電工電子7教材

汽車電工電子技術(shù)高等職業(yè)教育“十二五”規(guī)劃教材賈寶會張文主編機(jī)械工業(yè)出版社第1章汽車常用電器元器件第2章汽車電路基礎(chǔ)第3章正弦交流電路第4章磁路及電磁器件第5章二極管與晶體管控制電路第6章發(fā)電機(jī)與電動機(jī)第7章數(shù)字電路基礎(chǔ)第8章汽車電子控制技術(shù)簡介了解數(shù)制及其之間的轉(zhuǎn)換方法能夠利用邏輯門電路的邏輯關(guān)系和邏輯函數(shù)的表示方法分析簡單的數(shù)字邏輯關(guān)系能夠利用常用組合邏輯電路的邏輯功能分析汽車數(shù)字顯示電路的工作過程

掌握常用觸發(fā)器的邏輯功能和簡單應(yīng)用能夠?qū)ζ囍袝r(shí)序邏輯控制電路的工作過程進(jìn)行分析能夠分析由555定時(shí)器構(gòu)成的汽車主要集成電路的工作過程

本章學(xué)習(xí)目標(biāo)第7章數(shù)字電路基礎(chǔ)數(shù)制及碼制7.1常用邏輯門電路及其功能7.2汽車儀表顯示數(shù)字電路7.3汽車數(shù)字電路的時(shí)序控制7.4汽車常用集成電路7.57.1數(shù)制與碼制1．能夠理解模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別和特點(diǎn)。

2．能夠?qū)ΤＳ玫臄?shù)制及碼型進(jìn)行變換。3．能夠了解汽車內(nèi)信號的簡單變換。學(xué)習(xí)目的7.1.1模擬信號與數(shù)字信號電子電路中的信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號兩大類。（1）模擬信號是指時(shí)間連續(xù)，數(shù)值也連續(xù)的信號。例如，正弦交流電壓就是一種典型的模擬信號，如圖7-1a所示。模擬信號是時(shí)間和幅度上都連續(xù)的信號，如收音機(jī)信號和電話里的聲音信號等。

理論課堂（2）數(shù)字信號是指時(shí)間和數(shù)值都是“離散”的信號。例如，電子表的秒信號、生產(chǎn)流水線上記錄零件個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)信號等，它們的變化發(fā)生在一系列離散的瞬間，它們的值也是離散的。數(shù)字信號只有兩個(gè)離散值，常用數(shù)字0和1來表示。數(shù)字信號在電路中往往表現(xiàn)為突變的電壓或電流，如圖7-1b所示。

圖7-1a正弦交流電壓波形圖7-1b典型的數(shù)字信號數(shù)字信號的0和1沒有大小之分，只代表兩種對立的狀態(tài)，稱為邏輯0和邏輯1，也稱為二值數(shù)字邏輯。數(shù)字信號是一種二值信號，用兩個(gè)電平（高電平和低電平）分別來表示兩個(gè)邏輯值（邏輯1和邏輯0）。那么究竟用哪個(gè)電平來表示哪個(gè)邏輯值呢？

在數(shù)字信號中一般規(guī)定兩種邏輯體制。正邏輯體制規(guī)定，高電平為邏輯1，低電平為邏輯0。如TTL門電路中高電平3.6V,低電平0.3V。負(fù)邏輯體制規(guī)定，低電平為邏輯1，高電平為邏輯0。模擬電路，就是用來處理模擬信號的電路。與模擬電路相對應(yīng)的是數(shù)字電路，但是模擬電路是數(shù)字電路的基礎(chǔ)，數(shù)字電路的器件都是由模擬電路構(gòu)成的！與模擬電路相比，數(shù)字電路主要有下列優(yōu)點(diǎn)。（1）由于數(shù)字電路是以二值數(shù)字邏輯為基礎(chǔ)的，只有0和1兩個(gè)基本數(shù)字，易于用電路來實(shí)現(xiàn)。例如，可以用二極管、三極管的導(dǎo)通和截止這兩個(gè)對立的狀態(tài)，來表示數(shù)字信號的邏輯0和邏輯1。（2）由數(shù)字電路構(gòu)成的數(shù)字系統(tǒng)工作可靠，精度較高，抗干擾能力強(qiáng)。它可以通過整形，很方便地去除疊加在傳輸信號中的噪聲和干擾，還可以利用差錯(cuò)控制技術(shù)對信號進(jìn)行查錯(cuò)和糾錯(cuò)。（3）數(shù)字電路不僅能完成數(shù)值運(yùn)算，而且能進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，這在控制系統(tǒng)中是不可缺少的。（4）數(shù)字信息便于長期保存。例如，可以將數(shù)字信息存入磁盤和光盤中長期保存。（5）數(shù)字集成電路產(chǎn)品系列多、通用性強(qiáng)、成本低。人們在生產(chǎn)和生活中，創(chuàng)造了各種不同的計(jì)數(shù)方法。采用哪一種方法計(jì)數(shù)，根據(jù)人們的需要而定。由數(shù)字符號構(gòu)成，而且表示物理量大小的數(shù)字和數(shù)字組合稱為數(shù)碼。多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進(jìn)制規(guī)則稱為計(jì)數(shù)制，簡稱數(shù)制。常用的計(jì)數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。7.1.2 數(shù)制1.常用數(shù)制（1）十進(jìn)制（Decimalnumber）--逢十進(jìn)一數(shù)碼：0~9位權(quán)：10

