数字电子技术7课件.ppt

1、7.1 数字电路基本知识数字电路基本知识 7.3集成触发器集成触发器 7.4基本数字部件基本数字部件 7.2基本逻辑门电路基本逻辑门电路7.5脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路 第七章第七章 数字电子技术基础数字电子技术基础第七章第七章 数字电子技术基础数字电子技术基础1 1了解数字信号与数字电路、数制与码制的概念。了解数字信号与数字电路、数制与码制的概念。2 2掌握基本逻辑关系与基本逻辑门电路掌握基本逻辑关系与基本逻辑门电路,掌握复合掌握复合逻辑门电路。逻辑门电路。3 3了解基本了解基本RSRS触发器、可控触发器、可控RSRS触发器、触发器、JKJK触发器、触发器、D D触发器的电路结构与动作

2、特点。触发器的电路结构与动作特点。4 4熟悉寄存器、计数器和译码显示器等基本数字部熟悉寄存器、计数器和译码显示器等基本数字部件的功能及在汽车电路中的应用。件的功能及在汽车电路中的应用。5 5了解由了解由555555定时器组成的多谐振荡器、单稳态触定时器组成的多谐振荡器、单稳态触发器和施密特触发器的电路结构与工作原理。发器和施密特触发器的电路结构与工作原理。6 6了解集成时基电路了解集成时基电路555555电路在汽车电路中的应用电路在汽车电路中的应用本章要点：本章要点：7.1 7.1 数字电路基本知识数字电路基本知识一、数字电路与模拟电路一、数字电路与模拟电路 电子技术中电子电路分为两大类，一类

3、是传输和处理模拟信号的电路，称为模拟电路；另一类是传输和处理数字信号的电路，称为数字电路。模拟信号是指在时间和数值上都连续变化的电信号，例如我们所熟悉的正弦波信号就是一种典型的模拟信号，如图7-1（a）所示；数字信号是指在时间和数值上都不连续变化的离散的脉冲信号，例如现在汽车上的曲轴位置传感器信号，发动机转速信号和用于故障自诊的故障代码等，都是典型的数字信号，如图7-1（b）所示。（a）模拟信号 （b）数字信号 图7-1 模拟信号与数字信号 数字信号只有两种状态：高电平、低电平，或者有信号、无信号。在数字电路中，通常把这两种状态用两个符号来表示，即“1”和“0”，也即逻辑1和逻辑0。高电平或有

4、信号用“1”表示，低电平或无信号用“0”表示，这称为正逻辑；相反，若高电平或有信号用“0”表示，则称为负逻辑。在数字电路的逻辑设计中，有时用正逻辑，有时用负逻辑，无特殊声明时，一律采用正逻辑。0tu（t）上升沿T下降沿 二、数字电路的特点二、数字电路的特点 数字电路也可以进行逻辑运算与判断，此时它大多处理“二值逻辑”问题。例如“真”和“假”，“有”和“无”等。因此，可用电路的两种截然不同的状态来表述。例如三极管的饱和导通“开”和截止“关”，电平的“高”和“低”两种状态。这就使得数字电路的基本单元电路简单，对元件的精度要求也不太严格，很适合做成集成电路。数字电路重点研究输入信号和输出信号之间的逻

5、辑关系，它的数学分析工具是逻辑代数（又称为“布尔代数”），描述电路逻辑功能的主要方法是逻辑变量的真值表、逻辑函数式、卡诺图、特性方程、状态转换图、时序图和逻辑电路图等。该电路中含有对数字信号进行传送、运算、控制、计数、寄存、译码、显示等不同功能的数字电路部件。三、数制三、数制 数值可以表示长度、质量、时间、温度等物理量的大小程度。表示数值大小的各种计数方法称为计数体制，简称数制。最常用的是十进制，它有0，1，2，39十个数码，用来组成不同的数。在数字电路中采用二进制，还有八进制，十六进制。二进制有两个数码0和1，它们与电路的两个状态（开和关、高电平和低电平等）直接对应，使用比较方便。二进制与十

6、进制的进位规则不同。十进制是“逢十进一”，即9110，可写成1011010100。10为基数，如238可写成：238210231018100 三、数制三、数制 二进制是“逢二进一”，即1110，可写成10121020，也就是说2为基数，如（11010）2124123022121020（26）10 十进制整数转换为二进制的常用方法是除二取余法，即将十进制数连续除以2，并依次记下余数，一直除到商为0为止。以最后所得的余数为最高位，依次从后向前排即为转换后对应的二进制数。例7-1将十进制数218转换为二进制数2218 余0 2 109 余1 最低位 2 54 余02 27 余12 13 余12 6

