《電工與電子技術(shù)》單元10數(shù)字電路基礎(chǔ).ppt

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1、1,主 編：李 文 王慶良 副主編：孫全江 韋 宇 主 審：于昆倫,電工與電子技術(shù),下篇 工業(yè)電子學(xué) 單元10 數(shù)字電路基礎(chǔ),2,【知識(shí)點(diǎn)】 數(shù)制與數(shù)碼；基本邏輯運(yùn)算；邏輯函數(shù)的表示方法；基本門(mén)電路及集成邏輯門(mén)電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、真值表；觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器的組成，電路輸入輸出狀態(tài)的分析方法。 【能力目標(biāo)】 掌握數(shù)字電路基本知識(shí)，理解各種門(mén)電路及觸發(fā)器的基本工作原理，能夠建立簡(jiǎn)單邏輯電路解決實(shí)際問(wèn)題。,單元10 數(shù)字電路基礎(chǔ),3,單元10 數(shù)字電路基礎(chǔ),目 錄,4,數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)不同，它是指在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。也就是說(shuō)它們的變化在時(shí)間上是不連續(xù)的，只發(fā)生在一

2、系列離散的時(shí)間上，而數(shù)值的大小和每次的增減變化都是某一數(shù)量單位的整數(shù)倍。例如刻度尺的讀數(shù)、數(shù)字顯示儀表的顯示值及各種電路的輸入輸出信號(hào)等。最常用的數(shù)字信號(hào)是用電壓的高、低分別表示兩個(gè)離散數(shù)值1和0。 對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電子線路稱為數(shù)字電路。,10.1.1 數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路,,10.1 數(shù)字電路概述,10.1 數(shù)字電路概述,5,10.1.2.1 數(shù)制 表示數(shù)值大小的各種計(jì)數(shù)方法稱為計(jì)數(shù)體制，簡(jiǎn)稱數(shù)制。 （1）十進(jìn)制 十進(jìn)制是人們十分熟悉的計(jì)數(shù)體制。它用09十個(gè)數(shù)字符號(hào),按照一定的規(guī)律排列起來(lái)表示數(shù)值大小。實(shí)際上任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以用一多項(xiàng)式來(lái)表示。例如3657這個(gè)數(shù)可以寫(xiě)成： 從這個(gè)

3、十進(jìn)制數(shù)的表達(dá)式中，可以看出十進(jìn)制的特點(diǎn)： 每一位數(shù)是09十個(gè)數(shù)字符號(hào)中的一個(gè)。,10.1.2 數(shù)制和碼制,,10.1 數(shù)字電路概述,6, 每一個(gè)數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位代表的數(shù)值不同。即使同一數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位上代表的數(shù)值也不同。各數(shù)位1所表示的值稱為該位的權(quán)，它是10的冪。 十進(jìn)制計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十進(jìn)一”，因此，十進(jìn)制數(shù)右邊第一位為個(gè)位，記作100；第二位為十位，記作101；第三、四、、n位依次類推記作102、103、、10n-1。 所以，對(duì)于十進(jìn)制數(shù)的任意一個(gè)n位的正整數(shù)都可以用下式表示： 式中， 為第 位的系數(shù)，它為09十個(gè)數(shù)字符號(hào)中的某一個(gè)數(shù)； 為第 位的權(quán)； 中下標(biāo)10表示N是十

4、進(jìn)制數(shù)。,,,,,10.1 數(shù)字電路概述,7,（2）二進(jìn)制 二進(jìn)制是在數(shù)字電路中應(yīng)用最廣泛的計(jì)數(shù)體制。它只有0和1兩個(gè)符號(hào)。在數(shù)字電路中實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，只要能區(qū)分兩種狀態(tài)的元件即可實(shí)現(xiàn)，例如燈泡的亮與暗，開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)等。 二進(jìn)制采用兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，所以計(jì)數(shù)的基數(shù)是2。各位數(shù)的權(quán)是2的冪，它的計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢二進(jìn)一”。 n位二進(jìn)制整數(shù) （或 ）的表達(dá)式為： 式中 表示二進(jìn)制數(shù)； 為第 位的數(shù)，只能取0和1的任一個(gè)； 為第 位的權(quán)。,,,,,10.1 數(shù)字電路概述,8,例10-1 一個(gè)二進(jìn)制數(shù) ，試求對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 （3）八進(jìn)制 在八進(jìn)制數(shù)中，有0個(gè)數(shù)字符號(hào)，計(jì)數(shù)基數(shù)為，計(jì)