i(123.45)10=(123.45)D（2）二進(jìn)制（Binarynumber）--逢二進(jìn)一數(shù)碼：0，1位權(quán)：2i二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)：整數(shù)的轉(zhuǎn)換--連除法26213余數(shù)2062132021101除基數(shù)得余數(shù)作系數(shù)從低位到高位十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)：2.常用數(shù)制轉(zhuǎn)換（3）八進(jìn)制（Octalnumber）--逢八進(jìn)一

數(shù)碼：0～7位權(quán)：（4）十六進(jìn)制（Hexadecimalnumber）--逢十六進(jìn)一數(shù)碼：0～9,A,B,C,D,E,F位權(quán)：任意（N）進(jìn)制數(shù)展開式的普遍形式：—第i位的系數(shù),—第i位的權(quán)2.十、十六進(jìn)制的數(shù)碼比較十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制十六進(jìn)制0000010011201023011341004510156110671117810008101010910019A111011B121100C131101D141110E151111F7.1.3編碼編碼：用二進(jìn)制數(shù)表示文字、符號等信息的過程。二進(jìn)制代碼：編碼后的二進(jìn)制數(shù)。幾種常見的BCD代碼：8421碼2421碼5421碼00000001001000110100012348421碼與十進(jìn)制碼的對應(yīng)關(guān)系：余3碼十進(jìn)制數(shù)碼：8421碼：十進(jìn)制數(shù)碼：8421碼：5678901010110011110001001【工作任務(wù)】分析電子燃油表的信號轉(zhuǎn)換過程1．工作描述分析電子燃油表的工作過程，電子燃油表的原理框圖如圖7-2所示。A/DMUXCPUROM/油量DEMUX譯碼器數(shù)字顯示傳感器圖7-2電子燃油表的原理圖

工作任務(wù)2．工作目標(biāo)

油箱內(nèi)儲存燃油量多少是通過油表指示的，并且是以數(shù)字信號的形式顯示在顯示屏上。以可變電阻式傳感器作為燃油傳感器，通過燃油液面的浮子上升和下降來改變傳感器的電阻值，從而得到不同的輸出電壓。

3．工作原理分析通過對信號的理解，能夠掌握汽車燃油表的信號轉(zhuǎn)換過程。4.工作評價(jià)序號工作目標(biāo)評價(jià)自評互評師評1是否理解數(shù)字信號和模擬信號的區(qū)別2是否能夠通過信號的概念，分析電子燃油表的信號轉(zhuǎn)換過程7.2常用邏輯門電路及功能1．理解常用邏輯門電路特點(diǎn)及邏輯函數(shù)的表示方法。2.能夠分析常用邏輯門電路的邏輯功能。學(xué)習(xí)目的數(shù)字電路反映的是一些離散的二進(jìn)制數(shù)字量，使用數(shù)學(xué)工具是邏輯代數(shù)。數(shù)字電路的分析方法：真值表、波形圖等。數(shù)字電路中的基本邏輯關(guān)系有三種：與、或、非；相應(yīng)地，基本門電路有：與門、或門、非門。7.2.1與邏輯（邏輯乘）和與門決定一事件的所有條件都具備時(shí)事件才發(fā)生的邏輯關(guān)系功能表ABY斷斷斷合合斷合合滅滅滅亮真值表ABY000110110001邏輯函數(shù)式Y(jié)=A?B邏輯符號&ABY與門（ANDgate)

理論課堂7.2.2或邏輯（邏輯加）和或門

決定一事件結(jié)果的諸條件中，只要有一個(gè)或一個(gè)以上具備時(shí)，事件就會發(fā)生的邏輯關(guān)系。ABY000110110111邏輯函數(shù)式邏輯符號ABY真值表或門（ORgate)7.2.3非邏輯（邏輯反）和非門

只要條件具備了，事件便不會發(fā)生；條件不具備，事件一定發(fā)生的邏輯關(guān)系。真值表AY0110邏輯函數(shù)式邏輯符號非門（NOTgate)

