第八章數(shù)字邏輯電路PPT課件

1、第八章第八章 數(shù)字邏輯電路數(shù)字邏輯電路 前面學(xué)習(xí)了能夠處理前面學(xué)習(xí)了能夠處理隨時間連續(xù)變化的信隨時間連續(xù)變化的信號號(模擬信號模擬信號)的模擬電路，本章將繼續(xù)學(xué)習(xí)能的模擬電路，本章將繼續(xù)學(xué)習(xí)能夠處理夠處理不連續(xù)的突變信號不連續(xù)的突變信號(數(shù)字信號數(shù)字信號)的數(shù)字電的數(shù)字電路路(digital circuit)。 目前，數(shù)字電路正快速向多功能、高集成目前，數(shù)字電路正快速向多功能、高集成方向發(fā)展，其中電子計算機技術(shù)就是在此基礎(chǔ)方向發(fā)展，其中電子計算機技術(shù)就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。數(shù)字電路與電子計算機技術(shù)已上發(fā)展起來的。數(shù)字電路與電子計算機技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療儀器和設(shè)備中。本章主要經(jīng)被廣泛應(yīng)用在

2、醫(yī)療儀器和設(shè)備中。本章主要闡述邏輯控制、脈沖計數(shù)和數(shù)字顯示的基本原闡述邏輯控制、脈沖計數(shù)和數(shù)字顯示的基本原理，介紹常用的計數(shù)器和理，介紹常用的計數(shù)器和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 基本邏輯電路基本邏輯電路第二節(jié)第二節(jié) 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器第三節(jié)第三節(jié) 脈沖的計數(shù)和顯示脈沖的計數(shù)和顯示第四節(jié)第四節(jié) 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換第一節(jié)第一節(jié) 基本邏輯電路基本邏輯電路 所謂邏輯是指所謂邏輯是指“條件條件”與與“結(jié)果結(jié)果”的的關(guān)系。關(guān)系。邏輯電路邏輯電路(logic circuit)是用電路的是用電路的輸入信號反映輸入信號反映“條件條件”，用電路的輸出信，用電路的輸

3、出信號反映號反映“結(jié)果結(jié)果”。電路的輸出與輸入之間。電路的輸出與輸入之間構(gòu)成一定的邏輯關(guān)系。構(gòu)成一定的邏輯關(guān)系。 邏輯變量是指具有邏輯變量是指具有“真真”、“假假”兩個兩個值的量，在邏輯運算中用值的量，在邏輯運算中用0和和1兩個數(shù)碼代兩個數(shù)碼代表邏輯值，表邏輯值，0代表代表“假假”，1代表代表“真真”。在電子線路中，如果一個電壓變量只取高、在電子線路中，如果一個電壓變量只取高、低兩個電平，且在這兩個電平之間的轉(zhuǎn)換都低兩個電平，且在這兩個電平之間的轉(zhuǎn)換都是快速的，那么它們就可以作為邏輯變量。是快速的，那么它們就可以作為邏輯變量。在正邏輯中，把在正邏輯中，把低電平作為邏輯值低電平作為邏輯值0，把，

4、把高高電平作為邏輯值電平作為邏輯值1。而負邏輯則相反。以下。而負邏輯則相反。以下的內(nèi)容只使用正邏輯。的內(nèi)容只使用正邏輯。一一. 基本邏輯門電路基本邏輯門電路 基本邏輯門電路有與門基本邏輯門電路有與門(AND gate)、或門、或門(OR gate)及非門及非門(NOT gate)，分別可以完成，分別可以完成與、或、非三種邏輯運算。這三種邏輯運算可與、或、非三種邏輯運算。這三種邏輯運算可以用晶體二極管和晶體三極管等分立元件組成以用晶體二極管和晶體三極管等分立元件組成的電路來實現(xiàn)，也可以用集成電路來實現(xiàn)。的電路來實現(xiàn)，也可以用集成電路來實現(xiàn)。1. 與門電路與門電路 上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極

5、管與門電上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極管與門電路、常用邏輯符號、邏輯表達式及真值表。路、常用邏輯符號、邏輯表達式及真值表。 其中其中A、B分別為兩個輸入端，分別為兩個輸入端，F(xiàn)為輸出端。這為輸出端。這種電路之所以能實現(xiàn)與運算，是因為輸出端的電種電路之所以能實現(xiàn)與運算，是因為輸出端的電平被最低電平的輸入端鉗位，只有在輸入端全為平被最低電平的輸入端鉗位，只有在輸入端全為高電平時，輸出端才能是高電平。也就是說高電平時，輸出端才能是高電平。也就是說輸入輸入全為全為1時，輸出才為時，輸出才為1。 從電路的結(jié)構(gòu)來看，這種基本的與門電路有它的從電路的結(jié)構(gòu)來看，這種基本的與門電路有它的局限性：局限性：輸出低

6、電平時，其值比輸入端低電平高一輸出低電平時，其值比輸入端低電平高一個二極管的正向電壓降，因此一個邏輯量連續(xù)通過個二極管的正向電壓降，因此一個邏輯量連續(xù)通過23個這樣的門電路后，代表個這樣的門電路后，代表0值的低電平就不再符值的低電平就不再符合要求。合要求。輸出端為高電平時，向負載供應(yīng)電流的能輸出端為高電平時，向負載供應(yīng)電流的能力受電阻力受電阻R的限制，負載電流過大時，的限制，負載電流過大時，R兩端的壓降兩端的壓降就不容忽視，代表就不容忽視，代表1值的高電平就不再符合要求。值的高電平就不再符合要求。當(dāng)輸入端電平變化時，輸出端電平的變化總是要落后當(dāng)輸入端電平變化時，輸出端電平的變化總是要落后一定的

7、時間。此時間主要是由二極管在導(dǎo)通狀態(tài)和截一定的時間。此時間主要是由二極管在導(dǎo)通狀態(tài)和截止狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程而產(chǎn)生的，稱為門電路的延遲止狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程而產(chǎn)生的，稱為門電路的延遲時間。時間。 2. 或門電路或門電路 上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極管或門電路、常用上圖為簡單的具有兩個輸入端的二極管或門電路、常用邏輯符號、邏輯表達式及真值表。邏輯符號、邏輯表達式及真值表。 其中其中A、B分別為兩個輸入端，分別為兩個輸入端，F(xiàn)為輸出端。這種電路之為輸出端。這種電路之所以能實現(xiàn)或運算，是因為輸出端的電平被最高電平的輸入所以能實現(xiàn)或運算，是因為輸出端的電平被最高電平的輸入端鉗位，只要輸入端有一個高電平

8、時，輸出就是高電平。也端鉗位，只要輸入端有一個高電平時，輸出就是高電平。也就是說就是說輸入有一個為輸入有一個為1時，輸出即為時，輸出即為1。輸入端全為。輸入端全為0時，輸時，輸出才為出才為0。 這種或門電路的局限性與前面的與門相類似。這種或門電路的局限性與前面的與門相類似。 3. 非門電路非門電路 非門電路只有一輸入端，輸出端與輸入端的狀態(tài)總是相非門電路只有一輸入端，輸出端與輸入端的狀態(tài)總是相反。當(dāng)輸入端反。當(dāng)輸入端A是高電平時，輸出端是高電平時，輸出端F是低電平；當(dāng)輸入端是是低電平；當(dāng)輸入端是低電平時，輸出端則是高電平。低電平時，輸出端則是高電平。 簡單的非門電路實際就是一個反相器，適當(dāng)選擇

