電工電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第11、12章 觸發(fā)器及時(shí)序邏輯電路、脈沖信號的產(chǎn)生和整形

11.1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器11.2時(shí)序邏輯電路11.1雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是組成時(shí)序邏輯電路的基本單元電路，其輸出端有兩種可能的穩(wěn)定狀態(tài)：０態(tài)或１態(tài)。按邏輯功能可分為ＲＳ觸發(fā)器、ＪＫ觸發(fā)器、Ｄ觸發(fā)器和Ｔ觸發(fā)器等。１１．１．１基本ＲＳ觸發(fā)器將兩個(gè)與非門的輸出端、輸入端相互交叉連接，就構(gòu)成了基本ＲＳ觸發(fā)器，如圖１１．１．１（ａ）所示，圖１１．１．１（ｂ）所示為它的邏輯符號正常工作時(shí)，Ｑ和的邏輯狀態(tài)相反。通常用Ｑ端的狀態(tài)來表示觸發(fā)器的狀態(tài)。當(dāng)＝0時(shí)，稱觸發(fā)器為０態(tài)或復(fù)位狀態(tài)，當(dāng)Ｑ＝１時(shí)，稱觸發(fā)器為１態(tài)或置位狀態(tài)。下面分四種情況來討論觸發(fā)器的邏輯功能。（１）設(shè)觸發(fā)器原狀態(tài)為０態(tài)，即根據(jù)觸發(fā)器的邏輯圖，Ｑ＝０送到門Ｇ２的輸入端，從而保證了；而送到門Ｇ１的輸入端，與共同作用，又保證了Ｑ＝０。因此觸發(fā)器仍保持了原來的０態(tài)。設(shè)觸發(fā)器原狀態(tài)為１態(tài)，即送到門Ｇ１的輸入端，從而保證了Ｑ＝１；而Ｑ＝１送到門Ｇ２的輸入端，與共同作用，又保證了因此觸發(fā)器仍保持了原來的１態(tài)。可見，無論原狀態(tài)為０還是為１，當(dāng)均為高電平時(shí)，觸發(fā)器具有保持原狀態(tài)的功能，也說明觸發(fā)器具有記憶０或１的功能。正因如此，觸發(fā)器可以用來存放一位二進(jìn)制數(shù)。（２）當(dāng)ＲＤ＝０時(shí)，無論原來Ｑ的狀態(tài)如何，都有所以觸發(fā)器置為０態(tài)。因而端稱為置０端或復(fù)位端。觸發(fā)器置０后，無論變?yōu)椋被蛉詾椋埃灰３指唠娖接|發(fā)器保持０態(tài)。（３）無論的狀態(tài)如何，都有Ｑ＝１，所以，觸發(fā)器被置為１態(tài)。一旦觸發(fā)器被置為１態(tài)之后，只要保持不變，即使Ｄ由０跳變?yōu)椋?，觸發(fā)器仍保持１態(tài)。端稱為置１端或置位端。（４）無論觸發(fā)器原來狀態(tài)如何，只要同時(shí)為０，都有不符合Ｑ和，為相反的邏輯狀態(tài)的要求。一旦Ｄ由低電平同時(shí)跳變?yōu)楦唠娖?，由于門的傳輸延遲時(shí)間不同，使得觸發(fā)器的狀態(tài)不確定。據(jù)此得到基本ＲＳ觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表，如表１１．１．１所示。在圖１１．１．１（ｂ）所示的邏輯符號中，輸入端靠近方框處畫有小圓圈，其含義是負(fù)脈沖置位或復(fù)位，即低電平有效。也有采用正脈沖來置位或復(fù)位的基本ＲＳ觸發(fā)器，其邏輯符號中輸入端靠近方框處沒有小圓圈。基本ＲＳ觸發(fā)器，雖然具有記憶和置０、置１功能，可以用來表示或存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼，但由于基本ＲＳ觸發(fā)器的輸出狀態(tài)受輸入狀態(tài)的直接控制，使其應(yīng)用范圍受到限制。因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)字系統(tǒng)中往往有多個(gè)觸發(fā)器，有時(shí)要求用統(tǒng)一的信號來指揮各觸發(fā)器同時(shí)動作，這個(gè)指揮信號叫“時(shí)鐘脈沖”。