與非邏輯運(yùn)算

或非邏輯運(yùn)算一、二極管門電路

+VCCABFR1.二極管與門

在輸入A、B中，只要有一個(gè)（或一個(gè)以上）為低電平（如0V），接低電平的二極管導(dǎo)通，則輸出F為低電平（0V）被鉗位；只有輸入A、B全為高電平（如3V）時(shí)，輸出F才為高電平（3V)。可見輸入與輸出呈現(xiàn)“與”邏輯關(guān)系：與邏輯關(guān)系表達(dá)式F=AB晶體管電路實(shí)現(xiàn)邏輯門電路二極管與門電路輸入輸出關(guān)系A(chǔ)BF

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）輸出與輸入的關(guān)系式F=AB特點(diǎn)：見0出0，全1才出1。ABF000110110001與邏輯關(guān)系真值表：ABF&與邏輯關(guān)系邏輯符號：2.二極管或門ABR-VCCF

只要輸入A、B中一個(gè)為高電平，高電平接二極管導(dǎo)通，則輸出F為高電平；只有輸入A、B同時(shí)為低電平時(shí)，二極管截止，輸出F才為低電平。可見輸入與輸出呈現(xiàn)“或”邏輯關(guān)系。二極管或門電路輸入輸出關(guān)系A(chǔ)BF

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）0（0V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）1（+3V）輸出與輸入的關(guān)系式F=A+B特點(diǎn)：見1出1，全0才出0?；蜻壿嬯P(guān)系式:F=A+BABF>1或邏輯關(guān)系邏輯符號：ABF000110011或邏輯關(guān)系真值表：111二、三極管非門電路的實(shí)現(xiàn)AF

邏輯值（電壓）

邏輯值（電壓）三極管非門電路輸入輸出關(guān)系0（0V）0（0V）1（+5V）1（+5V）輸出與輸入的關(guān)系式F=A特點(diǎn)：見0出1，見1出0。1.晶體管非門?+VCCRC–VSSR2R1AF

當(dāng)A為低電平時(shí)，三極管截止，輸出端為高電平。當(dāng)A為高電平時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，輸出端為低電平，實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算。A1F非邏輯真值表AF0011邏輯關(guān)系式邏輯符號復(fù)合門電路：2.三極管與非門?+VCCRC–VSSR2R1FRAB與非邏輯式：邏輯符號：AB&與非邏輯真值表：111000011011ABF3.三極管或非門?+VCCRC–VSSR2R1AFB或非邏輯式：邏輯符號：或非邏輯真值表：100000011011ABFAB≥17.2.4邏輯函數(shù)的表示方法邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)BooleAlgebra）（開關(guān)代數(shù)）邏輯：事物因果關(guān)系的規(guī)律。邏輯函數(shù):邏輯自變量和邏輯結(jié)果的關(guān)系邏輯變量取值：0、1

分別代表兩種對立的狀態(tài)一種狀態(tài)另一狀態(tài)高電平低電平真假是非有無……1001正邏輯負(fù)邏輯1.常量之間的關(guān)系（常量：0和1）加：0+0=00+1=11+1=1

乘：0·0=00·1=01·1=1

非：2.變量和常量的關(guān)系（變量：A、B、C…）加：A+0=AA+1=1A+A=A乘:A·0=0A·1=AA·A=A

非：3.與普通代數(shù)相似的定理交換律邏輯代數(shù)的運(yùn)算法則4.吸收律5.德摩根定律(反演律)2.結(jié)合律3.分配律(A+B)(A+C)=AA+AB+AC+BC分配率A(B+C)=AB+AC=A+AB+AC+BCAA=A=A(1+B+C)+BC分配率A(B+C)=AB+AC=A+BCA+1=1證明分配率：A+BA=(A+B)(A+C)證明：分配率A+BC=(A+B)(A+C)A+A=1A·1=1【工作任務(wù)】集成門電路的分析1.工作描述在數(shù)字電路中廣泛應(yīng)用的主要的門電路有與非門、或非門和與或非門。無論大規(guī)模集成電路多么復(fù)雜，其內(nèi)部還是由這些基本門電路構(gòu)成。因此，熟悉它們的邏輯功能十分重要。本試驗(yàn)與非門采用74LS20的四輸入二與非門；或非門采用74LS02二輸入四或非門；與或非門采用74LS54。

