1、（2-1）,第五章 门电路及触发器, 5.1 概述, 5.2 分离元件门电路, 5.3 TTL集成门电路, 5.4 其它类型的TTL门电路,（2-2）, 5.1 概述,门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：与门、或门、与非门、或非门、异或门等。,在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。,（2-3）,只要能判断高低电平即可,K开-Vo=1, 输出高电平K合-Vo=0, 输出低电平,可用三极管代替,（2-4）,三极管的开关特性：,（2-5）, 5.2 分离元件门电路,二极管与门,（2-6）,二极管或门,（2-7）,三极管非门
2、,嵌位二极管,（2-8）,与非门,（2-9）,分离元件门电路缺点,1、体积大、工作不可靠。,2、需要不同电源。,3、各种门的输入、输出电平不匹配。,（2-10）, 5.3 TTL集成门电路,5.3.1 TTL与非门的基本原理,与分离元件电路相比，集成电路具有体积小、可靠性高、速度快的特点，而且输入、输出电平匹配，所以早已广泛采用。根据电路内部的结构，可分为DTL、TTL、HTL、MOS管集成门电路。,（2-11）,TTL与非门的内部结构,（2-12）,1、任一输入为低电平（0.3V）时,1V,不足以让T2、T5导通,（2-13）,1、任一输入为低电平（0.3V）时,1V,uo=5-uR2-ub
3、e3-ube43.4V高电平！,（2-14）,2、输入全为高电平（3.4V）时,电位被嵌在2.1V,全反偏,1V,（2-15）,2、输入全为高电平（3.4V）时,全反偏,uF=0.3V,此电路,（2-16）,一、电压传输特性,5.3.2 TTL与非门的特性和技术参数,测试电路,（2-17）,u0(V),ui(V),1,2,3,UOH,(3.4V),UOL,(0.3V),传输特性曲线,UOL,(0.3V),阈值UT=1.4V,理想的传输特性,输出高电平,输出低点平,（2-18）,1、输出高电平UOH、输出低电平UOL,UOH2.4V UOL 0.4V 便认为合格。,典型值UOH=3.6V UOL
4、 =0.3V 。,2、阈值电压VTH,uiVTH时，认为ui是高电平。,VTH=1.4V,（2-19）,二、输入、输出负载特性,1、前后级之间电流的联系,（2-20）,前级输出为 高电平时,前级,后级,流出前级电流IOH（拉电流）,（2-21）,前级输出为 低电平时,前级,后级,流入前级的电流IOL 约 1.4mA (灌电流),（2-22）,关于电流的技术参数,（2-23）,2、扇出系数,与门电路输出驱动同类门的个数,前级输出为 高电平时,例如：,（2-24）,前级,前级输出为 低电平时,（2-25）,输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）：,输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）：,与非门的
5、扇出系数一般是10。,（2-26）,1、悬空的输入端相当于接高电平。,2、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。,说明,（2-27）,4、平均传输时间,tpd1,tpd2,平均传输时间,（2-28）, 5.4 其它类型的TTL门电路,2.4.1 集电极开路的与非门（OC门）,（2-29）,符号,！,（2-30）,应用时输出端要接一上拉负载电阻RL,（2-31）,1、OC门可以实现“线与”功能,F=F1F2F3,RL,（2-32）,F=F1F2F3?,（2-33）,F=F1F2F3?,所以：F=F1F2F3!,（2-34）,2、负载电阻RL和电源 UCC可以根据情况选择,（2-35）,5.4.
