搶答器的電路制作與調(diào)試

1、-作者xxxx-日期xxxx搶答器的電路制作與調(diào)試【精品文檔】項(xiàng)目二搶答器的電路制作與調(diào)試學(xué)習(xí)目標(biāo)會描述常用中規(guī)模集成電路的邏輯功能。能正確使用優(yōu)先編碼器，會描述優(yōu)先編碼器的工作原理和邏輯功能。能正確使用顯示譯碼器，會描述顯示譯碼器的工作原理和邏輯功能。能正確使用鎖存器，會敘述鎖存器的工作原理。會用中規(guī)模集成電路完成搶答器電路功能的制作與調(diào)試。工作任務(wù)1正確連接譯碼顯示電路。2測試編碼器的功能。3測試D觸發(fā)器邏輯功能。4四人搶答器的制作與調(diào)試。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力比賽，搶答器是必要設(shè)備。搶答器是一名公正的裁判員，它的任務(wù)是從若干名參賽者中確定出最先的搶答者。本項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)幾種

2、七段數(shù)碼顯示器、譯碼器、編碼器、D觸發(fā)器等常用集成組合邏輯器件的工作原理、邏輯功能測試方法及其應(yīng)用。模塊一譯碼顯示電路的功能測試學(xué)習(xí)目標(biāo)能看懂顯示譯碼器的邏輯功能真值表，能正確使用七段BCD碼鎖存、譯碼、驅(qū)動等電路。會使用LED七段數(shù)碼顯示器。會用CC4511型譯碼器和FR-205（C）半導(dǎo)體數(shù)碼管連接成譯碼顯示電路。工作任務(wù)1繪制CC4511和FR-205（C）所組成的譯碼顯示電路的電原理圖。2將CC4511的各輸出端和FR-205（C）的各輸入端相連，給CC4511加上5電源。3正確測試CC4511的邏輯功能。任務(wù)一七段數(shù)碼顯示器讀一讀二進(jìn)制代碼在數(shù)字電路中，往往用1和0組成二進(jìn)制數(shù)碼表示

3、數(shù)值的大小或一些特定的信息，這種具有特定意義的二進(jìn)制數(shù)碼稱為二進(jìn)制代碼。要用二進(jìn)制代碼來表示十進(jìn)制的09十個(gè)數(shù)，至少要用4位二進(jìn)制數(shù)。4位二進(jìn)制數(shù)有16種組合，可從這16種組合中選擇10種組合分別來表示十進(jìn)制的09十個(gè)數(shù)。選哪10種組合，有多種方案，這就形成了不同的BCD碼。具有一定規(guī)律的常用的BCD碼見表2-1-1。表2-1-1常見BCD碼十進(jìn)制數(shù)8421碼2421碼5421碼余三碼0000000000000001110001000100010100200100010001001013001100110011011040100010001000111501011011100010006011

4、0110010011001701111101101010108100011101011101191001111111001100權(quán)842124215421無權(quán)從表2-1-1中可以看出，8421BCD碼是選取00001001這十種狀態(tài)來表示十進(jìn)制09的。8421BCD碼實(shí)際上就是用按自然順序的二進(jìn)制數(shù)來表示所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字。因此，8421BCD碼最自然和簡單，很容易記憶和識別，與十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換也比較方便。8421BCD碼和一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)一樣，從高位到低位的權(quán)依次為8、4、2、1，故稱為8421BCD碼。BCD碼用4位二進(jìn)制碼表示的只是十進(jìn)制數(shù)的一位。如果是多位十進(jìn)制數(shù)，應(yīng)先將每一位用BCD

5、碼表示，然后組合起來。例如：十進(jìn)制數(shù)1981用8421BCD碼表示為：（1981）10=（0001100110000001）8421BCD做一做用七根火柴棒擺放出類似于計(jì)算器中顯示的0到9十個(gè)數(shù)字。如圖2-1-1所示。圖2-1-1火柴棒擺放數(shù)字圖形讀一讀與火柴棒擺放的數(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顯示數(shù)字的。常見的七段半導(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2-1-1所示的結(jié)構(gòu)拼合而成。圖2-1-2是半導(dǎo)體數(shù)碼管的外形圖和等效電路。半導(dǎo)體數(shù)碼管有共陽極型和共陰極兩種類型。圖2-1-2(b)中，共陽極型中各發(fā)

6、光二極管陽極連接在一起，接高電平，ag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；共陰極型號中各發(fā)光二極管的陰極連接在一起，接低電平，ag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)碼管可用來顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（寸和寸）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，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510mA。 (a)外觀圖(b)等效電路圖2-1-2半導(dǎo)體數(shù)碼管表2-1-2列出了ag發(fā)光段的十種發(fā)光組合情況，他們分別和十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)字相對應(yīng)。表中H表示發(fā)光的線段，L表示不發(fā)光的線段。表2-1-2