有時(shí)鐘脈沖控制的觸發(fā)器叫可控觸發(fā)器。１１．１．２時(shí)鐘控制的ＲＳ觸發(fā)器時(shí)鐘控制的ＲＳ觸發(fā)器及其邏輯符號如圖１１．１．２所示。后面兩個(gè)與非門Ｇ１、Ｇ２構(gòu)成基本ＲＳ觸發(fā)器；前面的兩個(gè)與非門Ｇ３、Ｇ４組成控制電路，通常稱為控制門，以控制觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時(shí)刻。Ｃ為時(shí)鐘脈沖ＣＰ輸入端，為直接復(fù)位端或直接置０端，為直接置位端或置１端，它們不受時(shí)鐘脈沖ＣＰ的控制，端線處的小圓圈表明低電平有效，因此不用時(shí)應(yīng)使其為１態(tài)。由圖可見，當(dāng)ＣＰ端處于低電平，即ＣＰ＝０時(shí)，將Ｇ３、Ｇ４封鎖。這時(shí)不論Ｒ和Ｓ端輸入何種信號，Ｇ３、Ｇ４輸出均為１，基本ＲＳ觸發(fā)器的狀態(tài)不變。當(dāng)ＣＰ端處于高電平，即ＣＰ＝１時(shí)，Ｇ３、Ｇ４打開，輸入信號通過Ｇ３、Ｇ４的輸出去觸發(fā)基本ＲＳ觸發(fā)器。下面分析ＣＰ＝１時(shí)觸發(fā)器的工作情況：Ｒ＝０，Ｓ＝１，Ｇ３輸出低電平０，從而使Ｇ１輸出高電平1，即Ｑ＝1；Ｒ＝1，Ｓ＝0，這時(shí)將使觸發(fā)器置０；當(dāng)Ｒ＝Ｓ＝０時(shí)，Ｇ３、Ｇ４的輸出全都為1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。但當(dāng)Ｒ＝Ｓ＝１，Ｇ３、Ｇ４的輸出均為０，違背了基本ＲＳ觸發(fā)器的輸入條件，應(yīng)禁止。因此，對時(shí)鐘控制的ＲＳ觸發(fā)器來說，Ｒ端和Ｓ端不允許同時(shí)為１。一般用Ｑｎ表示時(shí)鐘脈沖到來之前觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，稱為初態(tài)，Ｑｎ＋１表示時(shí)鐘脈沖到來之后觸發(fā)器的輸出狀態(tài)，稱為次態(tài)。根據(jù)上述分析可列出時(shí)鐘控制的ＲＳ觸發(fā)器邏輯狀態(tài)表，如表１１．１．２所示。時(shí)鐘控制的ＲＳ觸發(fā)器在ＣＰ＝０期間，無論Ｒ和Ｓ如何變化，觸發(fā)器輸出端狀態(tài)都不變。而在ＣＰ＝１期間，若Ｒ或Ｓ發(fā)生多次變化則會引起觸發(fā)器狀態(tài)的多次變化。而邊沿觸發(fā)器的狀態(tài)變化只發(fā)生在時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿時(shí)刻。１１．１．３ＪＫ觸發(fā)器ＪＫ觸發(fā)器是一種功能比較完善，應(yīng)用極為廣泛的觸發(fā)器。不同的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)具有不同的觸發(fā)特性，可以用邏輯符號加以區(qū)分。圖１１．１．３所示為ＣＰ下降沿觸發(fā)的ＪＫ觸發(fā)器的邏輯符號。它有一個(gè)直接置位端一個(gè)直接復(fù)位端兩個(gè)輸入端Ｊ和Ｋ，Ｃ端為時(shí)鐘脈沖輸入端，靠邊框的小圓圈代表下降沿觸發(fā)，即ＣＰ＝１時(shí)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)不變，ＣＰ由１跳變?yōu)椋皶r(shí)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)依據(jù)Ｊ和Ｋ端的狀態(tài)而定。若Ｃ端處無小圓圈，則表明在ＣＰ的上升沿觸發(fā)。表１１．１．３所示為ＪＫ觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表。