工作任務(wù)邏輯圖及外引線排列如圖7-7所示。圖7-774ls02、74ls20、74LS54邏輯圖及引腳2.工作目標(biāo)熟悉主要門電路的邏輯功能。3.工作過程（1）測量與非門的邏輯功能①將74LS20插入面板上的IC插座，輸入端分別接“邏輯電平”輸出，由撥動開關(guān)控制，接高電平“1”或低電平“0”。輸出端接至LED“電平顯示”輸入端。當(dāng)與非門輸出高電平時(shí)，LED亮，低電平時(shí)，LED滅。按圖7-8接線，檢查無誤方可通電。②與非門四個(gè)輸入端1、2、4、5分別為表格所列狀態(tài)時(shí)，讀出輸出端6的邏輯狀態(tài)，填入表7-8。圖7-874LS20接線圖（2）測量或非門的邏輯功能（3）測量與或非門的邏輯功能4.工作評價(jià)序號工作目標(biāo)評價(jià)自評互評師評1是否理解與門電路、或門電路、非門電路的邏輯功能2是否理解與非門和或非電路的邏輯功能3是否理解與或非門電路的邏輯功能7.3汽車儀表顯示數(shù)字電路1．理解能夠利用常用組合邏輯電路功能分析數(shù)字電路。2.能夠分析汽車儀表顯示數(shù)字電路的功能。學(xué)習(xí)目的已知組合邏輯電路圖，確定它們的邏輯功能。組合邏輯電路：邏輯電路在某一時(shí)刻的輸出狀態(tài)僅由該時(shí)刻電路的輸入信號所決定。（4）由狀態(tài)表確定邏輯電路的功能（2）對邏輯函數(shù)表達(dá)式化簡或變換分析步驟：（1）根據(jù)邏輯圖，寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式（3）根據(jù)最簡表達(dá)式列出狀態(tài)表補(bǔ)充：組合邏輯電路的分析

組合邏輯電路的分析:邏輯函數(shù)用下列三種方法表示：

邏輯表達(dá)式、邏輯狀態(tài)表和邏輯圖

理論課堂組合邏輯電路的分析方法圖示

[例7.1]分析下圖邏輯電路的功能。狀態(tài)表ABY000011101110功能:當(dāng)A、B取值不相同時(shí)，輸出為1。是異或門。F&&&AB&解:（1）由邏輯圖寫出邏輯函數(shù)表式，并進(jìn)行化簡。（2）由邏輯表達(dá)式列出狀態(tài)表（3）分析邏輯功能2.組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法組合邏輯電路的設(shè)計(jì)流程如圖所示。

組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法流程圖組合邏輯電路的設(shè)計(jì)實(shí)例真值表電路功能描述例：用與非門設(shè)計(jì)一個(gè)交通報(bào)警控制電路。交通信號燈有紅、綠、黃3種，3種燈分別單獨(dú)工作或黃、綠燈同時(shí)工作時(shí)屬正常情況，其他情況均屬故障，出現(xiàn)故障時(shí)輸出報(bào)警信號。設(shè)紅、綠、黃燈分別用A、B、C表示，燈亮?xí)r其值為1，燈滅時(shí)其值為0；輸出報(bào)警信號用F表示，燈正常工作時(shí)其值為0，燈出現(xiàn)故障時(shí)其值為1。根據(jù)邏輯要求列出真值表。1窮舉法1真值表2邏輯表達(dá)式最簡與或表達(dá)式化簡324邏輯變換345邏輯電路圖57.3.1編碼器（Encoder）編碼：用文字、符號或者數(shù)碼表示特定信息的過程二進(jìn)制編碼器二—十進(jìn)制編碼器分類：普通編碼器優(yōu)先編碼器2n→n10→4或Y1I1編碼器Y2YmI2In代碼輸出信息輸入編碼器框圖編碼器：能夠?qū)崿F(xiàn)編碼功能的電路.1.編碼器的含義編碼器電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。1、3位二進(jìn)制編碼器輸入8個(gè)互斥的信號輸出3位二進(jìn)制代碼真值表

由于上面的編碼器輸入端有8根線，輸出端有3根線，所以又叫8線-3線編碼器。邏輯表達(dá)式邏輯圖2.8421碼編碼器輸入10個(gè)互斥的數(shù)碼輸出4位二進(jìn)制代碼真值表邏輯表達(dá)式邏輯圖3.3位二進(jìn)制優(yōu)先編碼器在優(yōu)先編碼器中優(yōu)先級別高的信號排斥級別低的，即具有單方面排斥的特性。設(shè)I7的優(yōu)先級別最高，I6次之，依此類推，I0最低。真值表7.3.2譯碼器（Decoder）

譯碼：編碼的逆過程，將二進(jìn)制代碼翻譯為原來的含義，完成這種功能的電路為譯碼器譯碼的含義變量譯碼器是n線—2n線譯碼器A0Y0A1An-1Y1Ym-1二進(jìn)制譯碼器……常用的有：3線—8線譯碼器74LS1384線—16線譯碼器74LS154顯示譯碼器功能示意圖輸入選通控制端：芯片禁止工作芯片正常工作

利用選通控制端，可將譯碼器當(dāng)作數(shù)據(jù)配器來使用。74LS138Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6A0A1A2S3S2S1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y10A0A1A2STBSTCSTAY73位二進(jìn)制3線-8線譯碼器00011111101&Y7&Y6&Y5&Y4&Y3&Y2&Y1&Y0A2A2A1A1A0A0111111A2A1A0001111101110101011111101111101111100111110111011111111011011011111111011111112.BCD七段顯示譯碼器

