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文檔簡介
第13章組合邏輯電路與時序邏輯電路13.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法
13.2常用組合邏輯電路的分析
13.3基本RS觸發(fā)器、時鐘控制觸發(fā)器介紹
13.4寄存器13.5二進(jìn)制計數(shù)器的組成與分析13.6555定時器
本章小結(jié)習(xí)題與思考題
13.1組合邏輯電路的分析與設(shè)計方法
組合邏輯電路的分析是指根據(jù)給定的邏輯電路圖,歸納出該邏輯電路的邏輯功能。組合邏輯電路的分析通常采用代數(shù)法,一般按照以下步驟進(jìn)行:
(1)根據(jù)給定組合邏輯電路的邏輯圖,從輸入端開始,逐級推導(dǎo)出輸出端的邏輯函數(shù)表達(dá)式;
(2)由輸出函數(shù)表達(dá)式,列出它的真值表;
(3)從邏輯函數(shù)表達(dá)式或真值表,概括出給定組合邏輯電路的邏輯功能。
例13-1分析圖13-1所示的組合邏輯電路。
解
(1)根據(jù)與非門的邏輯關(guān)系,寫出各輸出端表達(dá)式。圖13-1組合邏輯電路
(2)列真值表。
(3)歸納邏輯功能。從真值表上可以看出,當(dāng)A、B同時為“0”或者同時為“1”時,結(jié)果為“0”;否則,結(jié)果為“1”,所以該電路為異或邏輯電路。13.2常用組合邏輯電路的分析13.2.1加法器
1.半加器
(1)只考慮兩個一位二進(jìn)制數(shù)的相加,而不考慮來自低位進(jìn)位數(shù)的運算電路,稱為半加器。如在第i位的兩個加數(shù)Ai和Bi相加,它除產(chǎn)生本位和數(shù)Si之外,還有一個向高位的進(jìn)位數(shù)。因此,輸入信號:加數(shù)Ai,被加數(shù)Bi
輸出信號:本位和數(shù)Si,向高位的進(jìn)位Ci
表13-1半加器真值表
(2)根據(jù)二進(jìn)制加法原則(逢二進(jìn)一),得真值表如表13-1所示。
(3)輸出邏輯函數(shù)式為
(4)邏輯電路由一個異或門和一個與門組成,如圖13-2(a)所示。
(5)邏輯符號如圖13-2(b)所示。圖13-2半加器的邏輯電路和符號
2.全加器
(1)不僅考慮兩個一位二進(jìn)制數(shù)相加,而且還考慮來自低位進(jìn)位數(shù)相加的運算電路,稱為全加器。如在第i位二進(jìn)制數(shù)相加時,被加數(shù)、加數(shù)和來自低位的進(jìn)位數(shù)分別為Ai、Bi、Ci-1,輸出本位和及向相鄰高位的進(jìn)位數(shù)為Si、Ci。因此,輸入信號:加數(shù)Ai、被加數(shù)Bi、來自低位的進(jìn)位Ci-1
輸出信號:本位和數(shù)Si,向高位的進(jìn)位Ci
(2)真值表如表13-2所示。表13-2全加器真值表
(3)由真值表列出輸出邏輯函數(shù)表達(dá)式并化簡,得據(jù)此可求得Si和Ci的輸出邏輯函數(shù)表達(dá)式(與或非式)為
(4)邏輯圖如圖13-3(a)所示。
(5)邏輯符號如圖13-3(b)所示。圖13-3全加器及其邏輯符號13.2.2編碼器
編碼是指用代碼表示特定對象的過程,例如商品條形碼、鍵盤編碼器。編碼器則是指實現(xiàn)編碼的邏輯電路。二進(jìn)制編碼原則:用n位二進(jìn)制代碼可以表示2n個信號,在對N個信號編碼時,應(yīng)由2n≥N來確定編碼位數(shù)n。
1.二進(jìn)制編碼器
(1)二進(jìn)制編碼器:用n位二進(jìn)制代碼對2n個信號進(jìn)行編碼的電路。
(2)電路圖:圖13-4所示為三位二進(jìn)制編碼器。輸入:I0~I(xiàn)7為8個需要編碼的信號輸出:Y2、Y1、Y0為三位二進(jìn)制代碼由于該編碼器有8個輸入端,3個輸出端,故稱8—3線編碼器。圖13-4三位二進(jìn)制編碼器
(3)輸出邏輯函數(shù)。編碼器在任何時刻只能對一個輸入信號進(jìn)行編碼,不允許有兩個或兩個以上的輸入信號同時請求編碼,否則輸出編碼會發(fā)生混亂。這就是說,I0、I1、…、I7這8個編碼信號是相互排斥的。在I1~I(xiàn)7為0時,輸出就是I0的編碼,故I0未畫。(4)真值表如表13-3所示。
