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1、江西省电子信息技师学院 江西省电子信息工程学校 实用数字电子技术项目教程 主编:朱向阳 罗国强 内容介绍 : 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 项目1 声光控制灯电路制作 项目2 八路抢答器电路制作 项目3 电子生日蜡烛的制作 项目4 流水彩灯的制作 项目5 31/2位直流数字电压表的制作 项目3电子生日蜡 烛的制作与调试 “电子生日蜡烛”就是应用基本RS触发器 的特性，模拟仿真的“电子蜡烛”、推动音乐IC 来进行工作的。另外，像“多路灯光控制器”、 “编码电子锁”等电子产品，新颖而有趣，均是 与触发器的应用有关。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子
2、系 内容提要 任务1 RS触发器的逻辑功能测试 任务2 JK触发器的逻辑功能测试 任务3 D触发器的逻辑功能测试 任务4 电子生日蜡烛电路的制作与调试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务1 RS触发器的逻辑功能测试 n任务目标： 1熟悉基本RS触发器的功能、基本组 成和工作原理 2能使用EWB仿真软件测试基本RS 触发器的功能和真值表 任务教学方式： 同步RS触发器的内容需用投影方式，展示其电路结 构以及逻辑功能与基本RS触发器的异同点 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务1 RS触
3、发器的逻辑功能测试 触发器是具有记忆功能的电路，它是数 字电路和计算机系统中具有记忆和存储功 能部件的基本逻辑单元。它的输出有两个 稳定状态，分别用二进制数码0、1表示。 触发器在某一时刻的输出不仅和当时的输 入状态有关，而且与在此之前的电路状态 有关，即当输入信号消失后，触发器的状 态被记忆，直到再输入信号后，它的状态 才可能变化。 1基本RS触发器电路组成 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 （a）逻辑电路 （b）逻辑符号 由与非门构成的基本RS触发器 将两个与非门的输入端与输出端交叉耦合就组成一个基本RS 触发器如图（a）所示，其中、是它的两个输入端，“非号”表示低
4、 电平（负脉冲）触发有效，Q、 是它的两个输出端，基本RS触 发器的逻辑符号如图（b）所示。 图中触发器逻辑符号上输出端 的小圆圈则表示输出端。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 2基本RS触发器逻辑功能 基本RS触发器的两个输入端（称为置“0”端） 和（称为置“1”端），字母上的“”号表示 低电平有效。 （1）当 =1、 =1时，触发器保持原状态不 变。 （2）当 =0、 =1时，触发器被置为“0”状态 。 （3）当 =1、 =0时，触发器被置为“1”状态 。 （4）当 =0、 =0时，触发器状态不确定。 总结：基本RS触发器的逻辑功能是： 置“0”、置“1”和保持
5、江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 输入信号输出状态 功能说 明 Q 00不定禁止 010置“0” 101置“1” 11Q (不变)保持 基本RS触发器的真值表 基本RS触发器的特性方程 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 问题？ 触发器有哪两个稳定状态？ 为什么说触发器能长期保持所记忆的信息 ？ （提示：触发器由一个稳态到另一稳态，必须有 外界信号的触发。否则它将长期稳定在某一状 态） 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：测试基本RS触发器的逻辑功能 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 基本RS触
6、发器逻辑仿真电路 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 在数字电路系统中，往往有很多的触发器 ，为了使它们能按统一的节拍工作，大多需要 加控制脉冲到各个触发器使其得到控制，只有 当控制脉冲来时，各触发器才工作（触发器的 翻转时刻受控制脉冲的控制，而翻转到何种状 态由输入信号决定）。该控制脉冲称为时钟脉 冲，简称CP，其波形如下图所示。 CP 上升沿 低电平 高电平 下降沿 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 1同步RS触发器的电路组成 （a）逻辑电路 （b）逻辑图形符号 2同步RS触发器的工作原理 同步RS触发 器就好像是在基 本RS上加了两道 门（与
7、非门）， 该门的开与关受 时钟脉冲的控制 。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 同步RS触发器的真值表 时钟 脉冲 CP 输入信号 输出状态Q n+1 功能 说明 SR 0Q n保持 100Q n保持 1010置“0” 1101置“1” 111禁止 同步R S触发 器在无时钟脉冲 到来时不工作， 在有时钟脉冲到 来时，其逻辑功 能与基本RS触发 器相同，有置“0” 、“1”和保持功能 。 真值表中“”表示取值可以为0或1 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 例3.1 由图中的R和S信号波形，画出 同步RS触发器Q和的波形。 CP=1时， S=1、R