5、數(shù)規(guī)律是“逢八進(jìn)一”，各位數(shù)的權(quán)是8的冪。n位八進(jìn)制整數(shù) （或 ）表達(dá)式為： 例10-2 求八進(jìn)制數(shù) 所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。,,,,,,10.1 數(shù)字電路概述,9,（4）十六進(jìn)制 在十六進(jìn)制中，計(jì)數(shù)基數(shù)為16，有十六個(gè)數(shù)字符號(hào)：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢十六進(jìn)一”。各位數(shù)的權(quán)是16的冪，n位十六進(jìn)制數(shù) （或 ）表達(dá)式為： 例10-3 求十六進(jìn)制數(shù) 所對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。,,,,,表10-1 幾種常用數(shù)值對(duì)照表,10.1 數(shù)字電路概述,10,10.1.2.2 不同進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換 同一個(gè)數(shù)可以用不同的進(jìn)位制表示，一個(gè)數(shù)從一

6、種進(jìn)制轉(zhuǎn)換成另一種進(jìn)制，稱為數(shù)制轉(zhuǎn)換。 由前面例題可知，只要將二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)按各位權(quán)展開(kāi)，并把各位的加權(quán)系數(shù)相加，即得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。下現(xiàn)介紹其他數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換方法。 （1）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)采用除2取余法（即商余法），步驟如下： 把給出的十進(jìn)制數(shù)除以2，余數(shù)為0或1就是二進(jìn)制最低位a0。 把第一步得到的商再除以2，余數(shù)即為a1。 以此類推，繼續(xù)相除，記下余數(shù)，直到商為0，最后余數(shù)即為二進(jìn)制數(shù)最高位。,10.1 數(shù)字電路概述,11,例10.4 將十進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 解 即：,,,10.1 數(shù)字電路概述,12,（2）二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的相

7、互轉(zhuǎn)換 因?yàn)槿欢M(jìn)制數(shù)正好表示07八個(gè)數(shù)字，所以一個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制時(shí)，只要從最低位開(kāi)始，每三位分為一組，每組都對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為一位八進(jìn)制數(shù)。若最后不足三位時(shí)，可在前面加0，然后按原來(lái)的順序排列就得到八進(jìn)制數(shù)。注意分組時(shí)以小數(shù)點(diǎn)為界，小數(shù)點(diǎn)后不足三位時(shí)在最右面加0即可。 例10.5 試將二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)。 解： 即： 反之，如果八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，只要將每位八進(jìn)制數(shù)寫(xiě)成對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制數(shù)，按原來(lái)的順序排列起來(lái)即可。,,,,,,10.1 數(shù)字電路概述,13,（3）二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換 因?yàn)樗奈欢M(jìn)制數(shù)正好可以表示0十六個(gè)數(shù)字,所以轉(zhuǎn)換時(shí)可以從最低位開(kāi)始,每四位二

8、進(jìn)制數(shù)分為一組,每組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制數(shù)。最后不足四位時(shí)可以在前面加0,然后按原來(lái)的順序排列起來(lái)即為十六進(jìn)制數(shù)。注意分組時(shí)應(yīng)以小數(shù)點(diǎn)為界，小數(shù)點(diǎn)后不足四位的在右面加0即可。 反之，十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，可將十六進(jìn)制數(shù)的每一位，用對(duì)應(yīng)的四位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。,10.1 數(shù)字電路概述,14,10.1.2.3 二 十進(jìn)制（BCD）碼 BCD碼是用一組四位二進(jìn)制碼來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)的編碼方法。四位二進(jìn)制碼有十六種組合，從中任取十種組合代表0十個(gè)數(shù)。因此，四位二進(jìn)制碼可編制出多種BCD碼。常用的編碼有以下幾種。 8421碼：8421碼是最常用的一種自然加權(quán)BCD碼。其各位的權(quán)分別是8、4、2、1，

9、故稱為8421碼。每個(gè)代碼的各位之和就是它所表示的十進(jìn)制數(shù)。 2421碼：它們是從高位到低位各位的權(quán)分別是2、4、2、1，故稱為2421碼。 余三碼：這種代碼所組成的四位二進(jìn)制數(shù)，正好比它代表的十進(jìn)制數(shù)多3，故稱為余三碼。 表10.2為幾種常用的二 十進(jìn)制碼。,10.1 數(shù)字電路概述,15,,表10-2 幾種常用的二 十進(jìn)制碼,10.1 數(shù)字電路概述,16,二 十進(jìn)制是介于二進(jìn)制和十進(jìn)制之間的計(jì)數(shù)方法，轉(zhuǎn)換非常方便。例如將十進(jìn)制數(shù)369轉(zhuǎn)換成二十進(jìn)制（8421碼） 即： 反之，二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，也是采用分組的方法，自右向左每四個(gè)數(shù)碼為一組，若最后不足四位可在左邊加0。,,,,,10.1