9、簡單的非門電路實際就是一個反相器，適當(dāng)選擇RC和和RB，當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端A為高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，輸出端為高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，輸出端F為低電平為低電平(約為約為02伏伏)；當(dāng)輸入端；當(dāng)輸入端A為低電平時為低電平時(0伏左右伏左右)，三極管截，三極管截止，輸出端止，輸出端F為高電子為高電子(約為約為Ec)。這就是說，。這就是說，輸入輸入1時，輸出時，輸出0；輸入；輸入 0時，輸出時，輸出1，實現(xiàn)了非運算。上圖為電路、邏輯符，實現(xiàn)了非運算。上圖為電路、邏輯符號、邏輯表達式及真值表。號、邏輯表達式及真值表。 這種簡單的非門電路具有如下特點：這種簡單的非門電路具有如下特點：由由于晶體三極管是

10、有源器件，輸出電平不但不會于晶體三極管是有源器件，輸出電平不但不會逐級惡化，而且比輸入端有所改善，作串聯(lián)使逐級惡化，而且比輸入端有所改善，作串聯(lián)使用時無電平偏移。所以常用它和與門、或門組用時無電平偏移。所以常用它和與門、或門組成與非門及或非門。成與非門及或非門。這種電路向負載提供電這種電路向負載提供電流的能力一般比較差。流的能力一般比較差。電路的延時主要發(fā)生電路的延時主要發(fā)生在輸出電平由在輸出電平由0變變1時，這是由于三極管的延時時，這是由于三極管的延時主要產(chǎn)生在由飽和變?yōu)榻刂沟幕謴?fù)階段上。主要產(chǎn)生在由飽和變?yōu)榻刂沟幕謴?fù)階段上。 為了擴展邏輯功能，由上述三種基本為了擴展邏輯功能，由上述三種基本

11、邏輯門電路還可以組成多種邏輯門電路還可以組成多種復(fù)合門電路復(fù)合門電路。如。如與門和非門串聯(lián)可組成與門和非門串聯(lián)可組成與非門與非門，或門和非門，或門和非門串聯(lián)可組成串聯(lián)可組成或非門或非門，與門、或門和非門串聯(lián)，與門、或門和非門串聯(lián)組成組成與或非門與或非門等。實際應(yīng)用的邏輯系統(tǒng)往往等。實際應(yīng)用的邏輯系統(tǒng)往往具有較復(fù)雜的邏輯關(guān)系。它需要用一些基本具有較復(fù)雜的邏輯關(guān)系。它需要用一些基本門電路和復(fù)合門電路組合起來，以實現(xiàn)一定門電路和復(fù)合門電路組合起來，以實現(xiàn)一定的邏輯功能。這種由若干個門電路組成的電的邏輯功能。這種由若干個門電路組成的電路稱為路稱為組合邏輯電路組合邏輯電路。常用的組合邏輯電路。常用的組合

12、邏輯電路有編碼器、譯碼器等，它們在數(shù)字電路中有有編碼器、譯碼器等，它們在數(shù)字電路中有著廣泛的應(yīng)用。著廣泛的應(yīng)用。 上圖是數(shù)字頻率計控制電路，其中的與上圖是數(shù)字頻率計控制電路，其中的與門是用來控制脈沖信號能否進入計數(shù)器的開門是用來控制脈沖信號能否進入計數(shù)器的開關(guān)。它有兩個輸入端；被測信號（頻率為關(guān)。它有兩個輸入端；被測信號（頻率為fx）經(jīng)脈沖形成電路變成計數(shù)脈沖（重復(fù)頻率經(jīng)脈沖形成電路變成計數(shù)脈沖（重復(fù)頻率fx）加到加到A端；控制與門開和關(guān)的信號（門控制信端；控制與門開和關(guān)的信號（門控制信號）加到號）加到B端。端。二二. 集成門電路集成門電路 集成門電路可分為兩大類：集成門電路可分為兩大類： 一

13、類是以半導(dǎo)體三極管為主要器件，稱為一類是以半導(dǎo)體三極管為主要器件，稱為雙極型集成門電路雙極型集成門電路；另一類是以；另一類是以MOS型場效型場效應(yīng)管為主要器件，稱為應(yīng)管為主要器件，稱為MOS型或單極型集成型或單極型集成門電路。門電路。 1. 雙極型集成門電路雙極型集成門電路 雙極型集成門電路以與非雙極型集成門電路以與非門為基礎(chǔ)。圖為與非門的邏輯門為基礎(chǔ)。圖為與非門的邏輯符號及邏輯表達式，其邏輯關(guān)符號及邏輯表達式，其邏輯關(guān)系可解釋為：當(dāng)輸入有低電平系可解釋為：當(dāng)輸入有低電平“0”時，輸出為高電平時，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入全為高電平當(dāng)輸入全為高電平“1”時，輸時，輸出為低電平出為低電平“0”。

14、 由二極管和三極管組成的與非邏由二極管和三極管組成的與非邏輯電路，簡稱輯電路，簡稱DTL與非門。前面與非門。前面的一組二極管起到與的作用，后的一組二極管起到與的作用，后面的三極管起到非的作用。面的三極管起到非的作用。 由三極管和三極管組成的與非邏輯由三極管和三極管組成的與非邏輯電路，簡稱電路，簡稱TTL與非門。它主要有與非門。它主要有兩個三極管組成，前一個多發(fā)射極兩個三極管組成，前一個多發(fā)射極三極管完成與運算，后一個三極管三極管完成與運算，后一個三極管完成非運算。完成非運算。 由于與非門是有源器件，當(dāng)多級與非門串由于與非門是有源器件，當(dāng)多級與非門串聯(lián)使用時，每級都有能量補充，因此各級輸出聯(lián)使用

15、時，每級都有能量補充，因此各級輸出電平不會因負載增加而逐級惡化。這樣邏輯量電平不會因負載增加而逐級惡化。這樣邏輯量可以連續(xù)通過多級門電路，但其級數(shù)還要受延可以連續(xù)通過多級門電路，但其級數(shù)還要受延時的限制。時的限制。 TTL電路具有較快的開關(guān)速度，較強的抗電路具有較快的開關(guān)速度，較強的抗干擾能力以及足夠大的輸出擺幅，所以是目前干擾能力以及足夠大的輸出擺幅，所以是目前在各個領(lǐng)域包括醫(yī)學(xué)電子設(shè)備中使用最廣泛的在各個領(lǐng)域包括醫(yī)學(xué)電子設(shè)備中使用最廣泛的邏輯電路系統(tǒng)。實際的集成門電路比這里的要邏輯電路系統(tǒng)。實際的集成門電路比這里的要復(fù)雜些，在輸出端還有放大器和跟隨器，用來復(fù)雜些，在輸出端還有放大器和跟隨器

16、，用來保證邏輯電平符合要求，增加負載能力。保證邏輯電平符合要求，增加負載能力。 在一個實際的數(shù)字系統(tǒng)中，往往需要能實現(xiàn)多種在一個實際的數(shù)字系統(tǒng)中，往往需要能實現(xiàn)多種多樣邏輯功能的門電路，只有一種與非門作為基本單多樣邏輯功能的門電路，只有一種與非門作為基本單元使用起來顯然是不方便的。在元使用起來顯然是不方便的。在TTL門電路的系列產(chǎn)門電路的系列產(chǎn)品中，常用的還有品中，常用的還有或非門或非門、與或非門與或非門、與門與門、或門或門等等等。雖然門電路的種類很多，但它們或者是由與非門等。雖然門電路的種類很多，但它們或者是由與非門稍加改動得到的，或者是由與非門中的若干部分組合稍加改動得到的，或者是由與非門

17、中的若干部分組合成的，有的就是與非門的一部分。如，與非門只有一成的，有的就是與非門的一部分。如，與非門只有一個輸入端時成了非門；在與非門后再連一個非門成了個輸入端時成了非門；在與非門后再連一個非門成了與門；在與非門前面對于每個輸入端各接一個非門成與門；在與非門前面對于每個輸入端各接一個非門成了或門。可以說與非門可以完成一切邏輯運算。因此，了或門?？梢哉f與非門可以完成一切邏輯運算。因此，只要掌握與非門典型電路的工作原理和分析方法，就只要掌握與非門典型電路的工作原理和分析方法，就不難對其它形式的門電路進行分析了。不難對其它形式的門電路進行分析了。2. MOS型集成門電路型集成門電路 主要有三種類型