6、 三态门,E-控制端,1,（2-36）,（2-37）,（2-38）,符号,功能表,（2-39）,符号,功能表,（2-40）,三态门主要作为TTL电路与总线间的接口电路,用途：,E1、E2、E3分时接入高电平,（2-41）,一、概述,二、触发器的基本形式,三、触发器按逻辑功能的分类,四、触发器逻辑功能的转换,五、触发器应用举例,第五章 门电路及触发器,（2-42）,一、 概述,触发器,触发器输出有两种可能的状态：0、1；,输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；,触发器是有记忆功能的逻辑部件。,按功能分类：R-S触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。,（2-43）,二、触发器的基
7、本形式,反馈,（2-44）,输入RD=0, SD=1时,若原状态：,1,1,0,0,1,0,1,0,输出仍保持：,（2-45）,输入RD=0, SD=1时,若原状态：,0,1,1,1,1,0,1,0,输出变为：,（2-46）,输入RD=1, SD=0时,若原状态：,1,0,1,0,1,0,1,1,输出变为：,（2-47）,输入RD=1, SD=0时,若原状态：,0,0,1,1,0,1,0,1,输出保持：,（2-48）,输入RD=1, SD=1时,若原状态：,1,0,1,1,1,0,0,1,输出保持原状态：,（2-49）,输入RD=1, SD=1时,若原状态：,1,1,0,1,1,0,输出保持原
8、状态：,（2-50）,输入RD=0, SD=0时,输出全是1,但当RD=SD=0同时变为1时，翻转快的门输出变为0，另一个不得翻转。,（2-51）,基本触发器的功能表,（2-52）,1、触发器是双稳态器件，只要令RD=SD=1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。,2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q=1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q=0，RD称为“复位”或“清0”端。,（2-53）,三、 触发器按逻辑功能的分类,1 RS触发器,（2-54）,CP=0时,0,触发器保持原态,（2-55）,CP=1时,1,（
9、2-56）,RS触发器的功能表,（2-57）,简化的功能表,Qn+1 -下一状态（CP过后）,Qn -原状态,（2-58）,逻辑符号,（2-59）,例：画出RS触发器的输出波形 。,CP,R,S,Q,使输出全为1,CP撤去后状态不定,（2-60）,（3）JK触发器,JK触发器的功能最完善，有两个控制端J、K。,（2-61）,JK触发器的功能,被封锁,保持原态,J=K=0时：,（2-62）,JK触发器的功能,相当于T触发器T=1,J=K=1时：,（2-63）,JK触发器的功能,Qn=0时,Qn+1=1,J=1，K=0时：分两种情况（Q=0,Q=1）,（2-64）,JK触发器的功能,Qn=1时,F
10、主被封保持原态,Qn+1 =1,（2-65）,JK触发器的功能,Qn+1=0,同样原理：,J=0，K=1时：,（2-66）,功能表,逻辑符号,（2-67）,时序图,CP,K,J,Q,保持,T,（2-68）,触发器的功能,（2-69）,1. JK触发器转换成D触发器,四触发器之间的转换,（2-70）,2. JK触发器转换成T触发器,（2-71）,3. D触发器转换成T触发器,（2-72）,五、应用举例,例：四人抢答电路。四人参加比赛，每人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯亮。并且，其它按钮按下时不起作用。,电路的核心是74LS175四D触发器。它的内部包含了四个D触发器，各输入、输出以字
11、头相区别，管脚图见下页。,（2-73）,1Q,1D,2Q,2D,GND,4Q,4D,3Q,3D,时钟,请零,USC,公用清零,公用时钟,74LS175管脚图,（2-74）,+5V,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,赛前先清零,输出为零发光管不亮,（2-75）,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,+5V,CP,反相端都为1,1,（2-76）,D1,D2,D3,D4,CLR,CP,CP,+5V,若有一按钮被按下，比如第一个钮。,0,0,这时其它按钮被按下也没反应,（2-77）,单稳态触发器,555定时器的原理和应用,（2-78）,概述,数字电路区别于模拟电路的主要特点之 一是：它的工作
