电子维修讲义——数字电路篇1

电子维修讲义——数字电路篇1
数字电子技术是研究电路的‘开’、‘关’状态及其相互间的逻輯关系的，俗称之‘开关电路’。

显然，在开关电路中，其工作状态只有‘开’ 或者 ‘关’ 。

所谓‘数字系统’，就是由基本的数字电路（开关电路）构成的。

与模拟电路的线性变化相比，数字电路的电信号是跳变方式，即通常称之谓‘脉冲’。

包含电路中用RC 过渡过程形成的‘脉冲电压、电流’均属数字电子技术涉及的范围。

常用‘逻輯代数’（布尔代数）来分析、表达、设计数字电路及其系统；‘二进制’也是分析、表达电路及其工作过程的重要工具。

一、脉冲的基本概念
1. 脉冲 ：
表示一种时间极短的突变电压或者电流信号。

开关K 的通、断使U R 的变化是一种‘突变’——脉冲；
波形图记录了电压脉冲U R 随时间突变的过程。

2. 脉冲波的参数：
上升沿（上升时间）：从0.1～0.9幅度用的时间，
又称‘前沿’；
下降沿（下降时间）：从0.9～0.1幅度用的时间，
又称‘后沿’； 脉冲宽度（t K ）：脉冲持续时间；
重复周期T ：相邻间重复出现的时间；
重复频率f ＝1/T ；
幅度：脉冲幅度变化的最大值；
理想状态下，上升、下降时间应为0，但电路参数会引起波形的‘畸变’，故希望越短越好。

3. 常见脉冲波形：
E
矩形波 微分尖脉冲
锯齿波 三角波
4. RC 电路充放电特点——脉冲形成的过渡过程；
若：开关K 合上之前电容C 上无电压（初态为0）： K 一合上，E 经R 对C 充电，u c 从0开始呈指数上升； 充电的快慢受时间常数τ= RC 约束；
RC 小，充电快，u c 增长迅速；反之，缓慢； 特点：i 从最大值E/R →下降趋于0；u R 从最大值E →下降趋于0；
u c 从0上升趋于E ，均呈指数规律变化；
若：电容C 充滿电（u c = E ），然后接通K ：
C
将放电，从C 正端经R 到C 负端；
放电快慢受RC 约束，τ大→放电缓慢，τ小→放电迅速。

也呈指数规律。

从E 下降→趋于0；
时间常数τ=RC 的单位为秒。

通常认为：充、放电过程经3～5倍τ的时间即结束（到稳态）。

RC 电路的充放电过程需时间，揭示出一个重要的概念：
电容两端的电压不能突变，总是从原始态开始进行：初始为0时，充电开始瞬间，电容相当于短路；当充满后，电容相当于断路。

二、脉冲波形的变換
1. 微分电路 —— 尖脉冲形成电路
输出与输入间为微分关系；时间常数τ= RC ；
输入在脉冲持续期间，相当于加上幅值为E 的电源对C 充电， 输出u o （
u R ）从E →下降至0；
输入脉冲间隔期间u i = 0，相当于输入端短路，电容C 对R 放电，由于C 上电压极性对输出而言呈负极性，则输出u o 从-E →放电至0；
尖脉冲的脉宽受RC 约束。

为了形成尖脉冲，时间常数τ= RC 应很小，让其在一个输入脉冲间隔内很快完成充放电；
形成微分电路的条件是：τ（RC ）＜＜t k （t k 为输入脉冲宽度）
当RC ＞＞
t k 时，变成耦合电路：
由于时间常数很大，在输入持续期，电路充放电过程缓慢，
不能在输入脉冲跳变之前结束；
电路将信号式样‘无变化’地耦合到输出，只只是是信号的交流分量形式，相当于交流放大电路中的耦合电容。

（充电过程）
2. 积分电路
输出是输入信号的积分，典型的电容充放电过程。

积分条件是：τ（RC ）＞＞t k
在脉宽与间隔时间内，充电充不至E 、放电也放不至0，输出为‘三角形’积分波。

当积分时间常数不一致时，将影响输出波‘线性度’等参数，如下图：
1. RC 小（充、放电迅速）：线性差、幅度高； 3. RC 大（充、放电缓慢）：线性好、幅度低； 当RC 极大时成为阻容滤波器，尤如交流整
流后的滤波器作用。