18、，即主要有三種類型，即PMOS、NMOS和和CMOS集成門電路。集成門電路。 PMOS型門電路是由型門電路是由P溝道溝道MOS型場效應(yīng)管構(gòu)型場效應(yīng)管構(gòu)成的，其電流是從源極流向漏極，通常使用成的，其電流是從源極流向漏極，通常使用-15V或或-20V的負電源；的負電源；NMOS型門電路是由型門電路是由N溝道溝道 MOS型場效應(yīng)管構(gòu)成的，其電流是從漏極流向源極，使型場效應(yīng)管構(gòu)成的，其電流是從漏極流向源極，使用用5V正電源，可以與雙極型門電路直接互相連接；正電源，可以與雙極型門電路直接互相連接；CMOS型門電路是由型門電路是由P溝道溝道 MOS型場效應(yīng)管和型場效應(yīng)管和N溝溝道道MOS型場效應(yīng)管組成的互

19、補型型場效應(yīng)管組成的互補型MOS門電路，門電路，具具有功耗極低、電源電壓范圍寬有功耗極低、電源電壓范圍寬(515V)、抗干擾能、抗干擾能力強、工作速度較快力強、工作速度較快等優(yōu)點，所以應(yīng)用十分廣泛。等優(yōu)點，所以應(yīng)用十分廣泛。三三. 門電路的主要性能門電路的主要性能1邏輯電平邏輯電平 包括邏輯包括邏輯0值和邏輯值和邏輯1值的輸出電平和允許值的輸出電平和允許輸入電平。顯然，輸入電平。顯然， 0值的電平必須低于最高允值的電平必須低于最高允許輸入的電平，許輸入的電平，1值的電平必須高于最低允許值的電平必須高于最低允許輸入的電平，以便能夠區(qū)分這兩個邏輯值。這輸入的電平，以便能夠區(qū)分這兩個邏輯值。這種最高

20、和最低電平之間的差值稱為邏輯擺幅。種最高和最低電平之間的差值稱為邏輯擺幅。門電路的供電電源電壓越高，擺幅越大，抗干門電路的供電電源電壓越高，擺幅越大，抗干擾能力越強，但延遲時間也越長，導(dǎo)致運算速擾能力越強，但延遲時間也越長，導(dǎo)致運算速度慢。度慢。2輸入電流和輸入阻抗特性輸入電流和輸入阻抗特性 雙極型門電路在輸入為邏輯雙極型門電路在輸入為邏輯0值時，集射值時，集射結(jié)導(dǎo)通，輸入電流約為結(jié)導(dǎo)通，輸入電流約為1mA；輸入為邏輯；輸入為邏輯1值值時，輸入電流約為幾十微安。時，輸入電流約為幾十微安。MOS門電路在門電路在邏輯電平不改變時幾乎不消耗電流；但在柵極邏輯電平不改變時幾乎不消耗電流；但在柵極和源、

21、漏極之間有數(shù)皮法的電容，在邏輯電平和源、漏極之間有數(shù)皮法的電容，在邏輯電平轉(zhuǎn)換時，由于此處電容的充放電將產(chǎn)生不到一轉(zhuǎn)換時，由于此處電容的充放電將產(chǎn)生不到一微安的電流。雙極型門電路輸入阻抗很低，而微安的電流。雙極型門電路輸入阻抗很低，而MOS門電路的輸入阻抗則很高門電路的輸入阻抗則很高(108以上以上)，體，體現(xiàn)了現(xiàn)了MOS門電路在性能上的優(yōu)越性。門電路在性能上的優(yōu)越性。 3輸出電流和輸出阻抗特性輸出電流和輸出阻抗特性 輸出電流的特性體現(xiàn)在門電路輸出為邏輯輸出電流的特性體現(xiàn)在門電路輸出為邏輯0時吸收負載電流，輸出為邏輯時吸收負載電流，輸出為邏輯1時向負載提供時向負載提供電流。雙極型門電路最大輸出

22、電流約為數(shù)毫安，電流。雙極型門電路最大輸出電流約為數(shù)毫安，而而MOS門電路最大輸出電流不到一毫安。雙門電路最大輸出電流不到一毫安。雙極型門電路輸出邏輯極型門電路輸出邏輯0時，輸出電阻約為時，輸出電阻約為1020；輸出邏輯；輸出邏輯1時，輸出電阻比輸出邏輯時，輸出電阻比輸出邏輯0時大十倍。時大十倍。MOS門電路輸出電阻約為數(shù)千歐。門電路輸出電阻約為數(shù)千歐。4延遲時間和開關(guān)時間延遲時間和開關(guān)時間 延遲時間為輸入信號電平轉(zhuǎn)變?yōu)檠舆t時間為輸入信號電平轉(zhuǎn)變?yōu)?0%到輸?shù)捷敵鲂盘栯娖睫D(zhuǎn)變?yōu)槌鲂盘栯娖睫D(zhuǎn)變?yōu)?0%的時間間隔。當(dāng)輸入方的時間間隔。當(dāng)輸入方波足夠陡峭時，從輸出信號上升幅值的波足夠陡峭時，從輸出信

23、號上升幅值的10%到到 90%的時間為導(dǎo)通時間，從幅值的的時間為導(dǎo)通時間，從幅值的90%下降到下降到10%的時間為截止時間。開關(guān)時間則是導(dǎo)通時的時間為截止時間。開關(guān)時間則是導(dǎo)通時間和截止時間的平均值。延遲時間略小于開關(guān)間和截止時間的平均值。延遲時間略小于開關(guān)時間，其中時間，其中TTL型門電路的開關(guān)時間為數(shù)納秒，型門電路的開關(guān)時間為數(shù)納秒，PMOS型門電路的開關(guān)時間略小于型門電路的開關(guān)時間略小于1s，NMOS、CMOS則還要小。則還要小。 在各種集成門電路中，在各種集成門電路中，TTL電路和電路和CMOS電路應(yīng)用最為普遍，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)電電路應(yīng)用最為普遍，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)電子儀器中。兩

24、種電路有著它們各自的特點和用子儀器中。兩種電路有著它們各自的特點和用途，只有在了解工作原理的基礎(chǔ)上，熟悉它們途，只有在了解工作原理的基礎(chǔ)上，熟悉它們的邏輯功能、外特性、主要參數(shù)及使用時應(yīng)注的邏輯功能、外特性、主要參數(shù)及使用時應(yīng)注意的問題，才能正確的選取和使用它們。意的問題，才能正確的選取和使用它們。第二節(jié)第二節(jié) 雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 前面討論的各種門電路有一個共同的特點，前面討論的各種門電路有一個共同的特點，就是在某一時刻的輸出狀態(tài)只取決于當(dāng)時的輸就是在某一時刻的輸出狀態(tài)只取決于當(dāng)時的輸入狀態(tài)。在數(shù)字電路中，還有另一類邏輯電路，入狀態(tài)。在數(shù)字電路中，還有另一類邏輯電路，其輸出狀態(tài)不僅與當(dāng)時

25、的輸入有關(guān)，而且還取其輸出狀態(tài)不僅與當(dāng)時的輸入有關(guān)，而且還取決于電路原來的狀態(tài)，這種邏輯電路稱為決于電路原來的狀態(tài)，這種邏輯電路稱為時序時序邏輯電路邏輯電路(sequential logic circuit)。由門電路構(gòu)成的由門電路構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(bistable flip-flop)是時序邏輯電路的基礎(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)觸是時序邏輯電路的基礎(chǔ)。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，并能根據(jù)不同的輸發(fā)器具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，并能根據(jù)不同的輸入信號被置成規(guī)定的狀態(tài)。當(dāng)輸入信號撤掉入信號被置成規(guī)定的狀態(tài)。當(dāng)輸入信號撤掉后，它能保持原狀態(tài)不變，因此具有記憶作后，它能保持原狀態(tài)不變，因此具有記憶作用。用。一