7、余032 3 余042 1 余15 0 余1 最高位 6 所以（218）10（11011010）2 表7-1给出了16以内的二进制数与十进制数的对照表。表7-1 二进制数与十进制数对照表十进制数二进制数十进制数二进制数00000810001000191001200101010103001111101140100121100501011311016011014111070111151111 四、编码四、编码 数字系统中的信息，除数据外还包括文字、符号和各种对象、信号等。用数字或某种文字和符号来表示某一对象或信号的过程就称为编码。1 1、二、二十进制编码（十进制编码（BCDBCD码）码）在数字电路

8、中一般采用二进制数。用二进制数表示十进制数的编码方式，称为二十进制编码，即BCD码。用一组（4位）二十进制码表示一位十进制数。其中8421码每组（4位）内8421码符合二进制规则，而组与组之间是十进制。二十进制码与自然二进制数形式相似，但本质不同。二进制数是按二进制的规则表示数值的大小，而二十进制码是用二进制数表示十进制数码，它们的值并不一定相等。表7-2列出了其他几种常用的二十进制编码。表7-2 几种常用的二十进制码 如（如（18）10=（00011000）8421=（10010）22、字符码、字符码 目前广泛应用的表示字母、符号的二进制代码是ASCII码。ASCII码采用7位二进制数编码，

9、可以表示128个字符。3、其他代码、其他代码 在数字系统中，任何信息包括各种特定的对象、信号等都要转化为二进制代码来代理。如：现代汽车上都配备自诊断系统，汽车的电子控制单元（ECU）能够自动检测汽车本身的故障，而各种故障在ECU中是以代码形式存储、处理的，这些代码称故障码。五、逻辑代数及基本运算五、逻辑代数及基本运算 逻辑代数也称布尔代数，它是分析和设计逻辑电路的一种数学工具，用来描述数字电路和数字系统的结构和特性。逻辑代数有1和0两种逻辑值，它们并不表示数量的大小，而是表示两种对立的逻辑状态，例如电平的高低，晶体管的导通和截止，脉冲信号的有无，事物的是非等。所以，逻辑1和逻辑0与自然数中的1

10、和0有本质的区别。在逻辑代数中，输出逻辑变量和输入逻辑变量的关系，叫逻辑函数，可表示为 F=f（A，B，C）（7-1）式中，A，B，C为输入逻辑变量，F为逻辑函数。下面介绍基本逻辑运算。1、逻辑“与”逻辑与是描述与逻辑关系的，又称与运算。逻辑表达式为 F=AB （7-2）其意义是仅当决定事件发生的所有条件A、B 均具备时，事件F才能发生。例如把两只开关和一 盏电灯串联接到电源上，只有当两只开关均闭合时 灯才能亮。两个开关中有 一个不闭合灯就不能亮。若开关断开时，A和B取0，开关闭合时，取1；灯亮时 F取1，灯灭时取0，则F的 逻辑状态列于表7-3，称真 值表。表7-3 与逻辑真值表 2、逻辑“

11、或”逻辑或是描述或逻辑关系的，也称或运算。逻辑表达式为：F=A+B （7-3）其意义是当决定事件发生的各种条件A、B中，只要有一个或一个以上的条件具备，事件F就发生。仍以上述的灯的情况为例，把两只开关并联与一盏电灯串联接到电源上，当两只开关中有一个或一个以上闭合时灯均能亮。只有两个开关全断开时灯才不亮。逻辑取值方法同上，F的逻辑状态列于真值表7-4。3、逻辑“非”逻辑非是对一个逻辑变量的否定，也称非运算。逻辑表达式为 （7-4）其意义是事件发生出现的结果必然和这种条件相反。仍以灯的情况为例，一只在面板上标有“开”和“关”字样的开关与一盏电灯串联接到电源上，但由于安装这只开关的电工粗心，当开关打

12、向“开”时灯灭，打向“关”时灯亮。当A取0或1时，F的逻辑状态列于真值表7-5。表7-5 非逻辑真值表AF 7.2 基本逻辑门电路基本逻辑门电路一、与门电路一、与门电路 我们把一个电路的输入端作为条件，输出端作为结果。输入端和输出端能满足“与”逻辑关系的电路称为与门电路。图7-2所示为二极管与门电路及其逻辑符号。（a）与门电路 （b）逻辑符号 图7-2 二极管与门电路及其逻辑符号 LAB+VDD(a)(b)3k（+5V）RCC2&ABL=AB1LAB+VDD(a)(b)3k（+5V）RCC2&ABL=AB1 它有两个输入端A、B，一个输出端L。假定输入信号的高电平为5V，低电平为0V，则按输入