由邏輯狀態(tài)表可知，ＪＫ觸發(fā)器的邏輯功能為（１）當(dāng)Ｊ＝０，Ｋ＝０時(shí)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器的狀態(tài)不變，即如果現(xiàn)態(tài)為１，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)仍為１態(tài)。若現(xiàn)態(tài)為０，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)仍保持０態(tài)。也即Ｊ和Ｋ都為０時(shí)，觸發(fā)器具有保持原狀態(tài)的功能。（２）當(dāng)Ｊ＝０，Ｋ＝１時(shí)，無論觸發(fā)器原來是何種狀態(tài)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，輸出均為０態(tài)；當(dāng)Ｊ＝１，Ｋ＝０時(shí)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，輸出均為１態(tài)。即Ｊ、Ｋ相異時(shí)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，輸出端同Ｊ端狀態(tài)。（３）當(dāng)Ｊ＝１，Ｋ＝１時(shí)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，即若原來為１態(tài)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)椋埃蝗粼瓉頌椋皯B(tài)，時(shí)鐘脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)變?yōu)椋睉B(tài)。也即來一個(gè)觸發(fā)脈沖，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次，說明它具有計(jì)數(shù)功能。此時(shí)，觸發(fā)器從邏輯功能上可稱為Ｔ′觸發(fā)器，Ｔ′觸發(fā)器在每來一個(gè)脈沖時(shí)，翻轉(zhuǎn)一次。Ｊ＝Ｋ時(shí)的觸發(fā)器從邏輯功能上可稱為Ｔ觸發(fā)器。當(dāng)Ｔ＝０時(shí)，每來一個(gè)脈沖時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)；當(dāng)Ｔ＝１時(shí)，每來一個(gè)脈沖時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。為了擴(kuò)大ＪＫ觸發(fā)器的使用范圍，常常做成多輸入結(jié)構(gòu)，各同名輸入端為與邏輯關(guān)系。１１．１．４Ｄ觸發(fā)器Ｄ觸發(fā)器也是一種應(yīng)用廣泛的觸發(fā)器。圖１１．１．４所示為Ｄ觸發(fā)器的邏輯符號。Ｄ為輸入端，為直接置位端，為直接復(fù)位端，在ＣＰ的上升沿觸發(fā)（若Ｃ端有小圓圈，則表示下降沿觸發(fā)）。表１１．１．４所示為其邏輯狀態(tài)表。１１．２時(shí)序邏輯電路電路在某一時(shí)刻的穩(wěn)定輸出，不僅與當(dāng)前的輸入有關(guān)，還與電路過去的狀態(tài)有關(guān)，把這種電路稱為時(shí)序邏輯電路。在結(jié)構(gòu)上，時(shí)序邏輯電路除包含組合邏輯電路部分外，還包含存儲電路（鎖存器或觸發(fā)器）。計(jì)數(shù)器就是一種典型的時(shí)序邏輯電路，是用來累計(jì)輸入脈沖數(shù)目的邏輯部件。在數(shù)字邏輯系統(tǒng)中，需要對輸入脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)或?qū)γ}沖信號進(jìn)行分頻、定時(shí)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字測量、運(yùn)算和控制。因此計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中一種基本的數(shù)字部件。計(jì)數(shù)器的種類很多，按計(jì)數(shù)脈沖的作用方式可分為異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器。按計(jì)數(shù)的功能可分為加法計(jì)數(shù)器、減法計(jì)數(shù)據(jù)和可逆計(jì)數(shù)器。按進(jìn)位制可分為二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是指在輸入脈沖的作用下，計(jì)數(shù)器按自然態(tài)序循環(huán)經(jīng)歷２ｎ個(gè)獨(dú)立狀態(tài)（ｎ為計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器的個(gè)數(shù)），因此又可稱為模２ｎ進(jìn)制計(jì)數(shù)器，即模數(shù)：Ｍ＝２ｎ。計(jì)數(shù)器可以由ＪＫ或Ｄ觸發(fā)器構(gòu)成，目前廣泛應(yīng)用的是各種類型的集成計(jì)數(shù)器。１１．２．１計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)原理及基本電路