5)分析。輸入信號為高電平有效(有效:表示有編碼請求);輸出代碼編為原碼(對應(yīng)自然二進(jìn)制數(shù))。表13-38線—3線編碼器真值表
2.二—十進(jìn)制編碼器
人們習(xí)慣用十進(jìn)制,而數(shù)字電路只識別二進(jìn)制,所以需要相互轉(zhuǎn)換。
(1)二—十進(jìn)制編碼器:將0~9十個十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼的電路。
(2)邏輯電路圖如圖13-5所示。需要編碼的10個輸入信號:I0~I(xiàn)9
輸出4位二進(jìn)制代碼:Y3、Y2、Y1、Y0
(3)輸出邏輯函數(shù)。圖13-5二—十進(jìn)制編碼器
(4)真值表如表13-4所示。表13-4二—十進(jìn)制編碼器真值表13.2.3譯碼器
譯碼是編碼的逆過程,是指將表示特定意義信息的二進(jìn)制代碼翻譯出來。實現(xiàn)譯碼功能的電路稱為譯碼器。二進(jìn)制譯碼原則是用n位二進(jìn)制代碼表示2n個信號,對n位代碼譯碼時,應(yīng)由2n≥N來確定譯碼信號位數(shù)N。
1.二進(jìn)制譯碼器
功能:將輸入二進(jìn)制代碼譯成相應(yīng)輸出信號的電路。
MSI譯碼器CT74LS138有3個輸入端、8個輸出端,因此,又稱3線—8線譯碼器。
(1)邏輯圖如圖13-6所示。圖13-63線—8線譯碼器74LS138邏輯圖輸入端:A2、A1、A0為二進(jìn)制代碼;輸出端:~,低電平有效;使能端:STA(高電平有效)、(低電平有效)和(低電平有效),且
(2)真值表如表13-5所示。
(3)邏輯功能:①當(dāng)STA=0或+
=1時,EN=0,譯碼器禁止譯碼,輸出~都為高電平1。②當(dāng)STA=1且+
=0時,EN=1,譯碼器工作,輸出低電平0有效。表13-53線—8線譯碼器74LS138真值表這時,譯碼器輸出~由輸入二進(jìn)制代碼決定,輸出邏輯函數(shù)式為二進(jìn)制譯碼器的輸出將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)都譯出來了。因此,二進(jìn)制譯碼器又稱全譯碼器,它的輸出提供了輸入變量的全部最小項。
2.二—十進(jìn)制譯碼器
功能:將4位BCD碼的十組代碼翻譯成0~9十個對應(yīng)輸出信號的電路。由于它有4個輸入端,10個輸出端,所以,又稱4線—10線譯碼器(CT74LS42)。
(1)邏輯圖如圖13-7所示。輸入端:A3、A2、A1、A0為4位8421BCD碼輸出端:~,低電平有效
(2)真值表如表13-6所示(代碼1010~1111沒有使用,稱做偽碼)。圖13-74線—10線譯碼器邏輯電路表13-64線—10線譯碼器真值表
(3)邏輯函數(shù)式:由式可知,當(dāng)輸入偽碼1010~1111時,輸出~都為高電平1,不會出現(xiàn)低電平0。因此,譯碼器不會產(chǎn)生錯誤譯碼。
例13-2
試用譯碼器和門電路實現(xiàn)邏輯函數(shù):
解
(1)根據(jù)邏輯函數(shù)選用譯碼器。由于邏輯函數(shù)Y中有A、B、C三個變量,故應(yīng)選用3線—8線譯碼器CT74LS138。其輸出為低電平有效,故選用與非門。(2)寫出標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式為
(3)將邏輯函數(shù)Y和CT74LS138的輸出表達(dá)式進(jìn)行比較。設(shè)A=A2、B=A1、C=A0,比較得
(4)畫出的邏輯電路圖如圖13-8所示。圖13-8例13-2圖13.3基本RS觸發(fā)器、時鐘控制觸發(fā)器介紹
利用集成門電路可以組成具有記憶功能的觸發(fā)器。觸發(fā)器是一種具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的電路,可以分別代表二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”。當(dāng)外加觸發(fā)信號時,觸發(fā)器能從一種狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài),即它能按邏輯功能在1、0兩數(shù)碼之間變化。因此,觸發(fā)器是儲存數(shù)字信號的基本單元電路,是各種時序電路的基礎(chǔ)。目前,觸發(fā)器大多采用集成電路產(chǎn)品。按邏輯功能的不同,觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器等。13.3.1基本RS觸發(fā)器圖13-9是基本RS觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號。它由兩個與非門交叉連接而成,R、S是輸入端,Q、是輸出端。在正常條件下,若Q=1,則=0,稱觸發(fā)器處于“1”態(tài);若Q=0,則=1,稱觸發(fā)器處于“0”態(tài);輸入端R稱為置“0”端,S稱為置“1”端。下面分析輸入與輸出的邏輯關(guān)系。