13、信号的不同可分为以下情况：（1）VA=VB=0V。此时二极管D1和D2都导通，由于二极管正向导通时的钳位作用，VL0V。（2）VA=0V，VB=5V。此时二极管D1导通，由于钳位作用，VL0V，D2受反向电压而截止。（3）VA=5V，VB=0V。此时D2导通，VL0V，D1受反向电压而截止。（4）VA=VB=5V。此时二极管D1和D2都截止，VL=VCC=5V。把上述分析结果归纳起来列入表7-6中，如果采用正逻辑体制，如表7-7所示，很容易看出它实现逻辑运算：L=AB 增加一个输入端和一个二极管，就可变成三输入端与门。按此办法可构成更多输入端的与门。表7-6 与门输入输出电压的关系 表7-7

14、与逻辑真值表 常用的与门电路有四二输入与门74LS08和CD4081，引脚如图7-3所示。二、或门电路二、或门电路 能满足“或”逻辑关系的电路，称为或门电路，简称或门。如图7-4所示为二极管或门电路和或门的逻辑符号。当一个或一个以上的输入端为高电平（5V）时，相应的二极管导通，输出端也为高电平；当两个输入端都为低电平（0V）时，所有二极管截止，输出端L才为低电平。（a）或门电路 （b）逻辑符号 图7-4 二极管或门电路及其逻辑符号 可见，它实现逻辑运算：L=A+B同样，可用增加输入端和二极管的方法，构成更多输入端的或门。常用的或门电路有四二输入或门74LS32和CD4071，引脚如图7-5所示

15、。图7-5 常用或门集成电路引脚图 三、非门电路三、非门电路 具有“非”逻辑功能的电路叫做非门电路。图7-6是由三极管组成的非门电路，非门又称反相器。仍设输入信号为+5V或0V。此电路只有以下两种工作情况：（a）电路 （b）逻辑符号 图7-6 三极管非门 （1）VA=0V。此时三极管的发射结电压小于死区电压，满足截止条件，所以管子截止，VL=VCC=5V。（2）VA=5V。此时三极管的发射结正偏，管子导通，只要合理选择电路参数，使其满足饱和条件IBIBS，则VT工作于饱和状态，有VL=VCES0V（0.3V）。+VALT123RRbCCC（+5V）AL=AL=AA11(b)(a)把上述分析结果

16、列入表7-8中，此电路不管采用正逻辑还是负逻辑，都满足非运算的逻辑关系。表7-8非逻辑真值表A L 0 1 1 0 常用的非门电路有六反相器74LS04和CD4069，引脚如图7-7所示。图7-7 常用非门集成电路引脚图 四、复合门电路四、复合门电路 由与门、或门、非门经过简单的组合，可构成另一些常用的复合逻辑门，如“与非门”、“或非门”、“异或门”等。这些复合门电路在带负载能力、工作速度和可靠性方面都得到了很大提高，因此成为逻辑电路中最常用的电路。1、与非门 “与”和“非”的复合运算（先求“与”，再求“非”）称“与非”运算。实现与非复合运算的电路称为与非门。与非门的逻辑符号如图7-8所示。与

17、非逻辑状态表见表7-9。表7-9 与非门真值表 图7-8 与非门逻辑符号 与非门的逻辑表达式为：7400和CD401是一种典型的与非门器件，内部含有4个2输入端与非门，共有14个引脚，引脚排列图如图7-9所示。A AB BL L0 00 01 10 01 11 11 10 01 11 11 10 0 图7-9 常用与非门集成电路引脚图 2 2、或非门、或非门 实现“或非”复合运算的电路称为或非门。电路的特点是：只要输入有“1”，输出就为“0”，只有输入全为“0”时，输出才为“1”。或非门逻辑符号如图7-10所示。或非门的逻辑状态见表7-10 表7-10 或非门真值表 图图7-10 或非门逻辑符

18、号或非门逻辑符号或非门的逻辑表达式为：或非门的逻辑表达式为：ABL001011101110L=A+B 3 3、异或门、异或门 式 L=AB+AB 的逻辑运算称异或运算。记作 L=A B 罗辑符号如图7-11所示，由表达式可得出逻辑状态见表7-11。表7-11 异或门逻辑状态表图7-11 异或门逻辑符号 异或门的输入与输出逻辑关系是：当两个输入端均为低电平或均为高电平时，输出为低电平；如输出端的电平不同，则输出为高电平。ABL000011101110ABL000011101110ABL000011101110ABL000011101110 五、汽车水箱水位报警器电路分析五、汽车水箱水位报警器电路