7、七段顯示組合與數(shù)字對照表發(fā)光段數(shù)字abcdefg0HHHHHHL1LHHLLLL2HHLHHLH3HHHHLLH4LHHLLHH5HLHHLHH6HLHHHHH7HHHLLLL8HHHHHHH9HHHHLHH半導(dǎo)體數(shù)碼管的優(yōu)點(diǎn)是工作電壓較低（1.53V）、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(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。想一想七段數(shù)碼顯示器由個(gè)發(fā)光直線段組成。當(dāng)七段數(shù)碼顯示器顯示數(shù)字4時(shí)所對應(yīng)的發(fā)光段是；當(dāng)七段數(shù)碼顯示器顯示數(shù)字6時(shí)所對應(yīng)

8、的發(fā)光段是。做一做識別圖2-1-3和圖2-1-4所示BS201（或BS202）、BS211（或BS222）兩種型號的半導(dǎo)體數(shù)碼管：(1) 觀察形狀，記錄型號。(2) 畫出8段LED數(shù)碼管外形圖，分析并記錄各發(fā)光段與各引腳之間的對應(yīng)關(guān)系。(3) 找出LED數(shù)碼管公共引腳端的位置。(4) 分析顯示0到9十個(gè)數(shù)字的方法。(5) 判斷哪一個(gè)是共陽極型LED數(shù)碼管？哪一個(gè)共陰極型LED數(shù)碼管？圖2-1-3BS201型LED數(shù)碼管圖2-1-4BS211型LED數(shù)碼管任務(wù)二分段譯碼顯示電路讀一讀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)碼來表示十進(jìn)制數(shù)，這種方法

9、稱為二十進(jìn)制編碼，簡稱BCD碼。七段數(shù)碼顯示器是用ag這七個(gè)發(fā)光線段組合來構(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。我們主要學(xué)習(xí)CC4511，CC4511是輸出高電平有效的CMOS顯示譯碼器，其輸入為8421BCD碼，圖2-1-5和表2-1-2分別為4511的外引線排列圖及其邏輯功能表。圖2-1-5CC4511外引

10、線排列圖CC4511引腳功能說明：A、B、C、DBCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g譯碼輸出端，輸出“1”有效，用來驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。測試輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“1”。消隱輸入端，“0”時(shí)，譯碼輸出全為“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LE0時(shí)的數(shù)值；當(dāng)LE0時(shí)為正常譯碼。表2-1-3為CC4511的邏輯功能表。CC4511內(nèi)接有上拉電阻，故只需在輸出端與數(shù)碼管筆段之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入碼超過1001時(shí)，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。表2-1-3CC4511邏輯功能表輸入輸出LEDCBAabcdefg顯示

11、字形01111111010000000消隱0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111鎖存鎖存說明：分段顯示譯碼器與譯碼器有著本質(zhì)的區(qū)別。嚴(yán)格地講，把這種電路叫代碼變

12、換器更加確切些。但習(xí)慣上都把它叫做顯示譯碼器。做一做CC4511常用于驅(qū)動共陰極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2-1-6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（1.52.5V）,ID為LED的筆畫電流（約510mA）。試計(jì)算出圖2-1-6中R的大小。圖2-1-6由CC4511組成的基本數(shù)字顯示電路讀一讀顯示譯碼器與數(shù)碼管的連接方法1顯示譯碼器與數(shù)碼管的選用輸出低

13、電平有效的顯示譯碼器應(yīng)與共陽極數(shù)字顯示器配合使用。輸出高電平有效的顯示譯碼器應(yīng)與共陰極數(shù)字顯示器配合使用。2顯示譯碼器與數(shù)碼管的連接下面舉例說明：SN7446A和74LS48為顯示譯碼器。SN7446A輸出低電平有效，74LS48輸出高電平有效。其他邏輯功能與CC4511相似。SN7446的典型使用電路如圖2-1-7所示，電阻RP為限流電阻，RP的具體阻值視數(shù)碼管的電流大小而定。圖2-1-7共陽數(shù)碼管與譯碼74LS48譯碼器的典型使用電路如圖2-1-8所示。共陰數(shù)碼管的譯碼電路74LS48內(nèi)部有限流電阻，故后接數(shù)碼管時(shí)不需外接限流電阻。由于74LS48拉電流能力?。?mA），而數(shù)碼管的點(diǎn)亮電流

