電子維修講義——數(shù)字電路篇1

1、數(shù)字電子技朮部分?jǐn)?shù)字電子技術(shù)是研究電路的開、關(guān)狀態(tài)及其相互間的邏輯關(guān)系的，俗稱為開關(guān)電路C顯然，在開關(guān)電路中，其工作狀態(tài)只有開或關(guān)。所謂數(shù)字系統(tǒng)，就是由基本的數(shù)字電路（開關(guān)電路）組成的。與模擬電路的線性變化相比，數(shù)字電路的電信號是跳變方式，即通常稱之謂脈沖。包括電路中用RC過渡過程形成的脈沖電壓、電流均屬數(shù)字電子技術(shù)涉及的范圍。常用邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）來分析、表達(dá)、設(shè)計(jì)數(shù)字電路及其系統(tǒng)；二進(jìn)制也是分析、表達(dá)電路及其工作過程的重要工具。、脈沖的基本概念1.脈沖表示一種時間極短的突變電壓或電流信號IUR1開關(guān)K的通、斷使Ur的變化是一種突變_脈沖;波形圖記錄了電壓脈沖UR隨時間突變的過程。2.脈沖

2、波的參數(shù):上升沿（上升時間）：從0.10.9幅度用的時間, 又稱前沿；下降沿（下降時間）：從0.90.1幅度用的時間,又稱后沿；脈沖寬度（tK）:脈沖持續(xù)時間；重復(fù)周期T:相鄰間重復(fù)出現(xiàn)的時間；重復(fù)頻率f = 1/T ；幅度：脈沖幅度變化的最大值；理想狀態(tài)下，上升、下降時間應(yīng)為0，但電路參數(shù)會引起波形的畸變，故希望越短越好。3.常見脈沖波形:鋸齒波三角波4. RC電路充放電特點(diǎn)脈沖形成的過渡過程;若：開關(guān)K合上之前電容 C上無電壓（初態(tài)為 0）: K 一合上，E經(jīng)R對C充電，uc從0開始呈指數(shù)上升;充電的快慢受時間常數(shù) t = RC約束；（充電過程）RC小，充電快，uc增長迅速；反之，緩慢；

3、特點(diǎn)：i從最大值E/R t下降趨于0; ur從最 大值Et下降趨于0;uc從0上升趨于E,均呈指數(shù)規(guī)律變化;T?。ǚ烹娺^程）若：電容C充滿電（uc = E）,然后接通K : C將放電，從C正端經(jīng)R到C負(fù)端；放電快慢受RC約束，t大t放電緩慢，t小 t放電迅速。也呈指數(shù)規(guī)律。從E下降t趨于0；時間常數(shù)t =RC的單位為秒。一般認(rèn)為：充、放電過程經(jīng) RC電路的充放電過程需時間，揭示出一個重要的概念： 電容兩端的電壓不能突變，總是從原始態(tài)開始進(jìn)行：初始為 短路；當(dāng)充滿后，電容相當(dāng)于斷路。35倍t的時間即結(jié)束（到穩(wěn)態(tài)）0時，充電開始瞬間，電容相當(dāng)于、脈沖波形的變換1.微分電路 尖脈沖形成電路C輸出與輸

4、入間為微分關(guān)系；時間常數(shù)t = RC;輸入在脈沖持續(xù)期間，相當(dāng)于加上幅值為 E的電源對C充電,輸出uo （ur）從Et下降至0;E tui|輸入脈沖間隔期間 ui= 0 ,相當(dāng)于輸入端短路，電容 C對R 放電，由于 C上電壓極性對輸出而言呈負(fù)極性，則輸出uo從-E t放電至0 ；尖脈沖的脈寬受 RC約束。為了形成尖脈沖，時間常數(shù) t = RC應(yīng)很小，讓其在一個輸入 脈沖間隔內(nèi)很快完成充放電；形成微分電路的條件是：t （ RC） vv tk（tk為輸入脈沖寬度）當(dāng)RC t k時，變成耦合電路:因?yàn)闀r間常數(shù)很大，在輸入持續(xù)期，電路充放電過程緩慢， 不能在輸入脈沖跳變之前結(jié)束；電路將信號式樣無變化地

5、耦合到輸出，只不過是信號的 交流分量形式，相當(dāng)于交流放大電路中的耦合電容。2.積分電路0|二當(dāng)積分時間常數(shù)不同時，將影響輸出波線性度uo輸出是輸入信號的積分，典型的電容充放 電過程。積分條件是：T （ RC tk在脈寬和間隔時間內(nèi)，充電充不至 E、放 電也放不至0，輸出為三角形積分波。等參數(shù)，如下圖：1. RC?。ǔ洹⒎烹娧杆伲壕€性差、幅度高；3. RC大（充、放電緩慢）：線性好、幅度低； 當(dāng)RC極大時成為阻容濾波器，尤如交流整 流后的濾波器作用。在線性放大電路中，我們希望信號無失真地傳送；在脈沖與數(shù)字電路中，往往用改變時間常數(shù) 等方式將一種波形故意失真成另一種特定形式，以滿足電路需要。三、

6、晶體管開關(guān)電路及應(yīng)用1. 二極管開關(guān):由單向?qū)щ娞匦钥蓪⒍O管等效為右圖開關(guān);J （上 +、下-）,D正向?qū)╰ K閉合;（為0,短路），D截止t K斷開;Eo2.三極管開關(guān):用三極管的飽和、截止?fàn)顟B(tài)來形成開關(guān)作用。共射極接法（工作于飽和、截止區(qū)，放大區(qū)僅為前兩者間的過渡）：當(dāng)輸入足夠大t三極管飽和，兩個PN結(jié)均正向偏置t輸出為 0；相當(dāng)c、e間開關(guān)閉合；當(dāng)輸入 0 t三極管截止，兩個 pn結(jié)均反向偏置t輸出 Ec；相當(dāng)c、e間開關(guān)斷開； 輸出，輸入間狀態(tài)是相反的，稱為反相器；若將FC換成繼電器、指示燈等負(fù)載，其等效的開關(guān)即構(gòu)成驅(qū)動電路。顯而易見，這些驅(qū)動是由 輸入端的信號形成的lb控制的，一