19、分析 如图7-12所示该报警器由铜棒探测器、六非门CO33（IC）、发光二极管LED、压电陶瓷片HTD、电源等组成。图7-12 汽车水箱水位报警器电路 当水箱内水位正常（最低水位以上）时，探测器与水箱体之间的电阻较小，结果IC1a的输入端为低电平，相应IC1c输出高电平，LED中的绿灯变亮，指示水位正常。同时IC1d输出低电平使D导通，相应IC1e和IC1f组成的振荡器停振，HTD不发声，电路不发生报警。汽车水箱中的水量减少，将直接影响汽车正常安全行驶，而该报警器恰能在水箱水位处于最低水位以下时发出声光报警，及时提醒驾驶员加水，避免事故发生。压电陶瓷片是一种结构简单、轻巧的电声器件，用于超声波

20、和次声波的发射和接收，工作原理是利用压电效应的可逆性，在其上施加音频电压，就可产生机械振动，从而发生声音。探测器放入水箱内，铜棒的半径可依具体情况而定，一般选用半径为2毫米的漆包线。探测器的下端置于水箱最低水位处，且不与接地的水箱体接触。当水箱水位处于最低水位以下时，探测器与水箱体之间呈开路状态，结果使反相器IC1a的输入端为高电平，相应IC1c的输出端为低电平，LED中的红灯亮，指示水箱水位已处于最低水位以下。同时，IC1d输出高电平，使二极管D截止，IC1e和IC1f组成的振荡器工作，其输出信号促使HTD发出声响报警。7.3 7.3 集成触发器集成触发器 各种门电路是构成计算机系统的基本单

21、元电路。这些门电路某一时刻的输出是由当时的输入状态决定的，只要输入发生了变化，输出也随之变化，这类电路称为组合逻辑电路。然而，在一个复杂的计算机系统中，还使用着另一种类型的电路，称时序逻辑电路。这种电路是，它们在某一时刻的输出不仅和当时的输入状态有关，还与电路原来的输出状态有关，触发器是构成时序逻辑电路的基本单元。具有两个基本特征：（1）触发器具有两个稳定状态，分别称为“0”状态和“1”状态，在没有外界信号作用时，触发器维持原来的稳定状态不变，即触发器具有记忆功能。（2）在一定的外界信号作用下，触发器可以从一个稳定状态转变到另一个稳定状态。转变的过程称翻转。触发器的内部电路结构形式多种多样，下

22、面介绍几种常见的触发器电路。一、基本一、基本RSRS触发器触发器1 1、电路结构、电路结构 基本RS触发器由两个与非门（也可用两个或非门）交叉联结构成，如图7-13所示。（a）逻辑图 （b）逻辑符号 图7-13 与非门组成的基本RS触发器 它有二个输入端R、S，有两个输出端Q、。在正常工作条件下，两个输出端的逻辑关系是互非的。定义：当1，0时，称为触发器的1状态；当0，1时，称为触发器的0状态。2、逻辑功能、逻辑功能 根据电路分析可知：当R0，S1时，则0，1。当R1，S0时，则1，0。当R1，S1时，触发器保持原状态不变。当R0，S0时，两个与非门的输入信号中均有0，即1，1，不能满足互非的

23、规定，致使基本RS触发器不能正常工作，因此禁止这种状态发生，这种情况下触发器的状态称为“不定”状态。常以真值表的形式反映触发器从原状态向新状态转移的规律。原态用表示，次态（新状态）用 Qn+1 表示。表7-12所示为基本RS触发器的功能真值表 表7-12 基本RS触发器的功能真值表 可见，触发器的新状态Qn+1（也称次态）不仅与输入状态有关，也与触发器原来的状态Qn（也称现态或初态）有关。R S Qn Qn+1 说明 0 0 0 0 0 1 不定状态 0 1 0 0 0 1 1 0 置 0 1 0 0 1 1 0 1 1 置 1 1 1 0 0 1 1 1 1 保持原态 3、基本、基本RS触发

24、器的特点触发器的特点（1）有两个互补的输出端，有两个稳态。（2）有复位（Q=0）、置位（Q=1）、保持原状态三种功能。（3）R为复位输入端，S为置位输入端，该电路为低电平有效。（4）由于反馈线的存在，无论是复位还是置位，有效信号只需作用很短的一段时间。即“一触即发”。二、同步二、同步RSRS触发器触发器1、电路结构、电路结构 为了提高基本RS触发器的抗干扰能力，设计制作了一种工作状态不仅受输入端（R、S）控制，而且还受时钟脉冲（CP）控制的同步触发器，简称同步触发器。图7-14为同步触发器的逻辑电路和符号。（a）逻辑图 （b）逻辑符号 图7-14 同步RS触发器 2 2、逻辑功能、逻辑功能 时