圖１１．２．１所示為由Ｄ觸發(fā)器組成的異步計(jì)數(shù)器。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：各級觸發(fā)器的時(shí)鐘來源不同，除第一級時(shí)鐘脈沖輸入端由外加時(shí)鐘脈沖控制外，其余各級時(shí)鐘脈沖輸入端與其前一級的輸出端相連。各觸發(fā)器動作時(shí)刻不一致，所以稱為異步計(jì)數(shù)器。每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，Ｄ觸發(fā)器（邏輯功能等同于Ｔ觸發(fā)器）狀態(tài)翻轉(zhuǎn)一次。下面分析它的工作過程。

由于外加時(shí)鐘脈沖接第一級的時(shí)鐘脈沖輸入端，因此每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿，觸發(fā)器Ｑ０的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)Ｑ０由１變０時(shí)，Ｑ１才翻轉(zhuǎn)，其他情況下Ｑ１均不變。同理，只有當(dāng)Ｑ１從１變?yōu)椋皶r(shí)，Ｑ２狀態(tài)才翻轉(zhuǎn)。假設(shè)計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為Ｑ２Ｑ１Ｑ０＝０００，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿到達(dá)后，電路由０００翻轉(zhuǎn)為００１。當(dāng)?shù)诙€(gè)ＣＰ下降沿到達(dá)后，計(jì)數(shù)器由００１翻轉(zhuǎn)為０１０，……，依此類推，經(jīng)過８個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，計(jì)數(shù)器狀態(tài)又恢復(fù)為０００，即完成了一個(gè)計(jì)數(shù)循環(huán)，得其狀態(tài)表如表１１．２．１所示。由表可見，該電路是一個(gè)異步三位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。由以上分析可得出如下結(jié)論；（１）三級觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器，經(jīng)８個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器狀態(tài)循環(huán)一次，所以又稱為八進(jìn)制計(jì)數(shù)器（或稱模８計(jì)數(shù)器）。因而，ｎ個(gè)觸發(fā)器串聯(lián)，可組成模數(shù)為２ｎ的計(jì)數(shù)器。（２）每來一個(gè)ＣＰ脈沖，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)加１，所以叫加法計(jì)數(shù)。若將三個(gè)觸發(fā)器按圖１１．２．２所示的方法連接，則構(gòu)成異步減法計(jì)數(shù)器。其工作過程請讀者自行分析。

由上述分析可知，要構(gòu)成異步二進(jìn)制加法或減法計(jì)數(shù)器，只需用具有Ｔ功能的觸發(fā)器構(gòu)成計(jì)數(shù)器的每一位，最低位時(shí)鐘脈沖輸入端接用來計(jì)數(shù)的時(shí)鐘脈沖源ＣＰ，其他位觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端則接到與它相鄰低位的Ｑ端或

端，是接Ｑ端還是

端，應(yīng)視觸發(fā)器的觸發(fā)方式和計(jì)數(shù)功能而定。如果構(gòu)成加法計(jì)數(shù)器，且觸發(fā)器為下跳沿觸發(fā)，則相鄰低位作由１到０變化時(shí)，其Ｑ端正好作比它高一位觸發(fā)器所需的由１到０跳變的計(jì)數(shù)脈沖輸入，因此該位時(shí)鐘脈沖輸入端應(yīng)接相Ｑ端；如果構(gòu)成計(jì)數(shù)器的觸發(fā)器為上跳沿觸發(fā)，則剛才的加法計(jì)數(shù)器變?yōu)闇p法計(jì)數(shù)器，減法計(jì)數(shù)器變?yōu)榧臃ㄓ?jì)數(shù)器，具體工作過程請讀者自行分析。

異步計(jì)數(shù)器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是各觸發(fā)器信號逐級傳遞，需要一定的傳輸延遲時(shí)間，因而計(jì)數(shù)速度受到限制，為此可采用同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。為了提高計(jì)數(shù)器的工作速度，可將計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)加到計(jì)數(shù)器中各個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，使各觸發(fā)器的狀態(tài)變換與計(jì)數(shù)脈沖同步，再將各輸入端適當(dāng)連接，ｎ個(gè)觸發(fā)器就可組成模數(shù)為２ｎ的同步加減計(jì)數(shù)器或十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

十進(jìn)制計(jì)數(shù)器是在二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的基礎(chǔ)上得出的，用四位二進(jìn)制數(shù)來代表十進(jìn)制數(shù)的每一位，所以也稱為二—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使用最多的是８４２１ＢＣＤ碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。采用８４２１ＢＣＤ碼，要求計(jì)數(shù)器從００００開始計(jì)數(shù)，到第９個(gè)計(jì)數(shù)脈沖作用后變?yōu)椋保埃埃?，輸入第１０個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后，又返回到初始狀態(tài)００００，即計(jì)數(shù)器狀態(tài)經(jīng)過１０個(gè)脈沖循環(huán)一次，實(shí)現(xiàn)“逢十進(jìn)一”。１１．２．２常用中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器種類較多，使用也十分廣泛，它可分為同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器兩大類，通常的ＭＳＩ計(jì)數(shù)器為ＢＣＤ碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器或四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這些計(jì)數(shù)器的功能較完善，還可自擴(kuò)展，如常用的集成同步四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器有７４ＬＳ１６１、７４ＬＳ１６３、７４ＬＳ１９１、７４ＬＳ１９３；同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器有７４１６０、７４ＬＳ１９０；異步四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器有７４ＬＳ２９３；異步二—五—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器有７４ＬＳ２９０等。

