第 6 章数字电路

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第第 66 章数字电路章数字电路

6.16.1 数字电路的基本概念数字电路的基本概念

6.26.2 门电路门电路

6.36.3 触发器触发器

6.46.4 单稳态触发器和无稳态触发器单稳态触发器和无稳态触发器


第第 66 章数字电路章数字电路

了解数字电路的基本概念和特点；掌握数制和码制的基本知识。了解数字电路的基本概念和特点；掌握数制和码制的基本知识。掌握门电路的逻辑功能及其表示方法；了解门电路在汽车电子掌握门电路的逻辑功能及其表示方法；了解门电路在汽车电子电路中的应用。电路中的应用。掌握掌握 RSRS 、、 JKJK 、、 DD 触发器的逻辑功能、符号和触发方式；了解触发器的逻辑功能、符号和触发方式；了解寄存器和计数器的工作原理。寄存器和计数器的工作原理。掌握掌握 555555 定时器工作原理，单稳态触发器和多谐振荡器的工作定时器工作原理，单稳态触发器和多谐振荡器的工作原理及在汽车电子电路中的应用。原理及在汽车电子电路中的应用。

本章要求本章要求 ::


6.1 6.1 数字电路的基本概念数字电路的基本概念 6.1.1 6.1.1 数字信号和数字电路数字信号和数字电路

模拟信号：模拟信号：随时间连续变化的信号随时间连续变化的信号

模拟信号模拟信号

数字信号数字信号电子电路中的信号电子电路中的信号

1.1. 模拟信号模拟信号

正弦波信号正弦波信号tt

三角波信号三角波信号

tt


2. 2. 数字信号数字信号能用逻辑能用逻辑 00 和和 11 表示的信号表示的信号。““ 0”—0”— 低电平，“低电平，“ 1”1”—— 高电平高电平

矩形波矩形波t

尖顶波尖顶波t

数字信号数字信号

非数字信号非数字信号

脉冲信号脉冲信号

注意：注意：这里的“ 0”和“ 1” 不代表数值的大小，只表示两种对立的状态。正逻辑：高电平为“正逻辑：高电平为“ 1”1” ，低电平为“，低电平为“ 0”0”

负逻辑：高电平为“负逻辑：高电平为“ 0”0” ，低电平为“，低电平为“ 1”1”


处理处理模拟信号模拟信号的电路称为模拟电路。的电路称为模拟电路。

处理处理数字信号数字信号的电路称为数字电路。的电路称为数字电路。

(1)(1) 数字电路有利于集成化数字电路有利于集成化数字电路中，数字信号只有高、低电平两种状态。在其作用下，半导体二极管和三极管多数工作在开关状态。所以数字电路的基本单元电路比较简单，对元件的精度要求不高，允许有一定的误差，这就使得数字电路适宜于集成化、大批量生产。

数字电路的特点：数字电路的特点：

(2)(2) 数字电路的抗干扰能力强数字电路的抗干扰能力强数字信号用两个相反的状态来表示，只有环境干扰很强时，才会使数字信号发生变化。因此，数字电路的抗干扰能力很强，工作稳定可靠。当今汽车检测电路广泛采用了数字电路。


6.1.2 6.1.2 数制和码制数制和码制1.1. 数制数制

（（ 11 ）十进制）十进制数码为： 0 ～ 9 ；基数是 10 。进位规则：逢十进一，即： 9 ＋ 1 ＝ 10 。十进制数的按权展开式：各位数值之和的形式

(1860)10 ＝ 1×103 ＋ 8×102 ＋ 6×101 ＋ 0×100

103 、 102 、 101 、 100 称为十进制的权。

各数位的权是 10 的幂。


（（ 22 ）二进制）二进制数码为： 0 、 1 ；基数是 2 。进位规则：逢二进一，即： 1 ＋ 1 ＝ 10 。二进制数的权展开式：各位数值之和的形式

(1001)2 ＝ 1×23 ＋ 0×22 ＋ 0×21 ＋ 1×20

23 、 22 、 21 、 20 称为二进制的权。

各数位的权是 2 的幂。

二进制数只有 0 和 1 两个数码，它的每一位都可以用电子元件来实现，且运算规则简单，相应的运算电路也容易实现。


（（ 33 ）二十进制数相互转换）二十进制数相互转换

方法：方法：将二进制数各位数值相加，得到等值的十进制数。将二进制数各位数值相加，得到等值的十进制数。① ① 二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数

100123

2 (9)2222)( 10011001如：

② ② 十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数

方法：方法：除除 22 取余法。取余法。

所以所以（（ 1313）） 1010==（（ 11011101））22


2.2. 码制码制

问题：问题：数字系统只能处理二进制信息，不能处理非二进制信息如十进制数码、字母、符号、文字图形等。解决方法解决方法：用二进制数表示用二进制数表示非二进制信息，

这些有特定意义的二进制数就称为就称为二进制代码二进制代码。。用二进制代码表示信息的方法称为称为码制码制。。

8421BCD8421BCD 码码：：用用 44 位二进制数位二进制数 bb33bb22bb11bb00 来表示十进制数来表示十进制数中的中的 0 ~ 9 0 ~ 9 十个数码。简称十个数码。简称 84218421 码。码。对应关系如下页表对应关系如下页表所示。所示。由表可见，由表可见， 84218421 码的特点码的特点为为：：

①① 恒权代码恒权代码

② ② 每个代码的各位数值之和等于它所表示的十进制数每个代码的各位数值之和等于它所表示的十进制数


十进制数十进制数 84218421码码位权位权 88 位权位权 44 位权位权 22 位权位权 11

00112233445566778899

00000000000000001111

00000000111111110000

00001111000011110000

00110011001100110011

84218421 码与十进制数的对应关系表码与十进制数的对应关系表


6.2 6.2 门电路门电路门电路是数字电路的基本单元之一，门电路是数字电路的基本单元之一，能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过，具有开关的作用，因此称为门电路。