在线性放大电路中，我们希望信号无失真地传送；在脉冲与数字电路中，往往用改变时间常数等方式将一种波形‘有意失真’成另一种特定形式，以滿足电路需要。

三、晶体管开关电路及应用
1. 二极管开关：
由单向导电特性可将二极管等效为右图开关；
+
、下-）
，D 正向导通→K 闭合；
（为0，短路），D 截止→K 断开；
2. 三极管开关：
用三极管的饱与、截止状态来形成开关作用。

共射极接法（工作于饱与、截止区，放大区仅为前两者间的过渡）：
当输入足够大→三极管饱与，两个PN 结均正向偏置→输出为0；相当c 、e 间开关闭合； 当输入≈0 →三极管截止，两个PN 结均反向偏置→输出≈E C ；相当c 、e 间开关断开； 输出，输入间状态是相反的，称之反相器；
若将R C 換成继电器、指示灯等负載，其等效的开关即构成驱动电路。

显而易见，这些驱动是由输入端的信号形成的I b 操纵的，通常要求： βI b ＞3Ic max
，使之有足够的基极电流实现三极管饱与。

R
R R
0 R
应用例：
⑴ 反相器
当u i 为矩形脉冲时：
→ 三极管饱与 →u o
→ 三极管截止 →u o
-E b 使动态时三极管截止更好，脉冲突变更陡直。

⑵ 驱动指示灯
当输入为高电平常 →驱动三极管饱与（c 、e 开关闭合）
→指示灯亮；
当输入为低电平常 →驱动三极管截止（c 、e 开关断开）→指示灯灭；
图中：白炽灯额定电压≈Ec ；
R 为发光二极管的限流电阻 ；
⑶ 驱动继电器
驱动继电器的过程与指示灯相同。

对感性负載，需并联泄流二极管。

用复合三极管可得到更大的β值，以减小基极驱动电流。

也可用PNP 管（将右图垂直翻转即为左方形式）：当输入高电平常，管子截止（J 失电）、输入低电平常，管子饱与（J 得电）——与NPN 管形式正好相反；
⑷ 驱动开关陣列
在一个数字系统或者其电路板中经常要使用多个上述的驱动开关，将多个‘开关’集成在一块基片上的ULN2000系列‘开关陣列集成电路’也得到广泛应用。

一片ULN2003内有8个独立的集电极开路
驱动电路。

每一路输出容量约80mA 。

右图为片内结构示意及片外连接方式。

ULN2000系列多种不一致路数、输出容量的型号可供选择。

ULN2003广泛用于8位微处理器系统等的总线、接口、输出驱动。

以习惯电路板的较高密度装配、制作。

O 1 O 2
O 3 O 4 O 5 O 6 O 7 O 8 Vcc
四、二进制的基本表示方法
数字电路是研究‘开’、‘关’两个状态构成的逻辑关系及系统。

常用数码符号‘0’、‘1’来对应表示。

与此有关的即为‘二进制’，包含与十进制之间的对应关系。

与熟知的十进制数一样，二进制数也是‘累进计数’，只只是是‘逢二进一’ 。

二进制中只有‘0’、‘1’两个数码符号，也称‘数码’；它们的累计即在‘0’、‘1’间按‘逢二进一’的方式进行。

1 0 0 1 左式可見：低三位相加，没有出现‘逢二进位’，各位的与可对位写 1 1 0 1 0 出。

高二位相加（包含对本位的进位）出现二，应向上位进位，
1 0 0 0 1 1 并写出本位‘与’（ 左例本位写0）。

由此规律：十进制数与二进制数的对应关系可写成下列形式：
二位形式 三位形式
四位形式
‘位权’（簡称‘权’）的意义：
二进制数只有0、1两种数码符号，多位构成的二进制数所对应的十进制数数值能够通过‘权’相加求得：
观察‘四位形式’的对应关系：在十进数的1、2、4、8，对应了二进制数中只有某一位为‘1’，其余为0，即某位二进码为‘1’ 时，表示该位具有十进数值的多少 ——称之该位的‘权’，然后把‘出现1的权值加起来就能够了’ 。

