第 6 章数字电路

第6章数字电路 6.1数字电路的基本概念 6.2门电路 6.3触发器 6.4单稳态触发器和无稳态触发器

第6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。 • 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。 • 掌握RS、JK、D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。 • 掌握555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。本章要求:

模拟信号 电子电路中的信号数字信号正弦波信号 t 三角波信号 t 6.1 数字电路的基本概念 6.1.1 数字信号和数字电路 1.模拟信号模拟信号：随时间连续变化的信号

数字信号 非数字信号尖顶波脉冲信号 t 矩形波 t 2. 数字信号能用逻辑0和1表示的信号。“0”—低电平，“1”—高电平注意：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“1”，低电平为“0” 负逻辑：高电平为“0”，低电平为“1” 总目录章目录返回上页下页

处理模拟信号的电路称为模拟电路。 处理数字信号的电路称为数字电路。数字电路的特点： (1)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。 (2)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。总目录章目录返回上页下页

6.1.2 数制和码制 1.数制（1）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。总目录章目录返回上页下页

（2）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。总目录章目录返回上页下页

（3）二十进制数相互转换 如： ① 二进制数转换为十进制数方法：将二进制数各位数值相加，得到等值的十进制数。 ② 十进制数转换为二进制数方法：除2取余法。所以（13）10=（1101）2 总目录章目录返回上页下页

2.码制 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：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二进制代码。用二进制代码表示信息的方法称为码制。 8421BCD码：用4位二进制数b3b2b1b0来表示十进制数中的 0 ~ 9 十个数码。简称8421码。对应关系如下页表所示。由表可见，8421码的特点为： ①恒权代码 ②每个代码的各位数值之和等于它所表示的十进制数总目录章目录返回上页下页

8421码与十进制数的对应关系表 总目录章目录返回上页下页

6.2 门电路 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。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。

“与” 门真值表 A B Y 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 逻辑符号：逻辑表达式： Y=A B=AB 与运算也称逻辑乘法运算：有“0”出“0”，全“1”出“1” & A Y B 6.2.1 基本门电路 1.与门与门是指能够实现与运算的门电路。真值表：是指由0和1组成的、反映某种逻辑关系的表格运算规则：总目录章目录返回上页下页

常用与门集成电路 74LS08 外引脚和逻辑符号逻辑符号外引脚总目录章目录返回上页下页

“或” 门真值表 逻辑符号： A B Y 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 ≥1 A Y B 逻辑表达式： Y=A+B 或运算也称逻辑加法运算：有“1”出“1”，全“0”出“0” 2.或门或门是指能够实现或运算的门电路。运算规则：总目录章目录返回上页下页

常用或门集成电路 74LS32 外引脚和逻辑符号外引脚逻辑符号总目录章目录返回上页下页

逻辑符号： “非” 门真值表 A Y 1 A Y 0 1 1 0 逻辑表达式：Y=A 非运算也称求反运算：有“0”出“1”，有“1”出“0” 3.非门非门是指能够实现非运算的门电路。运算规则：总目录章目录返回上页下页

常用非门集成电路 74LS04 外引脚和逻辑符号外引脚逻辑符号总目录章目录返回上页下页

“与非” 门真值表 Y A B 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 & A Y’ Y B A & 逻辑表达式： Y=A B = AB Y 与非门的功能： B 逻辑符号有“0”出“1”，全“1”出“0” 6.2.2 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.与非门与非门由与门和非门组成。总目录章目录返回上页下页

常用与非门型号 74LS00 外引脚和逻辑符号外引脚逻辑符号注意：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“0”出1，全“1”出“0”。总目录章目录返回上页下页

“或非” 门真值表 Y A B 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 ≥1 A Y’ Y B 1 A ≥1 Y 或非门的功能： B 有“1”出“0”，全“0”出“1” 逻辑符号逻辑表达式： Y=A+B 2.或非门或非门由或门和非门组成。总目录章目录返回上页下页