25、钟脉冲（CP）是等周期、等幅的脉冲串，由外部电路产生，用来控制同步触发器的工作。当脉冲为高电平即CP1期间，触发器接收输入信号，开始工作；当脉冲为低电平即CP0期间，触发器不工作。表7-13为同步RS触发器的真值表。表7-13 同步RS触发器的真值表3同步RS触发器的特点 时钟电平控制，只有CP1期间工作，抗干扰能力有所增强；R、S之间还是不能同时为1。三、三、JKJK触发器触发器 钟控RS触发器采用电位触发方式，此类触发器存在的主要问题，就是在CP1期间，若R和S发生多次变化，输出将随着发生多次翻转，即存在“空翻”现象。若出现了空翻，就无法判定触发器的状态。为确保数字系统的可靠工作，要求触发

26、器来一个时钟脉冲至多翻转一次，即避免出现“空翻”现象。为此研制出电平触发方式的主从触发器、边沿触发方式的维持阻塞触发器等多种类型的、能够抑制“空翻”现象的触发器。主从触发器由两级触发器构成，其中一级直接接收输入信号，称为主触发器，另一级接收主触发器的输出信号，称为从触发器。两级触发器的时钟信号互补，从而有效地克服了空翻。主从JK触发器的逻辑功能与RS触发器的逻辑功能基本相同，不同之处是JK触发器没有约束条件，在J=K=1时，每输入一个时钟脉冲后，触发器向相反的状态翻转一次。图7-15为JK触发器的逻辑符号，表7-14为JK触发器的功能表。表7-14 JK触发器的真值表图7-15 JK触发器的逻

27、辑符号J K 1nQ 说明 0 0 nQ 保持 0 1 0 置 0 1 0 1 置 1 1 1 nQ 翻转 例例7-2 设主JK触发器的初始状态为0，已知输入J、K的波形图如图7-16，画出输出Q的波形图。解：如图7-16所示。图7-16 例7-2波形图 在画主从触发器的波形图时，应注意以下两点：（1）触发器的触发翻转发生在时钟脉冲的触发沿（这里是下降沿）。（2）在CP=1期间，如果输入信号的状态没有改变，判断触发器次态的依据是时钟脉冲下降沿前一瞬间输入端的状态。JK触发器是功能完善、使用灵活和通用性较强的一种触发器。常用型号有74LS112（下降沿触发的双JK触发器）、CC4072（上升沿触

28、发的双JK触发器）及74LS27以（4JK触发器）等。四、四、D D触发器触发器 主从JK触发器存在的主要问题是一次变化现象。边沿触发器不仅将触发器的触发翻转控制在CP触发沿到来的一瞬间，而且将接收输入信号的时间也控制在CP触发沿到来的前一瞬间。因此，边沿触发器既没有空翻现象，也没有一次变化问题，从而大大提高了触发器工作的可靠性和抗干扰能力。D触发器只有一个触发输入端D，通常为边沿触发器。分为上升沿触发和下降沿触发两种，它的次态只取决于时钟脉冲触发边沿到来前控制信号D端的状态，因此，逻辑关系非常简单。在触发脉冲CP作用下，D0，则输出Q0；D1，则输出Q1。其逻辑符号如图7-17所示,逻辑关系

29、如表7-15所示。表7-15 D触发器的真值表图7-17 D触发器的逻辑符号 D触发器的特性方程为：Qn+1=D。有很多种型号的D触发器可供选用，如74LS74（双D触发器）、74LS175（四D触发器）、74LS174（六D触发器）、74LS273（八D触发器）及CD4013（CMOS双D触发器）等。一、寄存器一、寄存器 寄存器是一种重要的数字电路元件，常用来暂时存放数据、指令等。寄存器由若干触发器组成，一个触发器只能存放一位二进制数，n位二进制代码要用n个触发器构成的n位寄存器储存。1 1、数码寄存器、数码寄存器 图7-18是由D触发器组成的4位数码寄存器。由图可知，它采用了并行输入并行输

30、出的方法。7.4 7.4 基本数字部件基本数字部件 图7-18 数码寄存器1）清除数码。从一端输入负脉冲即0，则四个触发器全部清零，即Q3Q2Q1Q0=0000。在清零后接高电平，即1。2）寄存数码。当在CP上升沿时寄存器接受数码。加入要寄存一个4位二进制数D3D2D1D01101。将数码1101加到对应数码输入端，CP上升沿时，各触发器Qn1D，则Q3Q2Q1Q0D3D2D1D01101。3）保存数码。当CP处于低电平即CP0时，各触发器处于保持状态，Q3Q2Q1Q0数值不变。2 2、移位寄存器、移位寄存器 移位寄存器不仅具有存放数码的功能，而且还有移位的功能。所谓移位就是每当一个时钟脉冲到