7、般要求：3 lb 3lc max,使之有足夠的基極電流實(shí)現(xiàn)三極管飽和。應(yīng)用例:反相器當(dāng)Ui為矩形脈沖時:二廠T三極管飽和三極管截止 t uo-Eb輸出、輸入間是反相的。-Eb使動態(tài)時三極管截止更好，脈沖突變更陡直。驅(qū)動指示燈驅(qū)動繼電器當(dāng)輸入為高電平時 T驅(qū)動三極管飽和（c、e開關(guān)閉合） T指示燈亮；當(dāng)輸入為低電平時 T驅(qū)動三極管截止（c、e開關(guān)斷開） T指示燈滅；圖中：白熾燈額定電壓 Ec ;R為發(fā)光二極管的限流電阻；ECUi 二驅(qū)動繼電器的過程與指示燈相同。對感性負(fù)載，需并聯(lián)泄流二極管。用復(fù)合三極管可得到更大的B值，以減小基極驅(qū)動電流。也可用PNP管（將右圖垂直翻轉(zhuǎn)即為左方形式）：當(dāng)輸入高電

8、平時,管子截止（J失電）、輸入低電平時，管子飽和（J得電）一一與NPN管形式正好相反；驅(qū)動開關(guān)陣列在一個數(shù)字系統(tǒng)或其電路板中經(jīng)常要使用多個上述的驅(qū)動開關(guān)，將多個開關(guān)集成在一塊基 片上的ULN2000系列開關(guān)陣列集成電路也得到廣泛應(yīng)用。C一片ULN2003內(nèi)有8個獨(dú)立的集電極開路 驅(qū)動電路。每一路輸出容量約80mA右圖為片內(nèi)結(jié)構(gòu)示意及片外連接方式。ULN2000系列多種不同路數(shù)、輸出容量的 型號可供選擇。ULN2003廣泛用于8位微處理器系統(tǒng)等的 總線、接口、輸出驅(qū)動。以適應(yīng)電路板的較高 密度裝配、制作。四、二進(jìn)制的基本表示方法數(shù)字電路是研究開、關(guān)兩個狀態(tài)構(gòu)成的邏輯關(guān)系及系統(tǒng)。常用數(shù)碼符號0 、

9、 1來對應(yīng)表示。與此相關(guān)的即為二進(jìn)制，包括與十進(jìn)制之間的對應(yīng)關(guān)系。和熟知的十進(jìn)制數(shù)一樣，二進(jìn)制數(shù)也是累進(jìn)計(jì)數(shù)，只不過是逢二進(jìn)一。1 0 0 11 1 0 1 0 十*1 0 0 0 1 1二進(jìn)制中只有0、1、兩個數(shù)碼符號，也稱數(shù)碼；它們的累計(jì)即在0、1、間按逢二 進(jìn)一的方式進(jìn)行。左式可見：低三位相加，沒有出現(xiàn)逢二進(jìn)位，各位的和可對位寫出。高二位相加（包括對本位的進(jìn)位）出現(xiàn)二，應(yīng)向上位進(jìn)位, 并寫出本位和（左例本位寫0）。由此規(guī)律：十進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系可寫成以下形式：十進(jìn)數(shù)0123二進(jìn)數(shù)00011011二位形式十進(jìn)數(shù)01234567二進(jìn)數(shù)000001010011100101110111三

10、位形式四位形式二進(jìn)0123456789101112131415十進(jìn)0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111位權(quán)（簡稱權(quán)）的意義：二進(jìn)制數(shù)只有0、1兩種數(shù)碼符號，多位組成的二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)數(shù)值可以通過權(quán) 相加求得：對四位表示方式常稱為8-4-2-1觀察四位形式的對應(yīng)關(guān)系：在十進(jìn)數(shù)的 1、2、4、8,對應(yīng)了二進(jìn)制數(shù)中只有某一位為 1、 其余為0,即某位二進(jìn)碼為 1時，表示該位具有十進(jìn)數(shù)值的多少 一一稱為該位的權(quán)，然后 把出現(xiàn)1的權(quán)值加起來就可以了 。權(quán)2n-1二進(jìn)數(shù)位a n-13216 8 4 2 1a

11、 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a 0權(quán)值是2n關(guān)系，與打麻將數(shù)翻一樣。編碼，即為對應(yīng)位的權(quán)值；用權(quán)相加即可求出對應(yīng)的十進(jìn)數(shù)值。例有一個二進(jìn)數(shù)(1 0 1 0 0 1 ) 2腳標(biāo)表示括號內(nèi)為二進(jìn)制數(shù);權(quán) 32 16 8 4 2 1所以，(101001) 2 = 32+0+8+0+0+1 =( 41) 10即為十進(jìn)制的 41;以上是學(xué)習(xí)數(shù)字電路時對二進(jìn)制內(nèi)容的最基本的要求。五、門電路組成數(shù)字邏輯系統(tǒng)的單元有門電路、觸發(fā)器等。門電路是組成數(shù)字邏輯的最基本單元。由門電路構(gòu)成的邏輯電路又稱為組合邏輯電路，特點(diǎn)是：電路無存儲功能，輸出是輸入的即時響應(yīng) 只要輸入確定了，輸出就唯一確定。是指條件與結(jié)果