10、 數(shù)字電路概述,17,邏輯是表示事物的前因后果之間所遵循的規(guī)律，即反映事物的因果關(guān)系。表示這種因果關(guān)系的數(shù)學(xué)形式稱之為邏輯函數(shù)。例如，二極管的導(dǎo)通和截止、照明電路中開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)，是事物相互對(duì)立又互相聯(lián)系的兩個(gè)狀態(tài)。為了描述這兩個(gè)對(duì)立的邏輯狀態(tài)，采用僅有兩個(gè)取值的變量來(lái)表示，稱這種二值變量為邏輯變量。 二值邏輯的基本邏輯關(guān)系只有三種：與邏輯、或邏輯和非邏輯。在邏輯代數(shù)中，相應(yīng)地也有三種基本邏輯運(yùn)算：“與”運(yùn)算、“或”運(yùn)算和“非”運(yùn)算。其他的邏輯運(yùn)算，都是通過(guò)這三種基本運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。 在數(shù)字電路中，能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯運(yùn)算的電路就叫邏輯門(mén)電路。因?yàn)樽罨镜倪壿嬤\(yùn)算可以歸結(jié)為“與”運(yùn)算、“或”運(yùn)算和“非”

11、運(yùn)算三種，所以最基本的邏輯門(mén)電路就是與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)。,10.2 基本邏輯門(mén)電路,10.2 基本邏輯門(mén)電路,18,10.2.1.1與邏輯 若決定某一事件的所有條件都具備，這件事才會(huì)發(fā)生，否則這件事就不發(fā)生，這樣的邏輯關(guān)系稱為“與邏輯”。 例如，圖10.1（a）中，只有開(kāi)關(guān)A和B（條件）都閉合，燈泡Y（結(jié)果）才會(huì)亮，只要有一個(gè)或兩個(gè)斷開(kāi)，燈泡就不會(huì)亮，這種邏輯關(guān)系，就是與邏輯。其邏輯符號(hào)如圖10.1（b）所示。 把A和B兩個(gè)邏輯變量的全部可以取值及進(jìn)行運(yùn)算的全部可能結(jié)果列成表，如表10.3所示，這樣的表格稱為真值表。從真值表可以看出，與邏輯輸入與輸出的關(guān)系為：有0出0，全1出1。其邏輯函數(shù)表達(dá)式

12、如下：,,10.2.1 與邏輯及與門(mén)電路,10.2 基本邏輯門(mén)電路,19,圖10.1 與邏輯電路和與邏輯符號(hào) （a）邏輯電路；（b）邏輯符號(hào),,表10-3 與邏輯真值表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,20,10.2.1.2 二極管與門(mén) 圖10.2是二極管與門(mén)電路及邏輯符號(hào)。圖中A、B是輸入信號(hào)，Y是輸出信號(hào)。,圖10.2 二極管與門(mén)電路及邏輯符號(hào) （a）二極管與門(mén)電路；（b）邏輯符號(hào),10.2 基本邏輯門(mén)電路,21,10.2 基本邏輯門(mén)電路,22,將上述各種輸入和輸出分析結(jié)果列成表格，稱為功能表，見(jiàn)表10-4。由表10-4可知，只有、都是高電平時(shí)，輸出才是高電平，否則就是低電平。即“有低出低，全高

13、出高”。,表10.4 與門(mén)功能表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,23,對(duì)于表10.4，若用0表示低電平，1表示高電平，則根據(jù)上面輸入和輸出的電平關(guān)系，可得二極管與門(mén)的真值表，見(jiàn)表10.5所示。由真值表可知，輸出函數(shù)Y和變量A、B之間是與邏輯關(guān)系，故稱與門(mén)。它的輸出函數(shù)Y的邏輯表達(dá)式為：,,表10.5 與門(mén)真值表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,24,10.2.2.1 或邏輯 若決定某一事件結(jié)果的幾個(gè)條件中，只要有一個(gè)或一個(gè)以上條件具備時(shí)，這件事就會(huì)發(fā)生，否則就不會(huì)發(fā)生，這種邏輯關(guān)系稱為“或邏輯”。其邏輯電路和邏輯符號(hào)如圖10.3所示。,圖10.3 或邏輯電路和邏輯符號(hào) （a）邏輯電路；（b）邏輯符號(hào),1