门电路往往能实现某种逻辑运算，因此也称为逻辑门电路。门电路往往能实现某种逻辑运算，因此也称为逻辑门电路。

按照逻辑运算的不同，门电路可分成基本门电路和复合门按照逻辑运算的不同，门电路可分成基本门电路和复合门电路两种。电路两种。


6.2.1 6.2.1 基本门电路基本门电路1.1. 与门与门与门与门是指能够实现与运算的门电路。是指能够实现与运算的门电路。

逻辑符号：逻辑符号： &AB Y

逻辑表达式：逻辑表达式： Y=A B=AB

与运算也称逻辑乘法运算：与运算也称逻辑乘法运算：

有“ 0” 出“ 0” ，全“ 1” 出“ 1”

A B Y

““ 与与” 门” 门真值真值表表

0 0 00 1 0

1 1 11 0 0

真值表：真值表：是指由 0 和 1 组成的、反映某种逻辑关系的表格

000 010

001 111

运算规则：运算规则：


常用与门集成电路常用与门集成电路74LS0874LS08

外引脚和逻辑符号

外引脚外引脚逻辑符号逻辑符号


2.2. 或门或门或门或门是指能够实现或运算的门电路是指能够实现或运算的门电路。

逻辑符号：逻辑符号：≥1A

B Y

逻辑表达式：逻辑表达式： Y=A+B

或运算也称逻辑加法运算：或运算也称逻辑加法运算：

有“ 1” 出“ 1” ，全“ 0” 出“ 0”

A B Y

““ 或或” 门” 门真值表真值表

0 0 00 1 1

1 1 11 0 1

000 110

101 111



常用或门集成电路常用或门集成电路74LS3274LS32




3.3. 非门非门非门非门是指能够实现非运算的门电路。是指能够实现非运算的门电路。

非运算也称求反运算：非运算也称求反运算：

有“ 0” 出“ 1” ，有“ 1” 出“ 0”


逻辑符号：逻辑符号：

1A Y

逻辑表达式：逻辑表达式： Y=A

A Y

““ 非非” 门” 门真值表真值表

10 01

1 010


常用非门集成电路常用非门集成电路74LS0474LS04




6.2.2 6.2.2 复合逻辑门复合逻辑门复合逻辑门是由与、或、非三种基本逻辑门组合而成的。最常用的有与非门和或非门两种。1.1. 与非门与非门与非门由与门和非门组成。与非门由与门和非门组成。

&AB

Y’ Y1

B Y&A

逻辑符号逻辑符号

逻辑表达式：逻辑表达式： Y=A B = AB

有“ 0” 出“ 1” ，全“ 1” 出“ 0”

与非门的功能：与非门的功能：

0 0 10 1 11 0 1

A B Y““ 与非与非” 门” 门真值表真值表

1 1 0


常用与非门型号常用与非门型号74LS0074LS00


外引脚外引脚逻辑符号逻辑符号注意：注意：与非门除了两输入端的品种之外，还有三输入和四与非门除了两输入端的品种之外，还有三输入和四输入端的电路。但逻辑功能与两输入相同即有“输入端的电路。但逻辑功能与两输入相同即有“ 0”0” 出出 11 ，，全“全“ 1”1” 出“出“ 0”0” 。。


2.2. 或非门或非门或非门由或门和非门组成。或非门由或门和非门组成。

≥1AB

Y’ Y1

B Y≥1A

逻辑符号逻辑符号

逻辑表达式：逻辑表达式： Y=A+B

有“ 1” 出“ 0” ，全“ 0” 出“ 1”

或非门的功能：或非门的功能：

A B Y““ 或非或非” 门” 门真值表真值表

0 0 10 1 01 0 01 1 0


常用或非门的型号常用或非门的型号74LS0274LS02



注意：注意：或非门除了两输入端的品种之外，还有三输入和四或非门除了两输入端的品种之外，还有三输入和四输入端的电路。但逻辑功能与两输入相同即有“输入端的电路。但逻辑功能与两输入相同即有“ 1”1” 出出 00 ，，全“全“ 0”0” 出“出“ 1”1” 。。


6.2.3 6.2.3 门电路在汽车电子电路中的应用门电路在汽车电子电路中的应用门锁控制系统是为门锁控制系统是为了开关车门以及发生了开关车门以及发生异常情况时提醒驾驶异常情况时提醒驾驶员注意而专门设计的。员注意而专门设计的。该系统由控制电路该系统由控制电路和执行机构组成。图和执行机构组成。图示电路是门锁控制系示电路是门锁控制系统的控制电路部分。统的控制电路部分。其作用：在开关的控制下，产生门锁控制信号以驱动执行机构动作，完成门锁的开关动作。门锁控制系统的控制电路


工作原理：工作原理：（（ 11 ）正常开关车门）正常开关车门通过门锁开关控制。当钥匙插入门锁开关并旋向锁止位置时，非门 h 输入低电平，输出高电平；或门 m 输出高电平，发出锁止信号，驱动门锁电机将车门锁死。相反，当车门钥匙旋向解锁位置时，非门 i 输入低电平，输出高电平；或门l 输出高电平，发出解锁信号，驱动电机打开车门。正常开关车门也可通过车内门锁开关完成。当车内门锁控制开关扳向锁止或解锁位置时，或门 m 和 l 也会发出相应的控制信号，并驱动电机开关车门。（（ 22 ）异常情况发生时提醒驾驶员注意）异常情况发生时提醒驾驶员注意当驾驶员将点火钥匙遗忘在点火开关内，准备锁车时，点火钥匙检测开关闭合，非门 a 输入低电平，输出高电平，在其他开关均正常时，与门 c 、 g 均输出高电平，或门 l 输出高电平，发出解锁信号，车门无法关闭，提醒驾驶员取出点火钥匙。


