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1、1,第14章 触发器和时序逻辑电路,广东水利电力职业技术学院 电力工程系-供用电技术专业,2,第14章 触发器和时序逻辑电路,本章介绍时序逻辑电路（简称时序电路）的内容。所谓时序逻辑电路从逻辑功能上来看，任一时刻的输出不仅取决该时刻的输入信号，还取决于电路原来的状态；从电路结构上来看，不仅包含组合逻辑电路，更重要的是还必须有存储电路。存储电路用来保存电路的状态，所以说时序逻辑电路具有记忆性，实现记忆功能的基本逻辑单元是触发器。下面首先介绍触发器。,3,14.4 555定时器及其应用 555定时器是一种数字模拟混合的中规模集成电路，其内部电路结构简单、外部各功能端运用灵活，在波形的产生与变换、测
2、量与控制、家用电器和电子玩具等领域中都有广泛的应用。如在波形和变换的产生方面，只需附加少量外部元件即可构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等电路。,14.4.1 555定时器 常用的555定时器有TTL类型的CB555和COMS类型的CC7555等，这两种型号的功能和外部引脚排列完全相同。下面以CB555为例介绍555定时器的基本功能。 CB555的电路和引脚排如图14.4.1所示。它包括三个5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、一个SR锁存器、一个与非门、一个非门和一个放电晶体管T。如果5脚接固定的电压VCO，则比较器C1的参考电压 ，加在同相输入端，C2的参考电压 ，加在
3、反相输入端；如果5脚悬空不用时，则 、 。,图14.33 CB555的电路图和引脚排图,5,是低电平有效的置零输入端。当 = 0时，输出端vO立即被置零，不受其他输入端状态的影响。正常工作时，必须使 = 1。 由图14.4.1可知，输出端vO、VOD的状态取决于SR锁存器Q端状态，而Q端状态又取决于vI1和vI2分别与VR1和VR2比较结果vC1、vC2的状态。下面分析vI1、vI2分别与VR1、VR2在不同比较情况下BC555定时器的输出状态。 （1）当vI1 VR1，vI2 VR2时，比较器C1的输出vC1 = 0，C2输出的vC2 = 1，由于SR锁存器的输入端是以低电平为有效信号，故S
4、R锁存器被置为0，所以输出端vO为低电平，放电三极管T的基极为高电平而导通， （2）当vI1 VR2时，vC1 = 1，vC2 = 1，SR锁存器的状态不变，因此输出端vO的状态和放电三极管T的状态维持不变。 （3）当vI1 VR1，vI2 VR2时，vC1 = 0，vC2 = 0，SR锁存器的状态为 ，故输出端vO为高电平，而放电三极管T处于截止状态。 由上述的分析得表14.15所示的CB555功能表。,6,表14.15 CB555的功能表,14.4.2 由555定时器组成的单稳态触发器 单稳态触发器有一个稳定状态和一个暂稳状态，当没有外加触发信号时，触发器处于稳态；只有当外加触发信号时，触
5、发器才从稳态翻转到暂稳状态，但经过一定时间后自动返回到稳定状态。暂稳状态持续的时间只与电路自身参数决定，与外触发信号无关。 图14.34（a）是由CB555定时器组成的单稳态触发器。R和C是外接元件，触发脉冲由vI2端输入；由于5脚没有外接参考电压，故有 、 ；,7,为防止高频噪声干扰，5脚对地接有0.01F的高频旁路电容。 设触发脉冲波形如图14.34（b）所示，低电平为有效信号，高电平时vI VR2。在t1时刻之前触发脉冲为高电平，即vI VR2，故比较器C2的输出为vC2 = 1。接通电源瞬间锁存的状态是随机的，若锁存器为Q = 0的状态，则晶体管T饱和导通，vC 0V，故C1的输出也为
6、vC1 = 1，锁存器保持在Q = 0的状态，所以输出稳定在vO = 0的状态。若通电源瞬间锁存器为Q = 1的状态，则晶体管T截止，VCC通过R对电容C充电，当vC上升略高于VR1时，C1的输出为vC1 = 0，于是锁存器被置0（ Q= 0）；同时，T饱和导通，电容C经T迅速放电，使得vC 0V；此时，vC1 = vC12= 1，锁存器保持在 Q= 0的状态，故输出也稳定在vO = 0的状态。总之，接通电源后电路将自动处于 Q= 0、vO = 0的稳定状态。,8,（a）电路图 （b）波形图 图14.34 由555定时器组成的单稳态触发器,9,在t1时刻触发脉冲出现下降沿，有vI VR2，使得