(1)S=1,R=0。當(dāng)R=0時,與非門A的輸出為1,即=1。由于S=1,與非門B的兩個輸入端全為1,所以B門的輸出為0,即Q=0。若觸發(fā)器原來處于“0”態(tài),在S=1,R=0信號作用下,則觸發(fā)器仍保持“0”態(tài);若原來處于“1”態(tài),則觸發(fā)器就會由“1”狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為“0狀態(tài)。圖13-9基本RS觸發(fā)器的邏輯圖和邏輯符號
(2)S=0,R=1。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0,則Q=0,=1。由于S=0,B門有一個輸入為0,其輸出Q則為1,而A門的輸入全為1,其輸出則為0。因此,觸發(fā)器由“0”狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為“1”狀態(tài)。若它的初始狀態(tài)為1態(tài),則觸發(fā)器仍保持“1”狀態(tài)不變。
(3)S=1,R=1。在S=1、R=1時,若觸發(fā)器原來處于“0”態(tài),即Q=0,
=1,此時B門的兩個輸入端都是1,輸出Q=0,A門有一個輸入為0,輸出=1,觸發(fā)器的狀態(tài)不變。若觸發(fā)器原來處于“1”狀態(tài),即Q=1、=0,此時,A門輸出為0,即=0,B門輸出為1,即Q=1,觸發(fā)器的狀態(tài)也不變。可見,S=1,R=1觸發(fā)器保持原有狀態(tài),這體現(xiàn)了觸發(fā)器的記憶功能。
(4)S=0,R=0。
R、S全為0時,A、B兩門都有0輸入端,則它們的輸出Q、全為1,這時,不符合Q與相反的邏輯狀態(tài)。當(dāng)R和S同時由0變?yōu)?后,觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定,這種情況在使用中應(yīng)避免出現(xiàn)。綜上所述,可列出基本RS觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表,如表13-7所示。從上述分析可知,基本RS觸發(fā)器有兩個狀態(tài),它可以直接置位或復(fù)位,并具有存儲和記憶功能。表13-7基本RS觸發(fā)器的狀態(tài)表13.3.2同步RS觸發(fā)器
圖13-10(a)是同步RS觸發(fā)器的邏輯電路圖,圖13-10(b)是其邏輯符號圖。其中,與非門A和B構(gòu)成基本RS觸發(fā)器,與非門C、D構(gòu)成導(dǎo)引電路,通過它把輸入信號引導(dǎo)到基本觸發(fā)器上。RD、SD是直接復(fù)位、直接置位端。只要在RD或SD上直接加上一個低電平信號,就可以使觸發(fā)器處于預(yù)先規(guī)定的“0”狀態(tài)或“1”狀態(tài)。另外,RD、SD在不使用時應(yīng)置高電平。CP是時鐘脈沖輸入端,時鐘脈沖來到之前,即CP=0時,無論R和S端的電平如何變化,C門、D門的輸出均為1,基本觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。在時鐘脈沖來到之后,即CP=1時,觸發(fā)器才按R、S端的輸入狀態(tài)決定其輸出狀態(tài)。時鐘脈沖過去之后,輸出狀態(tài)保持時鐘脈沖為高電平時的狀態(tài)不變。圖13-10同步RS觸發(fā)器的邏輯電路圖在時鐘脈沖來到之后,CP變?yōu)?,R和S的狀態(tài)開始起作用,其工作狀態(tài)如下所述。