权 2n-1
… … … 32 16 8 4 2 1
二进数位 a n-1 … … … a 5 a 4 a 3 a 2 a 1 a 0 权值是2n
关系，与‘打麻将数翻一样’。

对四位表示方式常称之‘8-4-2-1’ 编码，即为对应位的‘权值’；用权相加即可求出对应的十进数值。

例 有一个二进数 （1 0 1 0 0 1）2 ………脚标表示括号内为二进制数；
权 32 16 8 4 2 1
因此，（101001）2 ＝32+0+8+0+0+1＝（41）10 ——即为十进制的41；
以上是学习数字电路时对二进制内容的最基本的要求。

五、门电路
构成数字逻辑系统的单元有‘门电路’、‘触发器’等。

门电路是构成数字逻辑的最基本单元。

由门电路构成的逻辑电路又称之‘组合逻辑电路’，特点是：电路无存儲功能，输出是输入的即时响应 ——只要输入确定了，输出就唯一确定。

所谓‘逻辑关系’ 是指‘条件与结果的关系’。

‘与’逻辑： 只有当A 、B 都合上（条件成立），L 才能发亮（结果才成立）；
‘或者’逻辑：
当A 或者B 或者全部合上，L 均可发亮；
‘非’逻輯：
当A 合上（条件成立），
L 不发亮（结果不成立）；
上述开关条件与灯亮是三种最基本的逻辑关系。

条件及结果是人为事先约定的，显然，约定不一致，分析出的结果也不一定相同。

具有逻辑关系的电路也称之‘逻輯电路’，在数字电子技朮中也习惯称之‘数字电路’。

1.‘逻辑关系’ 的表示方法与规定：
数字电路是‘开’
、‘关’ 两状态的关系，即条件与结果的成立与否。

因此，在设计、分析过程中常用‘1’、‘0’
、‘高电平V H ’ 、‘低电平V L ’来表示电路的状态或者事件的‘成立’、‘不成立’。

若用‘1
’代表V H 并表示事件成立、‘0’ 代表V L 并表示事件不成立——称‘正逻輯’方式；
反之称之‘负逻輯’方式。

目前基本上均用‘正逻輯’方式。

这也是电路结构及人们思维方式的习惯决定的。

说明一点：在这里 ‘1’、‘0’只是表示电路的状态，它不是二进制的数码。

2. 基本门电路及表示：
⑴ 二极管与门（实现‘与’的电路）
可用二极管构成‘与逻辑’，目前广泛使用集成与门：如CD4081、74LS08、74HC08等。

表达式说明输出L 与输入AB 间是‘逻辑相乘’，输入能够是多个 ；真值表列出了输入所有可能出现的组合，输出L 对应得到输入逻辑相乘的结果，功能口诀总结出便于经历的方式。

L L B D2
L
L （逻辑符号） L ＝A ·B （逻辑乘） （逻辑表达式）
（功能口诀）
見0出0 全1出1 （真值表） 每句前两字表示输入、
后两字表示输出结果
⑵ 或者门
注意与二进制加法的区别：逻輯加法 L ＝A+B+ … …＝1（都等于1），表示只要有一个输入成立，其结果就成立，它实际是表示电路状态。

而逻辑乘法与普通代数的乘法规则是相同的。

集成电路形式的型号如：CD4071、74LS32、74HC32 … …
⑶ 非门 （反相器）
集成电路形式的型号如：CD4069、74LS04、74HC04、… …。