26、一. RS觸發(fā)器觸發(fā)器 1. 基本基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器 由兩個與非門交叉連由兩個與非門交叉連接就可構(gòu)成最簡單的接就可構(gòu)成最簡單的RS觸發(fā)器，即基本觸發(fā)器，即基本RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。 當(dāng)當(dāng) 和和 端都為端都為1時，對輸出狀態(tài)無影響，觸發(fā)時，對輸出狀態(tài)無影響，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)；器保持原來狀態(tài)； 端的觸發(fā)信號出現(xiàn)一個負脈沖端的觸發(fā)信號出現(xiàn)一個負脈沖時，觸發(fā)器為時，觸發(fā)器為1狀態(tài)（狀態(tài)（Q=1），此過程稱為），此過程稱為置位置位； 端的觸發(fā)信號出現(xiàn)一個負脈沖時，觸發(fā)器為端的觸發(fā)信號出現(xiàn)一個負脈沖時，觸發(fā)器為0狀態(tài)狀態(tài)（Q=0），此過程稱為），此過程稱為復(fù)位復(fù)位。SRSR 可見，只有當(dāng)輸入端可見，只有

27、當(dāng)輸入端 或或 為為0時，才能對觸時，才能對觸發(fā)器起控制作用，為發(fā)器起控制作用，為1時則不起作用。因此，人們時則不起作用。因此，人們習(xí)慣將習(xí)慣將 和和 上端劃上邏輯非符號上端劃上邏輯非符號“一一”，表示該，表示該端靠端靠低電平觸發(fā)低電平觸發(fā)。當(dāng)。當(dāng) 和和 端同時為端同時為0時，則兩個時，則兩個輸出端同時為輸出端同時為1，不再互補。而當(dāng)兩個輸入端的低，不再互補。而當(dāng)兩個輸入端的低電平同時消失后電平同時消失后(不同時消失的情況除外不同時消失的情況除外)，觸發(fā)器，觸發(fā)器恢復(fù)到恢復(fù)到0狀態(tài)還是狀態(tài)還是1狀態(tài)則完全由一些偶然因素決定，狀態(tài)則完全由一些偶然因素決定，無法預(yù)測。因此，這種觸發(fā)器不允許無法預(yù)測

28、。因此，這種觸發(fā)器不允許 和和 端同時端同時輸入負脈沖，除非它們不同時回到輸入負脈沖，除非它們不同時回到1。SRSRSRSR 基本基本RS觸發(fā)器的工作波形見左圖。觸發(fā)器的工作波形見左圖。 和和 的最后的最后一個負脈沖同時到來，但一個負脈沖同時到來，但 的負脈沖較遲結(jié)束，因的負脈沖較遲結(jié)束，因此觸發(fā)器后面的狀態(tài)由它決定。這種基本此觸發(fā)器后面的狀態(tài)由它決定。這種基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器在醫(yī)學(xué)上常常被應(yīng)用到一些過程控制的電路中，如在醫(yī)學(xué)上常常被應(yīng)用到一些過程控制的電路中，如可以通過一個脈沖來控制吸氧或輸液控制裝置的閥可以通過一個脈沖來控制吸氧或輸液控制裝置的閥門啟閉并保持到下一個脈沖到來。這種電路簡單可

29、門啟閉并保持到下一個脈沖到來。這種電路簡單可靠，完全可以取代分立元件構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)電路?？?，完全可以取代分立元件構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)電路。 RSS2. 時鐘控制的時鐘控制的RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 在數(shù)字電路系統(tǒng)中，經(jīng)常要求各個觸發(fā)在數(shù)字電路系統(tǒng)中，經(jīng)常要求各個觸發(fā)器的狀態(tài)隨時間器的狀態(tài)隨時間按同一節(jié)奏按同一節(jié)奏改變，以便使整改變，以便使整個系統(tǒng)能步調(diào)一致地協(xié)調(diào)工作，即實現(xiàn)同步個系統(tǒng)能步調(diào)一致地協(xié)調(diào)工作，即實現(xiàn)同步操作。這就需要各觸發(fā)器受同一控制信號的操作。這就需要各觸發(fā)器受同一控制信號的作用，此控制信號可由一個發(fā)出固定頻率脈作用，此控制信號可由一個發(fā)出固定頻率脈沖的振蕩器產(chǎn)生，它能像時鐘一樣準確地控沖的振

30、蕩器產(chǎn)生，它能像時鐘一樣準確地控制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，被稱為時鐘脈沖制觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻，被稱為時鐘脈沖(clock pulse)，記作，記作CP。 上圖是能夠?qū)崿F(xiàn)這種同步操作的上圖是能夠?qū)崿F(xiàn)這種同步操作的RS觸發(fā)器及邏輯觸發(fā)器及邏輯符號，它比基本符號，它比基本RS觸發(fā)器增加了兩個由時鐘脈沖控制觸發(fā)器增加了兩個由時鐘脈沖控制的與非門，該觸發(fā)器稱為時鐘控制的的與非門，該觸發(fā)器稱為時鐘控制的RS觸發(fā)器。觸發(fā)器。 當(dāng)當(dāng)CP=0時，使基本時，使基本RS觸發(fā)器觸發(fā)器( )=( )=1，觸，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變，與輸入信號發(fā)器保持原來的狀態(tài)不變，與輸入信號R、S無關(guān)，無關(guān)，觸發(fā)器被觸發(fā)器被CP封鎖；當(dāng)封鎖

31、；當(dāng)CP=1時，輸入信號時，輸入信號R經(jīng)過經(jīng)過G3變成變成 ，即，即( )= ,輸入信號輸入信號S經(jīng)過經(jīng)過G4變成變成 ，即，即( )= 。與基本。與基本RS觸發(fā)器同樣分析，即當(dāng)觸發(fā)器同樣分析，即當(dāng)R=S=0時，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)；當(dāng)時，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)；當(dāng)R=0，S=1時，觸時，觸發(fā)器置位發(fā)器置位(1狀態(tài)狀態(tài))；當(dāng)；當(dāng)R=1，S=0時，觸發(fā)器復(fù)位；時，觸發(fā)器復(fù)位；當(dāng)當(dāng)R=S=1時，這種狀態(tài)不允許出現(xiàn)。時，這種狀態(tài)不允許出現(xiàn)。SRRRRSSS 右圖為時鐘控制的右圖為時鐘控制的RS觸發(fā)器輸入和輸出端觸發(fā)器輸入和輸出端的脈沖波形圖。從圖中的脈沖波形圖。從圖中可以看出，輸出脈沖的可以看出，輸出

32、脈沖的變化都是在時鐘脈沖變化都是在時鐘脈沖CP出現(xiàn)時才能發(fā)生，即出現(xiàn)時才能發(fā)生，即CP脈沖觸發(fā)。而時鐘脈沖脈沖觸發(fā)。而時鐘脈沖結(jié)束后，輸出脈沖將保結(jié)束后，輸出脈沖將保持這一狀態(tài)，一直到在持這一狀態(tài)，一直到在后面的時鐘脈沖期間，后面的時鐘脈沖期間，由輸入脈沖由輸入脈沖R、S變化使變化使之翻轉(zhuǎn)。之翻轉(zhuǎn)。 二二. 主從式觸發(fā)器主從式觸發(fā)器1. 觸發(fā)器的空翻問題觸發(fā)器的空翻問題 觸發(fā)器最重要的用途觸發(fā)器最重要的用途之一是構(gòu)成計數(shù)電路。右之一是構(gòu)成計數(shù)電路。右圖是一個計數(shù)型觸發(fā)器，圖是一個計數(shù)型觸發(fā)器，它是把時鐘控制的它是把時鐘控制的RS觸觸發(fā)器的發(fā)器的Q端反饋連接到端反饋連接到R端，端， 端反饋連接到