常用或非门的型号 74LS02 外引脚和逻辑符号外引脚逻辑符号注意：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“1”出0，全“0”出“1”。总目录章目录返回上页下页

6.2.3 门电路在汽车电子电路中的应用 门锁控制系统是为了开关车门以及发生异常情况时提醒驾驶员注意而专门设计的。该系统由控制电路和执行机构组成。图示电路是门锁控制系统的控制电路部分。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总目录章目录返回上页下页

工作原理： （1）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。（2）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。总目录章目录返回上页下页

6.3 触发器 触发器：是一种具有记忆功能的逻辑单元电路，它能储存一位二进制码。特点：（1）有两个稳定状态“0”态和“1”态，也称为双稳态触发器；（2）在触发信号的作用下，能从一个稳态翻转到另一个稳态，因此取名触发器。（3）在触发信号消失后，新获得的状态能保存下来，具有记忆功能。

分类： （1）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（2）按逻辑功能分类 RS触发器、JK触发器、D触发器、T和T’触发器（3）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（4）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下面以功能分类为顺序，分析触发器的逻辑功能。总目录章目录返回上页下页

正常情况下， 两输出端状态保持相反，称为互补。通常以Q端的逻辑电平表示触发器的状态，即Q=1， Q=0时，称为“1” 态；反之为“0” 态。 6.3.1 RS触发器 1.基本RS触发器（1）电路结构和符号信号输出端信号输入端，低电平有效总目录章目录返回上页下页

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） ③当S=R=1时，触发器状态保持不变。 ④当S=R=0时， Q=Q=1，违反了Q和Q状态必须相反的规定。输入端的低电平同时撤销时，触发器变为 0态还是1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。（2）功能分析总目录章目录返回上页下页

基本RS触发器真值表（特性表） 现态：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。总目录章目录返回上页下页

基本RS触发器特性方程 特性方程:次态Qn+1与输入及现态Qn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：使用同步触发器总目录章目录返回上页下页

2.同步RS触发器 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。触发器正常工作时，应接高电平。（1）电路结构和符号同步RS触发器是在基本RS触发器的基础上，增加控制门G3、G4，及时钟端CP组成的。只有CP脉冲到来时，触发器状态翻转，故有同步触发器之称。互补输出端数据输入端，高电平有效总目录章目录返回上页下页

触发器保持原态 触发器置“0” 触发器置“1” 当时钟由 1变 0 后，触发器状态不定（2）功能分析 ①当CP=0时，S、R输入状态不起作用，触发器状态不变。 ②当 CP= 1 时，触发器状态由S、R输入状态决定。 a) S =1、 R= 0 b) S = 0、 R= 1 c) S=R=0 d) S =R= 1 总目录章目录返回上页下页

Qn—时钟到来前触发器的状态 Qn+1—时钟到来后触发器的状态真值表高电平总目录章目录返回上页下页

特性方程 CP=1时有效存在问题：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：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。总目录章目录返回上页下页

6.3.2 边沿JK触发器 边沿JK触发器的触发方式有两种：（1）上升沿触发特点—触发脉冲CP上升沿到来，触发器的输出随输入变化。（2）下降沿触发特点—触发脉冲CP下升沿到来，触发器的输出随输入变化。总目录章目录返回上页下页

集成JK触发器74LS112 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.结构和符号总目录章目录返回上页下页

JK触发器的特性方程： （4）若J=K=1，则Qn+1=Qn，触发器翻转。 2. 功能分析当CP下降沿到来时（1）若J=K=0，则Qn+1=Qn，触发器保持状态不变。（2）若J=0、K=1，则Qn+1=0，触发器置0， K端叫置0端。（3）若J=1、K=0，则Qn+1=1，触发器置1， J端叫置1端。总目录章目录返回上页下页

CP J K Qn Qn+1 逻辑功能 0 0 0 1 0 1 保持 0 1 0 1 0 置0 1 0 0 1 1 置1 1 1 0 1 1 0 翻转 Qn—时钟CP下降沿到来前触发器的状态 Qn+1—时钟CP下降沿到来后触发器的状态真值表下降沿总目录章目录返回上页下页