等
3. 复合门电路：（与、或者、非三种基本门电路的组合使用）
⑴ 与非门（与门+非门）
⑵ 或者非门（或者门+非门）
⑶ 异或者门
用与、
或者、非基本门可复合出多种逻辑门 ；用组合逻辑设计方法，可构成各类组合逻辑电路； 也有多种形式的集成复合门电路供选用，如：CD4070、CD4085 … …
L ＝A+B （逻辑加） （逻辑表达式） L
（逻辑符号） （功能口诀）
見1出1 全0出0 L ＝A （输出是A 的反） （逻辑表达式） L
（逻辑符号） （组合结构） （与非符号） （表达式） L = AB （功能口诀） 見0出1
全1出0 （功能口诀）
見1出0 全0出1 （组合结构） （表达式） L = A+B （或者非符号）
（异或者符号）
（表达式）
L ＝ B ＝AB+AB
（功能口诀）
相同出0 不一致出1
3. 组合逻辑电路的简单分析方法：
前已叙述：只用门电路构成的逻辑电路称之‘组合逻辑电路’，简称之‘组合电路’。

较复杂的逻辑电路分析、设计、包含相同功能间的电路形式变換，需要借助‘逻辑代数（布尔代数）’与相应的设计方法实现。

本文仅从维修角度编写，因而不讨论设计等较复杂的问题。

可用‘表达式’、‘真值表’对简单的组合逻輯电路逐点、逐级推导，得出输出结论：
例一 ：
L ＇=AB ，它又是后一个‘与非’的输入， C
也是‘与非’的输入：因此，L ＝ABC ，即构成有三个输入端的‘与非门’ 。

也可在三输入端加不一致的输入状态（0、
1），由逻辑门输出结果，逐级推导出结论。

例二 ：
左两逻辑电路的功能是相同
的。

说明能够用不一致的门电路来实现同一功能。

可用上述在输入端加状态标注的方法分析验证。

4. 关于输入状态的说明与电路验证方法
逻辑电路的‘状态真值表’是描述在输入状态下对应的输出状态的表格。

输入状态实际是所有输入端可能存在的状态组合。

一个端子只有‘0’、‘1’两态，因此其所有输入状态的组合量随输入端数呈 2n
（n 为输入端数）规律：即2个输入端有22
= 4种输入组合；3个入端有23
= 8种；同理，4、5、6 个入端对应16、32、64 种输入组合。

在真值表中，输入组合是按二进制数的顺序排列的：
但是，不能将表格中的输入排列看成是二进制数字，它们的每一行是代表出现在对应端子上的状态，且输入、输出是唯一的务必符合的。

以此可对电路进行验证。

验证方法是：将所有输入组合的状态逐一代入电路，求出其输出，即得此电路的真值表；以上述例二：若求出两电路的真值表结论完全相同，说明两电路完全等效，这就是‘真值表证明法’ 。

当 A=0、B=1、C=1时，L=？ 逐级标注验证
（L= ABC
） ）
=AB+BC
用二进制顺序排列能够方便
地将全部组合列出。

上表格即‘十进与二进对应关系’中的‘两位形式’、‘三位形式’与‘四位形式’。

对5个及以上输入端同理可列出，但应用较少。

5. 工作波形图及操纵机理
通常而言，真值表反应出‘静态’式的工作过程。

波形图展现了随机输入状态下电路输出的‘連续’变化方式，有利于对电路的分析。

假如将上述真值表‘右转90°’，将表格中状态用对应的‘信号跳变’画出，即可得出波形图的表示形式。

⑴ 以‘与门’为例：
将 ‘1’、‘0’代表的高、低电平从左至右画出，形成动态形式的波形图，虚线作为状态变化的
‘时间分割点（线）’。

显然，它们是根据输入状态与具体电路的功能逐一推断后作出的输出结论。

对随机输入时的输出波形的画法也由上述原理作出——波形图画法。

与门随机输入如图，作出其输出波形图：
1. 在输入波形上作‘时间分割’虚线；
2. 在每个时间段，用‘真值表口诀’推断
输出结果并画出：
（左第二段）A=1、B=0 →L=0；
余类推，‘連贯’画出。

