1、實(shí)用數(shù)字電子技術(shù)項(xiàng)目教程主編:朱向陽 羅國強(qiáng)1內(nèi)容介紹:江西省電子信息技師學(xué)院電子系項(xiàng)目1 聲光控制燈電路制作項(xiàng)目2 八路搶答器電路制作項(xiàng)目3 電子生日蠟燭的制作項(xiàng)目4 流水彩燈的制作項(xiàng)目5 31/2位直流數(shù)字電壓表的制作2項(xiàng)目3電子生日蠟燭的制作與調(diào)試 “電子生日蠟燭”就是應(yīng)用基本RS觸發(fā)器的特性，模擬仿真的“電子蠟燭”、推動音樂IC來進(jìn)行工作的。另外，像“多路燈光控制器”、“編碼電子鎖”等電子產(chǎn)品，新穎而有趣，均是與觸發(fā)器的應(yīng)用有關(guān)。 江西省電子信息技師學(xué)院電子系3內(nèi)容提要任務(wù)1 RS觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)2 JK觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)3 D觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)4 電子生日蠟燭電路

2、的制作與調(diào)試江西省電子信息技師學(xué)院電子系江西省電子信息技師學(xué)院電子系4任務(wù)1 RS觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)目標(biāo)：1熟悉基本RS觸發(fā)器的功能、基本組成和工作原理2能使用EWB仿真軟件測試基本RS觸發(fā)器的功能和真值表任務(wù)教學(xué)方式： 同步RS觸發(fā)器的內(nèi)容需用投影方式，展示其電路結(jié)構(gòu)以及邏輯功能與基本RS觸發(fā)器的異同點(diǎn) 江西省電子信息技師學(xué)院電子系5任務(wù)1 RS觸發(fā)器的邏輯功能測試 觸發(fā)器是具有記憶功能的電路，它是數(shù)字電路和計算機(jī)系統(tǒng)中具有記憶和存儲功能部件的基本邏輯單元。它的輸出有兩個穩(wěn)定狀態(tài)，分別用二進(jìn)制數(shù)碼0、1表示。觸發(fā)器在某一時刻的輸出不僅和當(dāng)時的輸入狀態(tài)有關(guān)，而且與在此之前的電路狀態(tài)有關(guān)，

3、即當(dāng)輸入信號消失后，觸發(fā)器的狀態(tài)被記憶，直到再輸入信號后，它的狀態(tài)才可能變化。 1基本RS觸發(fā)器電路組成江西省電子信息技師學(xué)院電子系6（a）邏輯電路 （b）邏輯符號由與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器 將兩個與非門的輸入端與輸出端交叉耦合就組成一個基本RS觸發(fā)器如圖（a）所示，其中、是它的兩個輸入端，“非號”表示低電平（負(fù)脈沖）觸發(fā)有效，Q、 是它的兩個輸出端，基本RS觸發(fā)器的邏輯符號如圖（b）所示。 圖中觸發(fā)器邏輯符號上輸出端的小圓圈則表示輸出端。江西省電子信息技師學(xué)院電子系72基本RS觸發(fā)器邏輯功能基本RS觸發(fā)器的兩個輸入端（稱為置“0”端）和（稱為置“1”端），字母上的“”號表示低電平有效。（1

4、）當(dāng) =1、 =1時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。（2）當(dāng) =0、 =1時，觸發(fā)器被置為“0”狀態(tài)。（3）當(dāng) =1、 =0時，觸發(fā)器被置為“1”狀態(tài)。（4）當(dāng) =0、 =0時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定。 總結(jié)：基本RS觸發(fā)器的邏輯功能是：置“0”、置“1”和保持 江西省電子信息技師學(xué)院電子系8基本RS觸發(fā)器的真值表 基本RS觸發(fā)器的特性方程 江西省電子信息技師學(xué)院電子系9問題？觸發(fā)器有哪兩個穩(wěn)定狀態(tài)？為什么說觸發(fā)器能長期保持所記憶的信息？ （提示：觸發(fā)器由一個穩(wěn)態(tài)到另一穩(wěn)態(tài)，必須有外界信號的觸發(fā)。否則它將長期穩(wěn)定在某一狀態(tài)） 江西省電子信息技師學(xué)院電子系10做一做：測試基本RS觸發(fā)器的邏輯功能江西省電子信息