31、来时触发器的状态向左或向右移一位。如74194就是四位双向移位寄存器，见图7-19。（a）引脚排列图 （b）逻辑图 图7-19 四位双向移位寄存器74194 74194具有以下功能：（1）异步清零：低电平有效，只要0，即Q0Q1Q2Q3=0000。（2）工作方式选择：当1时，根据工作方式控制信号M1M0的不同组合，实现以下四种操作，见功能表7-16.M1M000时：保持，与CP无关，移位寄存器保持原来的状态不变。M1M001时：右移，在CP上升沿的作用下，移位寄存器的状态依次右移一位。M1M010时：左移，在CP上升沿的作用下，移位寄存器的状态依次左移一位。M1M011时：并行数据输入，在CP

32、上升沿作用下，并行数据D0、D1、D2、D3被送入相应的输出端Q0Q3，实现并入/并出。表7-16 74194功能表M1 M0 工作方式 L L 保持 L H 右移 H L 左移 H H 同步并行置数 二、计数器二、计数器 在数字电路和计算机中，计数器是最基本的部件之一，它能累计输入脉冲的个数。当输入脉冲的频率一定时，又可作为定时器使用。计数器可以进行加法计数，也可以进行减法计数。以进位制来分，有二进制计数器和十进制计数器等。目前，集成计数器因具有体积小、功耗低、功能灵活等优点在一些简单小型数字系统中得到了广泛应用。表717中介绍了几个较典型产品的功能。表717 几种集成计数器 计数器除基本技

33、术功能外，还有一些特殊功能，以74HC161和74HC163为例。（1）预置并行数据输入。在实际工作中，有时在开始计数前，需将某一设定数据预先写入到计数器中，然后在计数脉冲CP的作用下，从该数值开始作加法或减法计数，这种过程称为预置。以74HC161和74HC163为例，都有4个预置并行数据输入端（D0D3），当预置控制端（LD ）为低电平时，在计数脉冲CP上升沿作用下，将放置在预置并行输入端（D0D3）的数据置入计数器，这种预置方式称为同步预置；当为高电平时，则禁止预置数。（2）清零。当清零端（R ）为低电平时，不管时钟脉冲状态如何，即可完成清零功能，这种清零方式称为异步清零（74HC161

34、）；当清零端（R ）为低电平时，在时钟脉冲上升沿作用下，才能完成清零功能，这种清零方式称为同步清零（74HC163）。（3）计数控制。当计数控制端ET和EP均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0Q3同时变化，完成计数功能，从而消除了异步计数器中出现的过渡状态（在同一CP作用下，异步计数器的低位输出端已翻转，而高位输出端还没翻转瞬间所产生的一种状态）；当ET或EP有一个为低电平时，则禁止计数，并保持计数前的状态。（4）进位。计数器进位输出端为CO，当计数溢出时，CO输出一个高电平进位脉冲。图720是利用74HC163和一个与非门组成的六进制计数器。电路中，4个预置数据输入端D0D3均接低电平，清零

35、端接高电平，Q2、Q0经与非门与预置控制端 相连。不难分析，当计数器计到Q3Q2Q1Q00101（对应十进制数5）时，为低电平，在第六个CP上升沿到来后将Q3Q2Q1Q00000的数据置入计数器，使Q3Q2Q1Q00000，所以计数器输出只存在00000101六种状态，为六进制计数器。图7-20 74HC163构成的六进制计数器 三、七段译码器和数码显示器三、七段译码器和数码显示器 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通常由译码器、驱动

36、器和显示器等部分组成。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，广泛应用于各种数字设备中，其显示方式一般有字型重叠式、分段式和点阵式，目前以分段式应用最普遍。图7-21表示七段式数字显示器利用不同发光段方式组合，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数显示器进行显示。七段式数字显示器有共阴极和共阳极两种接法。共阴极时，输入高电平点亮；共阳极时，输入低电平点亮 （a）分段布置图 （b）段组合图 图7-21 七段数码显示器发光段组合图 如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来，必须将数码经译码器译出，

37、然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于8421码的0011状态，对应的十进制数为3，则译码驱动器应使a、b、c、d、g各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出段有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。下面介绍常用的74LS48七段显示译码器。74LS48输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，如图7-22所示，以增强器件的功能。74LS48的功能如表7-17所示。（a）引脚排列图 （b）逻辑图 图7-22 74LS48的引脚图及逻辑符号 表7-17 74LS48功能表 从功能表可以看出，74LS48应用于高电平驱动的共阴极显示器。当输入信号A3