(1)S=1,R=0。由于S=1,當(dāng)時鐘脈沖來到時,CP=1,C門輸出為0。若觸發(fā)器原來處于“0”態(tài),即Q=0、=1,則A門輸出轉(zhuǎn)變?yōu)镼=1。因為R=0,D門輸出為1,B門輸入全為1,則輸出變?yōu)?/p>
=0。若觸發(fā)器原來處于“1”狀態(tài),即Q=1、=0,則A門輸出為Q=1。因為R=0,D門輸出為1,B門輸入全為1,則輸出為=0。結(jié)論,當(dāng)S=1,R=0時,不管觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài),在CP到來后觸發(fā)器處于“1”狀態(tài)。
(2)S=0,R=1。由于R=1,時鐘脈沖來到之后,CP=1,D門輸入全為1,則D門輸出為0,不管觸發(fā)器原來處于何種狀態(tài),=1。由于A門輸入全為1,所以Q=0。
(3)R=0,S=0。由于R=0、S=0,則C門、D門均輸出為1,所以觸發(fā)器的狀態(tài)不會改變。
(4)S=1,R=1。當(dāng)時鐘脈沖到來之后,CP=1,則C門與D門輸出都為0,A門與B門輸出為1,即Q=
=1,破壞了Q與的邏輯關(guān)系,當(dāng)輸入信號消失后,觸發(fā)器的狀態(tài)不能確定,因而實際使用中應(yīng)避免出現(xiàn)此情況。圖13-11是同步RS觸發(fā)器的工作波形,表13-8是其邏輯狀態(tài)表。表中Qn+1表示脈沖到來之后的狀態(tài),Qn表示現(xiàn)態(tài)。由圖13-11可知,觸發(fā)器狀態(tài)隨R、S及CP脈沖而變化,在時鐘脈沖CP作用期間,即CP=1期間,R和S不能同時為1;若R、S的狀態(tài)連續(xù)發(fā)生變化,則觸發(fā)器的狀態(tài)亦隨之發(fā)生變化,即出現(xiàn)了在一個計數(shù)脈沖作用下,可能引起觸發(fā)器一次或多次翻轉(zhuǎn),產(chǎn)生了“空翻”現(xiàn)象。因此,同步RS觸發(fā)器不能作為計數(shù)器使用。圖13-11同步RS觸發(fā)器時序圖表13-8同步RS觸發(fā)器邏輯狀態(tài)表
13.3.3JK觸發(fā)器
圖13-12(a)是JK觸發(fā)器的邏輯電路圖,圖13-12(b)是其邏輯符號。它由兩個同步RS觸發(fā)器組成,前級為主觸發(fā)器,后級為從觸發(fā)器,、是直接置位、復(fù)位端(平時應(yīng)處于高電平),J、K為控制輸入端,時鐘脈沖經(jīng)過反相器加到從觸發(fā)器上,從而形成兩個互補的時鐘控制信號。時鐘脈沖作用期間,CP=1,=0,從觸發(fā)器被封鎖,保持原狀態(tài),Q在脈沖作用期間不變;主觸發(fā)器的狀態(tài)取決于時鐘脈沖為低電平的狀態(tài)和J、K輸入端的狀態(tài)。圖13-12JK觸發(fā)器時鐘脈沖作用期間,CP=1,=0,從觸發(fā)器被封鎖,保持原狀態(tài),Q在脈沖作用期間不變;主觸發(fā)器的狀態(tài)取決于時鐘脈沖為低電平的狀態(tài)和J、K輸入端的狀態(tài)。當(dāng)時鐘脈沖過去后,CP=0,=1,主觸發(fā)器被封鎖,從觸發(fā)器導(dǎo)引門暢通,將主觸發(fā)器的狀態(tài)移入從觸發(fā)器中。其工作過程如下:
(1)J=1,K=1。設(shè)時鐘脈沖到來之前,即CP=0,觸發(fā)器的初始狀態(tài)為“0”,這時主觸發(fā)器的S=
=1,R=Q=0,當(dāng)時鐘脈沖到來之后,即CP=1時,由于主觸發(fā)器的J=1和R=0,故翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)。當(dāng)CP從1下跳為0時,由于從觸發(fā)器S=1和R=0,它也翻轉(zhuǎn)為“1”態(tài)。反之,設(shè)主觸發(fā)器的J=0和R=1,當(dāng)CP=1時,它翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)。當(dāng)CP下跳為0時,從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)為“0”態(tài)。
(2)J=0,K=0。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為“0”態(tài)。當(dāng)主觸發(fā)器CP=1時,由于主觸發(fā)器的J=0和R=0,它的狀態(tài)保持不變,當(dāng)CP下跳時,由于從觸發(fā)器的S=0和R=1,也保持原狀態(tài)不變;如果初始狀態(tài)為1,也保持原狀態(tài)不變。