5、技師學(xué)院電子系11基本RS觸發(fā)器邏輯仿真電路 江西省電子信息技師學(xué)院電子系12 在數(shù)字電路系統(tǒng)中，往往有很多的觸發(fā)器，為了使它們能按統(tǒng)一的節(jié)拍工作，大多需要加控制脈沖到各個觸發(fā)器使其得到控制，只有當(dāng)控制脈沖來時，各觸發(fā)器才工作（觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)時刻受控制脈沖的控制，而翻轉(zhuǎn)到何種狀態(tài)由輸入信號決定）。該控制脈沖稱為時鐘脈沖，簡稱CP，其波形如下圖所示。 CP上升沿低電平高電平下降沿江西省電子信息技師學(xué)院電子系131同步RS觸發(fā)器的電路組成（a）邏輯電路 （b）邏輯圖形符號2同步RS觸發(fā)器的工作原理 同步RS觸發(fā)器就好像是在基本RS上加了兩道門（與非門），該門的開與關(guān)受時鐘脈沖的控制。江西省電子信息技

6、師學(xué)院電子系14同步RS觸發(fā)器的真值表 時鐘脈沖CP輸入信號輸出狀態(tài)Q n+1功能說明SR0Q n保持100Q n保持1010置“0”1101置“1”111禁止 同步R S觸發(fā)器在無時鐘脈沖到來時不工作，在有時鐘脈沖到來時，其邏輯功能與基本RS觸發(fā)器相同，有置“0”、“1”和保持功能。 真值表中“”表示取值可以為0或1 江西省電子信息技師學(xué)院電子系15 例3.1 由圖中的R和S信號波形，畫出同步RS觸發(fā)器Q和的波形。CP=1時，S=1、R=0觸發(fā)器置1CP=1時，S=0、R=1，觸發(fā)器置0CP=1時，R=1、S=1Q不定狀態(tài)CP=1時，R=0、S=0Q狀態(tài)不變解：設(shè)RS觸發(fā)器的初態(tài)為0，當(dāng)時鐘

7、脈沖CP=0時，觸發(fā)器不受R和S信號控制，保持原狀態(tài)不變。只有在CP=1的期間，R和S信號才對觸發(fā)器起作用。 江西省電子信息技師學(xué)院電子系16做一做：同步RS觸發(fā)器的邏輯功能仿真測試 D端 D端江西省電子信息技師學(xué)院電子系17CP=1期間觸發(fā)此類觸發(fā)器無法保證觸發(fā)器在一個CP周期內(nèi)只動作一次觸發(fā)器的空翻現(xiàn)象 江西省電子信息技師學(xué)院電子系181同步式觸發(fā)類型 同步式觸發(fā)一般采用高電平觸發(fā)，即在高電平“CP=1”期間，輸入信號起作用。 CP=1期間觸發(fā)此類觸發(fā)器無法保證觸發(fā)器在一個CP周期內(nèi)只動作一次江西省電子信息技師學(xué)院電子系192邊沿觸發(fā)類型 上升沿（又稱正邊沿）觸發(fā)方式是指觸發(fā)器只在時鐘脈沖

8、CP上升沿那一時刻，根據(jù)輸入信號的狀態(tài)按其功能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)。而下降沿觸發(fā)方式是指觸發(fā)器只是在CP下降沿那一時刻按其功能翻轉(zhuǎn)，其余時刻均處于保持狀態(tài)。 這樣同樣能確保觸發(fā)器在一個CP周期內(nèi)只動作一次。 在CP下降沿那一時刻觸發(fā) 在CP上升沿那一時刻觸發(fā)江西省電子信息技師學(xué)院電子系203主從觸發(fā)類型 克服“空翻”另一個有效方法通常是采用主從觸發(fā)器。主從觸發(fā)器一般是由主觸發(fā)器、從觸發(fā)器和非門構(gòu)成。它為雙拍式工作方式，即將一個時鐘分為兩個階段（節(jié)拍）。 （1）CP高電平期間主觸發(fā)器接收輸入控制信號。而從觸發(fā)器被封鎖，保持原狀態(tài)不變。 （2）在CP由高電平轉(zhuǎn)成低電平時（即下降沿）主觸發(fā)器被封鎖，保持CP高電