14、在510mA，所以一般都要外接電阻推動數(shù)碼管。圖2-1-874LS48譯碼器的典型使用電路做一做譯碼顯示電路的測試。1圖2-1-9所示為譯碼顯示電路的測試示意圖，則根據(jù)圖2-1-9畫出圖2-1-10所示的接線圖，并搭建實(shí)驗(yàn)電路。撥動接線控制端和數(shù)據(jù)輸入端的所接電平開關(guān)，在LE0，1，1時(shí)，輸入數(shù)據(jù)DCBA為00001001時(shí)，觀察數(shù)碼管所顯示的字型。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)超出范圍，如DCBA為1101或1111等時(shí)，觀察數(shù)碼管會有什么現(xiàn)象？2在三個(gè)控制端（LE、）中，一次只讓一個(gè)控制端的輸入有效，分別測試三個(gè)控制端（LE、）的作用。參照表2-1-3，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，判斷三個(gè)控制端（LE、）電平分別為多少時(shí)才

15、能正確體現(xiàn)譯碼器的鎖定功能。圖2-1-9譯碼顯示電路的測試示意圖圖2-1-10譯碼顯示電路的測試接線圖拓展性知識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(xué)特性的有機(jī)化合物。它的透明度和呈現(xiàn)的顏色受外加電場的影響，利用這一特點(diǎn)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2-1-11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，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(yùn)動并撞碰其他液晶分子，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

16、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(shí)(b) 加電場以后(c) 符號圖2-1-11液晶顯示器的結(jié)構(gòu)及符號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1W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10200ms范圍），這就限制了它在

17、快速系統(tǒng)中的應(yīng)用。想一想1把下列十進(jìn)制數(shù)用8421BCD碼表示。(1) （2006）10(2) （8421）102把下列8421BCD碼轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。(1) （1000100100110001）8421BCD(2) （0111100001010010）8421BCD模塊二 優(yōu)先編碼器電路功能測試學(xué)習(xí)目標(biāo)能描述優(yōu)先編碼器的編碼特點(diǎn)。會使用10-4線、8-3線編碼器。工作任務(wù)1對照功能真值表測試CC4532型8/3線優(yōu)先編碼器的邏輯功能。2對照功能真值表測試CC40147型10/4線優(yōu)先編碼器的邏輯功能。3用CC40147與譯碼顯示電路相連，觀察數(shù)碼管的顯示狀態(tài)。任務(wù)一優(yōu)先編碼器讀一讀一個(gè)7層高

18、的大樓，其每層有一個(gè)火警報(bào)警傳感器，如有火警希望在控制中心的數(shù)碼顯示屏上能顯示出火警的樓層數(shù)，假設(shè)不會在兩層上同時(shí)出現(xiàn)火警。這是一個(gè)實(shí)際使用編碼器的例子，我們在前面已經(jīng)學(xué)過了譯碼顯示驅(qū)動器電路，其輸入是8421BCD碼，而現(xiàn)在其每層有一個(gè)傳感器，也就相當(dāng)于其輸入有7個(gè)，這里無法直接與譯碼顯示電路相連，須在這兩者之間加上一個(gè)轉(zhuǎn)換電路（編碼器），將其7種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為4位(或更少位)的二進(jìn)制輸出。由于7個(gè)傳感器，并且同一時(shí)刻僅一個(gè)傳感器有效，故輸入共7種狀態(tài)，我們可以用3位二進(jìn)制數(shù)據(jù)來描述其狀態(tài)，假設(shè)輸入用I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7、輸出為O0、O1、O2。我們可以將其狀態(tài)用真值表2-2

19、-1表示。表2-2-1真值表I7I6I5I4I3I2I1O2O1O00000001001000001001000001000110001000100001000010101000001101000000111根據(jù)上面的分析我們可以畫出下圖2-2-1所示的7層大樓火警顯示工作框圖。圖2-2-17層大樓火警顯示工作框圖圖2-2-1所示框圖中的電路實(shí)現(xiàn)的就是編碼器的邏輯功能。前提條件是每一時(shí)刻僅一個(gè)輸入有效，如果同時(shí)有兩個(gè)或兩以上輸入有效，僅對優(yōu)先級高的輸入進(jìn)行編碼，例如當(dāng)I6I5同時(shí)有效時(shí)，編碼器輸入僅對I6進(jìn)行編碼，而I5被忽略掉。優(yōu)先編碼器是有廣泛用途的一種組合電路，用于計(jì)算機(jī)的優(yōu)先中斷系統(tǒng)、

20、鍵盤編碼系統(tǒng)中。編碼器的邏輯功能是將加在電路若干個(gè)輸入端中的某一個(gè)輸入端的信號變換成相應(yīng)的一組二進(jìn)制代碼輸出。常用的編碼器集成電路有8/3線優(yōu)先編碼器和10/4線優(yōu)先編碼器等器件。編碼器的輸入信號是互相排斥的。在優(yōu)先編碼器中允許幾個(gè)信號同時(shí)輸入，但是電路只對其中優(yōu)先級別最高的進(jìn)行編碼（優(yōu)先權(quán)的順序完全是根據(jù)實(shí)際需要來確定的），不理睬級別低的信號，或者說級別低的信號不起作用，這樣的電路叫做優(yōu)先編碼器。如圖2-2-2所示是3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器的示意圖。I0I7是要進(jìn)行優(yōu)先編碼的8個(gè)信號，Y0Y2是用來進(jìn)行優(yōu)先編碼的3位二進(jìn)制代碼。表2-2-2為3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器的功能真值表。圖2-2-23位二進(jìn)