6.3 6.3 触发器触发器

特点：特点：（（ 11 ）有）有两个稳定状态两个稳定状态““ 0”0” 态态和和““ 1”1” 态态，也称为双稳态触也称为双稳态触发器发器；（ 2 ）在触发信号的作用下，能从一个稳态翻转到另一个稳能从一个稳态翻转到另一个稳态态，因此取名触发器。，因此取名触发器。（（ 33 ））在触发信号消失后，在触发信号消失后，新获得的状态能保存下来新获得的状态能保存下来，具有具有记忆功能。记忆功能。

触发器：触发器：是一种具有记忆功能是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。进制码。


分类：分类：（（ 11）按结构分类）按结构分类基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器基本触发器、同步触发器、主从触发器、边沿触发器（（ 22）按逻辑功能分类）按逻辑功能分类 RSRS触发器、触发器、 JKJK 触发器、触发器、 DD 触发器、触发器、 TT和和 TT’’ 触发器触发器（（ 33 ）按照是否有时钟脉冲输入端分类）按照是否有时钟脉冲输入端分类基本触发器和钟控触发器基本触发器和钟控触发器（（ 44 ）按照触发方式不同分类）按照触发方式不同分类电平触发器、主从触发器和边沿触发器电平触发器、主从触发器和边沿触发器

下面以功能分类为顺序，分析触发器的逻辑功能下面以功能分类为顺序，分析触发器的逻辑功能。


6.3.1 6.3.1 RSRS 触发器触发器1.1. 基本基本 RSRS 触发器触发器

（（ 11 ）电路结构和符号）电路结构和符号信号输出端信号输出端

信号输入端，低电平有效信号输入端，低电平有效

正常情况下，正常情况下，两输出端状态两输出端状态保持相反，称为保持相反，称为互补。通常互补。通常以以 QQ 端的逻辑电端的逻辑电平表示触发器的平表示触发器的状态，即状态，即 QQ=1=1 ，，QQ=0=0 时，称为时，称为““ 1”1”态；反之为态；反之为““ 0”0”态。态。


（（ 22 ）功能分析）功能分析

③ 当 S=R=1 时，触发器状态保持不变。

② 当 S=1 、 R=0 时， Q=0 、 Q=1

R 称为直接置 0 端（直接复位端）

① 当 S=0 、 R=1 时， Q=1 、 Q=0

S 称为直接置 1 端（直接置位端）

④ 当 S=R=0 时， Q=Q=1 ，

违反了违反了 QQ 和和 QQ 状态必须状态必须相反相反的规定。的规定。输入端的低电平同时输入端的低电平同时撤销时撤销时，，触发器变为触发器变为 00 态还是态还是 11 态无法确定态无法确定，，

因此，在应用时严格禁止在输入端上同时加低电平信号。因此，在应用时严格禁止在输入端上同时加低电平信号。


S R Qn Qn+1 逻辑功能

0 101

1 置 1

1 001

0 置 0

1 101

01

保持

0 001

同时取消后状态不定

基本基本 RSRS触发器真值表（特性表）触发器真值表（特性表）现态：

现态：输入信号到来之前的状态，

输入信号到来之前的状态，

次态：输入信号到来之后新的状态。

输入信号到来之后新的状态。


约束条件1

1

RS

QRSQ nn

基本基本 RSRS触发器特性方程触发器特性方程

特性方程特性方程 :: 次态 QQn+1n+1 与输入输入及现态 QQnn 之间的逻辑关系式

存在问题：因为没有时钟控制端，因此多个基本触发器工作时，很难做到协调一致。

解决方法：使用同步触发器


2.2. 同步同步 RSRS 触发器触发器（（ 11 ）电路结构和符号）电路结构和符号

同步同步 RSRS 触发器是触发器是在基本在基本 RSRS 触发器触发器的基础上，增加的基础上，增加控制门控制门 G3G3 、、 G4G4 ，，及时钟端及时钟端 CPCP 组成组成的。只有的。只有 CPCP 脉冲脉冲到来时，触发器到来时，触发器状态翻转，故有状态翻转，故有同步触发器之称。同步触发器之称。

互补输出端

数据输入端，高电平有效数据输入端，高电平有效

直接置位和复位端，用于设置触直接置位和复位端，用于设置触发器的初始状态，低电平有效。发器的初始状态，低电平有效。触发器正常工作时，应接高电平。触发器正常工作时，应接高电平。


（（ 22 ）功能分析）功能分析

①① 当当 CPCP=0=0 时，时， SS 、、 RR 输入状态不起作用，输入状态不起作用，触发器状态不变触发器状态不变。

②② 当当 CPCP= 1 = 1 时，时，触发器状态由触发器状态由 SS 、、 RR 输入状态决输入状态决定。定。

c) S=R=0

b) S = 0 、 R= 1

a) S =1 、 R= 0

d) SS = =RR= 1= 1 当时钟由 1 变 0 后，触发器状态不定触发器状态不定

触发器置““ 11””

触发器置““ 00””

触发器保持保持原态


CP S R Qn Qn+1 逻辑功能

1

1 001

1 置 1

0 101

0 置 0

0 001

01

保持

1 101

不定

真真值值表表

QQnn—— 时钟到来前触发器的状态时钟到来前触发器的状态

QQn+1n+1—— 时钟到来后触发器的状态时钟到来后触发器的状态

高电平高电平


（约束条件）0

1

SR

QRSQ nn

CPCP=1=1 时有效时有效

特性方程特性方程

存在问题：存在问题：在 CP=1 期间，输出随输入变化，若输入信号受到干扰发生多次错误变化，输出也会发生多次错误翻转，称为触发器的空翻现象。因此，同步 RS 触发器主要用于数据的寄存，不能用于计数、移位寄存和存储器等电路中。