12、的關(guān)系。與邏輯：只有當(dāng)A、B都合上（條件成立），L才能發(fā)亮（結(jié)果才成立）或邏輯:當(dāng)A或B或全部合上，L均可發(fā)亮;非邏輯：當(dāng)A合上（條件成立），L不發(fā)亮（結(jié)果不成立）上述開關(guān)條件與燈亮是三種最基本的邏輯關(guān)系。條件及結(jié)果是人為事先約定的，顯然，約定不 同，分析出的結(jié)果也不一定相同。具有邏輯關(guān)系的電路也稱為邏輯電路，在數(shù)字電子技朮中也習(xí)慣稱為數(shù)字電路1. 邏輯關(guān)系的表示方法和規(guī)定：數(shù)字電路是開、關(guān)兩狀態(tài)的關(guān)系，即條件與結(jié)果的成立與否。所以，在設(shè)計(jì)、分析過程中常用 1、 0、高電平VH、低電平VL來表示電路的狀態(tài)或事件的成立、不成立若用 1、代表Vh并表示事件成立、 0代表Vl并表示事件不成立一一稱正

13、邏輯方式;反之稱為負(fù)邏輯方式。目前基本上均用正邏輯方式。這也是電路結(jié)構(gòu)及人們思維方式的習(xí)慣決定的。說明一點(diǎn)：在這里1、 0、只是表示電路的狀態(tài)，它不是二進(jìn)制的數(shù)碼。（實(shí)現(xiàn)與的電路）二極管與門L = A B（邏輯乘）（邏輯符號）（邏輯表達(dá)式）A BL0 000 101 001 11（真值表）（功能口訣）見0出0全1岀1每句前兩字表示輸入后兩字表示輸出結(jié)果2. 基本門電路及表示:可用二極管構(gòu)成與邏輯，目前廣泛使用集成與門：如CD4081、74LS08、74HC08等。表達(dá)式說明輸出L和輸入AB間是邏輯相乘，輸入可以是多個 ；真值表列出了輸入所有可能 出現(xiàn)的組合，輸出 L對應(yīng)得到輸入邏輯相乘的結(jié)果，

14、功能口訣總結(jié)出便于記憶的方式。A B-ILL = A+B（邏輯加）A BL0 000 111 011 11（功能口訣）見1出1全0出0注意與二進(jìn)制加法的區(qū)別：邏輯加法L = A+B+= 1 （都等于1）,表示只要有一個輸入成（邏輯符號）（邏輯表達(dá)式）立，其結(jié)果就成立，它實(shí)際是表示電路狀態(tài)。而邏輯乘法與普通代數(shù)的乘法規(guī)則是相同的。集成電路形式的型號如:CD4071 74LS32、74HC32 非門（反相器）L = A（輸出是A的反）（邏輯表達(dá)式）（邏輯符號）|AL1L丄集成電路形式的型號如:CD4069 74LS04、74HC04 。等3.復(fù)合門電路：（與、或、非三種基本門電路的組合使用）與非門

15、（與門+非門）（組合結(jié)構(gòu)）或非門（或門+非門）（組合結(jié)構(gòu)）A B （與非符號L 0L = AB（表達(dá)式）A L十k-L = A+BB （或非符號）（表達(dá)式）A BL0 010 111 011 10（功能口訣）見0出1全1出0A BL0 010 101 001 10（功能口訣）見1出0全0出1異或門L = A 2B=AB+AB（異或符號）（表達(dá)式）A BL0 000 111 011 10（功能口訣）相同出0不同出1用與、或、非基本門可復(fù)合出多種邏輯門；用組合邏輯設(shè)計(jì)方法，可構(gòu)成各種組合邏輯電路;也有多種形式的集成復(fù)合門電路供選用，如：CD4070 CD4085 3. 組合邏輯電路的簡單分析方法:

16、前已敘述：只用門電路構(gòu)成的邏輯電路稱為組合邏輯電路，簡稱為組合電路。較復(fù)雜的邏輯電路分析、設(shè)計(jì)、包括相同功能間的電路形式變換，需要借助邏輯代數(shù)（布爾 代數(shù)）和相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)。本文僅從維修角度編寫，因而不討論設(shè)計(jì)等較復(fù)雜的問題?？捎帽磉_(dá)式、真值表對簡單的組合邏輯電路逐點(diǎn)、逐級推導(dǎo)，得出輸出結(jié)論：A .0L / =ABB -101DC1C1L=AB C(L= ABC)當(dāng)A=0、B=1、C=1時，L= ？逐級標(biāo)注驗(yàn)證L / =AB,它又是后一個與非的輸入， C 也是與非的輸入：所以， L=ABC，即構(gòu)成 有三個輸入端的與非門 。也可在三輸入端加不同的輸入狀態(tài)（0、1），由邏輯門輸出結(jié)果，逐級推導(dǎo)

17、出結(jié)論。ABC左兩邏輯電路的功能是相同 的。說明可以用不同的門電路來 實(shí)現(xiàn)同一功能。可用上述在輸入端加狀態(tài)標(biāo) 注的方法分析驗(yàn)證。4. 關(guān)于輸入狀態(tài)的說明和電路驗(yàn)證方法邏輯電路的狀態(tài)真值表是描述在輸入狀態(tài)下對應(yīng)的輸出狀態(tài)的表格。輸入狀態(tài)實(shí)際是所有輸入端可能存在的狀態(tài)組合。一個端子只有0、 1兩態(tài)，因此其所有輸入狀態(tài)的組合量隨輸入端數(shù)呈2n （n為輸入端數(shù)）規(guī)律：即 2個輸入端有22 = 4種輸入組合；3個入端有23= 8種；同理, 4、5、6個入端對應(yīng)16、32、64種輸入組合。在真值表中，輸入組合是按二進(jìn)制數(shù)的順序排列的：輸入輸出A BL0 00 11 01 1輸入輸出A B CL0 0 00

18、 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1輸入輸出A B C DL0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 11 0 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1用二進(jìn)制順序排列可以方便 地將全部組合列岀。上表格即十 進(jìn)與二進(jìn)對應(yīng)關(guān)系中的兩位 形式、三位形式和四位形 式。對5個及以上輸入端同理可 列出，但應(yīng)用較少。但是，不能將表格中的輸入排列看成是二進(jìn)制數(shù)字，它們的每一行是代表出現(xiàn)在對應(yīng)端子上的 狀態(tài)，且輸入、輸出是唯一的必須符合的。以此可對電路進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證方法是：將所有輸入組合的狀態(tài)逐一代入電路，求出其輸出，即得此電路的真值表；以上 述例二：若求出

