原创 数字电路及其应用（十四）

　4J－K型和D型触发器。J－K型和D型触发器，仍以R－S型触发器电路为主，再附加一些其它功能电路而构成，其具体电路也较复杂。不过，按照学习数字电路的方法，可不管它的内部结构，只注重其输入/输出关系。所以介绍J－K型和D型触发器时仍以它的真值表和用途为主。
　　为了理解各种触发器的记忆功能，这里再介绍数据的锁存概念。已介绍过的组合逻辑电路，其特点是电路的输出信号仅仅与该时刻的输入信号有关，输入信号一旦撤除，输出信号也就消失。例如在十进制—二进制的编码电路中，当手动按下单脉冲的开关时，编码电路会产生对应的编码信号（可看成数据），一旦手离开开关时，输出端复原为原状态。若需要编码器的输出信号保留住（即存储），就需要再附加触发器电路，不仅如此，在计算机电路中，为了处理多个数据，均在给定的时间（即时钟信号）进行，这就要求各种触发器的输入端除了数据信号外，还有时钟输入信号（CP端）。时钟CP信号未到触发器的输入端时，输入端的控制信号（包括数据）均对触发器不起作用。J－K型触发器的逻辑符号和真值表见图49和附表，它有两个控制端J、K和一个时钟端CP。从附表中看出，J－K型触发器是在时钟脉冲的下降沿时，它才改变其输出状态（置“0”或置“1”态）。表中的Qn代表原状态，Qn代表与原状态相反的状态，Qn＋1代表时钟CP到达后的新状态。图50是J－K型触发器输入端的时钟信号与输出信号二分频关系时的波形。
　　注意：本连载（十二）的图42中的总线AB改为MN，以便与输入端的A、B相区别。
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数字电路及其应用（十五）

1999年电子报第30期

　　D型触发器的逻辑电路符号如图51所示。附表a是它的真值表。图52是D型触发器电路组成的原理图，根据图52，读者很容易由上期连载附表的真值表过渡到附表a。由附表a看出，D型触发器相似于晶体三极管的射极输出器电路，即在时钟CP信号上升沿指挥下，D型触发器就能把D端的数据传输到输出端。输入端无CP信号时，D端信号对触发器不起作用。图53是用D型触发器组成的二分频电路，图54是二分频电路的输入时钟与输出Q的波形图。注意：各触发器一旦做成产品IC时，其输入端还增加有置“0”端或置“1”端。
　　图55是集成电路CD4013的引脚图，其内部有两个D触发器，附表b是它的真值表。图56是某职业学校采用CD4060和双D触发器CD4013制作的教学实验——交通红、绿灯管理器部分原理电路图。在这里CD4013用作分频器，并在它的输出端Q和Q端外接红、绿色发光二极管。图56的IC2各引脚的连接完全符合附表b    的真值表要求。IC1是CD4060组成的振荡分频电路（已介绍过），调节R3使IC1的1脚输出脉冲周期为定值（如两分钟），再由IC2分频，结果红、绿发光管就按规定的时间各自循环点亮，达到实验目的。
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数字电路及其应用(十六)