由输出波形可見：当B=0（低电平）时，输出始终为0；只有当B=1
（高电平）时，A 上的連续
脉冲才能出现在输出端，说明与门对信号的操纵作用及B 端的操纵条件。

⑵ 异或者门 例：
异或者的‘功能口诀’是：相同出0、不一致出1，即可作出其输出波形。

可懂得为异或者门具有‘状态或者数码的比较功能’ ——对输入两信号进行比较。

⑶ 与非门 例：
同样可根据输入波形与与非的功能口诀作出其波形图； 假如仍以止上述与门的输入为例，能够得出‘与非输出是与门输出的反相’ 的结论 。

原因很简单——与非是与门输出加一个‘非’ 。

同样可对信号进行操纵。

目前，数字电路及其系统中，除个别地方使用分立元件门电路外，均广泛使用集成门电路；为了便于使用与分析，多使用‘熟记口诀’的方法掌握各自的功能。

数字集成电路使用较多的是CMOS 系列与TTL 系列：
CMOS 的典型型号为CD4000标注，工作电压3～18V ，高电平V H ≈工作电压、低电平V L ≈0V ； TTL 系列标注为74LS …、
74HC …等，工作电压5V ，V H ＞2.4V 、V L ＜0.3V ；
（逻辑符号）
A
0 0 1 1
B 0 1 0 1 L
1
（真值表‘横写’）
A B L
将状态画成‘对应跳变’
L
A B L
1
1
1
1
A B L
0 0
0 0
1
1
1
1
在CMOS 与TTL 混用时，因工作电源电压、高低电平等的差异，也有专门的集成化接口电路来‘缓冲’。

可参考有关资料的介绍。

六、触发器
用信号去驱动（触发），能够改变并保持新状态的电路。

这种电路有‘0’、‘1’两个状态，当触发信号消失后，电路状态仍保持不变，即电路有经历功能，也可认为一个触发器能存儲一位二进制的数码（0或者1）。

也称之时序电路。

经常使用的触发器有如下几种形式：
1. 基本RS 触发器 （常用‘F/F ’符号标注触发器，如RS F/F ）
两个与非门交叉耦合而成。

两个‘Q 端’为输出，其状态总是相反的，规定‘Q ’代表输出状态；其反端可念为‘Q 非端或者Q 反端’。

从结构图、由与非功能可分析出： 未触发前（静态）： R ＝ S ＝‘1’
当R →
（下跳：1→0→1）、S ＝‘1’不变 ，→ Q ＝‘0’；这是对输出的置‘0’ （Z ‘0’）； 当S → （下跳：1→0→1）、R ＝‘1’不变 ，→ Q ＝‘1’；这是对输出的置‘1’ （Z ‘1’）； 当R 或者S 过后，Q 状态被触发更新后的状态将保持不变——经历功能；
基本RS 触发器可用逻輯符号表示，R 、S 称之置位（输入）端，其上端的小园圈表示应使用下降沿触发，或者称之‘下跳变有效’、‘低电平有效’ 。

因此，R 、S 静态时均应为高电平‘1’（触发后该端应尽快返回‘1’）。

由上述分析可列成状态真值表，R 称之置0端、S 称之置1端，当R 、S 同时为0时，两个与非将‘見0出1’——破坏了Q 端互为相反的规定，此项的输出状态是‘不定’的，应禁止此种操作。

基本RS 触发器也可用或者非门构成：
基本RS 触发器应用 ——防振开关：
机械式开关的触点有弹性振动，在掷动瞬间会出现若干‘振动脉冲’，引起信
（状态真值表） （电路结构）
Z ‘0’
Z ‘1’
Q
（逻辑符号）
（电路结构）
Z ‘0’ Z ‘1’ Q
（逻辑符号）
R S Q 0 0 保持 0 1 1 （Z ‘1’） 1 0 0 （Z ‘0’） 1 1 不定 （禁止） （状态真值表）
由或者非门构成的基本RS F/F
的操作与与非形式相反：
静态时R=S=‘0’ ，
置位时，高电平有效（S 、R 端上
部没有小圈。

号混乱。

用RS 触发器对K 防振 ——每按动一次，Q 只有一个脉冲输出。

图中电阻为提供高电平而设。

动作过程可自行分析。

2. J-K 触发器
该触发器要在时钟脉冲CP 的作用下，Q 状态才能根据J 、K 操纵端的信号更新，属于‘同步工作型’触发器。

R d 、S d ：强制置位端（不受CP 约束，单独RS 功能），下降沿有效（平常应为高电平）。

CP 也是下降沿有效（在CP 下降沿时刻更新Q 状态）。

在 CP 时刻：（Q n ：原状态； Q n+1 ：新状态）
J=K=0 → 状态保持不变； J=K=1 → 状态翻转；
J ≠K →新状态跟随J 状态变化；
特点：不存在‘禁止’态，JK 触发器是全功能形式。