７４ＬＳ２９０的引線端子圖如圖１１．２．３所示，７４ＬＳ１６１是同步的可預(yù)置四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，圖１１．２．４所示為它的引線端子圖。１．異步集成計(jì)數(shù)器７４ＬＳ２９０功能７４ＬＳ２９０是異步二—五—十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，Ｒ０（１）和Ｒ０（２）是清零輸入端，高電平有效；Ｓ９（１）和Ｓ９（２）是置“９”輸入端，其高電平使電路輸出狀態(tài)為１００１。清零和置“９”信號只要有效就可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，不必等待時(shí)鐘脈沖，因而叫做異步清零和置“９”。ＣＰ０和ＣＰ１是它的兩個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入端。引腳２和引腳６是空腳。只輸入計(jì)數(shù)脈沖ＣＰ０時(shí)，由Ｑ０輸出，為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)狀態(tài)為０和１；只輸入計(jì)數(shù)脈沖ＣＰ１時(shí)，由Ｑ３Ｑ２Ｑ１輸出，計(jì)數(shù)狀態(tài)從０００開始加計(jì)數(shù)到１００，為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；將Ｑ０端與ＣＰ１連接，輸入計(jì)數(shù)脈沖ＣＰ０時(shí)，計(jì)數(shù)狀態(tài)從００００開始加計(jì)數(shù)到１００１，為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。２．同步集成計(jì)數(shù)器７４ＬＳ１６１的功能Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ０為計(jì)數(shù)器輸出端，ＲＣＯ為進(jìn)位輸出端；ＥＰ、ＥＴ為控制（使能）輸入端，為清零控制端，為預(yù)置控制端，Ａ０～Ａ３依次為數(shù)據(jù)輸入端的低位至高位。（１）“異步清零”。當(dāng)時(shí)，使各觸發(fā)器清成零狀態(tài)，由于這種清零方式不需與時(shí)鐘脈沖ＣＰ同步就可直接完成，稱為“異步清零”。（２）“同步預(yù)置”。當(dāng)且在ＣＰ上升沿時(shí)可將相應(yīng)的數(shù)據(jù)置入各觸發(fā)器，由于將預(yù)置Ａ０～Ａ３數(shù)據(jù)置入相應(yīng)觸發(fā)器Ｑ３、Ｑ２、Ｑ１、Ｑ０需有ＣＰ時(shí)鐘脈沖相配合，因此稱為“同步預(yù)置”。（３）保持。當(dāng)且控制輸入端ＥＰ、ＥＴ中有一個(gè)為“０”電平，此時(shí)無論有無計(jì)數(shù)脈沖輸入，各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)均保持不變。（４）計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器進(jìn)行四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)。當(dāng)同步計(jì)數(shù)器累加到“１１１１”時(shí)，溢出進(jìn)位輸出端ＲＣＯ送出高電平。１１．２．３任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的構(gòu)成目前常用的計(jì)數(shù)器主要是二進(jìn)制和十進(jìn)制，當(dāng)需要任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器時(shí)，只能將現(xiàn)有的計(jì)數(shù)器改接而得。下面介紹兩種改接方法。以Ｎ表示已有中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的進(jìn)制，以Ｍ表示待實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的進(jìn)制。若Ｍ＜Ｎ，只需一片集成計(jì)數(shù)器，如果Ｍ＞Ｎ，則需多片集成計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。１．Ｍ＜Ｎ的情況在Ｎ進(jìn)制計(jì)數(shù)器的順序計(jì)數(shù)過程中，設(shè)法跳過Ｎ－Ｍ個(gè)狀態(tài)，就得到了Ｍ進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)狀態(tài)跳躍的方式有置零法和置數(shù)法兩種。