(3)J=0,K=1。設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為“1”,當(dāng)時鐘脈沖上升沿來到之后,主觸發(fā)器Q=0,=1,所以,在CP=1期間,主觸發(fā)器被置為0。由于=0,從觸發(fā)器被封鎖,主觸發(fā)器的0態(tài)被暫存起來,當(dāng)時鐘脈沖下跳后,CP=0,主觸發(fā)器被封鎖,而
=1,從觸發(fā)器打開,其輸出與主觸發(fā)器一致。若觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0,由同樣的分析可知,在時鐘脈沖作用后,觸發(fā)器的狀態(tài)仍為0??梢?,不論觸發(fā)器原來的狀態(tài)如何,當(dāng)J=0,K=1時,總是使觸發(fā)器置0。
(4)J=1,K=0。同樣分析可得(讀者可自行分析),當(dāng)時鐘脈沖作用之后,觸發(fā)器的狀態(tài)總是和J狀態(tài)一致,即保持1態(tài)。
JK觸發(fā)器的邏輯功能如表13-9所示。表13-9中Qn+1是脈沖到來之后的狀態(tài)。由以上分析可知,當(dāng)J=K=1時,每到來一時鐘脈沖,觸發(fā)器狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)J=K=0時,觸發(fā)器將保持原狀態(tài)不變;當(dāng)J≠K時,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后的狀態(tài)將和J的狀態(tài)一致,主觸發(fā)器的狀態(tài)更新發(fā)生在時鐘脈沖CP=1期間,從觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)發(fā)生在時鐘脈沖的下降沿。表13-9JK觸發(fā)器的邏輯功能表13.3.4D觸發(fā)器
圖13-13(a)是D觸發(fā)器的邏輯符號。D觸發(fā)器只有一個同步輸入端,其應(yīng)用十分廣泛。其中,D是數(shù)據(jù)輸入端,CP為時鐘脈沖輸入端,、為直接置位、復(fù)位端,它們均為低電平有效,不用時應(yīng)使之處于高電平狀態(tài)。表13-10是其邏輯功能表;圖13-13(b)是其工作波形時序圖。
D觸發(fā)器的邏輯功能是當(dāng)D=0時,在時鐘脈沖下降沿到來后,輸出狀態(tài)將變成Qn+1=0;而當(dāng)D=1時,在CP下降沿到來后,輸出狀態(tài)將變成Qn+1=1。綜上所述,D觸發(fā)器的輸出狀態(tài)只取決于CP到達(dá)前D輸入端的狀態(tài),與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)無關(guān),即Qn+1=D。圖13-13工作波形時序圖表13-10D觸發(fā)器功能表
例13-3將D觸發(fā)器的輸入端D接到輸出端,如圖13-14所示,試分析其功能。
解若初態(tài)為0,即Q=0、=1,則當(dāng)CP上升沿來到時,Q翻轉(zhuǎn)為1,即Q=1、=0;下一個CP上升沿來到時,Q翻轉(zhuǎn)為0,即Q=0、=1??梢?,每來一個CP脈沖,觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次,具有計數(shù)功能,即Qn+1=。此電路稱為T觸發(fā)器電路。圖13-14例題13-3電路13.4寄存器
把若干個觸發(fā)器串接起來,就可以構(gòu)成一個移位寄存器。按照數(shù)據(jù)移動的方向可把寄存器分為右移寄存器和左移寄存器。由4個邊沿D觸發(fā)器構(gòu)成的4位移位寄存器的邏輯電路如圖13-15所示。數(shù)據(jù)從串行輸入端Di輸入;左邊觸發(fā)器的輸出作為右鄰觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入。假設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000,現(xiàn)將數(shù)碼D3D2D1D0(1101)從高位(D3)至低位依次送到Di端,經(jīng)過第一個時鐘脈沖后,Q0=D3。