19、兩電路的真值表結(jié)論完全相同，說明兩電路完全等效，這就是真值表證明法5. 工作波形圖及控制機(jī)理一般而言，真值表反應(yīng)出靜態(tài)式的工作過程。波形圖展現(xiàn)了隨機(jī)輸入狀態(tài)下電路輸出的連續(xù)變化方式，有利于對電路的分析。如果將上述真值表右轉(zhuǎn) 90,將表格中狀態(tài)用對應(yīng)的信號跳變畫出，即可得出波形圖 的表示形式。以與門為例:A0011A B LB0101將狀態(tài)畫成對應(yīng)跳變L0001（邏輯符號）（真值表橫寫）將1、 0代表的高、低電平從左至右畫出，形成動態(tài)形式的波形圖，虛線作為狀態(tài)變化的 時間分割點(diǎn)（線）顯然，它們是根據(jù)輸入狀態(tài)和具體電路的功能逐一判斷后作出的輸出結(jié)論。L對隨機(jī)輸入時的輸出波形的畫法也由上述原理作出一

20、一波形圖畫法。1. 在輸入波形上作時間分割虛線；2. 在每個時間段，用真值表口訣判斷 輸岀結(jié)果并畫岀：（左第二段）A=1、B=0 L=0;余類推，連貫畫岀。0;只有當(dāng)B=1 （高電平）時，A上的連續(xù)由輸出波形可見：當(dāng) B=0 （低電平）時，輸出始終為脈沖才能出現(xiàn)在輸出端，說明與門對信號的控制作用及B端的控制條件。異或門例:BL1 10 廠I 廠 I 異或的功能口訣是：相同出0、不同出1， 即可作出其輸出波形?？衫斫鉃楫惢蜷T具有狀態(tài)或數(shù)碼的比較功能一一對輸入兩信號進(jìn)行比較。與非門例:同樣可根據(jù)輸入波形和與非的功能口訣作出其波形圖;如果仍以止上述與門的輸入為例，可以得出與非輸出是與門輸出的反相 結(jié)

21、論。原因很簡單一一與非是與門輸出加一個非。同樣可對信號進(jìn)行控制。目前，數(shù)字電路及其系統(tǒng)中，除個別地方使用分立元件門電路外，均廣泛使用集成門電路；為 了便于使用和分析，多使用熟記口訣的方法掌握各自的功能。數(shù)字集成電路使用較多的是CMOS系列和TTL系列：CMO的典型型號為 CD4000標(biāo)注，工作電壓 318V,高電平工作電壓、低電平 Vl0V;TTL系列標(biāo)注為 74LS、74HC等，工作電壓 5V，Vh 2.4V、VlV 0.3V ;在CMOS TTL混用時，因工作電源電壓、高低電平等的差異，也有專門的集成化接口電路來緩 沖?？蓞⒖加嘘P(guān)資料的介紹。六、觸發(fā)器用信號去驅(qū)動（觸發(fā)），可以改變并保持新

22、狀態(tài)的電路。這種電路有 0 、1兩個狀態(tài)，當(dāng)觸發(fā)信號消失后，電路狀態(tài)仍保持不變，即電路有記憶功 能，也可認(rèn)為一個觸發(fā)器能存儲一位二進(jìn)制的數(shù)碼（0或1）。也稱為時序電路。經(jīng)常使用的觸發(fā)器有如下幾種形式：（常用 F/F 符號標(biāo)注觸發(fā)器，女口RS F/F ）1.基本RS觸發(fā)器（電路結(jié)構(gòu)）（邏輯符號）禁止兩個與非門交叉耦合而成。兩個 Q端為輸出，其狀態(tài)總是相反的， 規(guī)定 Q代表輸出狀態(tài); 其反端可念為Q非端或Q反端。從結(jié)構(gòu)圖、由與非功能可分析出：未觸發(fā)前（靜態(tài)）：R = S = 1、當(dāng)R t 王 （下跳：11）、S二1、不變Q = 0;這是對輸出的置 0、 （Z 0）; 當(dāng) S t _ （下跳：1t0

23、t 1）、R=1不變Q =1；這是對輸出的置 1 （Z1）; 當(dāng)R或S引過后，Q狀態(tài)被觸發(fā)更新后的狀態(tài)將保持不變記憶功能；基本RS觸發(fā)器可用邏輯符號表示，R、S稱為置位（輸入）端，其上端的小園圈表示應(yīng)使用下降沿觸發(fā)，或稱為下跳變有效、低電平有效。因此，R、S靜態(tài)時均應(yīng)為高電平 1（觸發(fā) 后該端應(yīng)盡快返回1）。由上述分析可列成狀態(tài)真值表，R稱為置0端、S稱為置1端，當(dāng)R、S同時為0時，兩個與非將見0出1破壞了 Q端互為相反的規(guī)定，此項(xiàng)的輸出狀態(tài)是不定的，應(yīng)禁止此種操作。基本RS觸發(fā)器也可用或非門構(gòu)成:RS 00保持011(Z 1100(Z 011不定（禁止）QQSRZ 1Z 0(電路結(jié)構(gòu))（邏輯

24、符號）（狀態(tài)真值表）由或非門構(gòu)成的基本 RS F/F的 操作和與非形式相反：靜態(tài)時R=S= 0,置位時，高電平有效（S、R端上 部沒有小圈。基本RS觸發(fā)器應(yīng)用一一防振開關(guān):機(jī)械式開關(guān)的觸點(diǎn)有彈性振動，在擲動瞬間會岀現(xiàn)若干振動脈沖，引起信號混亂。用RS觸發(fā)器對K防振一一每按動一次，Q只有一個脈沖輸出 圖中電阻為提供高電平而設(shè)。動作過程可自行分析。2. J-K觸發(fā)器（保持）（隨 J，（隨 J，（翻轉(zhuǎn),該觸發(fā)器要在時鐘脈沖 CP的作用下，Q狀態(tài)才能根據(jù)J、K控制端的信 號更新，屬于同步工作型觸發(fā)器。Fd、Sd :強(qiáng)制置位端（不受 CP約束，單獨(dú)RS功能），下降沿有效（平常 應(yīng)為高電平）。CP也是下降