使用时，在CP 持续期间，J 、K 状态应稳固，否则会出错。

J-K 触发器除具有‘强制置位’功能（也称之‘异步置位’）外，也具备‘同步置位’与‘翻转’功能。

而‘翻转’功能是构成计数器、分频器等时序电路的重要条件。

3. D 触发器：—— 跟随式F/F
在时钟脉冲CP 作用下，所状态Q n+1 始终跟随操纵端D 的状态：
Q n+1 = D CP 上升沿有效。

D 触发器常用于数码储存、传送；S 、R 为异步置位，高电平有效。

特例： Q 与D 連接，形成T ＇F/F ——翻转型、计数分频型触发器
设：F/F 初始态Q=0，（ Q =1）
Q=0，（ Q =1）→D=1：CP 过后→Q=1（Q=0）→D=0：CP 过后→Q=0 … …（持续翻转）
在CP 作用下，每一个CP 的上跳时刻使触发器翻转一次；Q 与CP 波形比较：Q 波形周期是CP 的2倍，即频率为其二分之一，称： T ＇F/F 是一个‘二分频器’ ；
触发器等时序电路的波形画法与组合电路类似，由于时序电路的状态是在原状态的基础上更新，因此务必首先设定初始状态（初态）；在CP 的触发时刻（是上升沿、还是下降沿）根据电路功能（真值表）与連接方式，推断出新状态并逐段画出；
特点：每一次更新后，状态要保持到下一次CP 作用前。

集成化J-K 触发器的常见型号有：CD4027 74LS109 CC74HC107 … … …； 集成化D 触发器的常见型号有：CD4013 74LS74 CC74HC74 … … …；
使用时应搞清晰CP 、置位端等的有效方式（上升沿还是下降沿,高电平还是低电平）；
J K Q n Q n+1
0 0
1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0
0 0 0 1 1 0 1 1 （保持）
（随J ，Z ‘0’）
（随J ，Z ‘1’）
（翻转，Q n+1 =Q n ）
Q 0
1 0
1
CP Q
七、典型应用电路
1. 单稳态电路：
具有一个稳固状态与一个暫稳状态：触发后从稳态进入暫稳态，经一段时间后又自动返回稳态的电路。

它有‘延时’的效果，又称‘为单稳延时电路’。

（静态）稳态时：A=0 →Uo=1
（A=0） B=1 →C 已充滿电（D=1）； 当A 上跳触发：A=1 D=1 →Uo 下跳至暫态， 同时，A=1→B=0：C 经R 放电，当降至G2门限时，D 相当于‘0’ →Uo 上跳回稳态。

要求：触发脉冲A 的脉宽t K ＞暫态时间t W ，（暫态未结束前触发脉冲不能消失）。

有专用的单稳集电路，如：74LS123 CD4538 … … 供选用；
RC 决定暫态时间；
有多种触发方式。

（X ：表示任意态）
CD4538是CMOS 形式的精密单稳集成电路，一片中有两个相同的单稳。

R 为Z ‘0’：平常为高电平；
-A ：低电平触发；使用-A 时，+B 应接高电平（V CC ）。

+B ：高电平触发；使用+B 时，-A 应接低电平（地）。

2. 多谐振荡器：
RC 矩形振荡器：
振荡周期 T ≈ 2.3 RC
石英晶体形式： 石英晶体为选频元件。

振荡频率与R 、C 无关；R 使非门工作在
t w ≈RC
放
t K
t W
D 门限
A
B Uo
V H V L V L
V H V
L
V R 2
1
线性放大区（又称之门电路的状态转折区）。