33、端反饋連接到S端。端。Q 它的計數(shù)原理為：如果該計數(shù)型它的計數(shù)原理為：如果該計數(shù)型觸發(fā)器的初始狀態(tài)為觸發(fā)器的初始狀態(tài)為0狀態(tài)，即狀態(tài)，即R=Q=0，S=Q=1，那么只要此時，那么只要此時CP從從0變到變到1，觸發(fā)器就要翻轉(zhuǎn)為，觸發(fā)器就要翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)；同狀態(tài)；同樣道理，如果當(dāng)前觸發(fā)器的初始狀態(tài)樣道理，如果當(dāng)前觸發(fā)器的初始狀態(tài)為為1狀態(tài)，即狀態(tài)，即R=Q=1，S=Q=0，此時，此時如果如果CP從從0變到變到1，觸發(fā)器就要翻轉(zhuǎn)為，觸發(fā)器就要翻轉(zhuǎn)為0狀態(tài)。也就是說，狀態(tài)。也就是說，無論該觸發(fā)器當(dāng)前無論該觸發(fā)器當(dāng)前處于何種狀態(tài)，只要處于何種狀態(tài)，只要CP從從0變到變到1，觸，觸發(fā)器就要翻轉(zhuǎn)一次發(fā)器就要翻

34、轉(zhuǎn)一次。因此得出結(jié)論，。因此得出結(jié)論，在正常情況下，這種觸發(fā)器每輸人一在正常情況下，這種觸發(fā)器每輸人一個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，可用來計數(shù)。個時鐘脈沖就翻轉(zhuǎn)一次，可用來計數(shù)。 但是，這種計數(shù)型觸發(fā)器在輸入時鐘脈沖但是，這種計數(shù)型觸發(fā)器在輸入時鐘脈沖CP寬寬度過大時，并不能保證在一個時鐘脈沖期間只翻轉(zhuǎn)一度過大時，并不能保證在一個時鐘脈沖期間只翻轉(zhuǎn)一次。這是因為，時鐘脈沖到來時，即次。這是因為，時鐘脈沖到來時，即CP從從0變到變到1，觸發(fā)器從觸發(fā)器從0狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)。之后，此狀態(tài)又反饋狀態(tài)。之后，此狀態(tài)又反饋回來，使回來，使R=1，S=0，由于，由于CP仍保持為仍保持為1，則觸發(fā)器，則觸發(fā)

35、器又將翻轉(zhuǎn)一次，回到又將翻轉(zhuǎn)一次，回到0狀態(tài)。在狀態(tài)。在CP沒有回到?jīng)]有回到0電平之電平之前，觸發(fā)器可以反復(fù)進行這種翻轉(zhuǎn)。前，觸發(fā)器可以反復(fù)進行這種翻轉(zhuǎn)。觸發(fā)器在一個時觸發(fā)器在一個時鐘脈沖期間的兩次或兩次以上的這種翻轉(zhuǎn)稱為空翻鐘脈沖期間的兩次或兩次以上的這種翻轉(zhuǎn)稱為空翻，這樣就不能用觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)次數(shù)來記錄時鐘脈沖的個這樣就不能用觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)次數(shù)來記錄時鐘脈沖的個數(shù)。為了克服這一現(xiàn)象，便出現(xiàn)了主從式觸發(fā)器數(shù)。為了克服這一現(xiàn)象，便出現(xiàn)了主從式觸發(fā)器(master-slave flip- flop)。 2. 主從式觸發(fā)器主從式觸發(fā)器 上圖是由兩個時鐘控制的上圖是由兩個時鐘控制的RS觸發(fā)器和一個觸發(fā)器

36、和一個非門組成的主從式非門組成的主從式RS觸發(fā)器的邏輯圖，其中信觸發(fā)器的邏輯圖，其中信號由從觸發(fā)器輸出，由主觸發(fā)器直接輸入。號由從觸發(fā)器輸出，由主觸發(fā)器直接輸入。 當(dāng)當(dāng)CP=1時，主觸發(fā)器打時，主觸發(fā)器打開，它的輸出端開，它的輸出端Q和和Q的狀的狀態(tài)由輸入端態(tài)由輸入端R、S的狀態(tài)決定。的狀態(tài)決定。此時此時CP=0，從觸發(fā)器被封鎖，從觸發(fā)器被封鎖，Q和和Q的狀態(tài)不會影響其輸?shù)臓顟B(tài)不會影響其輸出狀態(tài)，出狀態(tài)，Q和和Q的狀態(tài)不變。的狀態(tài)不變。當(dāng)當(dāng)CP=0時，主觸發(fā)器被封鎖，時，主觸發(fā)器被封鎖，R、S的狀態(tài)不會影響的狀態(tài)不會影響Q和和Q的狀態(tài)。此時的狀態(tài)。此時 CP=1，從觸，從觸發(fā)器被打開，其輸出端

37、發(fā)器被打開，其輸出端Q和和Q狀態(tài)由主觸發(fā)器輸出端狀態(tài)由主觸發(fā)器輸出端Q和和Q的狀態(tài)決定，也就是由開的狀態(tài)決定，也就是由開始時的始時的R、S的狀態(tài)決定。的狀態(tài)決定。 由此可以看出，在由此可以看出，在CP從從1到到0的過程中，的過程中，開始是將開始是將R、S的狀態(tài)信息存入主觸發(fā)器，之的狀態(tài)信息存入主觸發(fā)器，之后再將該信息送入從觸發(fā)器，使該主從式觸發(fā)后再將該信息送入從觸發(fā)器，使該主從式觸發(fā)器在一個時鐘脈沖期間最多只能發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，器在一個時鐘脈沖期間最多只能發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)，克服了空翻現(xiàn)象?？朔丝辗F(xiàn)象。 由于主從式觸發(fā)器是在由于主從式觸發(fā)器是在CP從從1變到變到0時翻時翻轉(zhuǎn)的，因此說觸發(fā)器是在下降沿

38、觸發(fā)的。主從轉(zhuǎn)的，因此說觸發(fā)器是在下降沿觸發(fā)的。主從式觸發(fā)器的邏輯符號中，在式觸發(fā)器的邏輯符號中，在CP引線處方框內(nèi)引線處方框內(nèi)部的部的“”和外部的小圓圈表示觸發(fā)器的狀態(tài)在和外部的小圓圈表示觸發(fā)器的狀態(tài)在CP下降沿時翻轉(zhuǎn)。下降沿時翻轉(zhuǎn)。三三. 幾種常用觸發(fā)器幾種常用觸發(fā)器 前面的主從式觸發(fā)器也有不足之處，前面的主從式觸發(fā)器也有不足之處，就是當(dāng)就是當(dāng)R=S=1時，時，Q和和Q全為全為1，這就破壞，這就破壞了觸發(fā)器的邏輯關(guān)系，于是出現(xiàn)了具有其了觸發(fā)器的邏輯關(guān)系，于是出現(xiàn)了具有其它邏輯功能的觸發(fā)器。目前應(yīng)用較多的有它邏輯功能的觸發(fā)器。目前應(yīng)用較多的有JK觸發(fā)器、觸發(fā)器、D觸發(fā)器和觸發(fā)器和T觸發(fā)器等等