功能：將機(jī)器中運(yùn)行的二-十進(jìn)制BCD碼直接譯成能顯示十進(jìn)制數(shù)的代碼，并通過顯示器顯示出來。aebcfgd?habcdefgcom共陽極abcdefgcom共陰極YaA3A2A1A0+VCC+VCC顯示譯碼器共陽YbYcYdYeYfYg000000000010001001010011110010010001101000101011000001101001100010010001000000111000111110000000000100100001007.3.3數(shù)據(jù)選擇器與數(shù)據(jù)分配器

數(shù)據(jù)選擇器是從多路數(shù)據(jù)中選擇一路數(shù)據(jù)，送到惟一通道上的組合邏輯電路。數(shù)據(jù)選擇器又稱為多路選擇器，簡稱MUX。2．?dāng)?shù)據(jù)分配器數(shù)據(jù)分配器則是從一個(gè)數(shù)據(jù)源來的數(shù)據(jù)，送到多個(gè)不同通道上去的組合邏輯電路。1．?dāng)?shù)據(jù)選擇器【工作任務(wù)】分析車用儀表集成電路功能1．工作描述（1）認(rèn)識汽車儀表專用顯示集成電路LM3914。（2）如下圖7-21所示為LM3914管腳圖。圖7-21LM3914管腳圖

工作任務(wù)了解車用組合邏輯電路的邏輯功能。通過小組驗(yàn)證以下分析的結(jié)論。1腳，10～18腳為輸出端，2腳為電源電壓，即接地；3腳為電源電壓端，即電源；5腳為輸入腳。當(dāng)輸入端電壓逐漸增大時(shí)，10個(gè)LED逐次點(diǎn)亮。2．工作目標(biāo)

3．工作過程7.4汽車數(shù)字電路的時(shí)序控制1．熟練掌握基本觸發(fā)器的邏輯功能。2.能夠分析常用時(shí)序邏輯電路的功能。

3.能夠分析555定時(shí)器的功能及汽車內(nèi)的應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)目的1.R-S觸發(fā)器及芯片

基本R-S觸發(fā)器（與非門構(gòu)成）（b）邏輯符號&B&A（a）邏輯圖互為反狀態(tài)且Q端為觸發(fā)器的狀態(tài)RESET：直接置0端，低電平有效SET：直接置1端，低電平有效

理論課堂7.4.1常用觸發(fā)器

基本RS觸發(fā)器由兩個(gè)與非門交叉耦合而成，如下圖：這種觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)：(2),稱為復(fù)位狀態(tài)(0態(tài));(1),稱為置位狀態(tài)(1態(tài));它有兩個(gè)輸出端Q和，二者的邏輯狀態(tài)應(yīng)相反。SQQR&&G1G2SRQQSR

當(dāng)端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1態(tài)，還是0態(tài)，均有

即將觸發(fā)器置0或保持0態(tài)，稱為直接置0端。輸出與輸入的邏輯關(guān)系：所謂，即將端保持高電位；，即在端加一負(fù)脈沖

當(dāng)端加負(fù)脈沖時(shí)，不論觸發(fā)器的初始狀態(tài)是1態(tài)，還是0態(tài)，均有，即將觸發(fā)器置1或保持1態(tài)。稱為直接置1端。即將觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。

這種輸入狀態(tài)下，當(dāng)負(fù)脈沖除去后，將由各種偶然因素決定觸發(fā)器的最終狀態(tài)，因而禁止出現(xiàn)。這種情況，注：時(shí)，和均為高電平。0態(tài)信號同時(shí)撤消：狀態(tài)不定(隨機(jī))1態(tài)先撤消：先撤消：

由以上分析可知：基本RS觸發(fā)器有兩個(gè)狀態(tài)，他可以直接置位或復(fù)位，并具有存儲和記憶功能?；綬S

觸發(fā)器的邏輯狀態(tài)表如下：

Q1001011011不變不變00不定不定QQ信號同時(shí)撤消,出現(xiàn)不確定狀態(tài)信號不同時(shí)撤消，狀態(tài)確定QQ練習(xí)同步RS觸發(fā)器的引入

為了協(xié)調(diào)各部分的動作，常常要求某些觸發(fā)器于同一時(shí)刻動作。為此必須引入同步信號，使這些觸發(fā)器只有在同步信號到達(dá)時(shí)才按輸入信號改變狀態(tài)。01101100010101不定×（b）特性表（c）特性方程約束條件（a）邏輯符號2.同步R-S觸發(fā)器及芯片

同步R-S觸發(fā)器

它由兩個(gè)同步RS

觸發(fā)器串聯(lián)組成，兩者分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器。主從型JK觸發(fā)器的圖形符號如下：3.主從JK觸發(fā)器J1JK1KQQC1CP圖7-25主從JK觸發(fā)器