1 1 1 0 0 0 不变置1 不变置0 不变翻转例：已知下降沿触发的JK触发器的CP和J、K波形，画出输出端Q的波形。设Q的初始状态为“0”。总目录章目录返回上页下页

在芯片内有两个相同的D触发器，每个都有数据输入端D，时钟触发端CP、预置数据端SD、RD及互补输出Q、Q。每个触发器的符号如b所示。在芯片内有两个相同的D触发器，每个都有数据输入端D，时钟触发端CP、预置数据端SD、RD及互补输出Q、Q。每个触发器的符号如b所示。 6.3.3 边沿D触发器 1.结构和符号边沿D触发器也有上升沿触发型和下降沿触发性两种，其中上升沿触发型用的最多，右图为双上升沿触发器74LS74的引线端子排列图及逻辑符号。总目录章目录返回上页下页

D触发器的特性方程： 上升沿真值表 2. 功能分析当CP上升沿到来时（1）若D=0，则Qn+1=0，触发器置0。（2）若D=1，则Qn+1=1，触发器置1。 Qn—时钟CP上升沿到来前触发器的状态 Qn+1—时钟CP上升沿到来后触发器的状态总目录章目录返回上页下页

1 1 0 0 0 0 不变置0 置1 不变置0 不变例：已知上升沿触发的D触发器的CP脉冲和D波形，画出输出端Q的波形。设Q的初始状态为“0”。总目录章目录返回上页下页

JK触发器构成的T 触发器 D触发器构成的T 触发器 6.3.4 T和T’触发器 1.T 触发器 T 触发器：在时钟脉冲CP有效沿作用下，具有保持和翻转功能的触发器。 T 触发器无单独的产品，一般用JK 触发器或D触发器组成。总目录章目录返回上页下页

T 触发器的特性方程： T 触发器的真值表总目录章目录返回上页下页

JK触发器构成的T ’ 触发器 D触发器构成的T ’触发器 2.T ’ 触发器 T ’触发器：在时钟脉冲CP有效沿作用下，具有翻转功能的触发器。 T ’触发器也无单独的产品，也是用JK 触发器或D触发器组成。总目录章目录返回上页下页

T’ 触发器的特性方程： T’ 触发器的真值表总目录章目录返回上页下页

数码寄存器 按功能分移位寄存器 6.3.5 触发器在汽车电子电路中的应用 1.寄存器寄存器：具有寄存功能的电路。一般用于存储数码、指令或中间运算结果。它由触发器和门电路组成。一个触发器只能存放一位二进制数，存放 n位二进制时，要n个触发器。总目录章目录返回上页下页

0 ①清零。RD=0，异步清零。 1 1 0 ②寄存数据。RD=1时，将数据加到输入端，CP上升沿到来时，数据被存入。 1 1 0 0 0 ③保持。在RD=1、CP上升沿以外时间，寄存器内容将保持不变。 0 1 1 数据输出数据输入寄存数据（1）数码寄存器并行输入方式寄存脉冲 4位集成寄存器74LS175 逻辑电路触发器状态不变清零总目录章目录返回上页下页

单向移位寄存器 按移位方式双向移位寄存器（2）移位寄存器不仅能寄存数码，还有移位的功能。所谓移位，就是每来一个移位脉冲，寄存器中所寄存的数据就向左或向右顺序移动一位。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。总目录章目录返回上页下页

4 2 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 清零 0 1 1 0 1 1 0 0 1 3 1 0 1 1 数据的输入采用串行方式，输出方式有并行和串行两种。 ①并行输出方式的原理移位脉冲寄存数码1101 从高位到低位依次输入总目录章目录返回上页下页

8 6 1 0 1 1 0 输出 1 0 1 0 0 1 0 0 5 7 0 0 0 1 ②串行输出方式的原理移位脉冲再输入四个移位脉冲，1101由高位至低位依次从Q3端输出。总目录章目录返回上页下页

第 6 章 数字电路