25、沿有效（在 CP下降沿時刻更新Q狀態(tài)）。原狀態(tài)；Q :新狀態(tài)） t狀態(tài)保持不變； f狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；t新狀態(tài)跟隨J狀態(tài)變化；在cp )_ 時刻：(Qn ：J=K=0J=K=1JM Kn+1Z T)Qn+1 =0特點(diǎn)：不存在 使用時，在 出錯。禁止態(tài)，JK觸發(fā)器是全功能形式。CP持續(xù)期間，J、K狀態(tài)應(yīng)穩(wěn)定，否則會）外，也具備同步置位和翻轉(zhuǎn)J-K觸發(fā)器除具有強(qiáng)制置位功能（也稱為異步置位功能。而翻轉(zhuǎn)功能是構(gòu)成計(jì)數(shù)器、分頻器等時序電路的重要條件。3. D觸發(fā)器：一一跟隨式F/F在時鐘脈沖CP作用下，所狀態(tài)Qn+1始終跟隨控制端D的狀態(tài)： Qn+1 = DCP上升沿有效。D觸發(fā)器常用于數(shù)碼保存、傳送；S R為

26、異步置位，高電平有效。特例： Q和D連接，形成F/F 翻轉(zhuǎn)型、計(jì)數(shù)分頻型觸發(fā)器設(shè)：F/F 初始態(tài) Q=0, ( Q =1 )Q=0, ( Q =1 ) t D=1： CP過后f Q=1 (Q=0)f D=0： CP過后f Q=0(持續(xù)翻轉(zhuǎn))在CP作用下，每一個 CP的上跳時刻使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次；Q和CP波形比較：Q波形周期是CP的2倍，即頻率為其二分之一，稱：T / F/F是一個二分頻器觸發(fā)器等時序電路的波形畫法與組合電路類似，由于時序電路的狀態(tài)是在原狀態(tài)的基礎(chǔ)上更新，因此必須首先設(shè)定初始狀態(tài)（初態(tài)） ；在CP的觸發(fā)時刻（是上升沿、還是下降沿）根據(jù) 電路功能（真值表）和連接方式，判斷出新狀態(tài)并逐

27、段畫出；特點(diǎn)：每一次更新后，狀態(tài)要保持到下一次CP作用前。集成化J-K觸發(fā)器的常見型號有：CD4027 74LS109 CC74HC107 ；集成化D觸發(fā)器的常見型號有：CD4013 74LS74 CC74HC74 ；使用時應(yīng)搞清楚 CP置位端等的有效方式（上升沿還是下降沿 ,高電平還是低電平）；七、典型應(yīng)用電路1.單穩(wěn)態(tài)電路：具有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)：觸發(fā)后從穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)一段時間后又自動返回穩(wěn)態(tài) 的電路。它有延時的效果，又稱為單穩(wěn)延時電路。tw RC（靜態(tài)）穩(wěn)態(tài)時：A=0 f Uo=1（A=0） B=1 f C 已充滿電（D=1）; 當(dāng)A上跳觸發(fā)：A=1 D=1 f Uo下跳至?xí)?/p>

28、態(tài)， 同時，A=1f B=0: C經(jīng)R放電，當(dāng)降至 G2 門限時，D相當(dāng)于O f Uo上跳回穩(wěn)態(tài)。有專用的單穩(wěn)集電路，如：74LS123 CD4538CLRABQ Q0XXX X1XX001（Z O）01（保持0）01（保持0）穩(wěn)態(tài)11r0L 10 1ji g r（ +b F 有效） _lll_t（ -a i 有效） j-Li_r （時鐘觸發(fā)）暫態(tài)供選用;RC決定暫態(tài)時間； 有多種觸發(fā)方式。（X :表示任意態(tài)）CD4538是CMOS式的精密單穩(wěn)集成電路，一片中有兩個相同的單穩(wěn)。R為Z 0:平常為高電平；-A :低電平觸發(fā)；使用-A時，+B應(yīng)接高電平（VCC）O+B :高電平觸發(fā)；使用 +B時，

29、-A應(yīng)接低電平（地）。2.多諧振蕩器:R 1k 100r_n_TL_TLRC矩形振蕩器：振蕩周期 T 疋2.3 RC要求：觸發(fā)脈沖 A的脈寬tK暫態(tài)時間tw，（暫態(tài)未結(jié)束前觸發(fā)脈沖不能消失）石英晶體形式：石英晶體為選頻元件。振蕩頻率與 R、C無關(guān)；R使非門工作在線性放大區(qū)（又稱為門電路的狀態(tài)轉(zhuǎn)折區(qū)）。3.數(shù)據(jù)傳送:D6D5D4D3D2D1D觸發(fā)器在CP作用下可將D端狀態(tài)送至Q端并保持。也稱為數(shù)據(jù)寄存器。若在D4 D1對應(yīng)放置二進(jìn)制數(shù)各位，在一個CP作用下，此二進(jìn)數(shù)被送至 04 01各端;也可不用Z 0 （R接地）：CP作用后04 01各端就是CP作用前D6D1的數(shù)據(jù)。 此傳送方式廣泛用在數(shù)字系