由于跟隨數(shù)碼D3后面的數(shù)碼是D2,則經(jīng)過第二個時鐘脈沖后,觸發(fā)器FF0的狀態(tài)移入觸發(fā)器FF1,而FF0變?yōu)樾碌臓顟B(tài),即Q1=D3,Q0=D2。依此類推,可得4位右向移位寄存器的狀態(tài),如表13-11所示。圖13-154位移位寄存器表13-114位移位寄存器狀態(tài)表由表可知,輸入數(shù)碼依次由低位觸發(fā)器移到高位觸發(fā)器,作右向移動。經(jīng)過4個時鐘脈沖后,4個觸發(fā)器的輸出狀態(tài)Q3Q2Q1Q0與輸入數(shù)碼D3D2D1D0相對應(yīng)。為了加深理解,在圖13-16中畫出了數(shù)碼1101(相當(dāng)于D3=1,D2=1,D1=0,D0=1)在寄存器中移位的波形,經(jīng)過了4個時鐘脈沖后,1101出現(xiàn)在寄存器的輸出端Q3Q2Q1Q0。這樣,就可將串行輸入(從D1端輸入)的數(shù)碼轉(zhuǎn)換為并行輸出(從Q3、Q2、Q1、Q0端輸出)的數(shù)碼。這種轉(zhuǎn)換方式特別適用于將接收到的串行輸入信號轉(zhuǎn)換為并行輸出信號,以便于打印或由計算機處理。圖13-164位移位寄存器時序圖13.5二進(jìn)制計數(shù)器的組成與分析
在電子計算機和數(shù)字系統(tǒng)中,計數(shù)器是重要的基本部件,它能累計和寄存輸入脈沖的數(shù)目。計數(shù)器的應(yīng)用十分廣泛,在各種數(shù)字設(shè)備中幾乎都要用計數(shù)器。計數(shù)器按其進(jìn)位制的不同,可分為二進(jìn)制計數(shù)器和十進(jìn)制計數(shù)器,本節(jié)著重介紹二進(jìn)制計數(shù)器。圖13-17是由JK觸發(fā)器組成的四位二進(jìn)制加法計數(shù)器的邏輯電路圖。JK觸發(fā)器作計數(shù)器使用時,JK輸入端懸空,相當(dāng)于接高電平,根據(jù)JK觸發(fā)器的工作原理,J=K=1時,每當(dāng)一個時鐘脈沖結(jié)束時,觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次,實現(xiàn)計數(shù);低位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)兩次,即計兩個數(shù),就產(chǎn)生了一個進(jìn)位脈沖。圖13-17加法計數(shù)器的邏輯電路圖因此,高位觸發(fā)器的CP端應(yīng)接低位的Q端。計數(shù)前,先在各觸發(fā)器的端加一置“0”負(fù)脈沖,使所有的觸發(fā)器F0~F3全部處于“0”狀態(tài),即Q0=Q1=Q2=Q3=0,這種情況稱計數(shù)器清“0”。已清“0”的所有計數(shù)器初始狀態(tài)為“0”,即計數(shù)器為“0000”狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝粋€脈沖結(jié)束時,觸發(fā)器F0由0變?yōu)?,即Q0由0變?yōu)?,F(xiàn)0由0變?yōu)?產(chǎn)生一正跳變,它對F1不起作用,這時計數(shù)器呈Q3Q2Q1Q0=0001狀態(tài)。當(dāng)?shù)诙€脈沖結(jié)束時,觸發(fā)器F0由1變?yōu)?,即Q0=0,=1,由于Q0由1變?yōu)?產(chǎn)生負(fù)跳變,送至F1的輸入端,于是F1由0變?yōu)?,并產(chǎn)生一正跳變,這個脈沖對F2不起作用,故計數(shù)器呈Q3Q2Q1Q0=0010狀態(tài)。當(dāng)?shù)谌齻€計數(shù)脈沖結(jié)束時,觸發(fā)器F0翻轉(zhuǎn)為1,即Q1=1,
=0,F(xiàn)1F2F3都不翻轉(zhuǎn),計數(shù)器狀態(tài)為Q3Q2Q1Q0=0011。如此繼續(xù)下去,可畫出如圖13-18所示的波形圖,其狀態(tài)表如表13-12所示。圖13-18中,第一位Q0每累計一個數(shù),狀態(tài)都要變一次;第二位Q1每累計兩個數(shù),狀態(tài)變一次;第三位Q2每累計四個數(shù),狀態(tài)變一次;第四位Q3每累計八個數(shù),狀態(tài)變一次。每個觸發(fā)器的脈沖的頻率是低一位觸發(fā)器輸出脈沖頻率的二分之一。所以,這種計數(shù)器也可作分頻器使用。圖13-18二進(jìn)制加法計數(shù)器的工作波形圖表13-12加法計數(shù)器狀態(tài)表13.6555定時器