主觸發(fā)器的輸出端Q與從觸發(fā)器的S端相連，端與從觸發(fā)器的R端相連。非門的作用是使兩個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖信號反相。主從觸發(fā)器的特性見真值表：

Qn+100Qn01010111QnJKSRQJ1SK1RC1SRQ1S1RC1111邏輯功能分析：(1)J=1,K=1

設(shè)時(shí)鐘脈沖來到之前(CP=0)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。這時(shí)主觸發(fā)器的

當(dāng)時(shí)鐘脈沖來到后(CP=1),Q端由01，使從觸發(fā)器的S=1，R=0，當(dāng)CP從1下跳為0時(shí)，非門輸出為1，從觸發(fā)器也翻轉(zhuǎn)為1態(tài)。

反之，設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為1，同樣可分析出，主、從觸發(fā)器都翻轉(zhuǎn)為0。JK觸發(fā)器在J=1,K=1

的情況下，來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，它就翻轉(zhuǎn)一次，此時(shí)觸發(fā)器具有計(jì)數(shù)功能。(2)J=0,K=0

設(shè)觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0。當(dāng)CP=1時(shí)，由于主觸發(fā)器的J=0,K=0，Q端的狀態(tài)仍為0，保持不變;當(dāng)CP跳變?yōu)?時(shí)，由于從觸發(fā)器的S=0,R=0，也保持0態(tài)不變。如果初始狀態(tài)為1，也有同樣的結(jié)果。(3)J=1,K=0

可分析出不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘脈沖來到后，輸出一定是1態(tài)。(4)J=0,K=1

可分析出不管觸發(fā)器原來處于什么狀態(tài)，一個(gè)時(shí)鐘脈沖來到后，輸出一定是0態(tài)。

主從型觸發(fā)器具有在CP從1下跳為0時(shí)翻轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，也就是具有在時(shí)鐘脈沖下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)。主從觸發(fā)器避免了“空翻”。4.D觸發(fā)器維持-阻塞型D觸發(fā)器的邏輯符號如下圖示：SRQD1DC1CP輸出與輸入之間的關(guān)系見真值表：

11

00Qn+1D

邏輯功能為：觸發(fā)器的輸出狀態(tài)僅決定于到達(dá)前輸入端的狀態(tài)，而與觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)無關(guān)，即：就構(gòu)成了計(jì)數(shù)器，其連接圖如下：當(dāng)把D觸發(fā)器的輸入端與輸出端連接到一起時(shí)，D觸發(fā)器同步D觸發(fā)器是由RS觸發(fā)器演變而來，是條件下的特例。SRQ1DC1CP工作波形如下：CPQQ在CP=0時(shí)，G3和G4被封鎖都輸出1，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變，不受D端輸入信號的控制；在CP=1時(shí)，G3和G4解除封鎖，可接收D端輸入的信號。D觸發(fā)器及芯片維持阻塞D觸發(fā)器及芯片（b）特性表0011（a）邏輯符號特性方程T觸發(fā)器當(dāng)J=K=1時(shí)的J-K觸發(fā)器；在CMOS集成計(jì)數(shù)器中被廣泛應(yīng)用，并無單獨(dú)的T觸發(fā)器；將端與D端相連的D觸發(fā)器；特性方程為：。7.4.2常用時(shí)序邏輯電路寄存器用來暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。

一個(gè)觸發(fā)器可以存儲1位二進(jìn)制信號；寄存n位二進(jìn)制數(shù)碼，需要n個(gè)觸發(fā)器。按功能分?jǐn)?shù)碼寄存器移位寄存器(并入并出)(并入并出、并入串出、串入并出、串入串出)分類：按存放數(shù)碼的方式并行串行1.數(shù)碼寄存器功能：寄存數(shù)碼和清除原有數(shù)碼。用構(gòu)成的4位數(shù)碼寄存器，原理圖如下：QQ3QQ2QQ0QQ1取出脈沖D0&&&&1111...D1D2D31DC11DC11DC11DC1...寄存脈沖

移位寄存器是數(shù)字系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)中應(yīng)用很廣泛的基本邏輯部件，具有數(shù)碼寄存和移位兩種功能。在移位脈沖的作用下，數(shù)碼向左移一位，則稱為左移，反之則稱為右移。移位寄存器有單向移位寄存器和雙向移位寄存器兩種，可以用D或JK觸發(fā)器組成。移位寄存器

移位寄存器不僅有存放數(shù)碼的功能，而且有移位功能。所謂移位，就是每當(dāng)來一個(gè)移位正脈沖，觸發(fā)器的狀態(tài)便向右或向左移一位。2.