21、制優(yōu)先編碼器示意圖表2-2-23位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器功能真值表I7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y00000000100000000010001000001000100000100001100010000100001000001010100000011010000000111看一看認(rèn)識8線-3線優(yōu)先編碼器CC4532，圖2-2-3為CC4532的外引線排列圖。表2-2-3為其功能表。圖2-2-38/3線優(yōu)先編碼器CC4532的外引線排列圖I0I7：數(shù)據(jù)輸入端；ST：選通控制端；VDD：電源VSS：地Y0Y2：編碼輸出端YGS：組選通輸出端YS：選通輸出端表2-2-3優(yōu)先編碼器CC4532的

22、功能表輸入輸出STI7I6I5I4I3I2I1I0YGSYSY2Y1Y0LLLLLLHLLLLLLLLLHLLLHHHLHHHHLHHLHHLHLLHHLHLHHLLLHHLHLLHLLLLHHLLHHHLLLLLHHLLHLHLLLLLLHHLLLHHLLLLLLLHHLLLLCC4532可將最高優(yōu)先輸入I7I0編碼為3位二進(jìn)制碼，8個(gè)輸入端I7I0具有指定優(yōu)先權(quán)，I7為最高優(yōu)先權(quán)，I0為最低，當(dāng)片選輸入ST為低電平時(shí)，優(yōu)先編碼器無效。當(dāng)ST為高電平，最高優(yōu)先輸入的二進(jìn)制編碼呈現(xiàn)于輸出端Y2Y0，且組選端YGS為高電平，表明優(yōu)先輸入存在，當(dāng)無優(yōu)先輸入時(shí)，允許輸出YS為高電平，如果任何一個(gè)輸入

23、為高電平，則YS為低電平且所有級聯(lián)低階級無效。想一想當(dāng)I6和I5同時(shí)有效，其它輸入無效時(shí)，輸出編碼為。任務(wù)二編碼器電路測試讀一讀十線-四線編碼器也叫做BCD編碼器。中規(guī)模集成8421 BCD碼優(yōu)先編碼器主要有CC40147、LS147等?，F(xiàn)以圖2-2-4所示的CC40147電路為例，說明BCD編碼器的工作原理，表2-2-4為CC40147的功能表。表2-2-4與表2-2-2很相似，只是編碼輸入變?yōu)?0個(gè)，編碼輸出變?yōu)?位，沒有功能擴(kuò)展輸出。圖2-2-48421BCD碼優(yōu)先編碼器CC40147的外引線排列圖表2-2-4優(yōu)先編碼器CC40147的功能表輸入輸出I0I1I2I3I4I5I6I7I8I

24、9Y3Y2Y1Y0HLLLLLLLLLLLLLHLLLLLLLLLLLHHLLLLLLLLLHLHLLLLLLLLHHHLLLLLLHLLHLLLLLHLHHLLLLHHLHLLLHHHHLHLLLHHLLHLLLLLLLLLLHHHH做一做圖2-2-5BCD碼編碼器和七段譯碼顯示電路的框圖圖2-2-5BCD碼編碼器和七段譯碼顯示電路的接線圖1如圖2-2-5所示是BCD碼編碼器和七段譯碼顯示電路的框圖。1用8421BCD編碼器（CC40147）和七段譯碼器（CC4511）及LED數(shù)碼管（BS205）組成一個(gè)1位十進(jìn)制09數(shù)碼顯示電路。根據(jù)圖2-2-5畫出圖2-2-6所示的接線圖。3在D0D9端

25、逐個(gè)輸入高電平（+5V）信號，觀察數(shù)碼管數(shù)字顯示的變化情況，記錄測試結(jié)果，并填入下列表2-2-5中。4在D0D9中任選幾個(gè)輸入端，同時(shí)加5V電壓，觀察數(shù)碼管的顯示情況，并做好記錄，了解D0D9的優(yōu)先權(quán)級別高低的順序。表2-2-5數(shù)碼管顯示字型記錄輸入數(shù)碼管顯示字型D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0LLLLLLLLLHLLLLLLLLHLLLLLLLHLLLLLLHLLLLLHLLLLHLLLHLLHLHH拓展性知識譯碼器的作用是將輸入代碼轉(zhuǎn)換成特定的輸出信號。假設(shè)譯碼器有n個(gè)輸入信號和N個(gè)輸出信號，如果N=2n ，就稱為全譯碼器，常見的全譯碼器有2線4線譯碼器、3線8線譯碼器、4線16線