555定時器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路,可以方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。13.6.1555定時器的電路結(jié)構(gòu)與功能
555定時器有兩個比較器C1和C2,各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上,比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管,輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200mA。555定時器的電路圖如圖13-19所示。圖13-19555定時器比較器C1和C2的參考電壓分別為UR1和UR2,根據(jù)C1和C2的另一個輸入端——觸發(fā)輸入和閾值輸入,可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位端為低電平時,RS觸發(fā)器被強制復(fù)位。若無需復(fù)位操作,復(fù)位端應(yīng)接高電平。由于三個電阻等值,所以當(dāng)沒有控制電壓輸入時,當(dāng)控制電壓外接時,如外接UC,則UR2=,UR1=UC。為防止干擾,控制電壓端懸空時,應(yīng)接一濾波電容到地。555定時器的邏輯功能如表13-13所示。表13-13555定時器的邏輯功能表13.6.2555定時器的應(yīng)用
1.用555定時器接成施密特觸發(fā)器
圖13-20為用555定時器接成的施密特觸發(fā)器,可以提高UR1和UR2的穩(wěn)定性。C1與C2的參考電壓不同,因而基本RS觸發(fā)器的置0信號和置1信號必然發(fā)生在輸入信號Ui的不同電平。回差電壓ΔUT=
=UCC/3。圖13-20555電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器
2.用555定時器接成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
圖13-21(a)為電路連接,圖13-21(b)為各點波形。其中R2、C2為單穩(wěn)態(tài)定時電路;R1、C1為輸入微分電路;C3為濾波電容,典型值為0.01μF。無觸發(fā)時,u2>UR2,UCC通過R2對C2充電,當(dāng)u6>UR1時,uo為低電平,C2通過放電管V放電,uo不變,電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。觸發(fā)后,u2<UR2,uo變?yōu)楦唠娖剑娐愤M(jìn)入暫穩(wěn)態(tài);由于放電管截止,C2又被充電,當(dāng)u6>UR1時,uo返回到低電平,暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。輸出脈沖的寬度tW等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間,即tW等于電容電壓在充電過程中從0上升至2UCC/3所需時間:圖13-21555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
3.用555定時器接成多諧振蕩器
1)電路結(jié)構(gòu)用555定時器接成的多諧振蕩器如圖13-22(a)所示。
2)工作原理多諧振蕩器只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后,電路處于某一暫穩(wěn)態(tài),電容C上電壓UC略低于,Uo輸出高電平,V1截止,電源UCC通過R1、R2給電容C充電。隨著充電的進(jìn)行,UC逐漸增高,但只要,輸出電壓Uo就一直保持高電平不變,這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。當(dāng)電容C
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