移位寄存器

右移寄存器設(shè)移位寄存器的初始狀態(tài)為0000，串行輸入數(shù)碼DI

=

1

101，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。電路的邏輯圖和時(shí)序圖如圖所示。

D觸發(fā)器組成的4位右移寄存器FF0接成D觸發(fā)器，數(shù)碼由D端輸入。設(shè)寄存的二進(jìn)制為1011，按移位脈沖（即時(shí)鐘脈沖）從高位到低位依次串行送到D端；

移位寄存器的狀態(tài)表

清零右移一位右移二位右移三位右移四位

00000001001001011011

01234

Q3Q2Q1Q0

移位過程

寄存器中的數(shù)碼

移位脈沖數(shù)工作之前要先清零，經(jīng)過四個(gè)時(shí)鐘脈沖，數(shù)碼依此存入各觸發(fā)器。移位寄存器的狀態(tài)表如右圖所示：2.計(jì)數(shù)器(1)計(jì)數(shù)器的分類按計(jì)數(shù)步長分:二進(jìn)制、十進(jìn)制和任意進(jìn)制;按計(jì)數(shù)增減趨勢分:加計(jì)數(shù)器、減計(jì)數(shù)器和可逆計(jì)數(shù)器;按觸發(fā)器的CP脈沖分:同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器;按內(nèi)部器件分:TTL和CMOS計(jì)數(shù)器。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器CP清零Q1JFF01KC1Q1JFF11KC1Q1JFF21KC1Q1JFF31KC1Q3Q2Q0Q1計(jì)數(shù)脈沖二進(jìn)制計(jì)數(shù)器分為：同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。由主從型JK觸發(fā)器構(gòu)成的4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下：工作原理：(1)每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖,最低位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次;(2)高位觸發(fā)器是在相鄰的低位觸發(fā)器的輸出端從

0

12345678

0000

00010010001101000101011001111000

012345678Q3Q2Q1Q0十進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)

計(jì)數(shù)脈沖數(shù)

0

0000

16

910111213141510011010101111001101111011119101112131415Q3Q2Q1Q0十進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制數(shù)

計(jì)數(shù)脈沖數(shù)1變?yōu)?進(jìn)位時(shí)翻轉(zhuǎn)。

計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)與各觸發(fā)器輸出狀態(tài)及十進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系如下表:CP12345678910111213141516Q1Q0Q2Q3工作波形如下：2.同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器3個(gè)JK觸發(fā)器都接成T觸發(fā)器F0每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖翻轉(zhuǎn)一次F1在Q0=1時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。F2在Q0=Q1=1時(shí)，在下一個(gè)CP觸發(fā)沿到來時(shí)翻轉(zhuǎn)。

小結(jié)觸發(fā)器、寄存器和計(jì)數(shù)器

一、觸發(fā)器和門電路一樣，也是組成數(shù)字電路的基本邏輯單元。它有兩個(gè)基本特性：1.有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)（0狀態(tài)和1狀態(tài)）。2.在外信號作用下，兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)可相互轉(zhuǎn)換；沒有外信號作用時(shí)，保持原狀態(tài)不變。因此，觸發(fā)器具有記憶功能，常用來保存二進(jìn)制信息。二、觸發(fā)器的邏輯功能

指觸發(fā)器輸出的次態(tài)Qn+1

與輸出的現(xiàn)態(tài)Qn

及輸入信號之間的邏輯關(guān)系。觸發(fā)器邏輯功能的描述方法主要有特性表、卡諾圖、特性方程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖和波形圖（時(shí)序圖）。根據(jù)邏輯功能不同，時(shí)鐘觸發(fā)器可分為三、觸發(fā)器的分類（1）RS觸發(fā)器（約束條件）（3）D觸發(fā)器（2）JK

觸發(fā)器四、寄存器和二進(jìn)制計(jì)數(shù)器寄存器

—存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)或者代碼。移位寄存器—不但可存放數(shù)碼，還能對數(shù)據(jù)進(jìn)行移位操作。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器分類：7.4.4集成555定時(shí)器

555定時(shí)器是一種多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等。因此，在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。目前生產(chǎn)的定時(shí)器有雙極型和CMOS兩種類型，其型號分別有NE555或5G555和C7555等多種。通常，雙極型產(chǎn)品型號最后的3位數(shù)碼都是555，CMOS產(chǎn)品型號的最后4位數(shù)碼都是7555，它們的結(jié)構(gòu)、工作原理和外部引腳排列基本相同。

集成555定時(shí)器的基本知識555定時(shí)器是目前應(yīng)用最多的一種時(shí)基電路。1．555定時(shí)器電路結(jié)構(gòu)與工作原理

555定時(shí)器的電氣原理圖555定時(shí)器的電路符號-+++??∞C2∞+-RC15k?SV5k?5k?RCO1GRQQui2THDGNDVCC34856271555GNDOUTTRUCCDTHCO典型555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和引腳排列圖1.555電路的工作原理555電路又稱時(shí)基電路，它是一種將數(shù)字電路和模擬電路結(jié)合制作在同一片硅片上的混合集成電路。555電路的簡單化結(jié)構(gòu)圖如下：+_