9、平所接收的狀態(tài)不變，而從觸發(fā)器封鎖被解除，打開接受主觸發(fā)器的狀態(tài)。江西省電子信息技師學(xué)院電子系21 為了便于識別不同觸發(fā)方式的觸發(fā)器，目前器件手冊中CP端采用特定符號加以區(qū)別，如下表所示。 江西省電子信息技師學(xué)院電子系22任務(wù)2 JK觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)目標(biāo)：1熟悉JK觸發(fā)器的功能、基本組成和工作原理；2能使用EWB仿真測試JK觸發(fā)器的功能和真值表；3應(yīng)用集成JK觸發(fā)器進(jìn)行電子產(chǎn)品燈光控制器設(shè)計。任務(wù)教學(xué)方式： 同步JK觸發(fā)器的內(nèi)容需用投影方式，表現(xiàn)其電路結(jié)構(gòu)以及邏輯功能與同步RS觸發(fā)器的差異； 沿JK觸發(fā)器的內(nèi)容講授時，應(yīng)結(jié)合仿真電路，并舉例說明邊沿觸發(fā)的特點(diǎn) 江西省電子信息技師學(xué)院電子

10、系23任務(wù)2 JK觸發(fā)器的邏輯功能測試 同步JK觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上從輸出端引出兩條饋線，將Q將與R端相連， 端與S端相連，再加上兩個輸入端J和K構(gòu)成的。 （a）邏輯電路 (b)邏輯符號江西省電子信息技師學(xué)院電子系24JK觸發(fā)器的真值表 輸入次態(tài)功能說明JKQ n+100Q n保持010置“0”101置“1”11n翻轉(zhuǎn)=Jn+JK觸發(fā)器特性方程 江西省電子信息技師學(xué)院電子系25（a）邏輯電路 （b）邏輯符號 主從JK觸發(fā)器的邏輯功能與JK觸發(fā)器是一樣的，都具有翻轉(zhuǎn)、置“1”、置“0”和保持的功能。但因?yàn)橹鲝腏K觸發(fā)器同時擁有主觸發(fā)器和從觸發(fā)器，當(dāng)一個觸發(fā)器工作時，另一個觸發(fā)器不工作

11、，將輸入端與輸出端隔離開來，有效地解決了輸入信號變化對輸出的影響問題。江西省電子信息技師學(xué)院電子系26 解決空翻問題另一種主要辦法是使觸發(fā)器邊沿觸發(fā)，如采用邊沿觸發(fā)的JK觸發(fā)器。 （a）上升沿觸發(fā) （b）下降沿觸發(fā)江西省電子信息技師學(xué)院電子系27例32 下圖為下降沿JK觸發(fā)器的輸入波形，設(shè)初始狀態(tài)為0，試畫出輸出Q的波形。解：JK觸發(fā)器在CP期間有效讀取J、K信號，在CP下降沿到來時作相應(yīng)翻轉(zhuǎn)，根據(jù)JK觸發(fā)器特性方程可畫出Q的波形。J=1、K=1翻轉(zhuǎn)J=0、K=1置“0”J=1，K=0置“1”J=1、K=0保持江西省電子信息技師學(xué)院電子系28問題？1能否在觸發(fā)器邏輯符號上判別上升沿和下降沿兩種

12、觸發(fā)方式？2實(shí)際JK觸發(fā)器產(chǎn)品，一般設(shè)有預(yù)置端。帶預(yù)置端的JK觸發(fā)器具有何種功能？江西省電子信息技師學(xué)院電子系29做一做：JK觸發(fā)器邏輯功能的仿真測試江西省電子信息技師學(xué)院電子系30 T觸發(fā)器又稱計數(shù)型觸發(fā)器。將JK觸發(fā)器的J、K兩個端連接在一起作為一個輸入端就構(gòu)成了T觸發(fā)器。T觸發(fā)器的邏輯電路及邏輯符號分別如下圖所示。(a)T觸發(fā)器電路 (b)上升沿觸發(fā) (c)下降沿觸發(fā)T觸發(fā)器具有的邏輯功能是：“保持”和“翻轉(zhuǎn)”。 Qn+1=TnQn +T觸發(fā)器的特性方程 T觸發(fā)器的特性方程 Qn+1=n江西省電子信息技師學(xué)院電子系31做一做：燈光控制器的仿真測試江西省電子信息技師學(xué)院電子系32任務(wù)3 D