解决方法：解决方法：为了解决空翻问题，要求触发器只能在时钟信号的边沿到来时翻转，于是产生了边沿触发器。


6.3.2 6.3.2 边沿边沿 JKJK 触发器触发器边沿边沿 JKJK 触发器的触发方式有两种：触发器的触发方式有两种：

（（ 11 ）上升沿触发）上升沿触发

特点—触发脉冲特点—触发脉冲 CPCP 上升沿到来，触发器的输出随输入上升沿到来，触发器的输出随输入变化。变化。

（（ 22 ）下降沿触发）下降沿触发

特点—触发脉冲特点—触发脉冲 CPCP 下升沿到来，触发器的输出随输入下升沿到来，触发器的输出随输入变化。变化。


集成集成 JKJK 触发器触发器 74LS11274LS112

在其内部有两个相同的 JK 触发器，均为下降沿触发。

每个都有数据输入端 J 、 K ，预置数据端 SD 、 RD ，时钟端 CP 及互补输出 Q 、 Q 。每个触发器的符号如b 所示。

1.1.结构和符结构和符号号


2. 2. 功能分功能分析析JKJK触发器的特性方程：触发器的特性方程：

下降沿有效）CPQKQJQ nnn (1

当当 CPCP下降沿到来时下降沿到来时

（（ 11）若）若 JJ==KK=0=0 ，则，则 QQn+1n+1==QQnn ，，触发器触发器保持保持状态不变。状态不变。

（（ 22）若）若 JJ=0=0、、 KK=1=1 ，则，则 QQn+1n+1=0=0，，触发器触发器置置 00，， KK端叫置端叫置 00端。端。

（（ 33）若）若 JJ=1=1、、 KK=0=0 ，则，则 QQn+1n+1=1=1，，触发器触发器置置 11，， JJ端叫置端叫置 11端。端。

（（ 44）若）若 JJ==KK=1=1 ，则，则 QQn+1n+1=Q=Qnn ，，触发器触发器翻转翻转。。


真真值值表表

QQnn—— 时钟时钟 CPCP 下降沿到来前触发器的状态下降沿到来前触发器的状态

QQn+1n+1—— 时钟时钟 CPCP 下降沿到来后触发器的状态下降沿到来后触发器的状态

CPCP

翻转翻转1100

0011

1111

置置 11110011

0011

置置 00000011

1100

保持保持0011

0011

0000

逻辑逻辑功能功能QQn+1n+1QQnnKKJJ

下降沿下降沿


例：例：已知下降沿触发的已知下降沿触发的 JKJK 触发器的触发器的 CPCP 和和 JJ 、、 KK 波形，波形，画出输出端画出输出端 QQ 的波形。的波形。设设 QQ 的初始状态为“的初始状态为“ 0”0” 。。

不变不变

00

置置 11

11

不变不变

11

翻转翻转

11

置置 00

00

不变不变

00


6.3.3 6.3.3 边沿边沿 DD 触发器触发器

在芯片内有两个相同的在芯片内有两个相同的 DD 触发器，每个都有触发器，每个都有数据输入端DD ，，时钟触发端 CPCP 、、预置数据端 SSDD 、、 RRDD 及及互补输出 QQ 、、QQ 。每个触发器的符号如。每个触发器的符号如 bb 所示。所示。

1.1.结构和符结构和符号号边沿边沿 DD触发器也触发器也有上升沿触发型和下有上升沿触发型和下降沿触发性两种，其降沿触发性两种，其中上升沿触发型用的中上升沿触发型用的最多，右图为双上升最多，右图为双上升沿触发器沿触发器 74LS7474LS74 的的引线端子排列图及逻引线端子排列图及逻辑符号辑符号。。


2. 2. 功能分功能分析析DD触发器的特性方程：触发器的特性方程：

上升沿有效）CPDQn (1

当当 CPCP上升沿到来时上升沿到来时

（（ 11）若）若 DD=0=0 ，，则则 QQn+1n+1=0=0，，触发器触发器置置 00。。（（ 22）若）若 DD=1=1 ，，则则 QQn+1n+1=1=1，，触发器触发器置置 11。。

CPCP DD QQnn QQn+1n+1 逻辑逻辑功能功能

000011

00 置置 00

110011

11 置置 11

QQnn—— 时钟时钟 CPCP 上升沿上升沿到来前触发器的状态到来前触发器的状态QQn+1n+1—— 时钟时钟 CPCP 上升上升沿到来后触发器的状沿到来后触发器的状态态

真值表真值表上升沿上升沿


例：例：已知上升沿触发的已知上升沿触发的 DD 触发器的触发器的 CPCP 脉冲和脉冲和 DD 波形，波形，画出输出端画出输出端 QQ 的波形。的波形。设设 QQ 的初始状态为“的初始状态为“ 0”0” 。。

不不变变

00

置置00

0011

置置11

11

不不变变

置置00

00

不不变变

00


6.3.4 6.3.4 TT 和和 T’T’ 触发器触发器1.1.T T 触发触发器器T T 触发器：触发器：在时钟脉冲在时钟脉冲 CPCP 有效沿作用下，具有保持和翻有效沿作用下，具有保持和翻转功能的触发器。转功能的触发器。