+_

Q5K

5K

5K

84521013C1C26TSRUREF1UREF2

uc1

uc2

它的內(nèi)部有兩個(gè)電壓比較器C1和C2

、一個(gè)基本RS觸發(fā)器、一個(gè)晶體管和三個(gè)電阻組成的分壓器。各引腳的功能如下：555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端4.5～16V001①R=0時(shí)，Q=1、Q=0，uo=0，V導(dǎo)通。①R=0時(shí)，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＞2UCC/3＞UCC/30011①R=0時(shí)，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＜2UCC/3＞UCC/31001③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3時(shí)，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。11①R=0時(shí)，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。②R=1、UTH＞2UCC/3、UTR＞UCC/3時(shí)，RD=0、SD=1，Q=1、Q=0，uo=0，V飽和導(dǎo)通。＜2UCC/3＜UCC/31100③R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＞UCC/3時(shí)，RD=1、SD=1，Q、Q不變，uo不變，V狀態(tài)不變。④R=1、UTH＜2UCC/3、UTR＜UCC/3時(shí)，RD=1、SD=0，Q=0、Q=1，uo=1，V截止。

2為低電平觸發(fā)端。當(dāng)2端的輸入電壓高于時(shí)，C2的輸出為1；當(dāng)輸入電壓低于時(shí)，C2的輸出為0，使基本RS觸發(fā)器置1。

4為復(fù)位端。由此端加負(fù)電平可使555電路直接復(fù)位，輸出為低電平。

5是電壓控制端。在此端可外加一電壓以改變比較器的參考電壓。不用時(shí)，經(jīng)0.01F的電容接“地”,以防止干擾的引入。1為接“地”端。

3為輸出端。最大輸出電流達(dá)200mA，由此可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚(yáng)聲器、指示燈等。555電路應(yīng)用廣泛，它可以構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等既經(jīng)濟(jì)又簡單實(shí)用的器件7

為放電端D。也可以作為集電極開路輸出端使用。

8為正電源端，CMOS555電路可以采用3至18V的單電源工作，可以與其他運(yùn)算放大器和電路共用電源。

6為閾值端TH。當(dāng)大于時(shí)引起觸發(fā)。UREF1UTR555定時(shí)器的功能表

555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器(1)施密特觸發(fā)器2.555定時(shí)器典型應(yīng)用(2)構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn):（1）只有兩種狀態(tài):穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)；（2）外來觸發(fā)（窄）脈沖使:穩(wěn)態(tài)

暫穩(wěn)態(tài)

穩(wěn)態(tài)；

（4）暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時(shí)間僅取決于電路參數(shù),與觸發(fā)脈沖無關(guān)。（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一端時(shí)間之后又自動返回到穩(wěn)態(tài)；

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的暫穩(wěn)態(tài)通常是靠RC電路的充、放電過程來維持的。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器分為積分型和微分型兩種。

(3)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器+_

+_

Q5K

5K

5K

84521013C1C26TSRUREF1UREF2

uc1

uc20.1F+VCCR1R2uC該電路的工作原理為：

當(dāng)電源接通時(shí)，它經(jīng)R1和R2對電容充電，當(dāng)uC上升到略高于時(shí)，比較器C1的輸出為0，將觸發(fā)器置0,uo為0，晶體管V導(dǎo)通,電容器通過R2和晶體管放電，使uC下降。當(dāng)uC下降略低于時(shí)，比較器C2的輸出為0，將觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?。由于，晶體管V截止,VCC又經(jīng)R1和R2對電容充電。如此重復(fù)上述過程，在輸出端就得到了矩形脈沖。如下圖：

uCtUOH

uOtUOL振蕩周期T=0.10(R1+2R2)C電容充電時(shí)間常數(shù)為：電容放電時(shí)間常數(shù)為：

1=（R1+R2）C

2=R2C一、555電路的工作原理

是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可構(gòu)成各種脈沖產(chǎn)生、整形電路，如施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。55512348765雙極型(TTL)電源:4.5

16V單極型(CMOS)電源:3

18V帶負(fù)載能力強(qiáng)小結(jié)62784153555R1C+R2C1+VCCuO二、無穩(wěn)態(tài)振蕩器

是一種自激振蕩電路，不需要外加輸入信號，就可以自動地產(chǎn)生出矩形脈沖。

無穩(wěn)態(tài)振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換完全靠電路本身電容的充電和放電自動完成。

改變R、C

定時(shí)元件數(shù)值的大小，可調(diào)節(jié)振蕩頻率。

在振蕩頻率穩(wěn)定度要求很高的情況下，可采用石英晶體振蕩器。三、施密特觸發(fā)器