置零法適用于有置零輸入端的計(jì)數(shù)器，圖１１．２．５（ａ）所示為置零法原理示意圖。對于有異步置零輸入端的計(jì)數(shù)器，其工作原理為：設(shè)原有計(jì)數(shù)器為Ｎ進(jìn)制，當(dāng)它從全０狀態(tài)Ｓ０開始計(jì)數(shù)并收到Ｍ個(gè)計(jì)數(shù)脈沖以后，電路進(jìn)入ＳＭ狀態(tài)。若將ＳＭ狀態(tài)譯碼產(chǎn)生一個(gè)置零信號加到計(jì)數(shù)器的異步置零輸入端，則計(jì)數(shù)器將立刻返回Ｓ０狀態(tài)，以跳過Ｎ～Ｍ個(gè)狀態(tài)而得到Ｍ進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由于電路一進(jìn)入ＳＭ狀態(tài)后立即又被置成Ｓ０狀態(tài)，ＳＭ狀態(tài)僅在極短的瞬間出現(xiàn)，穩(wěn)定狀態(tài)的循環(huán)中不應(yīng)該包含ＳＭ狀態(tài)。而對于有同步置零輸入端的計(jì)數(shù)器，由于置零輸入端變?yōu)橛行щ娖胶笥?jì)數(shù)器并不會立刻被置零，必須等下一個(gè)時(shí)鐘信號到達(dá)后，才能將計(jì)數(shù)器置零，因而應(yīng)由ＳＭ－１狀態(tài)譯出同步置零信號。且ＳＭ－１狀態(tài)包含在穩(wěn)定狀態(tài)的循環(huán)當(dāng)中。置數(shù)法適用于有預(yù)置數(shù)功能的計(jì)數(shù)器，圖１１．２．５（ｂ）所示為置數(shù)法原理示意圖。置數(shù)法是通過給計(jì)數(shù)器重復(fù)置入某個(gè)數(shù)值來跳越Ｎ－Ｍ個(gè)狀態(tài)，從而獲得Ｍ進(jìn)制計(jì)數(shù)器。置數(shù)操作可以在電路的任何一個(gè)狀態(tài)下進(jìn)行。對于異步式預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，只要的信號一出現(xiàn)，立即會將數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，而不受ＣＰ信號的控制，因此的信號應(yīng)從Ｓｉ＋１狀態(tài)譯出。由于Ｓｉ＋１狀態(tài)只在極短瞬間出現(xiàn)，穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中不應(yīng)該包含這個(gè)狀態(tài)。而對于同步式預(yù)置數(shù)的計(jì)數(shù)器，的信號應(yīng)從Ｓｉ狀態(tài)譯出，待下一個(gè)ＣＰ信號到來時(shí)，才將要置入的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器。穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中包含Ｓｉ。12.1概述12.2集成555定時(shí)器及其應(yīng)用12.1概述在數(shù)字電路或系統(tǒng)中，時(shí)鐘脈沖信號用來控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。獲得這種矩形脈沖的方法有兩種：一種是利用多諧振蕩器直接產(chǎn)生；另一種是通過整形電路變換而成。整形電路又分為兩類：施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它們可以使輸入波形的邊沿變陡峭，形成規(guī)定的矩形脈沖。為了定量地描述矩形脈沖的特性，經(jīng)常使用如圖１２．１．１所示參數(shù)來表述矩形脈沖的性能指標(biāo)，即：脈沖周期Ｔ———周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個(gè)相鄰脈沖間的時(shí)間間隔。頻率ｆ＝１／Ｔ———單位時(shí)間內(nèi)脈沖重復(fù)的次數(shù)。脈沖幅度Ｕｍ———脈沖電壓最大變化的幅值。脈沖寬度ｔｗ———從脈沖前沿０．５Ｕｍ始，到脈沖后沿０．５Ｕｍ止的一段時(shí)間。上升時(shí)間ｔｒ———脈沖從０．１Ｕｍ上升到０．９Ｕｍ所需的時(shí)間。下降時(shí)間ｔｆ———脈沖從０．９Ｕｍ下降到０．１Ｕｍ所需的時(shí)間。上述幾個(gè)指標(biāo)反映了一個(gè)矩形脈沖的基本特性。１２．２集成５５５定時(shí)器及其應(yīng)用１２．２．１集成５５５定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)與功能

５５５定時(shí)器是一個(gè)中規(guī)模數(shù)／模混合集成電路，應(yīng)用它可以很方便地構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及多諧振蕩器。５５５定時(shí)器產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號的最后３位數(shù)碼都是５５５，所有ＣＭＯＳ型產(chǎn)品型號的最后４位數(shù)碼都是７５５５。而且，它們的功能和外部引腳的排列完全相同。為了提高集成度，隨后又出現(xiàn)了雙定時(shí)器產(chǎn)品５５６（雙極型）和７５５６（ＣＭＯＳ型）。

圖１２．２．１所示為國產(chǎn)雙極型集成定時(shí)器ＣＢ５５５的電路結(jié)構(gòu)和外引線排列圖。它由電壓比較器Ｃ１和Ｃ２、電阻分壓器、基本ＲＳ鎖存器、集電極開路的放電三極管ＶＤ和輸出緩沖級幾個(gè)基本單元組成。其中電壓比較器Ｃ１和Ｃ２的參考電壓ＵＲ１和ＵＲ２由電源ＵＣＣ經(jīng)三個(gè)５ｋΩ電阻分壓給出。