1999年电子报第31期

　　六、计数器
　　在数字电路中，计数器属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构成。计数器不仅仅用来记录脉冲的个数，还大量用作分频、程序控制及逻辑控制等，在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。在CMOS电路系列产品中，计数器是用量最大、品种很多的产品。
　　1计数器IC的输出方式。计数器IC是一种单端输入、多端输出的记忆器件，它能记住有多少个时钟脉冲送到输入端、而在输出端又以不同的状态来表示，这就构成了不同的输出方式。这种不同的输出方式为用户提供了多种用途，给使用带来极大的方便。以下介绍计数器IC输出的几种常用方式。
　　（1）单端输入十进制计数/7段译码输出。这种输出方式通常用于计数显示，它把输入脉冲数直接译成7段码供数码管显示0～9的数，如图57所示。图57中的IC是CD4033，从IC的时钟端CP1脚输入脉冲数，其输出端可直接带动LED数码管显示输入脉冲个数。该电路的显示也可用于荧光数码管，但应按荧光数码管的使用加接电源。
　　（2）单端输入BCD码输出。图58是一种单端输入、BCD码输出的计数器电路。该电路可对外控制10路信号，具体用途请参看本连载（九）、（十）中的介绍。CD4518和CD4520是一对姊妹产品，CD4518是采用二/十进制的BCD，而CD4520则是二进制码，它们除了这点不同外，其余都完全相同。所以在图58中，若把CD4518换成CD4520时（管脚接法不变），则其输出为二进制码，共有16种状态，可对外控制16路信号。
　　（3）单端输入/分配器输出。图59是IC CD4017的单端输入十进制计数、分配输出电路。计数状态由CD4017的十个译码输出端Y0～Y9显示。每个输出状态都与输入计数器的时钟脉冲的个数相对应。例如：若输入了6个脉冲，则输出端Y5应为高电平，其余输出端为低电平（条件：从零开始计数）。CD4017仍有两个时钟端CP和EN，若用时钟脉冲的上沿计数，则信号从CP端输入；若用下降沿计数，则信号从EN端输入。设置两个时钟端是为了级联方便。CD4017与CD4022是一对姊妹产品，主要区别是CD4022是八进制的，所以译码输出仅有Y0～Y7，每输入8个脉冲周期，就可得到一个进位输出，它们的管脚相同，不过CD4022的6、9脚是空脚。有关CD4017的应用，各电子报刊均有过介绍。
　　（4）多位二进制输出串行计数器。常用的IC有CD4024、CD4040和CD4060，它们分别是7、12和14位的串行计数/分配器。它们都具有相同的电路结构和功能，都是由T型触发器组成的二进制计数器。不同的是它们的位数不同。多位二进制计数器主要用于分频和定时，使用极其简单和方便。
　　图60是以CD4024为代表的7位二进制串行计数器/分配器电路图，其特点是IC内部有7个计数级，每个计数级均有输出端子，即Q1～Q7。CD4024计数工作时，Q1是CP脉冲的二分频；Q2又是Q1输出的二分频……，所以有频率fQ7=  fcp。CD4024也可扩展更多的分频。CD4024的真值表如上表所示，由表可知，清零端Cr加“1”电平时，各输出端都清零；电路正常工作条件是Cr加零电平，当CP脉冲下降沿时，CD4024作增量计数。             
     成都史为　

数字电路及其应用（十七）

1999年电子报第32期

　　2计数器分类和应用。计数器产品种类多，为了便于学习，可根据计数器的种类来学习它，但不必死记，重要的是掌握它的特点和各类计数器的用途。附表1是CMOS计数器产品的常见分类表。
　　图61是一种儿童玩具旋光盒电路。该盒外形如图62所示。盒面安装有20只发光二极管LED，它依序沿周边等距离排列，使用9V叠层电池供电，盒底有一电源开关，开关接通后，旋光盒面的LED依序发光产生旋光感觉。
　　IC1是由CD4060构成的脉冲发生器，它产生可调的时钟信号供IC2 CD4017工作。CD4017是单端输入CP信号，十进制计数/分配输出，即IC1的振荡输出脉冲加在IC2的CP端{14}脚，使IC2输出端Y0～Y9的10个端子依次出现高电平，三极管BG1～BG10依次导通，发光管LED1～LED20也依次发亮。电路中的LED1、LED2直到LED19、LED20都是依次两两并联的，形成盒面的两路移动光点，产生旋转的光环感。IC2 CD4017的各引脚连接符合附表2的真值表。按附表2要求，当用时钟信号端CP输入时，则时钟端EN{13}脚和清零端Cr{15}脚均应接零电位，这时CD4017就能从CP输入信号，使Y0～Y9依次高电平输出。
　　电路中可调电阻R3是调节发光管LED的旋光速度的。
　　成都 史为　

数字电路及其应用(十八)