30、統(tǒng)中。4. 計(jì)數(shù)器:BA用D觸發(fā)器變換成 F/F , 如圖聯(lián)成二進(jìn)制加計(jì)數(shù)形 式；QJ QJCPD-CP借位QKQKDCQJ QJCPCPQKjQKCP計(jì)入用J=K=1的翻轉(zhuǎn)功能（） 構(gòu)成二進(jìn)制減計(jì)數(shù)形式；DCBA表示計(jì)入脈沖后計(jì)數(shù)器從高位到低位的二進(jìn)制數(shù)狀態(tài)，字母DCBA排列序僅是一種標(biāo)注習(xí)慣。例如：當(dāng)DCBA為1001時：表示計(jì)入了 9個脈沖；顯然，上述四個 F/F （四位）最多可計(jì)入 15 個（24 -1 ），第16個計(jì)入后將向更高位進(jìn)（借）位。稱十六進(jìn)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)容量隨F/F位數(shù)呈2關(guān)系；計(jì)數(shù)顯示為二進(jìn)制數(shù)順序，也稱為計(jì)數(shù)編碼；四位時，DCBA從 00001111 ；目前已有多種位數(shù)、

31、進(jìn)制的集成計(jì)數(shù)器，可直接選用。上述僅說明計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)形式。例CD4518 :十進(jìn)同步加法計(jì)數(shù)器；CD4040 : 12級二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；CD4060: 14級二進(jìn)計(jì)數(shù)器;74LS160 :十進(jìn)同步加法計(jì)數(shù)器；74LS161 : 4級二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器5. 譯碼器:計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)狀態(tài)是以二進(jìn)制形式出現(xiàn)的（稱二進(jìn)編碼）；使用廣泛的十進(jìn)計(jì)數(shù)器常用 00001001十組狀態(tài)來對應(yīng)表示十進(jìn)制數(shù)的 09，這種編碼方式稱為 BCD碼。有時需將二進(jìn)形式變換成人 們習(xí)慣的十進(jìn)方式等，由譯碼器實(shí)現(xiàn)其變換。譯碼的實(shí)質(zhì)是對特定的狀態(tài)進(jìn)行判斷，且結(jié)果是唯一的。用門電路就可對編碼進(jìn)行判斷：1 D 1 C 一1 B 1左圖：

32、代表二進(jìn)制數(shù)的 1111送至與門入端，輸出出1:表示此二 1 表示 （ 15） 10 進(jìn)數(shù)是十進(jìn)數(shù)的15 ;此輸出在所有輸入的四位碼中是唯一的。譯碼輸出(3) 11(2) 10(1) 01(0) 00Q2Q2Q1Q10譯碼輸岀Q1Q1RQ2Q2RDCPQ1Q1RDCPCP計(jì)入Q2Q2RDCPD CPCP計(jì)入，用若干個門電路構(gòu)成的陣列可將所有編碼對應(yīng)譯出。上圖用與門陣列對計(jì)數(shù)器譯碼。例如：計(jì)到（2） 10即（10） 2時，Q= 1、Q= 0 （= 1）t譯碼輸出 出1，其余均為0，即: 2被譯出。余類推。被譯出時，輸出為1 T稱1 譯出有效；被譯出時，輸出為0 T稱0譯出有效；可根據(jù)需要選擇相應(yīng)

33、的譯碼電路。6. 脈沖分配器:CCV6.1412cp5 6 7 8 9 岀 ，位 進(jìn) 丄譯碼十進(jìn)制輸出計(jì)數(shù)器配上對應(yīng)的譯碼器就構(gòu)成脈沖分配器（如上圖）：當(dāng)CP脈沖持續(xù)不斷地計(jì)入時，譯碼輸出端將順序分配送出CP脈沖，由此得名。集成化的脈沖分配器電路：CD4017 （左圖）CP為時鐘脈沖輸入，上升沿有效；CE為時鐘禁止端：當(dāng) CE=0時，CP進(jìn)入計(jì)數(shù)運(yùn)行；CE=1時，計(jì) 數(shù)停止；R為復(fù)位端：當(dāng)R=1時t計(jì)數(shù)器置 0 （ R端平常應(yīng)為 07.數(shù)碼顯示:在元件篇和三極管開關(guān)及其驅(qū)動等部分，已介紹了發(fā)光二極管及數(shù)碼管的特性和 驅(qū)動方式。如果將脈沖分配器輸出去推動發(fā)光二極管，則可指示出計(jì)數(shù)器狀態(tài)一一這是簡

34、單的顯示方式。有多種形式的集成譯碼器和專門與數(shù)碼管配合顯示數(shù)字或字母的譯碼器：例：BCD碼帶鎖存七段譯碼器（LED） CD4511 （1譯出有效）;VCC編碼輸入1A1VCC2A2f3LTg4BIa5LEb6A3CD4517A0d8丄eD C B A109161514131211VCCCZhoaa-IZZFabcd共陰數(shù)碼管從編碼輸入送入 BCD碼，數(shù)碼 管顯示岀對應(yīng)的十進(jìn)數(shù)字。LT:段檢查，當(dāng) LT= 0t七 段全亮，以查譯碼器或數(shù)碼管缺段BI :消隱，當(dāng)BI= 0 t七段全滅；LE:鎖存，當(dāng)LE= 1 t譯碼器被 鎖定編碼送不進(jìn)去，保持、顯示鎖定前的狀態(tài)；般情況下，LT、BI應(yīng)為 1 Vc

35、c ； LE應(yīng)為 0接地。八、555時間電路及其應(yīng)用:型號為NE555 （三5電路）的集成時間定時電路，因使用簡單、靈活，其輸出又能提供較大的負(fù)載，在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。NE556是一塊片子中有兩個NE555 。VCCJ8765(6)VccD THCOTHCO(5)NE555TR uo1r3I4(2)TR4V R1n（電路，功能表）RVR2(8)VO1A Q十十(7) D .B V21QTHTRRUODXX低低通(2/3) Vcc(1/3) Vcc高低通(1/3) Vcc高原態(tài)原態(tài)X(1/3) Vcc高高斷UO放電管T : D和地之間構(gòu)成開關(guān)555電路的主要特點(diǎn)是： 當(dāng)TH TR上的電位在1/