38、A2A1A0为00001001时，分别显示09数字信号；而当输入10101110时，显示稳定的非数字信号；当输入为1111时，七个显示段全暗。可以从显示段出现非09数字符号或各段全暗，可以推出输入已出错，即可检查输入情况。第五节第五节 脉冲信号产生电路脉冲信号产生电路一、一、555时基电路时基电路 555时基电路是一种能够产生定时信号（或称时钟信号），能够完成各种定时或延时功能的中规模集成电路。它将模拟功能和数字逻辑功能巧妙地结合在一起。电路功能灵活，适用范围广，只要在外部配上几个阻容元件，就可以构成性能稳定而准确的方波发生器、单稳态触发器和施密特触发器灯。它的应用相当广泛，在汽车电子电路中随

39、处可见。1 1、555555时基电路的基本结构时基电路的基本结构 555时基电路的原始产品是NE555，后来又出现了LM555、A555、XR555、CA555、RM555、FX555、5G1555等等，统称为“555”时基电路，它们的等效电路、形式和内电阻值虽然略有不同，但基本结构并无根本差别，按其内部电路、功能结构可简化为图7-23的形式。（a）原理图 （b）电路符号 图7-23 555定时器的电气原理图和电路符号 555时基电路含有：三个阻值为5k的电阻组成的分压器（集成电路也因此得名）两个电压比较器C1和C2：v+v，vo=1；v+v，vo=0。基本RS触发器；放电三极管T及缓冲器G。

40、表7-18 555时基电路各项功能真值表2 脚（触发输入端）6 脚（阈值输入端）4 脚（外部复位端）3 脚（输出端ov）7 脚（放电ov）0 0 接地 ccV31 ccV32 1 1 断路 ccV31 ccV32 1 不变 不变 ccV31 ccV32 1 0 接地 2 2、555555时基电路的工作原理时基电路的工作原理 当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为和。当vI1，vI2时，比较器 C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。当vI1，vI2时，比较器 C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出

41、端vO为高电平。当vI1时，比较器 C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。由上述分析可得555定时器的功能表，如表7-18所示。3 3、555555时基电路特点时基电路特点 555时基电路在电路结构上是由模拟电路和数字电路组合而成，它将模拟功能与逻辑功能合为一体，能够产生精确的时间延迟和振荡，拓宽了模拟集成电路的应用范围。该电路采用单电源供电，电源范围宽，可以和模拟运放或数字电路共用一个电源。555时基电路可独立构成一个定时电路，且定时精度高。555时基电路的最大输出电流达200mA，带负载能力强，可直接驱动小电动机、喇叭、继电

42、器等负载。二、二、555时基电路的典型应用时基电路的典型应用 555时基电路的基本应用电路有三种：单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器。1 1、555555时基电路构成的单稳态触发器时基电路构成的单稳态触发器 单稳态触发器具有下列特点：第一：它是一个稳态状态和暂稳状态。第二：在外来触发脉冲的作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳状态。第三：暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态，而暂稳状态时间的长短与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。单稳态触发器一般用于定时、整形以及延时电路。图7-24（a）是用555时基电路构成的单稳态触发器。R、C是定时元件；u1是输入触发信号，下降沿有效，接到55

43、5时基电路的2脚；3脚uo是输出信号。在没有触发信号时电路工作在稳态。即u1是高电平时，uo0，VT饱和导通。接通电源后，电路会自动达到稳定状态。当u1下降沿到来时，电路被触发，uo1，VT截止，这时电容C开始充电，在电容电压uc上升到2/3VCC以前，电路保持暂态不变。随着电容C的充电，当uc上升到2/3VCC时，触发器翻转，uo0，VT饱和导通，暂态结束。电容C通过晶体管VT放电，C放电结束后，电路回到稳定状态，等待下一个触发脉冲。图7-24（b）是555时基电路构成的单稳态触发器工作波形图 （a）单稳态触发器 （b）工作波形图 图7-24 用555定时器构成的单稳态触发器及工作波形 下面

44、以发动机555时基电路转速表为例进行介绍。本转速表实际是一个单稳态触发器，其中，LIG是点火线圈初级绕组，P是继电器触点。电路如图7-25所示。图7-25 发动机555时基电路转速表 每当继电器触点断开而产生一个脉冲时，通过R1和VZ1的钳位限幅，由C1耦合去触发555时基电路。在555时基电路输出端3脚输出高电平期间，VD反向截止，由R5及Rp供给指示表。单脉冲过后，555时基电路输出端为低电平，VD将R5提供的电路旁路，不再经过电位器Rp和指示表。因此，指示表通过的电流平均值与继电器触点P所产生的脉冲频率成正比，这就可以由指示表来指示发动机的转速。2 2、555555时基电路构成的多谐振荡