1999年电子报第33期

　　3四位二进制同步加计数器CD4520。CD4520是一种二进制同步加计数器。在CD4520的一个封装中有两组二进制计数器，其引脚功能如图63所示，真值表如附表1所示。
　　学习数字电路重在引脚功能的用法，这里以图64的定时器电路说明CD4520的特点和用法。图64的电路是一种通过K1～K8的通断，实现编程定时。定时时间可从1分～255分钟。若改变振荡频率，另外级联CD4520，可使定时的最大值达几天或月以上。图中的IC1（CD4001）是一种键控的振荡器（见本连载之四的介绍——编者注），调节R2，可使振荡周期为1分钟（T=2.2R C1），要提高定时精度，IC1的振荡电路还可用CD4060带晶振的振荡器。IC3是一种八输入端的与非门/与门电路，这里的与非关系是指从IC3的{13}脚输出；与门关系是指从IC3的1脚输出，如图65所示。
　　这里把IC2 CD4520内部的两组二进制计数器级联，即1Q4的输出作EN2的时钟脉冲（IC2的5、10脚相连），使IC2构成一种八位二进制计数器，可完成八级二分频的功能，如图64中IC2的2～5和{11}～{14}引脚的八个输出端。八个输出端的脉冲周期分别为2N（分），N代表1～8的变化，即周期分别为2、4、8……256（分）。定时编程时，把IC3的八输入端与IC2的八个输出端用小钮子开关K1～K8组合相连，只要接通某些开关，即可实现可变定时，例如设定时间为18分钟，则18=16＋2，将开关K2和K5接通，其余开关断开，就实现了定时目的。
　　电路通电时，电源对IC2清零，IC3的{13}脚输出高电平，作为定时开始信号（后续执行电路从略），其1脚输出低电平，产生键控信号使IC1振荡，只要预先编程的定时值到达时，IC3的{13}脚输出低电平送出定时结束信号，1脚输出高电平IC1停振。若要改变定时，只需关断电源再编程，再将电路通电，二次定时又开始。读者可以检查CD4520的其它功能脚的连接是完全符合附表2的真值表。
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数字电路及其应用（二十）

1999年电子报第35期

　　2存储器的种类　从附表1看出存储器的种类较多，依不同的类型可用在不同的方面。（1）在单片机中常见有ROM和RAM、E2PROM或Flash E2PROM。因受芯片结构的限制，一般的存储容量都不大。（2）供专用的MCU和CPU芯片配套使用，作片外存储器，这类存储器容量可大、可小，在一定的范围内任意选择。（3）给存储器配上编程器（可自制、编程电路简单易作，下期详细介绍），可独立开发成电子小产品。由此可见存储器是数字电路中的重要器件。在单片机芯片内，常见的顺序存取存储器SRAM未列入表1中。附表2是常用部分存储器产品型号表，供读者参阅。成都史为

数字电路及其应用（二十二）

1999年电子报第39期

　　九、手动RAM(6116)编程器实验电路
　　目前可编程的只读存储器(EPROM、E2PROM、标准闪速卡PCMCIA)其最大的优点是可根据需要随时编制固定程序(包括数据、表格)，并可在必要时擦除另编。现今存储器容量已可达1M×8、1M×16(并行位)的闪速电可擦存储器是10年前未料到的。这些大容量(有的称为海量)存储器均可选配相应的编程器，可见存储器产品的应用已十分广泛。
　　这里介绍的随机读写存储器RAM6116(2k字节)的编程器，虽然与以上提到的海量存储器无法相比，但其基本功能和运作方式却大同小异，不过后者的编程是在PC机(均带软硬件)上进行的。
　　电子爱好者通过学习手动RAM的编程方法，不仅可以进一步理解存储器的特性和工作原理，也为今后使用海量存储器的编程器产品打好基础。
　　1电路工作原理　如图69所示，其框图原理见图68(本连载二十一中)。该图中的IC1、IC2和IC3共同组成RAM6116的地址发生器，其中IC2CD4520对RAM6116地址作增量计数；IC3是单脉冲发生器，它与IC2配合工作产生RAM6116单步执行写入数据的地址；IC1是脉冲发生器，它与IC2配合产生RAM6116可变速度的读数据地址(电路原理可见本连载十八、十一、九)，IC4是RAM6116，它的地址端A0～A7与IC2的输出端相连，组成8位的256个可选地址；RAM6116地址A8～A10接地，对手动编程实验，为了简化编程电路，256个地址已足够使用了。K3～K10与其相关的元器件组成RAM6116写入电路的D0～D7数据发生器，各开关接通产生“1”信号；开关断开产生“0”信号。K11～K13、K2和K1是手动编程的控制开关。
　　编程器电路的电源共两组，一组是＋12V供IC1～IC3的工作电源；另一组经7805输出＋5V供IC4的工作电源。IC2输出的地址信号均经电阻分压成5V(如R1、R9；R8、R16的分压器)的电平后注入到RAM6116的地址端。电路中的所有发光管LED均是用作对RAM6116编程时或读信号时的指示信号。LED亮代表指示的位信号为“1”信号(高电平)；LED灭为“0”信号，以保证检测实验的各个步骤是否合乎要求。为了使编程实验直观、成功，所以编程之前应把要求的数据列成表格以便写入数据到RAM6116中去。