從圖１２．２．１（ｂ）的外引線排列圖可知，定時(shí)器具有８個(gè)引出端：①接地端；②觸發(fā)端，即比較器Ｃ２的輸入端；③輸出端；④置零輸入端，只要在該端加上低電平，輸出立即被置成低電平，而不受其他輸入端狀態(tài)的影響，正常工作時(shí)必須使其處于高電平；⑤控制電壓輸入端，當(dāng)該端懸空時(shí)，如果從該端外接電壓，則ＵＲ１＝ＵＣＯ，ＵＲ２

⑥閾值端，即比較器Ｃ１的輸入端；⑦泄放端；⑧正電源端。

由圖１２．２．１（ａ）可知，當(dāng)ｕＩ１＞ＵＲ１、ｕＩ２＞ＵＲ２時(shí)，比較器Ｃ１的輸出ｕＣ１＝０（即低電平）、比較器Ｃ２的輸出ｕＣ２＝１（即高電平），ＲＳ鎖存器被置成０，三極管ＶＤ導(dǎo)通，同時(shí)ｕＯ為低電平。

當(dāng)ｕＩ１＜ＵＲ１、ｕＩ２＞ＵＲ２時(shí)，比較器Ｃ１的輸出ｕＣ１＝１，比較器Ｃ２的輸出ｕＣ２＝１，ＲＳ鎖存器的狀態(tài)保持不變，因而三極管ＶＤ和輸出ｕＯ的狀態(tài)也維持不變。

當(dāng)ｕＩ１＜ＵＲ１、ｕＩ２＜ＵＲ２時(shí)，比較器Ｃ１的輸出ｕＣ１＝１，比較器Ｃ２的輸出ｕＣ２＝０，故ＲＳ鎖存器被置成１，三極管ＶＤ截止，同時(shí)ｕＯ為高電平。

當(dāng)ｕＩ１＞ＵＲ１、ｕＩ２＜ＵＲ２時(shí)，比較器Ｃ１的輸出ｕＣ１＝０，比較器Ｃ２的輸出ｕＣ２＝０，故ＲＳ鎖存器處于Ｑ＝

＝１的狀態(tài)，三極管ＶＤ截止，同時(shí)ｕＯ為高電平。這樣就得到了表１２．２．１所示的ＣＢ５５５的功能表。５５５定時(shí)器的輸出緩沖級是為了提高電路的帶負(fù)載能力而設(shè)置的。如果將ＶＤ的集電極輸出端ｕＯＤ經(jīng)過電阻接到電源上，那么只要該電阻的阻值足夠大，ｕＯＤ將與ｕＯ具有相同的高、低電平。這一特點(diǎn)將在后續(xù)５５５定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器中被利用。５５５定時(shí)器能在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，并可承受較大的負(fù)載電流。雙極型５５５定時(shí)器的電源電壓范圍為５～１６Ｖ，最大的負(fù)載電流達(dá)２００ｍＡ。ＣＭＯＳ型５５５定時(shí)器的電源電壓范圍為３～１８Ｖ，但最大的負(fù)載電流在４ｍＡ以下。５５５定時(shí)器在儀器、儀表和自動化控制裝置中應(yīng)用很廣。它可以組成定時(shí)、延時(shí)和脈沖調(diào)制等各種電路。１２．２．２５５５定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器將５５５定時(shí)器的高電平觸發(fā)端和低電平觸發(fā)端連接起來，作為觸發(fā)信號的輸入端，就可構(gòu)成施密特觸發(fā)器。電路如圖１２．２．２所示。