26、譯碼器等。如果N2n ，稱為部分譯碼器，如二一十進(jìn)制譯碼器（也稱作4線10線譯碼器）等。74138是一種典型的二進(jìn)制譯碼器，圖2-2-7為其邏輯圖，表2-2-6為其功能表。它有3個(gè)輸入端A2、A1、A0，8個(gè)輸出端Y0Y7，所以常稱為3線8線譯碼器，屬于全譯碼器。輸出為低電平有效，G1、G2A和G2B為使能輸入端。圖2-2-73-8譯碼器的邏輯符號表2-2-63線8線譯碼器74138功能表輸 入輸 出G1G2AG2BA2A1A0Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y711111111111111111101111111110000001111111100001101111111000101101111

27、11000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011111111110圖2-2-8用74138實(shí)現(xiàn)4-16線譯碼在真值表2-2-6中，從表2-2-6可以看出當(dāng)G1=1、G2=0時(shí)該譯碼器處于工作狀態(tài)，否則輸出被禁止，輸出高電平。這三個(gè)控制端又稱為片選端，利用它們可以將多片連接起來擴(kuò)展譯碼器的功能。用兩個(gè)3-8譯碼器可組成4-16線譯碼器，見圖2-2-8，將C、B、A信號連接到U1和U2的C、B、A端，將U1的控制和U2的G1端連接到D，當(dāng)D=0時(shí)，選中U1，否則選中U2，將U1的和U2的端連接到使能信號EN，當(dāng)EN=0時(shí)，

28、譯碼器正常工作，當(dāng)EN=1時(shí)，譯碼器被禁止。想一想1、假設(shè)優(yōu)先編碼器有N個(gè)輸入信號和n個(gè)輸出信號，則N = 。2、如圖2-2-9所示，三個(gè)輸入信號中，A的優(yōu)先級最高，B次之，C最低，它們通過編碼器分別由FA、FB、FC輸出。要求同一時(shí)間只有一個(gè)信號輸出，若兩個(gè)以上信號同時(shí)輸入時(shí)，優(yōu)先級高的被輸出。試根據(jù)要求完成真值表2-2-7。圖2-2-9表2-2-7ABCFAFBFC101001模塊三觸發(fā)器邏輯功能測試學(xué)習(xí)目標(biāo)會描述基本RS、JK、D和T觸發(fā)器的邏輯功能，能敘述時(shí)序電路的工作特點(diǎn)。掌握集成觸發(fā)器的邏輯功能及使用方法熟悉各種功能不同的觸發(fā)器之間相互轉(zhuǎn)換的方法。工作任務(wù)1按功能真值表測試CC40

29、42的邏輯功能。2會使用寄存器和鎖存器。任務(wù)一觸發(fā)器及其應(yīng)用讀一讀1觸發(fā)器的基本概念觸發(fā)器是由門電路構(gòu)成的時(shí)序邏輯單元，它有一個(gè)或多個(gè)輸入端，兩個(gè)互補(bǔ)輸出端，分別用Q和表示。其中Q的狀態(tài)代表了觸發(fā)器的狀態(tài)，當(dāng)Q=0時(shí)，表示觸發(fā)器處于0狀態(tài)；當(dāng)Q=1時(shí)，表示觸發(fā)器處于1狀態(tài)。在一定的外界信號作用下，可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，它是一個(gè)具有記憶功能的二進(jìn)制信息存貯器件，是構(gòu)成各種時(shí)序電路的最基本邏輯單元。2觸發(fā)器的特點(diǎn)與門電路相比，具有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)0和1，在觸發(fā)信號作用下，兩個(gè)狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換，若沒有觸發(fā)信號作用，觸發(fā)器將保持原有的狀態(tài)不變，所以說觸發(fā)器具有“記憶”功能，這是門電

30、路所沒有的。3觸發(fā)器的分類觸發(fā)器按功能分有基本RS觸發(fā)器、D觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、T觸發(fā)器，觸發(fā)器按觸發(fā)方式分有基本觸發(fā)器、電平觸發(fā)器、主從觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器。電平觸發(fā)器是指觸發(fā)器的狀態(tài)變化不僅由觸發(fā)信號控制，同時(shí)受時(shí)鐘信號控制。在時(shí)鐘信號高電平或低電平期間，觸發(fā)器的狀態(tài)才由觸發(fā)信號控制。主從觸發(fā)器是指觸發(fā)器在時(shí)鐘信號高電平期間接收控制信號，下降沿時(shí)刻狀態(tài)發(fā)生變化。邊沿觸發(fā)器是指觸發(fā)器只在時(shí)鐘信號上升沿或下降沿時(shí)刻接收控制信號并同時(shí)狀態(tài)發(fā)生變化。邊沿觸發(fā)器的抗干擾性能最好。4觸發(fā)器復(fù)位端和置位端的功能及使用方法一般觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器都有復(fù)位端和置位端，分別用RD和SD（或和）表示。若復(fù)位和置位信號為

