真值表。

成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用（二十）

1999年電子報第35期2存儲器的種類從附表1看出存儲器的種類較多，依不同的類型可用在不同的方面。（1）在單片機中常見有ROM和RAM、E2PROM或FlashE2PROM。因受芯片結(jié)構(gòu)的限制，一般的存儲容量都不大。（2）供專用的MCU和CPU芯片配套使用，作片外存儲器，這類存儲器容量可大、可小，在一定的范圍內(nèi)任意選擇。（3）給存儲器配上編程器（可自制、編程電路簡單易作，下期詳細介紹），可獨立開發(fā)成電子小產(chǎn)品。由此可見存儲器是數(shù)字電路中的重要器件。在單片機芯片內(nèi)，常見的順序存取存儲器SRAM未列入表1中。附表2是常用部分存儲器產(chǎn)品型號表，供讀者參閱。成都史為數(shù)字電路及其應(yīng)用（二十二）

1999年電子報第39期九、手動RAM(6116)編程器實驗電路

目前可編程的只讀存儲器(EPROM、E2PROM、標(biāo)準閃速卡PCMCIA)其最大的優(yōu)點是可根據(jù)需要隨時編制固定程序(包括數(shù)據(jù)、表格)，并可在必要時擦除另編?，F(xiàn)今存儲器容量已可達1M×8、1M×16(并行位)的閃速電可擦存儲器是10年前未料到的。這些大容量(有的稱為海量)存儲器均可選配相應(yīng)的編程器，可見存儲器產(chǎn)品的應(yīng)用已十分廣泛。

這里介紹的隨機讀寫存儲器RAM6116(2k字節(jié))的編程器，雖然與以上提到的海量存儲器無法相比，但其基本功能和運作方式卻大同小異，不過后者的編程是在PC機(均帶軟硬件)上進行的。

電子愛好者通過學(xué)習(xí)手動RAM的編程方法，不僅可以進一步理解存儲器的特性和工作原理，也為今后使用海量存儲器的編程器產(chǎn)品打好基礎(chǔ)。

1電路工作原理如圖69所示，其框圖原理見圖68(本連載二十一中)。該圖中的IC1、IC2和IC3共同組成RAM6116的地址發(fā)生器，其中IC2CD4520對RAM6116地址作增量計數(shù)；IC3是單脈沖發(fā)生器，它與IC2配合工作產(chǎn)生RAM6116單步執(zhí)行寫入數(shù)據(jù)的地址；IC1是脈沖發(fā)生器，它與IC2配合產(chǎn)生RAM6116可變速度的讀數(shù)據(jù)地址(電路原理可見本連載十八、十一、九)，IC4是RAM6116，它的地址端A0～A7與IC2的輸出端相連，組成8位的256個可選地址；RAM6116地址A8～A10接地，對手動編程實驗，為了簡化編程電路，256個地址已足夠使用了。K3～K10與其相關(guān)的元器件組成RAM6116寫入電路的D0～D7數(shù)據(jù)發(fā)生器，各開關(guān)接通產(chǎn)生“1”信號；開關(guān)斷開產(chǎn)生“0”信號。K11～K13、K2和K1是手動編程的控制