由于ｕＩ１和ｕＩ２是５５５定時(shí)器中電壓比較器的輸入端，而兩個(gè)比較器的參考電壓是不同的，當(dāng)將ｕＩ１和ｕＩ２連接在一起時(shí)，ＲＳ鎖存器的置０、置１信號必然發(fā)生在輸入信號ｕＩ的不同電平。因此，輸出電壓ｕＯ由高電平變?yōu)榈碗娖交蛴傻碗娖阶優(yōu)楦唠娖剿鶎?yīng)的ｕＩ值也不相同。這樣就形成了施密特觸發(fā)特性。為提高比較器參考電壓ＵＲ１和ＵＲ２的穩(wěn)定性，通常在ＵＣＯ端接一個(gè)０．０１μＦ左右的濾波電容。下面討論電路的工作原理，首先分析ｕＩ從０逐漸升高的過程：圖１２．２．３為圖１２．２．２電路的電壓傳輸特性。如果參考電壓由外接電壓ＵＣＯ供給，則不難看出這時(shí)通過改變ＵＣＯ值可以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。ＵＣＯ越大，ΔＵＴ也越大，電路的抗干擾能力就越強(qiáng)。１２．２．３５５５定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器若以５５５定時(shí)器的ｕＩ２端作為觸發(fā)信號的輸入端，并將由ＶＤ和Ｒ組成的反相器輸出電壓ｕＯＤ接至ｕＩ１端，同時(shí)在ｕＩ１對地接入電容Ｃ，就構(gòu)成如圖１２．２．４所示的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。Ｒ、Ｃ為外接定時(shí)元件。在剛接通電源時(shí)，如果沒有觸發(fā)信號，ｕＩ處于高電平，那么穩(wěn)定的電路狀態(tài)一定是ｕＣ１＝ｕＣ２＝１，Ｑ＝０，ｕＯ＝０。假定接通電源后ＲＳ鎖存器停留在Ｑ＝０的狀態(tài)，則ＶＤ導(dǎo)通使ｕＣ≈０，電容Ｃ上無電荷。故ｕＣ１＝ｕＣ２＝１，ＲＳ鎖存器保持Ｑ＝０的狀態(tài)，ｕＯ＝０將穩(wěn)定地維持不變。如果接通電源后ＲＳ鎖存器停留在Ｑ＝１的狀態(tài)，這時(shí)ＶＤ一定截止，電源ＵＣＣ便經(jīng)電阻Ｒ向電容Ｃ充電。當(dāng)充至ｕＣ１由１變?yōu)椋?，使ＲＳ鎖存器置０。同時(shí)，ＶＤ導(dǎo)通，電容Ｃ經(jīng)ＶＤ迅速放電，使ｕＣ≈０。此后由于ｕＣ１＝ｕＣ２＝１，ＲＳ鎖存器保持０狀態(tài)不變，輸出也相應(yīng)穩(wěn)定在ｕＯ＝０的狀態(tài)。因此，通電后穩(wěn)態(tài)時(shí)電路應(yīng)自動地停留在ｕＯ＝０的穩(wěn)態(tài)上。當(dāng)觸發(fā)脈沖的下降沿到來時(shí)，只要負(fù)脈沖的低電平值小于就使ｕＣ２＝０（此時(shí)ｕＣ１＝１），ＲＳ鎖存器被置成１，ｕＯ跳變?yōu)楦唠娖?，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。與此同時(shí)ＶＤ截止，ＵＣＣ經(jīng)電阻Ｒ開始向電容Ｃ充電。當(dāng)充至?xí)r，ｕＣ１變?yōu)椋啊Ｈ绻藭r(shí)輸入端的觸發(fā)脈沖已經(jīng)消失，即ｕＩ回到高電平，ｕＣ２＝１，則ＲＳ鎖存器被置成０，于是輸出返回ｕＯ＝０的狀態(tài)。同時(shí)ＶＤ又變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，電容Ｃ經(jīng)ＶＤ迅速放電，直至ｕＣ≈０，電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。圖１２．２．５所示為在外加觸發(fā)信號作用下ｕＣ和ｕＯ相應(yīng)的波形圖。輸出脈沖的寬度ｔＷ等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間取決于外接電阻Ｒ和電容Ｃ的大小。由圖１２．２．５可知，ｔＷ等于電容電壓在充電過程中從０上升到Ｃ所需要的時(shí)間，因此得到通常Ｒ的取值范圍在幾百歐姆到幾兆歐姆之間，電容Ｃ的取值范圍在幾百皮法到幾百微法之間，則ｔＷ的范圍為幾微秒到幾分鐘。但必須注意，隨著ｔＷ的寬度增加，它的精度和穩(wěn)定度也將下降。應(yīng)當(dāng)說明的是，這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路對輸入脈沖寬度是有一定要求的，即觸發(fā)脈沖寬度要小于暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間ｔＷ。在實(shí)際應(yīng)用中如遇到ｕＩ的脈沖寬度大于ｔＷ時(shí)，應(yīng)先經(jīng)微分電路將ｕＩ轉(zhuǎn)變成尖脈沖之后再加到電路的輸入端，如圖１２．２．６所示。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。其工作特性可歸結(jié)為如下三點(diǎn)：（１）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)。（２）在外界觸發(fā)信號作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間ｔｗ