31、低電平有效，當(dāng)需要直接復(fù)位（置0）時(shí)，就在端加低電平；當(dāng)需要直接置位（置1）時(shí)，就在端加低電平。若復(fù)位和置位信號為高電平有效，當(dāng)需要直接復(fù)位或置位時(shí)，只要在相應(yīng)復(fù)位端RD或置位端SD加高電平信號即可。復(fù)位和置位方式又分為同步方式和異步方式。所謂同步方式，是指復(fù)位或置位信號必須與時(shí)鐘信號配合才能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。所謂異步方式，是指只要有復(fù)位或置位信號，無須時(shí)鐘信號配合，就能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。正常工作時(shí)，應(yīng)使復(fù)位端和置位端處于無效狀態(tài)。一、基本RS觸發(fā)器1電路組成基本觸發(fā)器是指觸發(fā)器的狀態(tài)直接由觸發(fā)信號控制。將兩個(gè)集成與非門的輸出端和輸入端交叉反饋相接，就組成了基本RS觸發(fā)器，如圖2-3-1(a)所示。兩

32、個(gè)與非門G1、G2；兩個(gè)輸入端；兩個(gè)輸出端Q、，邏輯狀態(tài)是互補(bǔ)的。圖2-3-1基本RS觸發(fā)器2工作原理Q端的狀態(tài)為觸發(fā)器的狀態(tài)。工作狀態(tài)：，時(shí)觸發(fā)器處于“0”態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))；時(shí)觸發(fā)器處于“1”態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))。3邏輯符號基本RS觸發(fā)器的邏輯符號如圖2-3-1 (b) 。4真值表表2-3-1為基本RS觸發(fā)器真值表.。表2-3-1基本RS觸發(fā)器真值表Q01010111不變00不定置0端、置1端，均由負(fù)脈沖觸發(fā)，符號RD、SD上加了非號，表示低電平有效。觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)：觸發(fā)器狀態(tài)在外加信號作用下狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程。觸發(fā)脈沖：能使觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)的外加信號。5邏輯功能基本RS觸發(fā)器的邏輯功能如下：當(dāng)，時(shí)，則；當(dāng)

33、，時(shí)，則；當(dāng)，時(shí)， 則Q不變(不變)；當(dāng)，時(shí)，則Q不定(不定)；這是不允許的。二、主從RS觸發(fā)器1電路組成主從RS觸發(fā)器由主觸發(fā)器和從觸發(fā)器組成，如圖2-3-2 (a)所示。 (a)邏輯圖 (b)邏輯符號圖2-3-2主從RS觸發(fā)器2邏輯符號主從RS觸發(fā)器的邏輯符號如圖2-3-2 (b)所示。3真值表根據(jù)圖2-3-2經(jīng)分析可得主從RS觸發(fā)器的直值表表2-3-2。表2-3-2主從RS觸發(fā)器的直值表SRQn+100Qn01010111不定(禁止)4主從RS觸發(fā)器的邏輯功能：主從RS觸發(fā)器具有“置0”、“置1”、“保持”三個(gè)邏輯功能。三、主從JK觸發(fā)器1電路結(jié)構(gòu)主從JK觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)如圖2-3-3

34、(a)所示。2邏輯符號主從JK觸發(fā)器的邏輯符號如圖2-3-3 (b)所示。說明：該觸發(fā)器是CP下降沿(負(fù)脈沖)觸發(fā)有效(有小圓圈)。圖2-3-3JK觸發(fā)器3真值表根據(jù)圖2-3-3經(jīng)分析可得主從JK觸發(fā)器的真值表2-3-3。表2-3-2JK觸發(fā)器真值表JK00110101014邏輯功能JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持和翻轉(zhuǎn)四個(gè)邏輯功能。四、D觸發(fā)器1電路結(jié)構(gòu)D觸發(fā)器可由JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而成，如圖2-3-4 (a)所示，只要在JK觸發(fā)器的K端接一個(gè)非門，再接到J端，引出一個(gè)控制端D，即可組成D觸發(fā)器。圖2-3-4 (b)為D觸發(fā)器的邏輯符號。(a) 邏輯連接圖(b) 邏輯符號圖2-3-4用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)