D 触发器构成的 T 触发器

T T 触发器无单独的产品，一般用触发器无单独的产品，一般用 JK JK 触发器或触发器或 DD 触发器组触发器组成成。。

JK 触发器构成的T 触发器


T T 触发器的特性方程：触发器的特性方程：有效沿到来时有效）CPQTQTQ nnn (1

TT QQnn QQn+1n+1 逻辑功能逻辑功能

000011

0011

保持保持

110011

1100

翻转翻转

T T 触发器的真值表触发器的真值表


2.2.T ’ T ’ 触发器触发器T ’ T ’ 触发器：触发器：在时钟脉冲在时钟脉冲 CPCP 有效沿作用下，具有翻转功有效沿作用下，具有翻转功能的触发器。能的触发器。

T ’ T ’ 触发器也无单独的产品，也是用触发器也无单独的产品，也是用 JK JK 触发器或触发器或 DD 触发触发器组成器组成。。

JK 触发器构成的T ’ 触发器

D 触发器构成的 T ’ 触发器


T’ T’ 触发器的特性方程：触发器的特性方程：

有效沿到来时有效）CPQQ nn (1

QQnn QQn+1n+1 逻辑功能逻辑功能00 11

翻转翻转11 00

T’ T’ 触发器的真值表触发器的真值表


6.3.5 6.3.5 触发器在汽车电子电路中的应用触发器在汽车电子电路中的应用1.1.寄存器寄存器寄存器：寄存器：具有寄存功能的电路。一般用于存储数码、指令具有寄存功能的电路。一般用于存储数码、指令或中间运算结果。或中间运算结果。

它由触发器和门电路组成。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进一个触发器只能存放一位二进制数，存放制数，存放 nn 位二进制时，要位二进制时，要 nn 个触发器。个触发器。

按功能分数码寄存器数码寄存器

移位寄存器移位寄存器


（（ 11）数码寄存器）数码寄存器

清零清零

寄存脉冲寄存脉冲

数据输入数据输入数据输出数据输出

44 位集成寄存器位集成寄存器 74LS17574LS175逻辑电路逻辑电路

00000123 QQQQ①① 清零。清零。 RRDD=0=0 ，异步清零，异步清零。

01230123 DDDDQQQQ

②② 寄存数据寄存数据。。 RRDD=1=1 时，时，将数据加到输入端，将数据加到输入端， CPCP上升沿到来时，数据被存上升沿到来时，数据被存入入。

③③ 保持。保持。在在 RRDD=1=1 、、 CPCP 上上升沿以外时间，寄存器内容升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。将保持不变。

0

0

0

0 1

1

0

1

1

1

0

1

寄存数据寄存数据

触发器状态不变

并并行行输输入入方方式式


（（ 22）移位寄存器）移位寄存器

不仅能不仅能寄存寄存数码，还有数码，还有移位移位的功能。的功能。

所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。数据就向左或向右顺序移动一位。

按移位方式按移位方式单向移位寄存器单向移位寄存器

双向移位寄存器双向移位寄存器

虽然功能强弱不同，但分析方法是相似的，为简单起见，虽然功能强弱不同，但分析方法是相似的，为简单起见，以单向移位寄存器为例讨论电路工作原理。以单向移位寄存器为例讨论电路工作原理。


①① 并行输出方式的原理并行输出方式的原理数据的输入采用串行方式，输出方式有并行和串行两种。数据的输入采用串行方式，输出方式有并行和串行两种。

00 00 00 00

清零

0000 0011

11 011 00

0 11 0011

11 00 11 11

00 11 1111

寄存数码 1101从高位到低位依次输入

3 2

移位脉冲移位脉冲

14


②②串行输出方式的原理串行输出方式的原理

11 00 11 11

00 011 11

0 00 0011

00 00 00 11

00

7 6

移位脉冲移位脉冲

58

再输入四个移位脉冲，再输入四个移位脉冲，11011101 由高位至低位由高位至低位依次依次从从 QQ33 端输出。端输出。

输出


2.2.计数器计数器

计数器就是能累计（累加或累减）时钟脉冲个数的逻辑电路。计数器就是能累计（累加或累减）时钟脉冲个数的逻辑电路。它不仅能计数，还有分频、定时等功能，成为了数字系统和计它不仅能计数，还有分频、定时等功能，成为了数字系统和计算机的基本逻辑部件。算机的基本逻辑部件。

加法计数器加法计数器减法计数器减法计数器可逆计数器可逆计数器

(( 按计数功能按计数功能 ))

异步计数器异步计数器同步计数器同步计数器 (( 按计数脉冲引入方式按计数脉冲引入方式 ))

二二进制计数器进制计数器十十进制计数器进制计数器

NN 进制计数器进制计数器(( 按计数制按计数制 ))

分类分类(1)


虽然计数器的品种很多，但就其工作特点，基本分析过程大虽然计数器的品种很多，但就其工作特点，基本分析过程大同小异。因此以异步二进制加法计数器为例说明计数器的分同小异。因此以异步二进制加法计数器为例说明计数器的分析方法。析方法。

三位异步二进制加法计数器三位异步二进制加法计数器

① ① 结构：结构：由三个上升沿触发的由三个上升沿触发的 DD 触发器组成。每个触发器触发器组成。每个触发器接成接成 TT’’ 触发器的结构，这样，触发脉冲到来时，触发器状触发器的结构，这样，触发脉冲到来时，触发器状态翻转。态翻转。

(2) 分析方法


最低位触发器最低位触发器 FFFF00 由计数脉冲触发，其它各位触发器由相邻由计数脉冲触发，其它各位触发器由相邻低位触发器的输出脉冲触发，因此各位触发器的翻转时刻是低位触发器的输出脉冲触发，因此各位触发器的翻转时刻是异步的，计数器为异步计数器。异步的，计数器为异步计数器。② ② 翻转条件分析：翻转条件分析：每来一个每来一个