36、3 Vcc2/3 Vcc之間變化時，輸出會跳變。Vcc電源，3 18V ； TH 咼觸發(fā)端；TR -低觸發(fā)端；R 置0端;CO 外接控制電壓；D放電端；Uo -輸出端；（電路內(nèi)三個 R對Vcc均壓成1/3、2/3 ）用其特性，可構(gòu)成單穩(wěn)，多諧振蕩器等電路。1. 單穩(wěn)觸發(fā)器:VCCVCC Rui 0 irT|cTHDUONE555TRCO一 0.01tK當(dāng)ui下跳：TRv 1/3 Vcc TUO上跳、D放電端斷，-進(jìn)入暫態(tài)；同時，Vcc R C充電（uc曲線）：當(dāng)uc升至2/3 Vcc時TUO下跳、暫態(tài)結(jié)束；D端同時接通tC對地迅速放電、返回穩(wěn)態(tài)；（均對照上述功能表分析）RC決定暫穩(wěn)態(tài)時間例：當(dāng)

37、 R= 100k、C= 10卩，t k 1.1 RC ;36tK 1.1 RC = 1.1 x 100X 10 x 10X 10- = 1.1（秒）；2. 多諧振蕩器:RBr R2-t |放脈寬可調(diào)R1IsVCCVCCNE555THUODTR左圖：基本結(jié)構(gòu)方式；通電，Vcc TR1、R2 T c充電，uc上 升，當(dāng)升至2/3 V cc時 TD導(dǎo)通；C T R2 T D 放電；如此一充一放形成連續(xù)振蕩。由于充放電時各自路徑的 RC常數(shù)不 同，輸出為矩形波形式。，在電可用右圖的方式實(shí)現(xiàn)脈沖寬度和間隔的可調(diào)：它實(shí)質(zhì)是二極管將充放電路徑各自分開電壓的含義，簡稱回差?；夭畹拇笮”碚鬏敵雒}寬。圖示的基本應(yīng)

38、用，回差即為1/3 Vcc幅度。如果要人為調(diào)整回差值，可在CO端外接調(diào)整電壓 Vco,即改變了原有的三分均壓（見555電路圖），從而改變了回差?；夭畲螅娐房垢蓴_能力強(qiáng)，但過大將引起觸發(fā)靈敏度變差。有專門的施密特集成塊：如CD40106 片中有六個相同的施密特觸發(fā)器。應(yīng)用例:A輸入施密特 邏輯符號L鑒幅、整形：當(dāng)輸入從低升至 2/3 VCC及以上時， 輸岀下跳，可認(rèn)為施密特觸發(fā)器有鑒幅作 用一一當(dāng)輸入幅度小于高觸發(fā)值時，電路不動作即無輸出（TH TR稱上、下門限）。上述作用本身就意味著整形。消除機(jī)械觸點(diǎn)振動一一防振開關(guān):機(jī)械按鈕、開關(guān)在按動時產(chǎn)生的振動，相當(dāng) 于在跳變的始，末附加了多個脈沖（毛

39、刺），引起 動作程序命令混亂；加RC積分使之圓滑，然后由施密特觸發(fā) 器整形，使按動一次只岀一個脈沖。顯然RC的時間常數(shù)不能太大一一能淹沒即可。脈沖延遲電路:與防振開關(guān)電路原理類似：積分電路對輸入脈沖產(chǎn)生畸變一一上、下沿時 間增長，使之變化到施密特門限電壓的時間延長，即輸岀跳變的時間延遲。延遲量（RC常數(shù)）不能太大，否則運(yùn)行失效。位器RB的調(diào)整下，可以作到充、放電RC常數(shù)基本一致一一輸出方波脈沖。電路振蕩周期 T沁0.7（R1+2R2 C （秒）2.施密特觸發(fā)器：施密特觸發(fā)器可將變化非常緩慢的的輸入波形（電壓），整形成為適合于數(shù)字電路需要的矩形脈沖，具有回差電壓的特點(diǎn)，使之抗干擾能力較強(qiáng)。輸入信

40、號接在高，低觸發(fā)端上，顯然 信號幅度在1/3 2/3 V cc間輸出要 發(fā)生跳變；當(dāng)輸入從低升至2/3 V cc及以上時， 輸岀下跳；當(dāng)輸入從高降至1/3 V cc及以下時， 輸岀上跳；分析可見：輸入從高降至2/3 V cc時、從低升至1/3 V cc時，輸出是保持不變的，這就是回差九、單片機(jī)、微處理器及接口硬件：單片機(jī)、微處理器及接口硬件是數(shù)字電路在智能化領(lǐng)域的典型應(yīng)用，本節(jié)不涉及單片機(jī)及微處 理系統(tǒng)的程序軟件，僅從數(shù)字電路的角度簡介其器件形式及工作原理。1.名詞術(shù)語及含義:把微型計(jì)算機(jī)的主要功能部件集成在一個芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)叫單片機(jī)。單片機(jī)也可稱 為微控制器（Micro Contr

41、oller Unit ）縮寫為 MCU。微處理器一般是指由一片或幾片大規(guī)模集成電路芯片組成的中央處理單元（Centrol ProcessingUnit）。微處理器通常又簡稱為 CPU。CPU主要由寄存器、累加器、算朮邏輯部件、控制部件、內(nèi)部 總線或時鐘電路組成。在一塊單片機(jī)芯片內(nèi)裝有 CPU和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、輸入/輸出接口電路、定時/計(jì)數(shù)器、 中斷控制器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（A/D）、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（D/A）、調(diào)制解調(diào)器以及其他部件等的系統(tǒng)。視其 型號不同，其組成部分各異。由此，中央處理單元（CPU）只是單片機(jī)（MCU ）當(dāng)中的一個部件。從上述定義即可認(rèn)為單片機(jī)就是一臺微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的