35、換成D觸發(fā)器2真值表D觸發(fā)器實(shí)際上是JK觸發(fā)器中JK條件下的特殊電路。當(dāng)D=0時(shí)Qn+1=0（相當(dāng)于J=0，K=1時(shí)的情況），當(dāng)D=1時(shí)Qn+1=1（相當(dāng)于J=1，K=0時(shí)的情況）。由此得到D觸發(fā)器的真值表2-3-3。表2-3-3D觸發(fā)器真值表D00113邏輯功能根據(jù)真值表2-3-3可知，D觸發(fā)器具有“置0”和“置1”的邏輯功能。五、T時(shí)鐘觸發(fā)器1電路結(jié)構(gòu)與D觸發(fā)器相似，T觸發(fā)器也可由JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而成，如圖2-3-5 (a)所示，只要將JK觸發(fā)器的J端和K端，直接連接在一起，引出一個(gè)控制端T，即可組成T觸發(fā)器。圖2-3-5 (b)為T觸發(fā)器的邏輯符號。(a) 邏輯連接圖(b) 邏輯符號圖2-

36、3-5用JK觸發(fā)器轉(zhuǎn)換成T觸發(fā)器2真值表T觸發(fā)器實(shí)際上是JK觸發(fā)器中J=K條件下的特殊電路。當(dāng)T=0時(shí)Qn+1=Qn（相當(dāng)于J=K=0時(shí)的情況），當(dāng)T=1時(shí)（相當(dāng)于J=K=1時(shí)的情況）。由此得到T觸發(fā)器的真值表2-3-4。表2-3-4T觸發(fā)器真值表D0Qn13邏輯功能根據(jù)真值表2-3-4可知，T觸發(fā)器具有“保持”和“翻轉(zhuǎn)”的邏輯功能。因此T觸發(fā)器又稱為可控計(jì)數(shù)型觸發(fā)器。做一做測試雙D觸發(fā)器CC4013的邏輯功能：1圖2-3-6所示為CC4013邏輯功能測試原理圖，CP為時(shí)鐘輸入信號，上升沿有效。圖2-3-6中，使用按鈕J4連接CP端，按下J4瞬間模擬上升沿信號（01即），松開J4瞬間模擬下降沿

37、信號（10即）。發(fā)光二極管LED1 “亮”表示D觸發(fā)器輸出為“高電平”(即Qn+1=1)，發(fā)光二極管LED1“暗”表示D觸發(fā)器輸出為“低電平”(即Qn+1=0)。2根據(jù)圖2-3-6畫出圖2-3-7所示的接線圖。3測試和的復(fù)位、置位功能。(1) 合上J1觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。打開J1，合上J2再次觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。(2) 同時(shí)合上J1、J2，觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。4測試D觸發(fā)器的邏輯功能。(1) 先合上J3，再按下J4，觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。(2) 先按下J4，再合上J3，觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。松開J4，觀察發(fā)光二極管LED1的狀態(tài)。要求按表2-3-5

38、要求進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果填入表2-3-5中。圖2-3-6CC4013邏輯功能測試原理圖圖2-3-7CC4013邏輯功能測試接線圖表2-3-5CC4013邏輯功能測試記錄DCPQn+1Qn=0時(shí)Qn=1時(shí)001（）10（）101（）10（）想一想1輸出狀態(tài)和輸入信號相同的觸發(fā)器叫觸發(fā)器。2邏輯電路如圖2-3-8所示。這是一個(gè)上升沿觸發(fā)的D觸發(fā)器，其端與D端連接在一起。已知CP波形，試畫出輸出Q端的信號波形。設(shè)Q的初狀態(tài)為0。(a)(b)圖2-3-8D觸發(fā)器及其波形3若要將四位寄存器清零，D觸發(fā)器RD端接應(yīng)（有效、無效）。任務(wù)二數(shù)碼寄存器讀一讀數(shù)碼寄存器是存儲二進(jìn)制數(shù)碼的時(shí)序電路組件，它具有接收

39、和寄存二進(jìn)制數(shù)碼的邏輯功能。在實(shí)際的數(shù)字系統(tǒng)中，通常把能夠用來存儲一組二進(jìn)制代碼的同步時(shí)序邏輯電路稱為寄存器。由于觸發(fā)器有記憶功能，因此利用觸發(fā)器可以方便地構(gòu)成寄存器。由于一個(gè)觸發(fā)器能夠存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼，所以把n個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端口連接起來就能構(gòu)成一個(gè)存儲n位二進(jìn)制碼的寄存器。圖2-3-9(a)為74LSl75外引線排列圖，圖2-3-9(b)所示是由D觸發(fā)器組成的4位集成寄存器74LSl75的邏輯電路圖。其中，是異步清零控制端。D0D3是并行數(shù)據(jù)輸入端，CP為時(shí)鐘脈沖端，Q0Q3是并行數(shù)據(jù)輸出端，是Q0Q3的反碼數(shù)據(jù)輸出端。圖2-3-9(b)所示電路的數(shù)碼接收過程為：將需要存儲的四位二進(jìn)制數(shù)碼