CPCP 上升沿上升沿翻转一次翻转一次

加清零脉冲使各触发器置 0

1

0

1

0

FF0 由 1 变 0 翻转

FF1 由 1 变 0 翻转

加上加上计数脉冲计数脉冲

10

10根据各触发根据各触发

器翻转条件器翻转条件的分析可画的分析可画出工作波形出工作波形图（见下图（见下页）页）


三位异步二进制加法器工作波形三位异步二进制加法器工作波形

① ① 每个触发器都是每输入两个触发脉冲输出一个脉冲，符每个触发器都是每输入两个触发脉冲输出一个脉冲，符合逢二进一的规律，因此计数器为合逢二进一的规律，因此计数器为二进制计数器二进制计数器。。

② ② 随着计数脉冲的输入，计数器随着计数脉冲的输入，计数器按二进制加法规则计数按二进制加法规则计数③③每经过一级触发器计数脉冲每经过一级触发器计数脉冲 CPCP的频率下降的频率下降 1/21/2，，有分有分频功能频功能。。


归纳上述分析可得归纳上述分析可得异步计数器的分析方法：异步计数器的分析方法：

① ① 分析各触发器的翻转条件。分析各触发器的翻转条件。

② ② 用波形图（时序图）或状态图记录状态转换过程。用波形图（时序图）或状态图记录状态转换过程。

③ ③ 根据波形图或状态图归纳出计数器的功能根据波形图或状态图归纳出计数器的功能。


6.4 6.4 单稳态和无稳态单稳态和无稳态触发器触发器单稳态触发器单稳态触发器只有一个稳定状态只有一个稳定状态。在未加触发脉冲前，电路处于稳定状态；在触发脉冲作用下，电路由稳定状态翻转为暂稳态，停留一段时间后，电路又自动返回稳定状态。

无稳态触发器无稳态触发器又称为多谐振荡器，多谐振荡器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器 , 触发器和计数器中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。

单稳态触发器单稳态触发器一般用做整形、定时及延时。


555555 定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路，密特触发器等多种电路，实现定时、整形、脉冲信号的产实现定时、整形、脉冲信号的产生、检测和控制等功能，是一种使用非常广泛的集成电路生、检测和控制等功能，是一种使用非常广泛的集成电路产品。产品。在汽车电子电路中，主要用于汽车转向闪光器、雨在汽车电子电路中，主要用于汽车转向闪光器、雨刮间歇控制器、防盗报警器、发动机转速表、自动变光器刮间歇控制器、防盗报警器、发动机转速表、自动变光器电路中。电路中。

6.4.1 5556.4.1 555 定时器定时器

1.1.555555定时器的结构定时器的结构（（ 11 ）分压器：）分压器：由三个等值电阻构成由三个等值电阻构成（（ 22 ）比较器：）比较器：由电压比较器由电压比较器 CC11 和和 CC22 构成构成（（ 33 ）基本）基本 RSRS 触发器：触发器：由与非门交叉连接组成由与非门交叉连接组成（（ 44 ）与非门、放电管）与非门、放电管 VTVT 、反相器、反相器


电压电压控制端控制端

高高电平电平触发端触发端

低低电平电平触发端触发端

复位端复位端低低电平有效电平有效

放电端放电端

5~~18V

输出端输出端


2.2.555555定时器的工作原理定时器的工作原理

① ① RR’’DD=0=0 时，时， QQ=0=0 ，， uuoo=0=0 ，， VTVT 饱和导通饱和导通。

R’DD=0=0

0 01

导通



>>UUR1R1

② ② RR’’DD=1=1 时，若时，若 uuI1I1 ＞＞ UUR1R1 、、 uuI2I2 ＞＞ UUR2R2 ，， RRDD=0=0 、、 SSDD=1=1 ，，QQ=0=0 ，， uuoo=0=0 ，， VTVT 饱和导通。饱和导通。

>> UUR2R2

R’D=1

UR1

UR2

0

00

1

1

导通



<<UUR1R1

③③ RR’’DD=1=1 时，若时，若 UUI1I1<<UUR1R1 、、 UUI2I2<<UUR2R2 ，， RRDD=1=1 、、 SSDD=0=0 ，，QQ=1=1 ，， uuoo=1=1 ，， VTVT 截止。截止。

<< UUR2R2

R’D=1

UR2

UR1

1

1

10

0

截止



<<UUR1R1

④④ RR’’DD=1=1 时，若时，若 UUI1I1<<UUR1R1 、、 UUI2I2>>UUR2R2 ，， RRDD==SSDD=1=1 ，， QQ== 保保持，持， uuoo== 保持，保持， VTVT 保持。保持。

>UUR2R2

R’D=1

UR2

UR1

1

1

保持

保持

保持

保持


R’R’DD uuI1I1 uuI2I2 RRDD SSDD QQ uuoo VTVT

00 ×× ×× ×× ×× 00 00 导通导通

11 >>UUR1R1 >>UUR2R2 00 11 00 00 导通导通

11 <<UUR1R1 <<UUR2R2 11 00 11 11 截止截止

11 <<UUR1R1 >>UUR2R2 11 11 保持保持保持保持保持保持

555555 的功能表的功能表


6.4.2 5556.4.2 555 定时器组成的单稳态触发器定时器组成的单稳态触发器

由 555 定时器外接 R 、C 组成。

2 端为触发脉冲输入端

3 端为输出端


11 ．单稳态触发器的工作原理．单稳态触发器的工作原理

>1/3 UCC

1

10

1

导通

1触发脉冲到来之前

放电

1

0

截止>2/3 UCC

0

0

电路为电路为稳定状态稳定状态

维持维持 00 态态

触发脉冲到来之前始终为 0 态

0

假设为假设为 00

假设为假设为 11


1 ．单稳态触发器的工作原理

<1/3 UCC

0

01

00触发脉冲

到来后

充电

1

1截止

>2/3 UCC

0

返回稳态返回稳态

进入暂稳态进入暂稳态

充电中虽然触发脉冲

消失

>1/3 UCC

1

导通

放电，为下一次触发做好准备但充电继续进行

10


根据上述分析可画出工作波形：

根据波形可知，输出脉冲宽度取决于电容充电时间常数，它们之间的关系可用下式表示：


单稳态触发器的工作原理说明

触发脉冲到来之前，输入触发脉冲到来之前，输入 uuII=1>1/3U=1>1/3UCCCC ，故，故 CC22 输出为输出为 11 。若。若QQnn=0, =0, 放电管放电管 VTVT 饱和导通，电容放电，使饱和导通，电容放电，使 CC11 输出为输出为 11 ，， QQnn