42、另一種形式是單板機(jī)：單板機(jī)是把微型計(jì)算機(jī)的整個功能體系電路（CPU ROMRAM輸入/輸出接口電路以及其他輔助電路）全部組裝在一塊印刷電路板上，再用印制電路將各個 功能芯片連接起來。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，在功能方面，目前單片機(jī)已超過以往一些單板機(jī)的功能；但 是，單一的一塊單片機(jī)還需要根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展等要求增設(shè)其自身的外圍電路，并作在一塊印刷電路板 上，似乎也可稱之為單板機(jī)。以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，稱為單片機(jī)控制系統(tǒng)。除單片機(jī)芯片內(nèi)有存儲器、計(jì)數(shù)器、轉(zhuǎn)換器等典型數(shù)字電路部件外，其片外還需和各種形式的 外部設(shè)備和類似單元的外圍芯片相連接。稱為配置或接口硬件。單片機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu):單片機(jī)系統(tǒng)2

43、.常見的單片機(jī)及其系統(tǒng)形式：CPU中央處理單元；ROM RAM存放程序指令或數(shù) 據(jù)的存儲器；中斷系統(tǒng)：能暫時停止處理當(dāng) 前信息改作他用，完畢后返回原處 繼續(xù)運(yùn)行的控制系統(tǒng)。I/O 口：單片機(jī)的輸入/輸岀通 道;DB:數(shù)據(jù)總線；AB:地址總線；CB:控制總線；單片機(jī)基本都是以三朿總線（ DB AB CB）與外部設(shè)備進(jìn)行信息溝通的一一三總線方式。就單片機(jī)本身而言，直觀的形式是對外的引線及功能。在目前單片機(jī)的主要應(yīng)用領(lǐng)域中，8位機(jī)已經(jīng)能夠滿足大部分的實(shí)際需求且性價(jià)比好，仍廣泛在控制系統(tǒng)中使用。8位單片機(jī)的引線包含：8根地址線（AB）、8根數(shù)據(jù)線（DE）多根控制線（CB、電源及時鐘 線等。通過與外部設(shè)

44、備、器件的連接，構(gòu)成相應(yīng)的單片機(jī)系統(tǒng)或稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)典型應(yīng)用系統(tǒng)：輸入部分-V-基本部分,./輸岀部分如上的框圖表征一個系統(tǒng)的構(gòu)成形式。若選用型號的單片機(jī)芯片內(nèi)裝有的部件及容量對欲構(gòu)成 的系統(tǒng)已經(jīng)足夠，就無須進(jìn)行擴(kuò)展或增加外設(shè)。例如，單片機(jī)片內(nèi)已有足夠的 EPROMA/D等部件時,其運(yùn)行過程均在片內(nèi)完成。系統(tǒng)的運(yùn)行是按人們的意圖進(jìn)行的：在程序存儲器中裝有系統(tǒng)運(yùn)行的程序（指令）；啟動運(yùn)行后,中央處理單元（CPU自動地逐條地取出所存的程序，一條一條地加以分析執(zhí)行，完成程序所要求的 運(yùn)算和操作；將運(yùn)算的結(jié)果，送給顯示器或其它受單片機(jī)系統(tǒng)控制的對象。輸入部分的運(yùn)作即反映 人們的意圖。3.

45、 常見的單片機(jī)型號、引腳及最小應(yīng)用系統(tǒng):單片機(jī)功能、型號眾多。有8位機(jī)、16位機(jī)及不同的片內(nèi)附加功能，僅例舉目前使用較廣泛的MCS-51系列和Microchip （美國微晶公司）PIC系列的8位單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)管腳及片外總線結(jié)構(gòu)P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST/VPD 一 RXD、P3.0 一 TXD、P3.1 一 INTO、P3.2 一 INT1、P3.3 T0、P3.4 T1、P3.5WR、P3.6 RD、P3.7 XTAL2 XTAL1 V SS1402393384375366357348803133980513210875

46、1311130122913281427152616251724182319222021VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.51 P0.61 P0.71 EA/V PPALE/PROGPSEN1- P2.71- P2.61- P2.51- P2.41 P2.31 P2.2P2.1一 P2.0A15A8D7D6D5D4D3D2D1A14A13A7A6A12A11A10A9A3A2A1A0A5A4地址總線（AB ）D0數(shù)據(jù)總線（DB）（官腳圖）（引腳功能分類）8031是片內(nèi)不帶程序存儲器（ROM/EPROM勺單片機(jī)，程序存儲器需外掛；8051在片內(nèi)帶有4K容量的一次性編程的 ROM8

47、751在片內(nèi)帶有4K容量的EPROM可多次編程、修改，在4K以下的編程容量下，可不外掛;MCS-51單片機(jī)為40引腳（如上圖），按其引腳功能可分為三部分： I/O 口線：Po、P1、P2、P3 共 4 個 8 位口；控制口線：PSEN（片外取指控制）、ALE（地址鎖存控制）、EA （片外存儲器選擇）、RESET（復(fù) 位控制）；電源及時鐘： Vcc、VSs、XTAL1、XTAL2 ;應(yīng)用特性： I/O 口線不能全用作用戶的 I/O 口線。除8051、8751夕卜，對8031單片機(jī)：可以真正可為用戶使用的I/O 口線只有P1 口，以及部分作為第一功能使用時的P3 口（可作控制、I/O的雙重功能口）

48、。由引腳功能分類圖示：P?？冢?8位）作為數(shù)據(jù)總線 DB ; P0 口又和P2 口共同構(gòu)成片外尋址的地 址總線AB （16位），即尋址范圍為 216 t64K容量，A。A7為低8位、A8A15為高8位；用分 時控制方式來區(qū)分 P0 口此刻是數(shù)據(jù)還是地址信息：若是地址t鎖存器開通，若是數(shù)據(jù)，鎖存器 關(guān)閉，由CPU送出的ALE （地址鎖存控制）信號控制。AT89系列單片機(jī)AT89系列單片機(jī)是美國ATMEL （愛特梅爾）公司產(chǎn)品。目前廣泛使用的有：AT89C2051、AT89C51、AT89C52、AT89C55 等，其中后三種分別與 80C31 （8031 的節(jié)電型，下同）、80C52、80C55 完全兼容；AT89C2051是80C31的簡化形式。AT89C51為雙列直挿40引腳，引