8、=0 触发器置 1 CP=1时， S=0、R=1 ， 触发器置0 CP=1时， R=1、S=1 Q不定状 态 CP=1时， R=0、S=0 Q状态不 变 解：设RS触发器的初态为0，当时钟脉冲CP=0时，触 发器不受R和S信号控制，保持原状态不变。只有在 CP=1的期间，R和S信号才对触发器起作用。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：同步RS触发器的逻辑功能仿真测试 D端 D端 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 CP=1期 间触发 此类触发器 无法保证触 发器在一个 CP周期内只 动作一次 触发器的空翻现象 江西省电子信息技师学院电子系江
9、西省电子信息技师学院电子系 1同步式触发类型 同步式触发一般采用高电平触发，即在 高电平“CP=1”期间，输入信号起作用。 CP=1期 间触发 此类触发器 无法保证触 发器在一个 CP周期内只 动作一次 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 2边沿触发类型 上升沿（又称正边沿）触发方式是指触发器只 在时钟脉冲CP上升沿那一时刻，根据输入信号的 状态按其功能触发翻转。而下降沿触发方式是指触 发器只是在CP下降沿那一时刻按其功能翻转，其 余时刻均处于保持状态。 这样同样能确保触发器在一个CP周期内只动作 一次。 在CP 下降 沿那一时 刻 触发 在CP 上升沿 那一时 刻触发
10、江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 3主从触发类型 克服“空翻”另一个有效方法通常是采 用主从触发器。主从触发器一般是由主触 发器、从触发器和非门构成。它为双拍式 工作方式，即将一个时钟分为两个阶段（ 节拍）。 （1）CP高电平期间主触发器接收输入 控制信号。而从触发器被封锁，保持原状 态不变。 （2）在CP由高电平转成低电平时（即 下降沿）主触发器被封锁，保持CP高电平 所接收的状态不变，而从触发器封锁被解 除，打开接受主触发器的状态。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 为了便于识别不同触发方式的触发器 ，目前器件手册中CP端采用特定符号加以 区
11、别，如下表所示。 触发类发类 型 同步式RS触发发器上升沿触发发RS触发发 器 下降沿触发发RS触发发 器 逻辑逻辑 符 号 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务2 JK触发器的逻辑功能测试 n任务目标： 1熟悉JK触发器的功能、基本组成和工作原 理； 2能使用EWB仿真测试JK触发器的功能和 真值表； 3应用集成JK触发器进行电子产品灯光 控制器设计。 任务教学方式： 同步JK触发器的内容需用投影方式，表现 其电路结构以及逻辑功能与同步RS触发器的差异 ； 沿JK触发器的内容讲授时，应结合仿真电路 ，并举例说明边沿触发的特点 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信
12、息技师学院电子系 任务2 JK触发器的逻辑功能测试 同步JK触发器是在同步RS触发器的基础上从输 出端引出两条馈线，将Q将与R端相连， 端与S 端相连，再加上两个输入端J和K构成的。 （a）逻辑电路 (b)逻辑符号 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 JK触发器的真值表 输入次态 功能说明 JKQ n+1 00Q n保持 010置“0” 101置“1” 11 n 翻转 =J n + JK触发器特性方程 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 （a）逻辑电路 （b）逻辑符号 主从JK触发器的逻辑功能与JK触发器是一样的，都具有翻 转、置“1”、置“0”和保
13、持的功能。但因为主从JK触发器同时拥有 主触发器和从触发器，当一个触发器工作时，另一个触发器不工 作，将输入端与输出端隔离开来，有效地解决了输入信号变化对 输出的影响问题。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 解决空翻问题另一种主要办法是使 触发器边沿触发，如采用边沿触发的JK 触发器。 （a）上升沿触发 （b）下降沿触发 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 例32 下图为下降沿JK触发器的输入波形， 设初始状态为0，试画出输出Q的波形。 解：JK触发器在CP期间有效读取J、K信号，在CP 下降沿到来时作相应翻转，根据JK触发器特性方 程可画出Q的波
14、形。 J=1、K=1 翻转 J=0、K=1 置“0” J=1，K=0 置“1” J=1、 K=0 保持 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 问题？ 1能否在触发器逻辑符号上判别上升沿 和下降沿两种触发方式？ 2实际JK触发器产品，一般设有预置端 。带预置端的JK触发器具有何种功能？ 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：JK触发器逻辑功能的仿真测试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 T触发器又称计数型触发器。将JK触发 器的J、K两个端连接在一起作为一个输入 端就构成了T触发器。T触发器的逻辑电路 及逻辑符号分别如下图所