14、0.2.2 或邏輯及或門(mén)電路,10.2 基本邏輯門(mén)電路,25,或邏輯的真值表如表10.6所示，從真值表可以看出，或邏輯輸入與輸出關(guān)系為：有1出1，全0出0。其邏輯函數(shù)表達(dá)式如下：,,表10.6 或邏輯真值表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,26,10.2.2.2 或門(mén)電路 圖10.4為二極管或門(mén)電路和邏輯符號(hào)。圖中A、B是輸入信號(hào)，Y是輸出信號(hào)。,圖10.4 二極管或門(mén)電路及邏輯符號(hào)、波形圖 (a) 二極管或門(mén)電路；(b) 邏輯符號(hào)；(c) 波形圖,10.2 基本邏輯門(mén)電路,27,由圖10.4所示電路，根據(jù)輸入電平不同的取值，可列出表10.7所示功能表。由表10.7可知，或門(mén)電路具有“有高出高，全低

15、出低”的規(guī)律。,表10.7 或門(mén)功能表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,28,10.2.3.1 非邏輯 如果條件與結(jié)果的狀態(tài)總是相反，則這樣的邏輯關(guān)系稱為“非邏輯”。如開(kāi)關(guān)閉合則燈暗，而開(kāi)關(guān)打開(kāi)則燈亮，其邏輯電路和邏輯符號(hào)如圖10.5所示。,10.2.3 非邏輯及非門(mén)電路,圖10.5 非邏輯電路和邏輯符號(hào) （a）邏輯電路；（b）邏輯符號(hào),10.2 基本邏輯門(mén)電路,29,非邏輯的真值表如表10.8所示。其邏輯函數(shù)表達(dá)式如下：,,（10-7）,表10.8 非邏輯真值表,10.2 基本邏輯門(mén)電路,30,10.2.3.2 非門(mén)（反相器）電路 圖10.6為典型三極管開(kāi)關(guān)電路。 通過(guò)設(shè)計(jì)合理的參數(shù)，使三極管只

16、工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。當(dāng)輸入信號(hào)A為低電平0.3V時(shí)，三極管截止，輸出Y為高電平VCC；當(dāng)輸入信號(hào)A為高電平3V時(shí)，三極管飽和導(dǎo)通，輸出Y為低電平0.3V。所以輸入和輸出就是反相關(guān)系，稱為非門(mén)或反相器。,圖10.6 非門(mén)電路、邏輯符號(hào)、真值表、波形圖 （a）邏輯電路；（b）邏輯符號(hào)；（c）真值表；（d）波形圖,10.2 基本邏輯門(mén)電路,31,10.2.4.1 與非門(mén)電路 在二極管與門(mén)輸出端接一個(gè)反相器，就構(gòu)成如圖10.7所示的與非門(mén)電路。由前面對(duì)與門(mén)和非門(mén)的分析可知與非門(mén)的邏輯功能，即“有低出高，全高出低”。真值表和邏輯符號(hào)如圖10.7所示。波形圖可根據(jù)與門(mén)和非門(mén)波形圖自行畫(huà)出。 與非門(mén)邏輯表

17、達(dá)式為：,10.2.4 復(fù)合門(mén)電路,,（10.8),10.2 基本邏輯門(mén)電路,32,圖10.7 與非門(mén)電路、真值表和邏輯符號(hào) （a）邏輯電路；（b）真值表；（c）邏輯符號(hào),10.2 基本邏輯門(mén)電路,33,10.2.4.2 或非門(mén)電路 在二極管或門(mén)的輸出端接一個(gè)反相器，就構(gòu)成如圖10.8所示的或非門(mén)。由前面對(duì)或門(mén)和非門(mén)的分析可知或非門(mén)的邏輯功能，即“有高出低，全低出高”。真值表和邏輯符號(hào)如圖10.8所示。 或非門(mén)邏輯表達(dá)式為：,,（10.9),圖108或非門(mén)電路、 真值表和邏輯符號(hào) （a）邏輯電路；（b）真值表； （c）邏輯符號(hào),10.2 基本邏輯門(mén)電路,34,10.3.1.1 電路組成 圖10