保持保持 00 态不变。若态不变。若 QQnn=1, =1, 放电管放电管 VTVT 截止，电源经电阻截止，电源经电阻 RR 对电对电容容 CC 充电，当充电，当 uuCC>2/3U>2/3UCCCC 时时 , C, C11 输出为输出为 00 ，使触发器置，使触发器置 00 。。可可见，触发脉冲到来之前触发器为见，触发脉冲到来之前触发器为 00 态，而电路的输出态，而电路的输出 uuoo=0=0 态。态。此时电路的状态称为稳定状态。此时电路的状态称为稳定状态。当触发脉冲到来时，当触发脉冲到来时， uI=0<1/3UCC ，使，使 CC22 的输出为的输出为 00 ，触，触发器置发器置 11 ，， uo=0 变为变为 11 ，电路进入暂稳态。这时放电管，电路进入暂稳态。这时放电管 VTVT

截止，电源对电容截止，电源对电容 CC 充电。在充电过程中，触发脉冲虽然消充电。在充电过程中，触发脉冲虽然消失，使比较器失，使比较器 CC22 输出变为输出变为 11 ，但充电继续进行，直到，但充电继续进行，直到 uC 上上升到略高于升到略高于 2/3U2/3UCCCC 时时，，比较器比较器 CC11 输出为输出为 00 ，将触发器置，将触发器置 00 ，，电路输出电路输出 uo 由由 11 变为变为 00 ，返回稳定状态。至此，暂稳态过程，返回稳定状态。至此，暂稳态过程结束。此后电容迅速放电，为下一次触发做好准备。结束。此后电容迅速放电，为下一次触发做好准备。


单稳态触发器的一般应用

① ① 定时器定时器

单稳态触发器单稳态触发器的输出脉冲是的输出脉冲是正脉冲，当脉正脉冲，当脉冲到来时，其冲到来时，其状态为高电平，状态为高电平，把它作为与门把它作为与门的定时信号可的定时信号可控制与门的打控制与门的打开时间。开时间。

单稳态触发器的定时控制单稳态触发器的定时控制


单稳态触发器的一般应用 ② ② 脉冲整形脉冲整形

单稳态触发器的脉冲整形单稳态触发器的脉冲整形

单稳态触发器触发脉冲的波单稳态触发器触发脉冲的波形是不规则，边沿不陡，幅形是不规则，边沿不陡，幅度不齐，经触发器整形后，度不齐，经触发器整形后，得到幅度和宽度一定的矩形得到幅度和宽度一定的矩形波输出脉冲。因为单稳态触波输出脉冲。因为单稳态触发器输出脉冲的高低电平与发器输出脉冲的高低电平与输入无关，只取决于触发器输入无关，只取决于触发器自身的结构，当结构一定时，自身的结构，当结构一定时，输出的高低电平不变；而输输出的高低电平不变；而输出脉冲的宽度只决定于出脉冲的宽度只决定于 RCRC值，也不会改变，所以不规值，也不会改变，所以不规则的输入脉冲波能被整形为则的输入脉冲波能被整形为规则的脉冲输出。规则的脉冲输出。


2 ．单稳态触发器在汽车电子电路中的应用

电子式发动机转速表电子式发动机转速表

转速感应线圈

断电器触

点限幅电路

滤波电容

单稳态触发器

转速表




发动机转动时断电器触点 P0

做开合动作产生触发脉

冲

触发器输出正脉冲

VD 截止

经限幅、滤波后，触发单稳态触发器

转速表流过电流




发动机转速升高时，断电器触点 P0

产生的脉冲频率增

大

触发器输出正脉冲

的频率也增加

转速表电流值也随之增大

因此通过转速表的电流值大因此通过转速表的电流值大小就可知道发动机的实际转小就可知道发动机的实际转速。速。


6.4.3 5556.4.3 555 定时器组成的多谐振荡器定时器组成的多谐振荡器特征：特征：多谐振荡器是一种无稳态的触发器，它只有两个暂多谐振荡器是一种无稳态的触发器，它只有两个暂稳态，稳态，在无需触发的情况下，电路在两个暂稳态之间来回在无需触发的情况下，电路在两个暂稳态之间来回转换，从而在输出端产生一定频率的矩形脉冲，因此在实转换，从而在输出端产生一定频率的矩形脉冲，因此在实际中常作为脉冲信号发生器使用。际中常作为脉冲信号发生器使用。多谐振荡器多谐振荡器的构成的构成十分简单，十分简单，在在 555555 定定时器的外部连接阻容时器的外部连接阻容元件即可构成元件即可构成。。

CB555CB555 构成的多构成的多谐振荡器的电路图。谐振荡器的电路图。


设接通电源时电路处于第一暂稳态

10

截止

充电

0

1

<1/3 UCC

0

1

0>2/3 UCC

导通放电

0

1

1

0 1

电路进入第二暂稳态

电路返回第一暂稳态

1 ．多谐振荡器的工作原理


第二个暂稳态的作用时间 tp2，即 uc从 2/3 UCC放电下降到 1/3UCC所需的

时间：

CRRt p )(7.0 211

CRt p 22 7.0


CRRttT )2(7.0 21P2P1 振荡周期：

CRRTf

)2(

43.11:

21 振荡频率

21

21

P2P1

P1

2RR

RR

tt

tD

输出波形占空比：

脉冲周期、振荡频率、输出占空比的大小均决定于外接脉冲周期、振荡频率、输出占空比的大小均决定于外接元件的参数，只要改变元件的参数就能调整振荡器的参元件的参数，只要改变元件的参数就能调整振荡器的参数，调整起来十分方便。数，调整起来十分方便。


.

uC

.