7、vC2 = 0，因这时仍有vC1 = 1，故将锁存器置为1，vO由0跳变为1，电路进入暂稳状态。这时放电管T截止，电源对电容充电。当vC上升略高于VR1时，有vC1 = 0；由于这时vI = 1，有vC2 = 1，故锁存器被置为 0。此后，T变为导通状态，电容C经T迅速放电，直至vC 0V，电路恢复到稳定状态。电路工作的波形见图14.34（b）。 由波形图可知，输出的矩形脉冲宽度TW等于电容电压从0上升到VR1所需的时间，因 ，故有,（14.6）,为了保证电路正常工作，输出脉冲宽度TW必须大于触发负脉冲的宽度。 利用单稳态触发器可实现波形的变换和整形。如对图14.34（b）所示的输入脉冲波形，
8、由式 （14.6）可知，通过改变RC值可调节输出正脉冲的宽度TW，从而改变了正脉冲时间与脉冲周期的比值（占空比）。又如图14.35中的输入信号是边沿不陡直、幅度不一致的波形，当vI VR2时，输出vO由0跳变为1，电路进入暂稳状态，经过TW时间后，vO再由1跳变为0，于是输出的是幅度和宽度都为一定的规则矩形波。这就单稳态触发器对波形的整形功能。,10,14.4.3 由555定时器组成的多谐振荡器 多谐振荡器是一种基本的矩形波产生器。它是一种无稳态电路，在接通电源后不需要外加触发信号，在电路的振荡下就能输出一定频率的矩形脉冲。因为矩形波含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。,图14.35 单稳态
9、触发器的整形功能,11,（a）电路图 （b）波形图 图14.36 由555定时器组成的多谐振荡器,12,图14.36（a）是由CB555定时器组成的多谐振荡器。电路中 、 。接通电源VCC后，它经R1和R2对电容C充电，当电容电压vC上升略高于VR1时，比较器C1、C2的输出分别为vC1 = 0、vC2 = 1，故将锁存器置0，输出vO = 0。与此同时，放电管T导通，电容C通过R2和T放电，vC下降。当vC下降略低于VR2时，比较器C1、C2的输出分别为vC1 = 1、vC2 = 0，故将锁存器置1，输出vO由0变为1。这时放电管T截止，VCC又经R1和R2对电容C充电。如此重复上述过程，输
10、出vO为连续的矩形波。电路的工作波形见图14.36（b）。 图14.36（b）中T1为电容C充电的时间，有,（14.7）,T2为电容C放电的时间，有,（14.8）,所以电路的振荡周期为,（14.9）,振荡频率为,（14.10）,13,图14.37是由两个多谐振荡器构成的模拟声响发生电路。根据式（14.10），元件R1、R2、C1和 、 、 取适当的值，使第1个振荡器的频率为1HZ，第2个振荡器的频率为2kHZ。由于低频振荡器的输出端3接到高频振荡器的置0输入端，因此当低频振荡器1的输出电压vO1为高电平时，高频振荡器才能振荡，vO1为低电平时，高频振荡器停止振荡。这样扬声器便发出“鸣鸣”的间断
11、声响。vO1和vO2的波形如图所示。根据式（14.7）和式（14.8）可调节发声长短和间断时间，改变声响效果。,图14.37 模拟声响电路,14,14.4.4 由555定时器组成的施密特触发器 只需将CB555定时器的两个输入端vI1和vI2连在一起作为信号输入端，即可得施密特触发器，电路见图14.38（a）。其中 、 。下面分析电路的工作原理。 （1）vI从0升高的过程 当vI VR1时，有vC1 = 0、vC2 = 1，锁存器置0，故vO = 0。vO的跳变发生在vI = VR1的处； （2）vI从高降为0的过程 当vI VR1时，有vC1 = 0、vC2 = 1，锁存器置0，故vO =
12、0； 当VR2 vI VR1时，有vC1 = vC2 = 1，锁存器维持0状态，故vO保持0状态不变； 当vI VR2时，有vC1 = 1、vC2 = 0，锁存器置1，故vO = 1。vO的跳变发生在vI = VR2的处；,图14.38 由555定时器组成的施密特触发器,16,由上述分析，可作出施密特触发器的电压传输特性，见图14.38（b）。可见，电压传输特性曲线是不可逆的。vI从0升高过程，vO从1跳变到0时所对应的输入电压称为上限阈值电压，记为VT+；vI从高降为0过程，vO从0跳变到1时所对应的输入电压称为下限阈值电压，记为VT。这两阈值电压之差 称为电路的回差电压。对于图14.38（
13、a）的电路，回差电压为,（14.11）,如果在5脚端加上一个控制电压VCO，则 、 ，故 ，即可通过改变VCO的值调节回差电压的大小。,施密特触发器常用于波形变换和整形。如在图14.39中输入信号是三角波，经施密特触发器后输出的是矩形脉冲信号，于是将边沿变化缓慢的周期信号变换为边沿陡直的矩形波。又如图14.40所示，因受干扰的影响输入信号发生了畸变，如果将它作用于触发器，则很有可能造成触发器的误动作。这时用施密特触发器对其进行整形处理，可恢复成原来的波形。,17,图14.39 用施密特触发器进行波形变换 图14.40 用施密特触发器进行波形整形,广东水利电力职业技术学院 电力工程系-供用电技术专业,谢 谢！,