12、信号是离散时间的脉冲信号。最常用的脉冲信号是方波(矩形波)。如何产生方波以及对不理想的方波如何整形，是下面讨论的重点。,（2-79）,1 单脉冲的产生,按钮按放一次，便产生一个单脉冲。,但是，由于按钮 S 机械动作经常伴有抖动现象，使得输出的方波很不理想，毛刺很大。这样的方波用到数字系统中很容易引起误动作。因此，这个电路没有实用价值。,（2-80）,正常时，不按按钮，Q0；,按下按钮时，锁定器翻转，Q1；,松开按钮后，回到Q0。,（2-81）,2 单稳态触发器,单稳态触发器简称单稳。,它的突出特点是: 输出端只有一个稳定状态, 另一个状态则是暂稳态.加入触发信号后,它可以由稳定状态转入暂稳态,
13、但是 , 经过一定时间以后,它又会自动返回原来的 稳定状态。,（2-82）,单稳态触发器的应用,单稳的应用多种多样,如:整形、延时控制、定时顺序控制等等。,例如“ 延时控制 ”,利用单稳可以取得延时作用,延长的时间可以通过 R、C调节。,（2-83）,555定时器的原理和应用,555定时器是将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。它使用方便,带负载能力较强, 目前得到了非常广泛的应用。,1、555定时器的工作原理,555定时器的内部电路包括以下几部分 : 一个由三个相等电阻组成的分压器; 两个电压比较器: 1、2 ;一个同步 RS 触发器; 一个反相器和一个晶体管T。具体的 结构见后图。,（
14、2-84）,R,S,Q,Q,-,-,+,+,A1,A2,T,uo,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,p167,（2-85）,R,S,Q,Q,-,-,+,A1,A2,T,uo,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,+,（2-86）,R,S,Q,Q,+,+,-,-,A1,A2,VCC,TH,CO,TR,D,T,uo,RD,8,7,6,4,5,3,2,1,R,R,R,三个电阻构成的分压器给 两个比较器提供基准电压: A1 的为 2VCC / 3 , A2 的为 VCC / 3 。,首先讨论上图中加彩色部分的电路的工作原理。,（2-87）,1,0,1,0,0,0,阈值端,触发端,TH,
15、TR,R,S,比较的结果,阈值端,触发端,1,1,（2-88）,附录:,（2-89）,综合以上的分析结果,便可得到555的功能表:,（2-90）,6.5.2 555定时器的应用,(1). 双稳态触发器: 微电机起动停车控制电路。,S1 : 起动按钮,S2 : 停车按钮,（2-91）,仅按下起动按钮 S1 , 则 TR VCC / 3 ; 未按 S2 , 当然 TH VCC / 3 , TH 2VCC / 3 , 未按 S1 , 当然TR VCC / 3 , 这时 uo = 0 , 电机停止运行。,如果松开 S2 , 电机仍不转动 。,（2-92）,(2). 单稳态触发器: 洗相曝光定时器,若S
16、打开 , 则 ui = 1 ;,若S合上 , 则 ui = 0 。,（2-93）,TH VCC /3,按钮 S 处于打开状态时：,uo = 0 , 555内的管T导通 , 电容 CT 被短路, TH =0.3V 。,处于稳定状态“0”,（2-94）,按一下 S , TR VCC ,已有 TH 2VCC /3 , 且已 有 TR VCC /3 , uo = 0 ;,555内的晶体管T也由截止变成导通 , 电容CT 迅速放电而变成 0V。,（2-96）,由以上过程可以看出 : 按钮每按动一次 , uo 便输出一个正脉冲,其宽度 TW 由 RT CT 决定 。,（2-97）,红灯亮的时间即为曝光时间
17、 TW,TW = 1.1 RT CT,（2-98）,(3). 多谐振荡器: 简易电子琴电路,首先说明如何用555 定时器构成多谐振荡器:,输出波形,（2-99）,设电容C 原先未充电, 故 TH = TR VCC /3 , 此时 uo = 1 , 555内的晶体管 T 截止 , 电源通过 R1 和 R2 对电容 C 充电。,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,（2-100）,在 uC 没有充电到 2VCC /3 之前, uo 保持 1 不变。,t1,t2,t3,（2-101）,T1,T2,输出方波的周期 T的计算:,T = T1 + T2 = 0.7 ( R1 + 2R2 ) C,（2-102）,如何改变方波的占空比？,改变充放电回路的时间常数！,（2-103）,简易电子琴就是通过改变R2 的阻值来改变输出方波的周期 , 使外接的喇叭发出不同的音调 。,