15、示。 (a)T触发器电路 (b)上升沿触发 (c)下降沿触发 T触发器具有的逻辑功能是：“保持”和“翻转”。 Qn+1=T n Qn + T触发器的特性方程 T触发器的特性方程 Qn+1= n 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：灯光控制器的仿真测试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务3 D触发器的逻辑功能测试 n任务目标： 1熟悉D触发器的逻辑功能、基本组 成和工作原理； 2能使用EWB软件仿真测试D触发器 ，并得出其逻辑功能和真值表。 任务教学方式： 同步D触发器内容需采用投影方式，表明 其电路结构以及逻辑功能与同步JK触发器的差异
16、 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 D触发器又称为延时触发器或数据锁存触 发器，在数字系统中应用十分广泛，它可以 组成锁存器、寄存器和计数器等。较简单的D 触发器是在同步RS触发器的基础上增加一个 非门构成的 。 （a）逻辑电路 (b)逻辑图形符号 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 D触发器的真值表 输 入 D 输出状态 Q n+1 功能说明 11 时钟脉冲CP上升沿加入后，输出 状态与输入状态相同 00 D触发器的特性方程 Q =D n+1 （a）上升沿触发 （b）下降沿触发 边沿D触发器逻辑符号 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师
17、学院电子系 做一做：D触发器的逻辑功能仿真测试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：四路智力抢答器电路仿真测试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务4 电子生日蜡烛的制作与调试 n任务目标： 1进一步熟悉基本RS触发器的逻辑功能； 2能使用EWB仿真软件测试“电子生日蜡烛 ”电路的功能； 3应用与非门电路构建基本RS触发器，继 而完成“电子生日蜡烛”电路的设计与制作 。 任务教学方式： 课堂演示仿真过程，并强调仿真过程的注意事项，而后引导学 生学会结合仿真得到的数据，相互讨论并得出正确结论 制作时提醒学生注意一般电子产品安装的工艺要求；装
18、 配时，教师边指导，边演示操作要领 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 任务4 电子生日蜡烛的制作与调试 电子生日蜡烛电路如下图所示，电路由核 心集成电路IC1（4011）及外围元件组成。 图中，IC2示意为音乐芯片，BM为驻极体 话筒，HTD为蜂鸣器。 M 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 由IC1-C与IC1-D（两与非门）构成基本RS 触发器。刚接通电源时，电容C4上的电压不会 突变，使IC1-C输出高电平，IC1-D输出低电平， Q1、Q2均不导通，发光管（“蜡烛”）LED2不 亮，音乐集成电路IC2也不工作。LED1是光敏 二极管（或用双
19、金属片替代）。 Q1用于驱动发光二极管LED2（“蜡烛”） 点亮。Q2控制音乐芯片IC2是否得电。用打火 机灯光照耀LED1（或加热双金属片）时， LED1反向导通（光电流较大，反向内阻变小 ），RS触发器输出状态翻转，IC1-D输出高电平 ，Q1导通，“蜡烛”LED2点亮。IC1-C输出低电平 ，Q2导通，音乐片IC2得电，奏响了“祝你生日 快乐”的音乐声。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 由IC1-A、IC1-B及电阻、电容构成 两反相器。当对着B吹气时，吹气声 由BM拾取，经IC1-A、IC1-B放大后，触 发RS触发器翻转，此时，IC1-D输出低 电平、IC1
20、-C输出高电平，于是Q1、 Q2均截止，发光二极管LED2不亮（ 类似于“蜡烛”被吹灭），音乐声也终 止，“灯熄乐停”。调节R8（电位器） 来改变翻转灵敏度。 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：电子生日蜡烛电路仿真测试 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 做一做：电子生日蜡烛电路的制作 与调试 M 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 蜂鸣 器 光敏电阻 话 筒 CD4011 音乐 芯片 “电子生日蜡烛”元件面图 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 “电子生日蜡烛”焊面图 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系