39、。觸發(fā)器等等。1. JK觸發(fā)器觸發(fā)器 JK觸發(fā)器是一種功能觸發(fā)器是一種功能比較完善，應(yīng)用極為廣泛比較完善，應(yīng)用極為廣泛的觸發(fā)器。的觸發(fā)器。 它是將主從式觸發(fā)器它是將主從式觸發(fā)器的輸出端的輸出端Q和和Q分別反饋分別反饋到主觸發(fā)器的到主觸發(fā)器的S、R輸入端，輸入端，再增加兩個輸入端再增加兩個輸入端J和和K，就構(gòu)成了就構(gòu)成了JK觸發(fā)器。觸發(fā)器。該觸發(fā)器的邏輯功能為：該觸發(fā)器的邏輯功能為：J=0，K=0：CP脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變。不變。J=0，K=1：無論觸發(fā)器原來狀態(tài)如何，當(dāng)：無論觸發(fā)器原來狀態(tài)如何，當(dāng)CP脈沖脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為0

40、狀。狀。J=1，K=0：無論觸發(fā)器原來狀態(tài)如何，當(dāng)：無論觸發(fā)器原來狀態(tài)如何，當(dāng)CP脈沖脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為1狀。狀。J=1，K=1：CP脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)總是與原脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)總是與原來相反。在這種情況下，觸發(fā)器具有計數(shù)功能。來相反。在這種情況下，觸發(fā)器具有計數(shù)功能。 可見，可見，JK觸發(fā)器不存在不定狀態(tài)，其邏輯功觸發(fā)器不存在不定狀態(tài)，其邏輯功能比能比RS觸發(fā)器完善，可用作計數(shù)器、寄存器等。觸發(fā)器完善，可用作計數(shù)器、寄存器等。 2. D觸發(fā)器觸發(fā)器 如果觸發(fā)器只需一個輸入端，可如果觸發(fā)器只需一個輸入端，可以把以把JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J端通過一個非門接端通過一

41、個非門接到到K端，即端，即K=J。以。以J端作為信號輸端作為信號輸入端入端D，構(gòu)成了，構(gòu)成了D觸發(fā)器。觸發(fā)器。 當(dāng)當(dāng)D觸發(fā)器觸發(fā)器D=0時，相當(dāng)于時，相當(dāng)于JK觸發(fā)器觸發(fā)器J=0，K=1的情況，的情況，CP脈沖觸脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為發(fā)后，觸發(fā)器輸出為0狀態(tài)；當(dāng)狀態(tài)；當(dāng)D=1時，相當(dāng)于時，相當(dāng)于JK觸發(fā)器觸發(fā)器J=1，K=0的情的情況，況，CP脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器輸出為1狀態(tài)?？梢姡瑺顟B(tài)?？梢?，D觸發(fā)器只有一個信號觸發(fā)器只有一個信號輸入端，當(dāng)輸入端，當(dāng)D有信號輸入時，在有信號輸入時，在CP脈沖觸發(fā)后，輸出端脈沖觸發(fā)后，輸出端Q的狀態(tài)等于的狀態(tài)等于D端的狀態(tài)。端的狀態(tài)。3

42、.T觸發(fā)器和觸發(fā)器和T觸發(fā)器觸發(fā)器 如果把如果把JK觸發(fā)器的觸發(fā)器的J、K連接在一起連接在一起作為作為T端，稱為端，稱為T觸發(fā)器。觸發(fā)器。 當(dāng)當(dāng)T=0時，即相當(dāng)于時，即相當(dāng)于J=0，K=0的情況，的情況，CP脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)不變；當(dāng)變；當(dāng)T=1時，即相當(dāng)于時，即相當(dāng)于J=1，K=1的情的情況，況，CP脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)總是與脈沖觸發(fā)后，觸發(fā)器狀態(tài)總是與原來相反。原來相反。 由于當(dāng)由于當(dāng)T=1時，每來一個時鐘脈沖，觸時，每來一個時鐘脈沖，觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次，所以可以用它來計數(shù)。發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次，所以可以用它來計數(shù)。如果將如果將T端去掉，在計數(shù)脈沖端去

43、掉，在計數(shù)脈沖(時鐘脈沖時鐘脈沖)的作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)隨著計數(shù)脈沖的作用下，觸發(fā)器的狀態(tài)隨著計數(shù)脈沖的輸入而改變狀態(tài)，即計數(shù)脈沖觸發(fā)后的輸入而改變狀態(tài)，即計數(shù)脈沖觸發(fā)后的狀態(tài)和觸發(fā)前的狀態(tài)相反。一般把這的狀態(tài)和觸發(fā)前的狀態(tài)相反。一般把這種去掉種去掉T端的端的T觸發(fā)器叫觸發(fā)器叫T觸發(fā)器。觸發(fā)器。第三節(jié)第三節(jié) 脈沖計數(shù)和顯示脈沖計數(shù)和顯示 在醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域，常常需要利在醫(yī)學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域，常常需要利用自動計算脈沖個數(shù)的裝置。如在核醫(yī)學(xué)用自動計算脈沖個數(shù)的裝置。如在核醫(yī)學(xué)中自動計算中自動計算射線的脈沖數(shù)；臨床檢驗中射線的脈沖數(shù)；臨床檢驗中自動計算紅細胞數(shù)；在很多醫(yī)學(xué)儀器中需自動計算紅細胞數(shù)；在

44、很多醫(yī)學(xué)儀器中需要計算時間，其實就是計算一個固定頻率要計算時間，其實就是計算一個固定頻率的振蕩器發(fā)出的脈沖個數(shù)。這種裝置就是的振蕩器發(fā)出的脈沖個數(shù)。這種裝置就是計數(shù)器計數(shù)器(counter)。一一. 計數(shù)制計數(shù)制 現(xiàn)在普遍使用的計數(shù)法是現(xiàn)在普遍使用的計數(shù)法是十進制十進制，這是由人們，這是由人們長期使用屈指計數(shù)的方法而形成的。十進制計數(shù)的含長期使用屈指計數(shù)的方法而形成的。十進制計數(shù)的含義是：義是：(1)使用十個符號，即由使用十個符號，即由0逐漸加逐漸加1得到的數(shù)：得到的數(shù)：09，這，這些數(shù)稱為數(shù)碼；些數(shù)稱為數(shù)碼；(2)每個數(shù)碼代表的數(shù)值大小與它在數(shù)字量中的位置每個數(shù)碼代表的數(shù)值大小與它在數(shù)字量中

45、的位置有關(guān)，位置決定權(quán)重，而權(quán)重都是十的整數(shù)冪；有關(guān)，位置決定權(quán)重，而權(quán)重都是十的整數(shù)冪；(3)整個數(shù)字量的數(shù)值是每個數(shù)碼乘以權(quán)重后得到的整個數(shù)字量的數(shù)值是每個數(shù)碼乘以權(quán)重后得到的數(shù)值之和。如：數(shù)值之和。如： 609.75=6102+0101+9100+710-1+510-2這里的這里的“10稱為基數(shù)。任何自然數(shù)都可作為基數(shù)，稱為基數(shù)。任何自然數(shù)都可作為基數(shù)，以自然數(shù)以自然數(shù)n為基數(shù)稱為為基數(shù)稱為n進制。進制。 在邏輯電路中，邏輯值以電勢的高和低來代表，在邏輯電路中，邏輯值以電勢的高和低來代表，分別對應(yīng)于邏輯代數(shù)中的數(shù)碼分別對應(yīng)于邏輯代數(shù)中的數(shù)碼1和和0。因此在數(shù)字電。因此在數(shù)字電路中很自然都

46、采用路中很自然都采用二進制二進制，它只需要，它只需要0和和1兩個數(shù)碼。兩個數(shù)碼。如十進制中的如十進制中的609.75在二進制中表示為：在二進制中表示為：1001100001.11=129+028+027+126+125+024+023+022+021+120+12-1+12-2 由于人們已經(jīng)習(xí)慣于十進制，在數(shù)字電路中也可由于人們已經(jīng)習(xí)慣于十進制，在數(shù)字電路中也可以用二進制來表示十進制：以用二進制來表示十進制：每四位二進制數(shù)表示一個每四位二進制數(shù)表示一個十進制的數(shù)碼十進制的數(shù)碼，并且放在十進制計數(shù)法的相應(yīng)位置上，并且放在十進制計數(shù)法的相應(yīng)位置上，稱為二稱為二-十進制。十進制。如十進制數(shù)如十進制數(shù)