18、.9為74LS00反相器電路。它由三部分組成。,10.3 集成邏輯門(mén)電路,10.3.1 TTL反相器,圖10.9 74LS00系列反相器,10.3 集成邏輯門(mén)電路,35,輸入級(jí)：由T1、R1和D5組成。D5為輸入保護(hù)二極管，在正常情況下，輸入電壓 在0.33.6V之間變化，D5始終處于反偏狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)路；當(dāng)輸入端出現(xiàn)負(fù)向干擾電壓時(shí)，可以起到抑制作用，即保證輸入電平低于-0.7V時(shí)，防止T1發(fā)射極電流過(guò)大，從而起到保護(hù)作用。 中間級(jí)：由T2、R2和R3組成倒相級(jí)。從T2集電極和發(fā)射極輸出相反的信號(hào)。 輸出級(jí)：由T3、T4、D6和R4組成。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是降低輸出級(jí)靜態(tài)損耗和提高帶負(fù)載能力。,,

19、10.3 集成邏輯門(mén)電路,36,10.3.1.2 工作原理 輸入端A為低電平0.3V。在圖10.9中，T1管發(fā)射極為低電平0.3V時(shí)，發(fā)射結(jié)正向?qū)?，IR1較大， T1的基極電位被鉗位在1V，而T1集電極回路電阻R2和T2的b、c反相電阻之和，其值非常大，故I很小，即T1處于深飽和狀態(tài)，飽和壓降為UCE1=0.1V。此時(shí) 因此， T2處于截止?fàn)顟B(tài)，則IC2=0，IE2=0，T4基極電位等于0，所以T4也是截止的。由于T2截止， 接近+VCC，因而使T3和D6處于導(dǎo)通狀態(tài)，這時(shí)輸出電平為 即輸出為高電平。,,V,V,10.3 集成邏輯門(mén)電路,37,10.3 集成邏輯門(mén)電路,38,10.3 集成

20、邏輯門(mén)電路,39,TTL與非門(mén)電路如圖10.10所示。它與圖10.9所示反相器不同的是T1管采用了多發(fā)射極三極管。,10.3.2 TTL與非門(mén),圖 10-10 TTL與非門(mén),10.3 集成邏輯門(mén)電路,40,10.3 集成邏輯門(mén)電路,41,圖 10-11 多發(fā)射極三極管及其等效電路 （a）多發(fā)射極三極管 ；（ b）等效電路,10.3 集成邏輯門(mén)電路,42,同理，也可以用類似的結(jié)構(gòu)構(gòu)成TTL或門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)、OC門(mén)等。這里不再一一介紹。集成門(mén)電路的符號(hào)與分立元件門(mén)電路完全相同。一般TTL集成電路的結(jié)構(gòu)如圖10-12所示。,圖 10-12 一般TTL集成電路結(jié)構(gòu)框圖,10.3 集成邏輯門(mén)電路,

21、43,由與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)等基本邏輯門(mén)組成的組合邏輯電路是沒(méi)有記憶功能的，在數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，需要具有記憶和存儲(chǔ)功能的邏輯部件，觸發(fā)器就是組成這類邏輯部件的基本單元。觸發(fā)器在某一時(shí)刻的輸出不僅和當(dāng)時(shí)的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且還與在此之前的電路狀態(tài)有關(guān)。即當(dāng)輸入信號(hào)消失后，觸發(fā)器的狀態(tài)被保持（記憶），直到再輸入信號(hào)后它的狀態(tài)方可能變化。因而，觸發(fā)器和基本邏輯電路、組合邏輯電路相比較最大的區(qū)別是觸發(fā)器具有記憶功能，通常應(yīng)用于將瞬時(shí)變化狀態(tài)轉(zhuǎn)換為恒定狀態(tài)。,10.4 觸發(fā)器,10.4 觸發(fā)器,44,10.4.1.1 電路組成 將兩個(gè)與非門(mén)的輸入端與輸出端交叉耦合就組成一個(gè)基本RS觸發(fā)器，如 圖10.

