有延時(shí)功能的單穩(wěn)電路

-.z.有延時(shí)功能的單穩(wěn)電路

無穩(wěn)電路有2個(gè)暫穩(wěn)態(tài)而沒有穩(wěn)態(tài)，雙穩(wěn)電路則有2個(gè)穩(wěn)態(tài)而沒有暫穩(wěn)態(tài)。脈沖電路中常用的第3種電路叫單穩(wěn)電路，它有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。如果也用門來作比喻，單穩(wěn)電路可以看成是一扇彈簧門，平時(shí)它總是關(guān)著的，"關(guān)〞是它的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)有人推它或拉它時(shí)門就翻開，但由于彈力作用，門很快又自動(dòng)關(guān)上，恢復(fù)到原來的狀態(tài)。所以"開〞是它的暫穩(wěn)態(tài)。單穩(wěn)電路常被用作定時(shí)、延時(shí)控制以及整形等。

〔1〕集基耦合單穩(wěn)電路

圖10是一個(gè)典型的集基耦合單穩(wěn)電路。它也是由兩級反相器穿插耦合而成的正反應(yīng)電路。它的一半和多諧振蕩器相似，另一半和雙穩(wěn)電路相似，再加它也有一個(gè)微分觸發(fā)電路，所以可以想象出它是半個(gè)無穩(wěn)電路和半個(gè)雙穩(wěn)電路湊合成的，它應(yīng)該有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。平時(shí)它總是一管〔VT1〕飽和，另一管〔VT2〕截止，這就是它的穩(wěn)態(tài)。當(dāng)輸入一個(gè)觸發(fā)脈沖后，電路便翻轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)，但這種狀態(tài)只能維持不長的時(shí)間，很快它又恢復(fù)到原來的狀態(tài)。電路暫穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是由延時(shí)元件R和C的數(shù)值決定的：tt=0.7RC。

〔2〕集成化單穩(wěn)電路

用集成門電路也可組成單穩(wěn)電路。圖11是微分型單穩(wěn)電路，它用2個(gè)與非門穿插連接，門1輸出到門2是用微分電路耦合，門2輸出到門1是直接耦合，觸發(fā)脈沖加到門1的另一個(gè)輸入端UI。它的暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間即定時(shí)時(shí)間為：tt=〔0.7～1.3〕RC。脈沖電路的讀圖要點(diǎn)

①脈沖電路的特點(diǎn)是工作在開關(guān)狀態(tài)，它的輸入輸出都是脈沖，因此分析時(shí)要抓住關(guān)鍵，把主次電路區(qū)分開，先認(rèn)定主電路的功能，再分析輔助電路的作用。②從電路構(gòu)造上抓關(guān)鍵找異同。前面介紹了集基耦合方式的三種根本單元電路，它們都由雙管反相器構(gòu)成正反應(yīng)電路，這是它們的一樣點(diǎn)。但細(xì)分析起來它們還是各有特點(diǎn)的：無穩(wěn)和雙穩(wěn)電路雖然都有對稱形式，但無穩(wěn)電路是用電容耦合，雙穩(wěn)是用電阻直接耦合〔有時(shí)并聯(lián)有加速電容，容量一般都很小〕；而且雙穩(wěn)電路一般都有觸發(fā)電路〔雙端或單端觸發(fā)〕；單穩(wěn)電路就很好認(rèn)，它是不對稱的，兼有雙穩(wěn)和單穩(wěn)的形式。這樣一分析，三種電路就很好區(qū)別了。③脈沖電路中，脈沖的生成、變換和整形都和電容器的充、放電有關(guān)，電路的時(shí)間常數(shù)即R和C的數(shù)值對確定電路的性質(zhì)有極重要的意義，這一點(diǎn)尤為重要數(shù)字邏輯電路的用途和特點(diǎn)

數(shù)字電子電路中的后起之秀是數(shù)字邏輯電路。把它叫做數(shù)字電路是因?yàn)殡娐分袀鬟f的雖然也是脈沖，但這些脈沖是用來表示二進(jìn)制數(shù)碼的，例如用高電平表示"1〞，低電平表示"0〞。聲音圖像文字等信息經(jīng)過數(shù)字化處理后變成了一串串電脈沖，它們被稱為數(shù)字信號。能處理數(shù)字信號的電路就稱為數(shù)字電路。

這種電路同時(shí)又被叫做邏輯電路，那是因?yàn)殡娐分械?1〞和"0〞還具有邏輯意義，例如邏輯"1〞和邏輯"0〞可以分別表示電路的接通和斷開、事件的是和否、邏輯推理的真和假等等。電路的輸出和輸入之間是一種邏輯關(guān)系。這種電路除了能進(jìn)展二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算外還能完成邏輯運(yùn)算和具有邏輯推理能力，所以才把它叫做邏輯電路。

