數(shù)字電路的應(yīng)用

1、數(shù)字自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)取款機(jī)自動(dòng)售貨機(jī)自動(dòng)咖啡機(jī)數(shù)字測(cè)重器用門電路實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系用門電路實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系觸發(fā)器及其在電子控制系統(tǒng)中的作用觸發(fā)器及其在電子控制系統(tǒng)中的作用數(shù)字電路的基本單元電路是門電路和觸發(fā)器，觸發(fā)器又是由門電路構(gòu)成的；在數(shù)字電路中，門電路用于實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系，觸發(fā)器用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)：任何復(fù)雜的電子控制系統(tǒng)中的控制部分都可用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)。用門電路實(shí)現(xiàn)邏輯關(guān)系案例分析案例分析普通電子秤上顯示的價(jià)格的最小單位是“分”。小明想在秤上加一個(gè)四舍五入的電路，能自動(dòng)對(duì)電子秤顯示的“分”值作四舍五入處理，使顯示的最小值為“角”。請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)此電路。設(shè)計(jì)數(shù)字電路的步驟是： (1)對(duì)電路的輸入端、輸出端的名稱及

2、其所代表的邏輯含義加以指定； (2)根據(jù)能使輸出為1的條件，分析其輔出與輸入之間的邏輯關(guān)系； (3)將上述邏輯關(guān)系用邏輯表達(dá)式表示； (4)選擇合適的數(shù)字集成電路和其他有關(guān)器件搭接此電路。 按上述步驟，對(duì)該案例設(shè)計(jì)步驟的前兩步分析如下： 第一步：由于在電子秤中，每1位十進(jìn)制數(shù)是用4位二進(jìn)制數(shù)表示的，所以電路應(yīng)有4個(gè)輸入C8、C4、C2、C1，它們對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)為N。 電路應(yīng)有1個(gè)輸出C0，它代表“分”向“角”的進(jìn)位。當(dāng)N4時(shí)，C0為0；當(dāng)N5時(shí)，C0為1。 第二步： 從表中可以看出，能使輸出C0為1的條件有3種情況； (1)只要C8為1，如N=8和N=9時(shí)，C0一定為l； (2)若C4和C1同

3、為1，如N=5和N=7時(shí)， C0=1； (3)若C4和C2同為1，如N=6和N=7時(shí)，C0=1。 請(qǐng)按設(shè)計(jì)步驟完成第三步、第四步設(shè)計(jì)。其中，輸入信號(hào)可照右圖方法用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)獲得；輸出可用發(fā)光二極管作指示，F(xiàn)=1時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光。觸發(fā)器及其在電子控制系統(tǒng)中的作用基本觸發(fā)器的記憶作用在數(shù)字電路中常常需要將某個(gè)信號(hào)(電平)保持一段時(shí)間。基本觸發(fā)器邏輯圖基本觸發(fā)器波形觸發(fā)器（能夠存儲(chǔ)位二值信號(hào)的基本單元電路統(tǒng)稱為觸發(fā)器。）數(shù)字電路中能將二進(jìn)制數(shù)據(jù)記憶住的基本單元電路稱為觸發(fā)器，其數(shù)字電路中能將二進(jìn)制數(shù)據(jù)記憶住的基本單元電路稱為觸發(fā)器，其中最簡(jiǎn)單的中最簡(jiǎn)單的種稱為基本觸發(fā)器，通常由種稱為基本觸發(fā)

4、器，通常由2 2只或非門只或非門( (或或2 2只與非門只與非門) )交叉交叉連接構(gòu)成。連接構(gòu)成。 任何觸發(fā)器都有任何觸發(fā)器都有2 2個(gè)輸出端個(gè)輸出端Q Q和和 Q Q，正常情況下，正常情況下Q Q和和Q Q總是反相的，即總是反相的，即不是不是(Q=0(Q=0，Q=1)Q=1)就是就是(Q=1(Q=1，Q=0)Q=0)。(Q=0(Q=0，Q=1)Q=1)稱為稱為O O狀態(tài)，狀態(tài)， (Q=1(Q=1，Q=0)Q=0)稱為稱為1 1狀態(tài)。狀態(tài)。 基本觸發(fā)器有基本觸發(fā)器有2 2個(gè)輸入端個(gè)輸入端S S和和R R，S(set)S(set)稱為置位端或置稱為置位端或置1 1端，端，R(reset)R(re

5、set)稱為復(fù)位端或置稱為復(fù)位端或置0 0端。端。 若若S S端加觸發(fā)信號(hào)端加觸發(fā)信號(hào)( (高電平高電平) )，R R端不加觸發(fā)信號(hào)，即端不加觸發(fā)信號(hào)，即S=1S=1，R=OR=O，基本，基本觸發(fā)器被置于觸發(fā)器被置于1 1狀態(tài)，此過程稱為置狀態(tài)，此過程稱為置1 1； 若若R R端加觸發(fā)信號(hào)端加觸發(fā)信號(hào)( (高電平高電平) )，S S端不加觸發(fā)信號(hào)，即端不加觸發(fā)信號(hào)，即S=0S=0，R=1R=1，基本，基本觸發(fā)器被置于觸發(fā)器被置于O O狀態(tài)此過程稱為置狀態(tài)此過程稱為置0 0。無論置1還是置0，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)結(jié)束后，即S和R的輸入都是低電平時(shí)基本觸發(fā)器的狀態(tài)保持不變。由此可見，基本觸發(fā)器具有記憶作用(