22、13(a)所示，其 中 、 是它的兩個(gè) 輸入端，非號(hào)表示低 電平觸發(fā)有效，Q、 是它的兩個(gè)輸出端， 基本RS 觸發(fā)器的邏 輯符號(hào)如圖10.13(b) 所示。,,,,10.4.1 基本RS觸發(fā)器,圖10.13 基本RS觸發(fā)器 （a）邏輯電路；（b）邏輯符號(hào),10.4 觸發(fā)器,45,10.4 觸發(fā)器,46,10.4 觸發(fā)器,47,綜上所述，基本RS觸發(fā)器的邏輯功能如表10-9所示。,,,表10-9 基本RS觸發(fā)器真值表,10.4 觸發(fā)器,48,在數(shù)字系統(tǒng)中，常由時(shí)鐘脈沖CP來(lái)控制觸發(fā)器按一定的節(jié)拍同步動(dòng)作，即在時(shí)鐘脈沖到來(lái)時(shí)輸入觸發(fā)信號(hào)才起作用。由時(shí)鐘脈沖控制的RS觸發(fā)器稱為同步RS

23、觸發(fā)器。 10.4.2.1 電路結(jié)構(gòu) 同步RS觸發(fā)器在基本觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加兩個(gè)與非門(mén)構(gòu)成的，電路如圖10.14（a）所示。圖中G1 、G2門(mén)組成基本RS觸發(fā)器。G3、G4構(gòu)成控制門(mén)，在時(shí)鐘脈沖CP控制下，將輸入、的信號(hào)傳送到基本RS觸發(fā)器。 、 不受時(shí)鐘脈沖控制，可以直接置0、置1，所以 稱為異步置0端， 稱為異步置1端。圖10.14(b)為邏輯符號(hào)。,10.4.2 同步RS觸發(fā)器,,,10.4 觸發(fā)器,49,圖10.14 同步RS觸發(fā)器 （a）邏輯電路；（b）邏輯圖符號(hào),10.4 觸發(fā)器,50,10.4.2.2 工作原理 無(wú)時(shí)鐘脈沖作用時(shí)（CP0），與非門(mén)G3、G4均被封鎖，、輸入信號(hào)

24、不起作用，觸發(fā)器維持原狀態(tài)。有時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)（CP1），G3、G4門(mén)打開(kāi)，R、S輸入信號(hào)才能分別通過(guò)G3、G4門(mén)加在基本RS觸發(fā)器的輸入端，從而使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)。 同步RS觸發(fā)器的真值表見(jiàn)表10-10， 表中表示時(shí)鐘脈沖作用前觸發(fā)器的狀態(tài)，稱原狀態(tài)； 表示時(shí)鐘脈沖作用后觸發(fā)器的狀態(tài)，稱為現(xiàn)狀態(tài)。表中“X”表示觸發(fā)器的狀態(tài)不定。,,,10.4 觸發(fā)器,51,輸出狀態(tài),,表10-10 同步RS觸發(fā)器真值表,10.4 觸發(fā)器,52,例10.6 如圖10.15中的R和S信號(hào)波形，畫(huà)出同步RS觸發(fā)器 和 的波形。,,,圖10.15同步RS觸發(fā)器的波形圖,10.4 觸發(fā)器,53,前面介紹的RS觸發(fā)器存在不確

25、定狀態(tài)，為了避免不確定狀態(tài)，在RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上發(fā)展了幾種不同邏輯功能的觸發(fā)器，常用的有JK、D和T觸發(fā)器。觸發(fā)方式有電平觸發(fā)、上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)三種。 10.4.3.1 D觸發(fā)器及芯片 D觸發(fā)器只有一個(gè)輸入端，時(shí)鐘脈沖未到來(lái)時(shí)，輸入端D的信號(hào)不起任何作用；只有在CP脈沖到來(lái)的瞬間，輸出端 立即變成與輸入端D相同的電平，即 D。D觸發(fā)器真值表如表10.11所示。,10.4.3 觸發(fā)器邏輯功能概述,,,10.4 觸發(fā)器,54,10.4 觸發(fā)器,55,圖10.16,表10.12,10.4 觸發(fā)器,56,圖10.16JK觸發(fā)器邏輯符號(hào)及引腳圖 （a）JK觸發(fā)器邏輯符號(hào)；（b）JK觸發(fā)器74L