+UCC

48762

1

3

C

R1

R2

5

.多谐振荡器多谐振荡器构成水位监构成水位监控报警电路控报警电路

水位正常情况下，电容 C 被短接，扬声器不发音；水位下降到探测器以下时，多谐振荡器开始工作，扬声器发出报警。

多谐振荡器的一般应用


22 ．多谐振荡器在汽车电子电路中的应用．多谐振荡器在汽车电子电路中的应用（（ 11 ）汽车转向灯闪光控制器）汽车转向灯闪光控制器

电路特点：电路特点：①继电器线圈①继电器线圈 KK 接在多谐振荡器的输出端，由振接在多谐振荡器的输出端，由振荡器输出脉冲控制其状态，有脉冲时，线圈通电，无脉冲时，荡器输出脉冲控制其状态，有脉冲时，线圈通电，无脉冲时，线圈断电。②继电器触点线圈断电。②继电器触点 KK11 接到转向灯的电源回路中，控制接到转向灯的电源回路中，控制转向灯通断。转向灯通断。


工作原理：工作原理：设汽车左转向，由驾驶员将转向开关打到左转向设汽车左转向，由驾驶员将转向开关打到左转向位置，多谐振荡器通电开始工作，产生连续的矩形脉冲。当位置，多谐振荡器通电开始工作，产生连续的矩形脉冲。当脉冲到来时，继电器线圈脉冲到来时，继电器线圈 K K 通电，触点通电，触点 KK11 闭合，左转灯通闭合，左转灯通电点亮；脉冲消失后，线圈电点亮；脉冲消失后，线圈 K K 失电，触点失电，触点 KK11 断开，左转灯断开，左转灯失电熄灭。因此在连续脉冲的控制下，左转灯不停地闪烁。失电熄灭。因此在连续脉冲的控制下，左转灯不停地闪烁。闪烁频率由充放电元件决定，选择不同的闪烁频率由充放电元件决定，选择不同的 RRAA 、、 RRBB 、 CC11 值，值，可得到不同的频率。可得到不同的频率。


（（ 22 ）汽车防盗报警器）汽车防盗报警器汽车防盗报警器是为了防止车辆被盗而设计的报警装置。汽车防盗报警器是为了防止车辆被盗而设计的报警装置。

一般要求有如下一般要求有如下基本功能基本功能：：① ① 驾驶员用车门遥控器或车门钥匙锁好车门后，报警器处驾驶员用车门遥控器或车门钥匙锁好车门后，报警器处

于警戒状态；于警戒状态；② ② 如果小偷以非正常方式打开车门，则报警器报警；如果小偷以非正常方式打开车门，则报警器报警；③ ③ 小偷打开车门后即使重新关闭车门，报警声仍持续一段小偷打开车门后即使重新关闭车门，报警声仍持续一段

时间。时间。

磁控开关

开关管

充放电元件

复合开关管

开关管

多谐振荡器晶闸管

电源开关


汽车防盗报警器电路图汽车防盗报警器电路图

汽车防盗报警器的工作原理汽车防盗报警器的工作原理


① ① 车门锁上之前，电源开关车门锁上之前，电源开关 SS11 处于闭合状态。锁门之后，处于闭合状态。锁门之后，磁控开关磁控开关 SS2C2C 闭合使开关管闭合使开关管 VTVT11 截止，后续电路不工作，截止，后续电路不工作，报警器进入报警器进入警戒状态警戒状态。。② ② 当车门被非正常打开时，当车门被非正常打开时， SS2C2C 断开使断开使 VTVT11 导通，复合管导通，复合管也导通，从而触发开关管也导通，从而触发开关管 VTVT44 使其导通，多谐振荡器对地使其导通，多谐振荡器对地接通而工作，接通而工作， 33 脚输出频率为脚输出频率为 1kHz1kHz 的脉冲电流，触发晶的脉冲电流，触发晶闸管闸管 SCRSCR 导通，喇叭电路接通，电喇叭发出清脆的导通，喇叭电路接通，电喇叭发出清脆的报警报警声。声。即使重新关上车门，响声仍会继续即使重新关上车门，响声仍会继续。因为在。因为在 VTVT11 导通时导通时CC11 充电，车门关后充电，车门关后 VTVT11 虽截止，但虽截止，但 CC11 通过电阻通过电阻 RR33 放电，放电，继续维持复合管、开关管继续维持复合管、开关管 VTVT44 的导通，直到放电结束。的导通，直到放电结束。说明：说明：①如想①如想控制双门控制双门，可按图将，可按图将 SS2a 2a 、、 SS2b2b 磁控开关串联，磁控开关串联，工作原理与上述单门控制相似，这里不详述。工作原理与上述单门控制相似，这里不详述。 ② ② 报警持续时间、报警声的长短和间歇时间可调。报警持续时间、报警声的长短和间歇时间可调。报警持续时间由报警持续时间由 RR33 、、 CC11 的参数决定；报警声的长短和间歇的参数决定；报警声的长短和间歇时间由振荡器时间由振荡器 RR55 、、 RR66 、、 CC22 控制。控制。

第 6 章 数字电路

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第 6 章数字电路