40、送到數(shù)據(jù)輸入端D0D3，在CP端送一個(gè)時(shí)鐘脈沖，脈沖上升沿作用后，四位數(shù)碼并行地出現(xiàn)在四個(gè)觸發(fā)器Q端。表2-3-6為74LS175的功能表。(a) 外引線排列圖(b) 邏輯圖圖2-3-94位集成寄存器74LSl75表2-3-674LS175的功能表清零時(shí)鐘輸入輸出工作模式CP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q00000異步清零11D2D3D4D1D2D3D4D數(shù)碼寄存11保持?jǐn)?shù)據(jù)保持10保持?jǐn)?shù)據(jù)保持P2-M3.3鎖存器讀一讀一位D觸發(fā)器只能傳送或存儲一位數(shù)據(jù)，而在實(shí)際工作中往往希望一次傳送或存儲多位數(shù)據(jù)。為此可把多個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端口CP連接起來，用一個(gè)公共的控制信號來控制，而各個(gè)數(shù)據(jù)端口仍

41、然是各處獨(dú)立地接收數(shù)據(jù)。這樣所構(gòu)成的能一次傳送或存儲多位數(shù)據(jù)的電路就稱為“鎖存器”。圖2-3-10為4D鎖存器CC4042的外引線排列圖，表2-3-7為其功能表。圖2-3-10CC4042是四D鎖存器外引線排列圖CP為時(shí)鐘輸入端；M為時(shí)鐘方式控制端。表2-3-7CC4042功能表CPMDQLLDDL鎖存HHDDH鎖存寄存器與鎖存器的區(qū)別：從寄存數(shù)據(jù)的角度來看，寄存器和鎖存器的功能是相同的；它們的區(qū)別在于寄存器是同步時(shí)鐘控制，而鎖存器是電位信號控制?？梢?，寄存器和鎖存器具有不同的應(yīng)用場合，主要取決于控制方式以及控制信號和數(shù)據(jù)之間的時(shí)間關(guān)系。若數(shù)據(jù)有效一定滯后于控制信號有效，則只能使用鎖存器；數(shù)據(jù)

42、提前于控制信號到達(dá)并且要求同步操作，則可用寄存器來存放數(shù)據(jù)。拓展性知識移位寄存器是計(jì)算機(jī)和各種數(shù)字系統(tǒng)中的重要部件，應(yīng)用十分廣泛。例如在串行運(yùn)算器中，需要用移位寄存器把2進(jìn)制數(shù)1位1位地依次送入全加器中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果又需1位1位地依次存入移位寄存器中。在有些數(shù)字系統(tǒng)中，還經(jīng)常需要進(jìn)行串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換、傳送，這些都必須用移位寄存器。1單向移位寄存器(1) 4位右移寄存器。圖2-3-11為4位右移寄存器邏輯電路圖，設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，串行輸入數(shù)碼DI=1101，從高位到低位依次輸入。在4個(gè)移位脈沖作用后，輸入的4位串行數(shù)碼1101全部存入了寄存器中。電路的時(shí)序圖如

43、圖2-3-11所示，表2-3-8為其狀態(tài)表。圖2-3-10D觸發(fā)器組成的4位右移寄存器圖2-3-11圖2-3-10 電路的時(shí)序圖表2-3-8右移寄存器的狀態(tài)表移位脈沖輸入數(shù)碼輸出CPDIQ0Q1Q2Q300000111000211100300110411011移位寄存器中的數(shù)碼可由Q3、Q2、Q1和Q0并行輸出，也可從Q3串行輸出。串行輸出時(shí)，要繼續(xù)輸入4個(gè)移位脈沖，才能將寄存器中存放的4位數(shù)碼1101依次輸出。圖2-3-11中第5到第8個(gè)CP脈沖及所對應(yīng)的Q3、Q2、Q1、Q0波形，就是將4位數(shù)碼1101串行輸出的過程。所以，移位寄存器具有串行輸入并行輸出和串行輸入串行輸出兩種工作方式。(2) 左移寄存器。圖2-3-4為4位左移寄存器，其工作原理與右移存在器完全相同，不同之處是右移寄存器是從低位開始輸入數(shù)據(jù)而左移寄存器是從高位開始輸入數(shù)據(jù)。圖2-3-12D觸發(fā)器組成的4位左移寄存器2雙向移位寄存器將圖2-3-10所示的右移寄存器和圖2-3-12所示的左移寄存器組合起來，并引入一控制端S便構(gòu)成既可左移又可右移的雙向移位寄存器，如圖2-3-13所示。DSR為右移