26、S76引腳圖,10.4 觸發(fā)器,57,10.4 觸發(fā)器,58,能夠?qū)斎朊}沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的電路，稱為計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器不僅可以用來(lái)計(jì)數(shù)，也可用來(lái)定時(shí)，分頻和進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，用途十分廣泛，因此幾乎任何一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)都少不了計(jì)數(shù)器。 計(jì)數(shù)器種類很多，按貯存數(shù)的增減情況可分為加計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)和可逆計(jì)數(shù)（可加、可減計(jì)數(shù)）；按計(jì)數(shù)進(jìn)位制不同，可分為二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和其它進(jìn)制計(jì)數(shù)器；按計(jì)數(shù)器中觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)次序的一致與否，可分為同步和異步兩類。同步計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)過(guò)程中需要翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器同步翻轉(zhuǎn)。異步計(jì)數(shù)器工作時(shí)，需要翻轉(zhuǎn)的觸發(fā)器在翻轉(zhuǎn)時(shí)間上不一致，是先低位，后高位。同步計(jì)數(shù)器的工作速度較異步計(jì)數(shù)器為快。,10.5 計(jì)數(shù)

27、器,10.5 計(jì)數(shù)器,59,加法計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)脈沖作用下，所貯存的數(shù)逐次加1。前面介紹的T觸發(fā)器（T1時(shí)）具有計(jì)數(shù)功能，即每來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，狀態(tài)就翻轉(zhuǎn)一次，因而可用來(lái)計(jì)數(shù)。但一只T觸發(fā)器只能計(jì)入一個(gè)輸入脈沖。設(shè)觸發(fā)器原狀態(tài)為0，1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1；兩個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入，狀態(tài)又翻轉(zhuǎn)成原狀態(tài)0。顯然要計(jì)入兩個(gè)計(jì)數(shù)脈沖就必須用兩級(jí)T觸發(fā)器。采用兩級(jí)觸發(fā)器最多可計(jì)入3個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。采用4級(jí)觸發(fā)器，最多可計(jì)入15個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。采用n級(jí)觸發(fā)器，最多可計(jì)入2n-1個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。,10.5.1 異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,60,圖10.17是用JK觸發(fā)器構(gòu)成的4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器邏輯圖。觀察邏

28、輯圖可見(jiàn)： 圖中4只觸發(fā)器的JK端都接高電平（在TTL電路中輸入端空置一般默認(rèn)為輸入高電平），因而都是計(jì)數(shù)狀態(tài)， = ；各觸發(fā)器都是CP脈沖下降沿觸發(fā)。 各觸發(fā)器的CP脈沖各不相同。計(jì)數(shù)脈沖從最低位觸發(fā)器CP端輸入。相鄰兩觸發(fā)器中，低位觸發(fā)器的 端接高位觸發(fā)器的CP端。這樣當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器的 端由1變0時(shí)，即產(chǎn)生負(fù)跳變時(shí)，就使相鄰高位觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)位。由于上述電路進(jìn)位時(shí)，是在低一位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)以后，高一位再翻轉(zhuǎn)的，故稱為異步計(jì)數(shù)器。,,,,10.5 計(jì)數(shù)器,61,圖10-17 4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,62,10.5 計(jì)數(shù)器,63,由波形圖可見(jiàn)，輸出端Q0、Q1、

29、Q2、Q3分別得到二進(jìn)制（對(duì)時(shí)鐘脈沖二分頻）、四進(jìn)制（對(duì)時(shí)鐘脈沖四分頻）、八進(jìn)制（對(duì)時(shí)鐘脈沖八分頻）、十六進(jìn)制（對(duì)時(shí)鐘脈沖十六分頻）的計(jì)數(shù)器。,圖10.18 4位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器波形圖,10.5 計(jì)數(shù)器,64,圖10.19是異步4位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器邏輯圖。圖中J、K端省略未畫(huà)出（J、K都為1）。與圖10.17對(duì)照可見(jiàn)，它們也都是由JK觸發(fā)器構(gòu)成，并接成計(jì)數(shù)形式，而且都是下降沿觸發(fā)。區(qū)別在于，加法器是以低位的Q端接相鄰高位的CP端，實(shí)現(xiàn)進(jìn)位；而減法器則是以低位的 端接相鄰高位的CP端，實(shí)現(xiàn)借位。按二進(jìn)制減法法則：110，10101，當(dāng)?shù)臀粸?時(shí)輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為0， 由0翻為1，因?yàn)?/p>

30、是正跳變，高位觸發(fā)器的狀態(tài)保持，從而實(shí)現(xiàn)1-1=0；當(dāng)?shù)臀粸?時(shí)，輸入一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，低位Q由0翻為1，而 則由1翻為0，這是負(fù)跳變，該負(fù)跳變信號(hào)使相鄰高位觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了10 101，即實(shí)現(xiàn)了借位。,,10.5.2 異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,65,圖10.19 4位異步二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,66,圖10-20是4位同步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器邏輯圖。 從圖中可見(jiàn)，4個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘端都接收同一個(gè)時(shí)鐘脈沖（輸入計(jì)數(shù)脈沖），因此各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)動(dòng)作將同時(shí)進(jìn)行，所以稱同步計(jì)數(shù)器。然而在計(jì)數(shù)脈沖下降沿時(shí)刻，各觸發(fā)器狀態(tài)是翻轉(zhuǎn)、保持、置0、置1則取決于各自J、K端狀態(tài)。,10.