47、609.75在二在二-十進制中表示為：十進制中表示為： 每四位二進制數(shù)能夠表示一個每四位二進制數(shù)能夠表示一個015的十進制數(shù)，的十進制數(shù)，下面為它們的對照表。下面為它們的對照表。 一切算術(shù)運算規(guī)律的基礎(chǔ)是兩個一位數(shù)加法運一切算術(shù)運算規(guī)律的基礎(chǔ)是兩個一位數(shù)加法運算規(guī)律，包括進位規(guī)律。在二進制中非常簡單：算規(guī)律，包括進位規(guī)律。在二進制中非常簡單： 0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=10最后的算式即最后的算式即逢二進一逢二進一。而在二。而在二-十進制中，加法運十進制中，加法運算的進位規(guī)律要復(fù)雜一些：在每組四個二進制數(shù)碼算的進位規(guī)律要復(fù)雜一些：在每組四個二進制數(shù)碼內(nèi)部按著二進制加法進位規(guī)律進

48、位，但當(dāng)加到內(nèi)部按著二進制加法進位規(guī)律進位，但當(dāng)加到1010時，需向前一組數(shù)進位，并同時將本組數(shù)碼清為時，需向前一組數(shù)進位，并同時將本組數(shù)碼清為0000。 由于二進制和二由于二進制和二-十進制都只使用十進制都只使用0、1兩個數(shù)碼，兩個數(shù)碼，這與邏輯代數(shù)相同，所以一切數(shù)學(xué)運算都可用能夠這與邏輯代數(shù)相同，所以一切數(shù)學(xué)運算都可用能夠進行邏輯代數(shù)運算的邏輯電路來完成，也正因如此進行邏輯代數(shù)運算的邏輯電路來完成，也正因如此才產(chǎn)生了電子計算機。才產(chǎn)生了電子計算機。二二. 二進制計數(shù)器二進制計數(shù)器 計數(shù)器是一種能夠計算脈沖個數(shù)的計數(shù)器是一種能夠計算脈沖個數(shù)的邏輯電路，是數(shù)字電路中最常用的邏輯邏輯電路，是數(shù)字

49、電路中最常用的邏輯部件之一。計數(shù)器的種類很多，如按其部件之一。計數(shù)器的種類很多，如按其計數(shù)制來分：有二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)制來分：有二進制計數(shù)器和十進制計數(shù)器等；按其計數(shù)的增減趨勢分：有計數(shù)器等；按其計數(shù)的增減趨勢分：有加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器；按計數(shù)脈沖引入的方式來分：有異步計按計數(shù)脈沖引入的方式來分：有異步計數(shù)器和同步計數(shù)器兩種。數(shù)器和同步計數(shù)器兩種。 計數(shù)器的應(yīng)用很廣，可以說在每一計數(shù)器的應(yīng)用很廣，可以說在每一種數(shù)字設(shè)備中，幾乎都有計數(shù)器。計數(shù)種數(shù)字設(shè)備中，幾乎都有計數(shù)器。計數(shù)器同時也可以作器同時也可以作分頻器分頻器，其功能是每輸，其功能是

50、每輸入入n個脈沖就發(fā)出一個脈沖個脈沖就發(fā)出一個脈沖(n為任何自為任何自然數(shù)然數(shù))。頻率極低的振蕩器不易制作，而。頻率極低的振蕩器不易制作，而且也不易整形成方波，使用分頻器便可且也不易整形成方波，使用分頻器便可解決這一問題。如在心臟起搏器和其他解決這一問題。如在心臟起搏器和其他一些醫(yī)學(xué)儀器中，都會使用分頻器從較一些醫(yī)學(xué)儀器中，都會使用分頻器從較高頻率的振蕩器中獲得低頻方波。高頻率的振蕩器中獲得低頻方波。 1. 異步二進制加法計數(shù)器異步二進制加法計數(shù)器 按照二進制的加法法則，在組成二進按照二進制的加法法則，在組成二進制加法計數(shù)器時，構(gòu)成計數(shù)器的各觸發(fā)器制加法計數(shù)器時，構(gòu)成計數(shù)器的各觸發(fā)器應(yīng)滿足：應(yīng)

51、滿足：每輸入一個脈沖，觸發(fā)器應(yīng)翻每輸入一個脈沖，觸發(fā)器應(yīng)翻轉(zhuǎn)一次。轉(zhuǎn)一次。當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器由當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器由1狀態(tài)變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)?狀狀態(tài)時，應(yīng)輸出一個進位信號加到高位觸發(fā)態(tài)時，應(yīng)輸出一個進位信號加到高位觸發(fā)器的計數(shù)輸入端。器的計數(shù)輸入端。 由四個由四個JK觸發(fā)器構(gòu)成的四位異步二進制計數(shù)器。觸發(fā)器構(gòu)成的四位異步二進制計數(shù)器。 計數(shù)脈沖計數(shù)脈沖CP由最低位觸發(fā)器由最低位觸發(fā)器F0的的C0端輸入，即端輸入，即C0=CP。各觸發(fā)器的。各觸發(fā)器的J、K端均懸空，相當(dāng)于接高電端均懸空，相當(dāng)于接高電平，即平，即J=K=1。故每輸入一個。故每輸入一個CP脈沖后，脈沖后，Q0就翻轉(zhuǎn)就翻轉(zhuǎn)一次，而各觸發(fā)器之間均為低位的一

52、次，而各觸發(fā)器之間均為低位的Q端與高位的端與高位的C端端相連，即相連，即C1=Q0,C2=Q1,C3=Q2，因此每當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)，因此每當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器由器由1態(tài)變?yōu)閼B(tài)變?yōu)?態(tài)，就有一個進位信號使高位觸發(fā)器態(tài)，就有一個進位信號使高位觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)一次。翻轉(zhuǎn)一次。 計數(shù)器在開始工作之前，一般需要把所有計數(shù)器在開始工作之前，一般需要把所有的觸發(fā)器置為的觸發(fā)器置為0狀態(tài)，簡稱狀態(tài)，簡稱計數(shù)器清零計數(shù)器清零。把各。把各觸發(fā)器的直接置觸發(fā)器的直接置0端端RD連在一起并作用一個統(tǒng)連在一起并作用一個統(tǒng)一的清零脈沖就可以實現(xiàn)計數(shù)器清零。一的清零脈沖就可以實現(xiàn)計數(shù)器清零。 清零后的計數(shù)器當(dāng)輸入第一個清零后的計數(shù)器當(dāng)輸入第一

53、個CP脈沖后，脈沖后，F(xiàn)0由由0態(tài)變?yōu)閼B(tài)變?yōu)?態(tài)，其它觸發(fā)器保持態(tài)，其它觸發(fā)器保持0態(tài)；第二態(tài)；第二個個CP脈沖輸入后脈沖輸入后F0由由1態(tài)變回態(tài)變回0態(tài)，態(tài)，Q0的下降的下降沿產(chǎn)生一個負跳變使沿產(chǎn)生一個負跳變使F1翻轉(zhuǎn)，從翻轉(zhuǎn)，從0態(tài)變?yōu)閼B(tài)變?yōu)?態(tài)，態(tài)，F(xiàn)2和和F3狀態(tài)保持不變。以此類推，當(dāng)狀態(tài)保持不變。以此類推，當(dāng)16個個CP脈沖后，全部觸發(fā)器又還成脈沖后，全部觸發(fā)器又還成0態(tài)。態(tài)。 計數(shù)器的工作波形圖計數(shù)器的工作波形圖 二進制加法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。二進制加法計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表。 從表中可以看出，計數(shù)器四個輸出端的從表中可以看出，計數(shù)器四個輸出端的組合組合Q3Q2Q1Q0恰好是表示恰好是