由于數(shù)字邏輯電路有易于集成、傳輸質(zhì)量高、有運(yùn)算和邏輯推理能力等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信、測量等領(lǐng)域。一般家電產(chǎn)品中，如定時(shí)器、告警器、控制器、電子鐘表、電子玩具等都要用數(shù)字邏輯電路。

數(shù)字邏輯電路的第一個(gè)特點(diǎn)是為了突出"邏輯〞兩個(gè)字，使用的是獨(dú)特的圖形符號。數(shù)字邏輯電路中有門電路和觸發(fā)器兩種根本單元電路，它們都是以晶體管和電阻等元件組成的，但在邏輯電路中我們只用幾個(gè)簡化了的圖形符號去表示它們，而不畫出它們的具體電路，也不管它們使用多高電壓，是TTL電路還是CMOS電路等等。按邏輯功能要求把這些圖形符號組合起來畫成的圖就是邏輯電路圖，它完全不同于一般的放大振蕩或脈沖電路圖。

數(shù)字電路中有關(guān)信息是包含在0和1的數(shù)字組合內(nèi)的，所以只要電路能明顯地區(qū)分開0和1，0和1的組合關(guān)系沒有破壞就行，脈沖波形的好壞我們是不**會(huì)的。所以數(shù)字邏輯電路的第二個(gè)特點(diǎn)是我們主要關(guān)心它能完成什么樣的邏輯功能，較少考慮它的電氣參數(shù)性能等問題。也因?yàn)檫@個(gè)原因，數(shù)字邏輯電路中使用了一些特殊的表達(dá)方法如真值表、特征方程等，還使用一些特殊的分析工具如邏輯代數(shù)、卡諾圖等等，這些也都與放大振蕩電路不同。門電路和觸發(fā)器

〔1〕門電路

門電路可以看成是數(shù)字邏輯電路中最簡單的元件。目前有大量集成化產(chǎn)品可供選用。

最根本的門電路有3種：非門、與門和或門。非門就是反相器，它把輸入的0信號變成1，1變成0。這種邏輯功能叫"非〞，如果輸入是A，輸出寫成P=A。與門有2個(gè)以上輸入，它的功能是當(dāng)輸入都是1時(shí)，輸出才是1。這種功能也叫邏輯乘，如果輸入是A、B，輸出寫成P=A·B?；蜷T也有2個(gè)以上輸入，它的功能是輸入有一個(gè)1時(shí)，輸出就是1。這種功能也叫邏輯加，輸出就寫成P=A＋B。

把這三種根本門電路組合起來可以得到各種復(fù)合門電路，如與門加非門成與非門，或門加非門成或非門。圖1是它們的圖形符號和真值表。此外還有與或非門、異或門等等。

數(shù)字集成電路有TTL、HTL、CMOS等多種，所用的電源電壓和極性也不同，但只要它們有一樣的邏輯功能，就用一樣的邏輯符號。而且一般都規(guī)定高電平為1、低電平為0。

〔2〕觸發(fā)器

觸發(fā)器實(shí)際上就是脈沖電路中的雙穩(wěn)電路，它的電路和功能都比門電路復(fù)雜，它也可看成是數(shù)字邏輯電路中的元件。目前也已有集成化產(chǎn)品可供選用。常用的觸發(fā)器有D觸發(fā)器和J—K觸發(fā)器。

D觸發(fā)器有一個(gè)輸入端D和一個(gè)時(shí)鐘信號輸入端CP，為了區(qū)別在CP端加有箭頭。它有兩個(gè)輸出端，一個(gè)是Q一個(gè)是Q，加有小圈的輸出端是Q端。另外它還有兩個(gè)預(yù)置端RD和SD，平時(shí)正常工作時(shí)要RD和SD端都加高電平1，如果使RD=0〔SD仍為1〕，則觸發(fā)器被置成Q=0；如果使SD=0〔RD=1〕，則被置成Q=1。因此RD端稱為置0端，SD端稱為置1端。D觸發(fā)器的邏輯符號見圖2，圖中Q、D、SD端畫在同一側(cè)；Q、RD畫在另一側(cè)。RD和SD都帶小圓圈，表示要加上低電平才有效。

D觸發(fā)器是受CP和D端雙重控制的，CP加高電平1時(shí)，它的輸出和D的狀態(tài)一樣。如D=0，CP來到后，Q=0；如D=1，CP來到后，Q=1。CP脈沖起控制開門作用，如果CP=0，則不管D是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變。這樣的邏輯功能畫成表格就稱為功能表或特性表，見圖2。表中Qn+1表示加上觸發(fā)信號后變成的狀態(tài)，Qn是原來的狀態(tài)。"*〞表示是0或1的任意狀態(tài)。