3. 数据传送：
D 触发器在CP 作用下可将D 端状态送至Q 端并保持。

也称之‘数据寄存器’ 。

若在D6～D1对应放置二进制数各位，在一个CP 作用下，此二进数被送至O6～O1各端； 也可不用 Z ‘0’（R 接地）：CP 作用后O6～O1各端就是CP 作用前D6～D1的数据。

此传送方式广泛用在数字系统中。

4. 计数器：
用D 触发器变換成T ＇F/F ，
如图联成二进制加计数形式；
用J=K=1的翻转功能（T ＇） 构成二进制减计数形式；
DCBA 表示计入脉冲后计数器从高位到低位的二进制数状态，字母DCBA 排列序仅是一种标注习惯。

比如：当DCBA 为1001时：表示计入了9个脉冲；显然，上述四个F/F （四位）最多可计入15个（24
-1），第16个计入后将向更高位进（借）位。

称‘十六进计数器’，计数容量随F/F 位数呈2n 关系；
计数显示为二进制数顺序，也称之计数编码；四位时，DCBA 从0000 ～ 1111 ；
目前已有多种位数、进制的集成计数器，可直接选用。

上述仅说明计数器的基本结构形式。

例 CD4518：十进同步加法计数器； CD4040：12级二进制计数器； CD4060：14级二进计数器； 74LS160：十进同步加法计数器； 74LS161：4级二进制同步计数器 … …
5. 译码器：
计数器的计数状态是以二进制形式出现的（称二进编码）；使用广泛的十进计数器常用0000～1001十组状态来对应表示十进制数的0～9，这种编码方式称之BCD 码。

有的时候需将二进形式变换成人们习惯的十进方式等，由‘译码器’实现其变換。

译码的实质是对特定的状态进行推断，且结果是唯一的。

用门电路就可对编码进行推断：
Z ‘计入 计入
左图：代表二进制数的1111送至与门入端，输出出‘1’：表示此二进数是十进数的15 ；此输出在所有输入的四位码中是唯一的。

用若干个门电路构成的‘陣列’ 可将所有编码对应‘译出’。

上图用与门陣列对计数器译码。

比如：计到（2）10 即（10）2 时，Q 2=‘1’、Q 1=‘0’（Q 1=‘1’） →译码输出 ⑵ 出‘1’，其余均为‘0’，即：2被译出。

余类推。

被译出时，输出为‘1’ →称‘1’译出有效；被译出时，输出为‘0’ →称‘0’译出有效； 可根据需要选择相应的译码电路。

6. 脉冲分配器：
计数器配上对应的译码器就构成脉冲分配器（如上图）：当CP 脉冲持续不断地计入时，译码输出端将顺序分配送出‘CP 脉冲’，由此得名。

集成化的脉冲分配器电路：CD4017（左图） CP 为时钟脉冲输入，上升沿有效； CE 为时钟禁止端：当CE=0时，CP 进入计数运行；CE=1时，计数停止； R 为复位端：当R=1时→计数器置‘0’（R 端平常应为‘0’）；
7. 数码显示：
在《元件篇》与《三极管开关及其驱动》等部分，已介绍了‘发光二极管及数码管’的特性与驱动方式。

假如将脉冲分配器输出去推动发光二极管，则可指示出计数器状态 ——这是简单的显示方式。

有多种形式的集成译码器与专门与数码管配合显示数字或者字母的译码器： 例：BCD 码带锁存七段译码器（LED ）—— CD4511 （‘1’译出有效）；
从‘编码输入’送入BCD 码，数码
管显示出对应的十进数字。

LT ：‘段’检查，当LT=‘0’→七段全亮，以查译码器或者数码管‘缺段’；
BI ：消隐，当BI=‘0’→七段全灭； LE ：锁存，当LE=‘1’→译码器被锁定——编码送不进去，保持、显示锁定前的状态；
15）10
计入 （3 （2
（1
（0
译 码 输
出 计入 译 码 十 进 制 输 出
通常情况下，LT 、BI 应为‘1’——V CC ；LE 应为‘0’——接地。