31、5.3 同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,67,圖10.20 同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,68,10.5 計(jì)數(shù)器,69,十進(jìn)制計(jì)數(shù)器是每輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，狀態(tài)就循環(huán)一次的計(jì)數(shù)器。十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器也有同步、異步兩種不同工作方式。下面介紹同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。 對(duì)于8421BCD碼而言，當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖從第1到第9依次輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)應(yīng)從0001變到1001，這與二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器完全相同。而當(dāng)?shù)?0個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，計(jì)數(shù)器應(yīng)恢復(fù)到初始狀態(tài)0000，并向前產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖。可見(jiàn)，十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器與四位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的主要區(qū)別就在于要清除6種多余狀態(tài)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路就是在四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的

32、基礎(chǔ)上，加上適當(dāng)?shù)姆答伩刂齐娐?，使得?0個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器跳過(guò)多余的狀態(tài)，返回到初始狀態(tài)，并產(chǎn)生進(jìn)位脈沖。,10.5.4 同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,70,圖10.21是8421BCD碼同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器邏輯圖。由圖可見(jiàn)，計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)加到各觸發(fā)器CP端，因而是同步計(jì)數(shù)器。,圖10-21 同步十制加法計(jì)數(shù)器,10.5 計(jì)數(shù)器,71,10.5 計(jì)數(shù)器,72,10.5 計(jì)數(shù)器,73,10.5 計(jì)數(shù)器,74,圖10.22,10.5 計(jì)數(shù)器,75,圖10-22十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器波形圖,10.5 計(jì)數(shù)器,76,在日常生活中，常采用十進(jìn)制，除此之外，還有二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。數(shù)字電路中

33、主要應(yīng)用二進(jìn)制。二進(jìn)制數(shù)基數(shù)為2，只有0和1兩個(gè)數(shù)字符號(hào)，計(jì)數(shù)規(guī)律是“逢二進(jìn)一”，在數(shù)字電路中，它不但可以表示數(shù)，而且還可以表示特定的邏輯事件，8421碼是用四位二進(jìn)制代碼代表09十個(gè)十進(jìn)制數(shù)字，它與二進(jìn)制數(shù)本質(zhì)是不同的。 三種基本邏輯運(yùn)算與、或、非是邏輯運(yùn)算的基礎(chǔ)，由它們可以組合成一系列復(fù)合邏輯運(yùn)算，如與非、或非、與或非等。,小 結(jié),小 結(jié),77,門(mén)電路是數(shù)字電路系統(tǒng)的最基本單元，不同的門(mén)電路具有不同的邏輯功能。最基本的是“與”、“或”、“非”三種，由這三種基本門(mén)電路的不同組合可構(gòu)成多種復(fù)合門(mén)。TTL電路具有工作速度高、帶負(fù)載能力強(qiáng)、抗干擾性能好等特點(diǎn)，常用的TTL門(mén)電路有反相器、與非門(mén)、或非門(mén)等。 觸發(fā)器同門(mén)電路一樣也是構(gòu)成數(shù)字電路的最基本的邏輯單元電路，它的基本特征是：輸入信號(hào)觸發(fā)使其處于0或1兩種穩(wěn)態(tài)之一，輸入信號(hào)去掉后該狀態(tài)能一直保留下來(lái)，直到再輸入信號(hào)后狀態(tài)才可能變化，故稱觸發(fā)器是有記憶功能的單元電路。RS觸發(fā)器具有置1、置0、保持的邏輯功能。JK觸發(fā)器具有置0、置1、保持、計(jì)數(shù)的邏輯功能。D觸發(fā)器具有置0、置1的邏輯功能。,小 結(jié),78,計(jì)數(shù)器用來(lái)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，按計(jì)數(shù)方式有加法和減法兩類，常用的有二進(jìn)制、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。目前集成計(jì)數(shù)器品種多、功能全、價(jià)格低廉，得到廣泛的應(yīng)用。,小 結(jié),