有的D觸發(fā)器有幾個(gè)D輸入端：D1、D2…它們之間是邏輯與的關(guān)系，也就是只有當(dāng)D1、D2…都是1時(shí)，輸出端Q才是1。

另一種性能更完善的觸發(fā)器叫J－K觸發(fā)器。它有兩個(gè)輸入端：J端和K端，一個(gè)CP端，兩個(gè)預(yù)置端：RD端和SD端，以及兩個(gè)輸出端：Q和Q端。它的邏輯符號見圖3。J－K觸發(fā)器是在CP脈沖的下陣沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，所以在CP端畫一個(gè)小圓圈以示區(qū)別。圖中，J、SD、Q畫在同一側(cè)，K、RD、Q畫在另一側(cè)。

J－K觸發(fā)器的邏輯功能見圖3。有CP脈沖時(shí)〔即CP=1〕：J、K都為0，觸發(fā)器狀態(tài)不變；Qn＋1=Qn，J＝0、K=1，觸發(fā)器被置0：Qn＋1=0；J=1、K=0，Qn+1=1；J=1、K=1，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一下：Qn＋1=Qn。如果不加時(shí)鐘脈沖，即CP=0時(shí)，不管J、K端是什么狀態(tài)，觸發(fā)器都維持原來狀態(tài)不變：Qn＋1=Qn。有的J—K觸發(fā)器同時(shí)有好幾個(gè)J端和K端，J1、J2…和K1、K2…之間都是邏輯與的關(guān)系。有的J－K觸發(fā)器是在CP的上升沿觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的，這時(shí)它的邏輯符號圖的CP端就不帶小圓圈。也有的時(shí)候?yàn)榱耸箞D更簡潔，常常把RD和SD端省略不畫編碼器和譯碼器

能夠把數(shù)字、字母變換成二進(jìn)制數(shù)碼的電路稱為編碼器。反過來能把二進(jìn)制數(shù)碼復(fù)原成數(shù)字、字母的電路就稱為譯碼器。

〔1〕編碼器

圖4〔a〕是一個(gè)能把十進(jìn)制數(shù)變成二進(jìn)制碼的編碼器。一個(gè)十進(jìn)制數(shù)被表示成二進(jìn)制碼必須4位，常用的碼是使從低到高的每一位二進(jìn)制碼相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的1、2、4、8，這種碼稱為8－4－2－1碼或簡稱BCD碼。所以這種編碼器就稱為"10線-4線編碼器〞或"DEC／BCD編碼器〞。

從圖看到，它是由與非門組成的。有10個(gè)輸入端，用按鍵控制，平時(shí)按鍵懸空相當(dāng)于接高電平1。它有4個(gè)輸出端ABCD，輸出8421碼。如果按下"1〞鍵，與"1〞鍵對應(yīng)的線被接地，等于輸入低電平0、于是門D輸出為1，整個(gè)輸出成0001。

如按下"7〞鍵，則B門、C門、D門輸出為1，整個(gè)輸出成0111。如果把這些電路都做在一個(gè)集成片內(nèi)，便得到集成化的10線4線編碼器，它的邏輯符號見圖4〔b〕。左側(cè)有10個(gè)輸入端，帶小圓圈表示要用低電平，右側(cè)有4個(gè)輸出端，從上到下按從低到高排列。使用時(shí)可以直接選用。

〔2〕譯碼器

要把二進(jìn)制碼復(fù)原成十進(jìn)制數(shù)就要用譯碼器。它也是由門電路組成的，現(xiàn)在也有集成化產(chǎn)品供選用。圖5是一個(gè)4線—10線譯碼器。它的左側(cè)為4個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端，右側(cè)有10個(gè)輸出端，從上到下按0、1、…9排列表示10個(gè)十進(jìn)制數(shù)。輸出端帶小圓圈表示低電平有效。平時(shí)10個(gè)輸出端都是高電平1，如輸入為1001碼，輸出"9〞端為低電平0，其余9根線仍為高電平1，這表示"9〞線被譯中。

如果要想把十進(jìn)制數(shù)顯示出來，就要使用數(shù)碼管?，F(xiàn)以共陽極發(fā)光二極管〔LED〕七段數(shù)碼顯示管為例，見圖6。它有七段發(fā)光二極管，如每段都接低電平0，七段都被點(diǎn)亮，顯示出數(shù)字"8〞；如b、c段接低電平0，其余都接1，顯示的是"1〞。可見要把十進(jìn)制數(shù)用七段顯示管顯示出來還要經(jīng)過一次譯碼。如果使用"4線—7線譯碼器〞和顯示管配合使用，就很簡單，輸入二進(jìn)制碼可直接顯示十進(jìn)制數(shù)，見圖6。譯碼器左側(cè)有4個(gè)二進(jìn)制碼的輸入端，右側(cè)有7個(gè)輸出可直接和數(shù)碼管相連。左上側(cè)另有一個(gè)滅燈控制端IB，正常工作時(shí)應(yīng)加高電平1，如不需要這位數(shù)字顯示就在IB上加低電平0，就可使這位數(shù)字熄滅。存放器和移位存放器