八、555时间电路及其应用：
型号为NE555（三5电路）的集成时间定时电路，因使用简单、灵活，其输出又能提供较大的负載，在数字系统中应用广泛。

NE556是一块片子中有两个‘NE555’ 。

V CC —— 电源，3～18V ； TH —— 高触发端； TR —— 低触发端； R —— 置‘0’端； CO —— 外接操纵电压； D —— 放电端； U O —— 输出端；
555电路的要紧特点是：当TH 、TR 上的电位在‘1/3V CC ～2/3 V CC 之间’变化时，输出会跳变。

（电路内三个R 对V CC 均压成1/3、2/3）用其特性，可构成单稳，多谐振荡器等电路。

1. 单稳触发器：
RC 决定暫稳态时间 t K ≈1.1 RC ；
例：当R ＝100k 、C ＝10μ，t K ≈1.1 RC ＝1.1×100×103×10×10-6
＝1.1（秒）；
2. 多谐振荡器：
左图：基本结构方式；
通电，V CC →R1、R2 →C 充电，u c 上升，当升至2/3 V CC 时 →D 导通；
C →R2 →
D 放电；
如此‘一充一放’形成連续振荡。

由于充放电时各自路径的RC 常数不一致，输出为矩形波形式。

可用右图的方式实现脉冲宽度与间隔的可调：它实质是‘二极管将充放电路径各自分开’，在电
（电路，功能表） t K
2/3 V CC
u i
U O
u C
当ui 下跳：TR ＜1/3 V CC →U O 上跳、D 放电
端断，→进入‘暫态’；
同时，V CC →R → C 充电（u c 曲线）：
当u c 升至2/3 V CC 时→U O 下跳、暫态结束； D 端同时接通 →C 对地迅速放电、返回稳态；
（均参照上述功能表分析）
R2
放
位器RB 的调整下，能够作到‘充、放电RC 常数基本一致’——输出方波脉冲。

电路振荡周期 T ≈ 0.7（R1+2R2）C （秒） 2. 施密特触发器：
施密特触发器可将变化非常缓慢的的输入波形（电压），整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲，具有回差电压的特点，使之抗干扰能力较强。

输入信号接在高，低触发端上，显然
信号幅度在‘1/3～2/3 V CC 间’输出要发生跳变；
当输入从低升至 2/3 V CC 及以上时，输出下跳；
当输入从高降至 1/3 V CC 及下列时，输出上跳；
分析可見：输入从高降至2/3 V CC 时、从低升至1/3 V CC 时，输出是保持不变的，这就是‘回差电压’的含义，简称‘回差’。

回差的大小表征输出脉宽。

图示的基本应用，回差即为1/3 V CC 幅度。

假如要人为调整回差值，可在CO 端外接调整电压V CO ，即改变了原有的三分均压（見555电路图），从而改变了回差。

回差大，电路抗干扰能力强，但过大将引起‘触发灵敏度’变差。

有专门的施密特集成块：如 CD40106 ——片中有六个相同的施密特触发器。

应用例：
⑴ 鉴幅、整形 ：
‘当输入从低升至 2/3 VCC 及以上时，输出下跳’，可认为施密特触发器有‘鉴幅作用’——当输入幅度小于高触发值时，电路不动作即无输出（TH 、TR 称上、下门限）。

上述作用本身就意味着‘整形’ 。

⑵ 消除机械触点振动——防振开关：
机械按钮、开关在按动时产生的振动，相当
于在跳变的始，末附加了多个脉冲（毛刺），引起动作程序命令混乱；
加RC 积分使之‘圆滑’，然后由施密特触发器整形，使‘按动一次只出一个脉冲’。

显然RC 的时间常数不能太大——能‘淹没’即可。

⑶ 脉冲延迟电路：
与‘防振开关’电路原理类似：
积分电路对输入脉冲产生‘畸变’——上、下沿时间增长，使之变化到施密特门限电压的时间延长，即输出跳变的时间延迟。

延迟量（RC 常数）不能太大，否则运行失效。

u i
2/3V CC 1/3V CC V CC 0
U O
CO
L 输出
‘施密特’ 逻辑符号
‘TH ’
A
‘TR ’
L
K 闭合
K 断开
A 端
U O
K 上端
O
延迟时间
U O
B
A。