6、也稱存儲(chǔ)作用)，能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制信息（即能存儲(chǔ)一個(gè)1或0）。案例分析思考思考下圖所示的基本觸發(fā)器在我們觀察的時(shí)刻之前曾在哪一端加過觸發(fā)信號(hào)？基本觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端通常不應(yīng)都加觸發(fā)信號(hào)（高電平），基本觸發(fā)器輸出與輸入之間的關(guān)系如上表所示。試驗(yàn)?zāi)康模菏煜せ居|發(fā)器的功能。試驗(yàn)準(zhǔn)備：CT74LS00 1片，電位器1只，電阻6只；發(fā)光二極管1只。試驗(yàn)過程：按電路圖搭接電路，調(diào)節(jié)Ui使其由0變大，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況，并記錄發(fā)光二極管狀態(tài)變化時(shí)的Ui值。當(dāng)發(fā)光二極管狀態(tài)變化后，再將Ui由大變小，觀察發(fā)光二極管的發(fā)光情況，并記錄發(fā)光二極管狀態(tài)改變時(shí)的Ui值。小試驗(yàn)初始Ui約為0V，此時(shí)發(fā)光二極管亮。U

7、i由小到大時(shí)，狀態(tài)改變時(shí)的Ui約為3.2V，燈滅，以后一直保持滅，直至Ui=6V。Ui由大到小時(shí)，狀態(tài)改變時(shí)的Ui約為1.6V，燈亮，直至Ui回到Ui=0V。 1. Ui1.6V時(shí)，觸發(fā)器置1，Ui3.2V時(shí)，觸發(fā)器置0。 2. 當(dāng)1.6VUi3.2V,觸發(fā)器處于保持(記憶)狀態(tài)。經(jīng)過改造可用于有上、下限控制要求的水位、溫度等控制電路中，如水位低于某值進(jìn)水，水位高于某值停止進(jìn)水等。試驗(yàn)記錄：試驗(yàn)記錄：初始狀態(tài)初始狀態(tài)(Ui=0)，發(fā)光二極管狀態(tài)，發(fā)光二極管狀態(tài) 。發(fā)光二極管狀態(tài)改變時(shí)的發(fā)光二極管狀態(tài)改變時(shí)的Ui 。 發(fā)光二極管狀態(tài)再次改變時(shí)的發(fā)光二極管狀態(tài)再次改變時(shí)的Ui 。試驗(yàn)總結(jié)：試驗(yàn)總結(jié)

8、：1該電路是如何體現(xiàn)基本觸發(fā)器功能的該電路是如何體現(xiàn)基本觸發(fā)器功能的?2該電路有何用途該電路有何用途?閱 讀用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器。用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器。用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器的觸發(fā)用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)是低電平，即用信號(hào)是低電平，即用0 0來觸發(fā)。來觸發(fā)。當(dāng)置當(dāng)置1 1端端S S加觸發(fā)信號(hào)，置加觸發(fā)信號(hào)，置0 0端端R R不加觸發(fā)不加觸發(fā)信號(hào)，即信號(hào)，即S=0S=0，R=1R=1時(shí)，基本觸發(fā)器置時(shí)，基本觸發(fā)器置1 1；當(dāng)置當(dāng)置0 0端端R R加觸發(fā)信號(hào)，置加觸發(fā)信號(hào)，置1 1端端S S不如觸發(fā)不如觸發(fā)信號(hào)，即信號(hào)，即R=0R=0，S=1S=1時(shí)，基本觸發(fā)器

9、置時(shí)，基本觸發(fā)器置0 0；當(dāng)兩輸入瑞皆不如觸發(fā)信號(hào)，即當(dāng)兩輸入瑞皆不如觸發(fā)信號(hào)，即S=1S=1，R=1R=1時(shí)，基本觸發(fā)器狀態(tài)不變，處于記憶狀時(shí)，基本觸發(fā)器狀態(tài)不變，處于記憶狀態(tài)。態(tài)。- - - - - - - - - - -用兩個(gè)與非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器的功能表和波形圖都不同于用或非門構(gòu)成的基本觸發(fā)器，但它們?cè)陔娮涌刂葡到y(tǒng)中的作用是一樣的。常用集成觸發(fā)器常用集成觸發(fā)器是由基本觸發(fā)器加控制電路構(gòu)成的。常用集成觸發(fā)器是由基本觸發(fā)器加控制電路構(gòu)成的。最常用的兩種集成觸發(fā)器是最常用的兩種集成觸發(fā)器是D D觸發(fā)器和觸發(fā)器和JKJK觸發(fā)器。觸發(fā)器。D D觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端D D和和C C