13、觸發(fā)器的邏輯功能測試任務(wù)目標(biāo)：1熟悉D觸發(fā)器的邏輯功能、基本組成和工作原理；2能使用EWB軟件仿真測試D觸發(fā)器，并得出其邏輯功能和真值表。任務(wù)教學(xué)方式： 同步D觸發(fā)器內(nèi)容需采用投影方式，表明其電路結(jié)構(gòu)以及邏輯功能與同步JK觸發(fā)器的差異 江西省電子信息技師學(xué)院電子系33 D觸發(fā)器又稱為延時觸發(fā)器或數(shù)據(jù)鎖存觸發(fā)器，在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，它可以組成鎖存器、寄存器和計數(shù)器等。較簡單的D觸發(fā)器是在同步RS觸發(fā)器的基礎(chǔ)上增加一個非門構(gòu)成的 。（a）邏輯電路 (b)邏輯圖形符號江西省電子信息技師學(xué)院電子系34D觸發(fā)器的真值表 輸入D輸出狀態(tài)Q n+1功能說明11時鐘脈沖CP上升沿加入后，輸出狀態(tài)與輸入狀

14、態(tài)相同00D觸發(fā)器的特性方程 Q =D n+1（a）上升沿觸發(fā) （b）下降沿觸發(fā)邊沿D觸發(fā)器邏輯符號 江西省電子信息技師學(xué)院電子系35做一做：D觸發(fā)器的邏輯功能仿真測試江西省電子信息技師學(xué)院電子系36做一做：四路智力搶答器電路仿真測試江西省電子信息技師學(xué)院電子系37任務(wù)4 電子生日蠟燭的制作與調(diào)試任務(wù)目標(biāo)：1進(jìn)一步熟悉基本RS觸發(fā)器的邏輯功能；2能使用EWB仿真軟件測試“電子生日蠟燭”電路的功能；3應(yīng)用與非門電路構(gòu)建基本RS觸發(fā)器，繼而完成“電子生日蠟燭”電路的設(shè)計與制作。任務(wù)教學(xué)方式： 課堂演示仿真過程，并強(qiáng)調(diào)仿真過程的注意事項(xiàng)，而后引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會結(jié)合仿真得到的數(shù)據(jù)，相互討論并得出正確結(jié)論 制

15、作時提醒學(xué)生注意一般電子產(chǎn)品安裝的工藝要求；裝配時，教師邊指導(dǎo)，邊演示操作要領(lǐng) 江西省電子信息技師學(xué)院電子系38任務(wù)4 電子生日蠟燭的制作與調(diào)試 電子生日蠟燭電路如下圖所示，電路由核心集成電路IC1（4011）及外圍元件組成。圖中，IC2示意為音樂芯片，BM為駐極體話筒，HTD為蜂鳴器。M江西省電子信息技師學(xué)院電子系39 由IC1-C與IC1-D（兩與非門）構(gòu)成基本RS 觸發(fā)器。剛接通電源時，電容C4上的電壓不會突變，使IC1-C輸出高電平，IC1-D輸出低電平，Q1、Q2均不導(dǎo)通，發(fā)光管（“蠟燭”）LED2不亮，音樂集成電路IC2也不工作。LED1是光敏二極管（或用雙金屬片替代）。 Q1用于驅(qū)動發(fā)光二極管LED2（“蠟燭”）點(diǎn)亮。Q2控制音樂芯片IC2是否得電。用打火機(jī)燈光照耀LED1（或加熱雙金屬片）時，LED1反向?qū)ǎü怆娏鬏^大，反向內(nèi)阻變?。琑S觸發(fā)器輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，IC1-D輸出高電平，Q1導(dǎo)通，“蠟燭”LED2點(diǎn)亮。IC1-C輸出低電平，Q2導(dǎo)通，音樂片IC2得電，奏響了“祝你生日快樂”的音樂聲。江西省電子信息技師學(xué)院電子系40 由IC1-A、IC1-B及電阻、電容構(gòu)成兩反相器。當(dāng)對著B吹氣時，吹氣聲由BM拾取，經(jīng)IC1-A、IC1-B放大后，觸發(fā)RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，此時，IC1-D輸出低電平、IC1-C輸出高電平，