〔1〕存放器

能夠把二進(jìn)制數(shù)碼存貯起來的的部件叫數(shù)碼存放器，簡稱存放器。圖7是用4個(gè)D觸發(fā)器組成的存放器，它能存貯4位二進(jìn)制數(shù)。4個(gè)CP端連在一起作為控制端，只有CP=1時(shí)它才接收和存貯數(shù)碼。4個(gè)RD端連在一起成為整個(gè)存放器的清零端。如果要存貯二進(jìn)制碼1001，只要把它們分別加到觸發(fā)器D端，當(dāng)CP來到后4個(gè)觸發(fā)器從高到低分別被置成1、0、0、1，并一直保持到下一次輸入數(shù)據(jù)之前。要想取出這串?dāng)?shù)碼可以從觸發(fā)器的Q端取出。

〔2〕移位存放器

有移位功能的存放器叫移位存放器，它可以是左移的、右移的，也可是雙向移位的。

圖8是一個(gè)能把數(shù)碼逐位左移的存放器。它和一般存放器不同的是：數(shù)碼是逐位串行輸入并加在最低位的D端，然后把低位的Q端連到高一位的D端。這時(shí)CP稱為移位脈沖。

先從RD端送低電平清零，使存放器成0000狀態(tài)。假定要輸入的數(shù)碼是1001，輸入的次序是先高后低逐位輸入。第1個(gè)CP后，1被打入第1個(gè)觸發(fā)器，存放器成0001；第2個(gè)CP后，Qo的1被移入Q1，新的0打入D1，成為0010；第3個(gè)CP后，成為0100；第4個(gè)CP后，成為1001。

可見經(jīng)過4個(gè)CP，存放器就存放了4位二進(jìn)制碼1001。目前已有品種繁多的集成化存放器供選用。計(jì)數(shù)器和分頻器

〔1〕計(jì)數(shù)器

能對脈沖進(jìn)展計(jì)數(shù)的部件叫計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器品種繁多，有作累加計(jì)數(shù)的稱為加法計(jì)數(shù)器，有作遞減計(jì)數(shù)的稱為減法計(jì)數(shù)器；按觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來分又有同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；按數(shù)制來分又有二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和其它進(jìn)位制的計(jì)數(shù)器等等。

現(xiàn)舉一個(gè)最簡單的加法計(jì)數(shù)器為例，見圖9。它是一個(gè)16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值是1111，相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)15。需要計(jì)數(shù)的脈沖加到最低位觸發(fā)器的CP端上，所有的J、K端都接高電平1，各觸發(fā)器Q端接到相鄰高一位觸發(fā)器的CP端上。J—K觸發(fā)器的特性表告訴我們：當(dāng)J=1、K=1時(shí)來一個(gè)CP，觸發(fā)器便翻轉(zhuǎn)一次。在全部清零后，①第1個(gè)CP后沿，觸發(fā)器C0翻轉(zhuǎn)成Q0=1，其余3個(gè)觸發(fā)器仍保持0態(tài)，整個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)是0001。②第2個(gè)CP后沿，觸發(fā)器C0又翻轉(zhuǎn)成"Q0=0，C1翻轉(zhuǎn)成Q1=1，計(jì)數(shù)器成0010?！降?5個(gè)CP后沿，計(jì)數(shù)器成1111?？梢娺@個(gè)計(jì)數(shù)器確實(shí)能對CP脈沖計(jì)數(shù)。2〕分頻器

計(jì)數(shù)器的第一個(gè)觸發(fā)器是每隔2個(gè)CP送出一個(gè)進(jìn)位脈沖，所以每個(gè)觸發(fā)器就是一個(gè)2分頻的分頻器，16進(jìn)制計(jì)數(shù)器就是一個(gè)16分頻的分頻器。

為了提高電子鐘表的準(zhǔn)確度，普遍采用的方法是用晶體振蕩器產(chǎn)生32768赫標(biāo)準(zhǔn)信號脈沖，經(jīng)過15級2分頻處理得到1赫的秒信號。因?yàn)榫w振蕩器的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度很高，所以得到的秒脈沖信號也是準(zhǔn)確可靠的。把它們做到一個(gè)集成片上便是電子手表專用集成電路產(chǎn)品，見圖10。數(shù)字邏輯電路讀圖要點(diǎn)和舉例