10、，D D是數(shù)據(jù)輸入端，被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)加在此處；是數(shù)據(jù)輸入端，被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)加在此處；C C是時(shí)鐘輸入端，控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)操作：通常在是時(shí)鐘輸入端，控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)操作：通常在C C端加時(shí)鐘信號(hào)端加時(shí)鐘信號(hào)CP(clock pulse)CP(clock pulse)。下圖所示觸發(fā)器邏輯符號(hào)的時(shí)鐘輸入端有一個(gè)“”符號(hào)，表示將數(shù)據(jù)存入觸發(fā)器的操作是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（即由0變1的時(shí)刻）發(fā)生的，如圖中的t1時(shí)刻，時(shí)鐘信號(hào)由0變1，此時(shí)加在D端的信號(hào)為l，則觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)?，數(shù)據(jù)1就被存進(jìn)了觸發(fā)器。在下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（t2時(shí)刻）到達(dá)以前，無論加在D端的信號(hào)有何變化，觸發(fā)器的狀態(tài)都保持不變，體現(xiàn)了觸發(fā)器的

11、記憶功能。在t2時(shí)刻，CP信號(hào)又一次由0變1，此時(shí)加在D端的信號(hào)值為0，因而觸發(fā)器的狀態(tài)變?yōu)?，數(shù)據(jù)0被存進(jìn)了觸發(fā)器。由此可見，D觸發(fā)器的狀態(tài)每個(gè)時(shí)鐘周期變化一次，根據(jù)前一周期（第n周期）結(jié)束時(shí)，即時(shí)鐘脈沖上升沿到來前瞬間的D值（D），確定下一周期（第n+1周期）的狀態(tài)Q 。D觸發(fā)器輸入輸出RD CP DQ Q1 X X0 10 100 00 1JK觸發(fā)器JKJK觸發(fā)器的輸入端觸發(fā)器的輸入端J J和和K K，其作用類似基本觸發(fā)器的，其作用類似基本觸發(fā)器的S S和和R R，是確定觸發(fā)器，是確定觸發(fā)器狀態(tài)的依據(jù)。狀態(tài)的依據(jù)。 時(shí)鐘信號(hào)輸入端時(shí)鐘信號(hào)輸入端C C，因?yàn)樵诖硕水嬃艘粋€(gè)，因?yàn)樵诖硕水嬃艘?/p>

12、個(gè)“”，表明只有在時(shí)鐘脈沖的，表明只有在時(shí)鐘脈沖的下降沿下降沿( (即由即由1 1變變0 0的時(shí)刻的時(shí)刻) )，觸發(fā)器的狀態(tài)才由，觸發(fā)器的狀態(tài)才由J J和和K K確定，而在相鄰兩個(gè)時(shí)鐘確定，而在相鄰兩個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之間，觸發(fā)器的狀態(tài)都保持不變。脈沖的下降沿之間，觸發(fā)器的狀態(tài)都保持不變。閱讀JK觸發(fā)器輸入輸出SD RD CP J KQ Q1 0 X X X1 00 1 X X X0 11 1 X X X禁用0 0 0 0保持0 0 1 01 00 0 0 1 0 10 0 1 1 翻轉(zhuǎn)0 0 0 X X保持知識(shí)搶答競(jìng)賽知識(shí)搶答競(jìng)賽搶答器的應(yīng)用搶答器的應(yīng)用搶答器的設(shè)計(jì)搶答器的設(shè)計(jì)改進(jìn)改進(jìn)在電路

13、試驗(yàn)板上用4個(gè)D觸發(fā)器做成一個(gè)彩燈控制器，加上時(shí)鐘信號(hào)后，4個(gè)發(fā)光二極管便自動(dòng)按一定規(guī)律發(fā)光。所需器件：CCA042 1片，發(fā)光二極管4只，按鈕開關(guān)1只，510電阻4只。時(shí)鐘信號(hào)可由信號(hào)源的方波輸出端提供(頻率約為IHz)或按上節(jié)練習(xí)中提供的多諧振蕩器電路制作一個(gè)頻率約為1Hz的多諧振蕩器，由多諧振蕩器的輸出信號(hào)提供。練練 習(xí)習(xí)多諧振蕩器可用左圖電路代替，其中K是有常開，常閉兩個(gè)觸點(diǎn)的開關(guān)，每按一次，從Q端得到一個(gè)正脈沖，將Q端接到LS175的CP輸入端，則每按一次開關(guān)，彩燈變化一次。彩燈控制器光控開關(guān)電路光控開關(guān)電路 參考電路參考電路參考電路參考電路“叮咚叮咚”雙音門鈴雙音門鈴 數(shù)字信號(hào)較之模擬信號(hào)有很多優(yōu)點(diǎn)，因而數(shù)字電路得到越來越多的應(yīng)用。 與、或、非是三種最基本的邏輯關(guān)系，用這三種基本邏輯關(guān)系可以組成各種復(fù)雜的邏輯關(guān)系；日常的各種因果關(guān)系皆可用邏輯關(guān)系描述，并用數(shù)字電