45、器及其在汽车上的应用时基电路构成的多谐振荡器及其在汽车上的应用 图7-26（a）所示为555时基电路构成的多谐振荡器。R1、R2、C是外接定时元件，6、2脚连接起来（uc）对地接电容C，晶体管VT集电极7脚接到R1、R2的连接点P。接通电源前电容C上无电荷，所以接通电源瞬间，C来不及充电，故uc0、uo1，555时基电路内部的VT截止。随着电容C充电、uc缓慢上升，当uc上升到2/3VCC时，555时基电路内部的触发器翻转，uo0，VT饱和导通，VT饱和导通使电容C通过R2放电。随着电容C放电，uc不断下降。当uc下降到1/3VCC时，触发器翻转，uo1，VT截止。随后电容C又开始充电，进入下

46、一个循环，于是在输出端3脚产生了矩形脉冲。电路的工作波形如图7-26（b）。（a）多谐振荡器 （b）工作波形图 图7-26 用555定时器构成的多谐振荡器及工作波形 （1）汽车转向灯闪光器 如图7-27所示，利用555时基电路的输出端3接继电器J的线圈，使继电器按多谐振荡频率进行工作，继电器的触点接到转向灯的电源回路中，控制电源的通断，使转向灯按一定频率闪烁。闪光器的灯亮时间由C1的充电时间决定：t灯亮tC1充0.7（RARVD1）C1（式中，RVD1为二极管VD1的正向电阻）。闪光器的灯灭时间由C1的放电时间决定：t灯灭tC1放0.7RBC1。闪光器的灯亮灯灭周期即多谐振荡器的振荡周期，为T

47、tC1充tC1放0.7（RARBRVD1）C1。信号灯的闪烁频率为f1/T60（次/分钟）。通过适当选择RA、RB和C1的值，即可取得一定的闪烁频率。图7-27 555时基电路构成的汽车转向闪光器 （2）汽车防盗报警器 驾驶员下车关好车门前，接通只有驾驶员本人才知道的电源开关S1，报警器便进入警戒状态。如果有人想偷走汽车，只要他打开车门，汽车的电喇叭便发出“滴滴”的报警声，这时想以关车门来消除报警也无济于事。本报警器使用的是汽车本身的电喇叭，因而可获得较大的报警音量。防盗报警电路由触发、延时、报警等单元组成，如图7-28所示。闭合S1接通电源，报警器报警，这是因为安在车门上的磁控开关S2吸合时

48、，VT1的b、e极短路，晶体管截止，致使以后部分均不工作。车门打开时，磁控开关S2失去磁力的吸引而断开，VT1导通，复合管VT2、VT3因获得偏流而导通，并向VT4提供偏流。VT4导通，使555时基电路组成的多谐振荡器对地接通而工作，3脚输出频率为1Hz的脉冲电流，经R7触发晶闸管导通，汽车电喇叭便发出较明亮的报警声。即使有人关了车门，响声也会继续，因为在VT1导通的同时C1充电，车门关后，VT1截止，但C1仍然通过电阻R3放电，继续维持VT2、VT3、VT4组成的电子开关的导通，知道C1放电完毕。所以改变C1、R3的值，可以延长或缩短报警时间；改变R5、R6、C2的值，可调报警声的长短和间歇

49、时间。如想控制双门，可按图7-28将S2a、S2b两只磁控开关串联。S2是汽车本身的电喇叭按钮开关，晶闸管的正极应接在喇叭一端。图7-28 555时基电路构成的汽车防盗报警器3 3、555555时基电路构成的施密特触发器及其在汽车上的应用时基电路构成的施密特触发器及其在汽车上的应用 施密特触发器一个最重要的特点，就是能够把变化非常缓慢的输入脉冲波形，整形称为适合于数字电路需要的矩形脉冲。如图7-29（a）所示为555构成的施密特触发器。将555时基电路的2脚、6脚连接来作为信号输入端u1，7脚通过电阻R接电源VDD，称为输出端uo1，输出电平可以通过改变VDD进行调制；3脚是信号输出端uo2。

50、如图7-29（b）所示为输入信号uI为三角波时施密特触发器的工作波形。（a）施密特触发器 （b）工作波形图图7-29 555时基电路构成的施密特触发器及工作波形 在开始时，uI0V，555时基电路内部RS触发器工作在1状态，晶体管VT截止，3脚输出高电平，uo1、uo2均为高电平。随着uI的升高，只要不达到2/3VCC，电路保持状态不变；当uI升高到2/3VCC，555时基电路内部RS触发器翻转，3脚输出低电平，晶体管VT导通，uo1、uo2均为低电平。此后uI在上升到VCC后又下降，但是没有下降到1/3VCC以前，555时基电路保持输出低电平状态不变；当uI下降到1/3VCC时，555时基电