54、表示15以內(nèi)十進制輸以內(nèi)十進制輸入脈沖數(shù)的四位二進制數(shù)。若要計算更多的入脈沖數(shù)的四位二進制數(shù)。若要計算更多的脈沖數(shù)則需要計數(shù)器包含有更多的計數(shù)型觸脈沖數(shù)則需要計數(shù)器包含有更多的計數(shù)型觸發(fā)器；如要計算發(fā)器；如要計算063范圍內(nèi)的脈沖數(shù)則需范圍內(nèi)的脈沖數(shù)則需要要6個計數(shù)型觸發(fā)器個計數(shù)型觸發(fā)器(設(shè)這種觸發(fā)器個數(shù)為設(shè)這種觸發(fā)器個數(shù)為N，則能記錄的脈沖數(shù)為則能記錄的脈沖數(shù)為2N)。 從其工作波形中還可以看出，每經(jīng)過一從其工作波形中還可以看出，每經(jīng)過一級觸發(fā)器，脈沖的周期就增加一倍，頻率為原級觸發(fā)器，脈沖的周期就增加一倍，頻率為原來的來的1/2，即從，即從Q0端輸出的波形頻率為端輸出的波形頻率為CP頻率頻

55、率的的1/2，稱為二分頻；從，稱為二分頻；從Q1端輸出的波形頻率端輸出的波形頻率為為CP頻率的頻率的1/4，稱為四分頻，稱為四分頻，。因此計。因此計數(shù)器也可以作分頻器。數(shù)器也可以作分頻器。 如果輸入脈沖是均勻的，那么輸出也是如果輸入脈沖是均勻的，那么輸出也是高電子和低電平持續(xù)時間相同的均勻方波。高電子和低電平持續(xù)時間相同的均勻方波。 2.異步二進制減法計數(shù)器異步二進制減法計數(shù)器 前面討論的是加法計數(shù)，但在有些情況下前面討論的是加法計數(shù)，但在有些情況下需要減法計數(shù)。如要預(yù)置一定的時間，當(dāng)減至需要減法計數(shù)。如要預(yù)置一定的時間，當(dāng)減至零時去觸發(fā)某些控制。零時去觸發(fā)某些控制。 可以用同樣的辦法組成異步

56、二進制減法可以用同樣的辦法組成異步二進制減法計數(shù)器，與加法計數(shù)器相比，惟一區(qū)別在于低計數(shù)器，與加法計數(shù)器相比，惟一區(qū)別在于低位觸發(fā)器是從位觸發(fā)器是從Q端端(而不是而不是Q端端)連到高位觸發(fā)連到高位觸發(fā)器的計數(shù)輸入端。器的計數(shù)輸入端。 計數(shù)原理及分析：略計數(shù)原理及分析：略 異步二進制計數(shù)器的特點是：計數(shù)脈異步二進制計數(shù)器的特點是：計數(shù)脈沖只輸入最低位觸發(fā)器，而其它各位觸發(fā)沖只輸入最低位觸發(fā)器，而其它各位觸發(fā)器則由相鄰的低位觸發(fā)器輸出脈沖的下降器則由相鄰的低位觸發(fā)器輸出脈沖的下降沿來觸發(fā)，因此各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻不同，沿來觸發(fā)，因此各觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻不同，故稱異步計數(shù)器。異步計數(shù)器的計數(shù)速度故稱異步

57、計數(shù)器。異步計數(shù)器的計數(shù)速度受到限制，若要提高速度，可將計數(shù)脈沖受到限制，若要提高速度，可將計數(shù)脈沖同時加在每一個觸發(fā)器上，使各觸發(fā)器的同時加在每一個觸發(fā)器上，使各觸發(fā)器的輸出狀態(tài)變化與計數(shù)脈沖同步，這就構(gòu)成輸出狀態(tài)變化與計數(shù)脈沖同步，這就構(gòu)成了同步計數(shù)器。了同步計數(shù)器。 3. 同步二進制計數(shù)器同步二進制計數(shù)器 用用JK觸發(fā)器組成同步計數(shù)器比較方便。對觸發(fā)器組成同步計數(shù)器比較方便。對于于JK觸發(fā)器，若觸發(fā)器，若J=K=0，則輸出狀態(tài)維持不，則輸出狀態(tài)維持不變；而在變；而在J=K=1時，每輸入一個時，每輸入一個CP脈沖，其脈沖，其輸出狀態(tài)改變一次。由于同步計數(shù)器中輸入計輸出狀態(tài)改變一次。由于同步

58、計數(shù)器中輸入計數(shù)脈沖同時接到所有觸發(fā)器的數(shù)脈沖同時接到所有觸發(fā)器的CP輸入端，因輸入端，因此只要控制各觸發(fā)器的此只要控制各觸發(fā)器的J、K端，使它們按計端，使它們按計數(shù)順序翻轉(zhuǎn)即可。數(shù)順序翻轉(zhuǎn)即可。 同步二進制計數(shù)器有同步二進制加法計數(shù)同步二進制計數(shù)器有同步二進制加法計數(shù)器、同步二進制減法計數(shù)器和同步二進制可逆器、同步二進制減法計數(shù)器和同步二進制可逆計數(shù)器。計數(shù)器。 還有一種計數(shù)器，它能夠滿足有時還有一種計數(shù)器，它能夠滿足有時用加法計數(shù)，有時用減法計數(shù)，并且能夠用加法計數(shù)，有時用減法計數(shù)，并且能夠經(jīng)常在它們之間進行切換，這種計數(shù)器就經(jīng)常在它們之間進行切換，這種計數(shù)器就是是可逆計數(shù)器可逆計數(shù)器。將

59、同步二進制加、減法計。將同步二進制加、減法計數(shù)器合并在一起，再用一根加數(shù)器合并在一起，再用一根加/減控制線減控制線來控制加法計數(shù)或減法計數(shù)，就構(gòu)成了可來控制加法計數(shù)或減法計數(shù)，就構(gòu)成了可逆計數(shù)器。逆計數(shù)器。 三三. 十進制計數(shù)器十進制計數(shù)器 由于人們的習(xí)慣，在需要直接顯示的地方，使用由于人們的習(xí)慣，在需要直接顯示的地方，使用十進制比二進制方便。十進制比二進制方便。 十進制計數(shù)器采用的是二十進制計數(shù)器采用的是二-十進制計數(shù)法，它要十進制計數(shù)法，它要求：加法計數(shù)時在達到求：加法計數(shù)時在達到1001(十進制十進制9)時，再加時，再加1應(yīng)返應(yīng)返回到回到0000(十進制十進制0)，同時發(fā)出進位信號；減法

60、計數(shù)，同時發(fā)出進位信號；減法計數(shù)時在達到時在達到0000(十進制十進制0)時，再減時，再減1應(yīng)為應(yīng)為1001(十進制十進制9)，同時發(fā)出借位信號。，同時發(fā)出借位信號。 十進制計數(shù)器完全可以由二進制計數(shù)器改造而成，十進制計數(shù)器完全可以由二進制計數(shù)器改造而成，即用二進制數(shù)來表示十進制數(shù)，因此十進制計數(shù)器也即用二進制數(shù)來表示十進制數(shù)，因此十進制計數(shù)器也稱為二稱為二-十進制計數(shù)器。集成的十進制計數(shù)器通常是十進制計數(shù)器。集成的十進制計數(shù)器通常是與二進制計數(shù)器兼容的，并可以用一條輸入線來控制與二進制計數(shù)器兼容的，并可以用一條輸入線來控制計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換。計數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換。 集成的四位二進制計數(shù)器與相應(yīng)的外