www.ed-china.com
1 1 1 1 1 1
43
先从 R D 端送低电平清零，使寄存器成 0000 状态。假定要输入的数码是 1001 ，输 入的次序是先高后低逐位输入。第 1 个 CP 后， 1 被打入第 1 个触发器，寄存器成 000 1 ；第 2 个 CP 后， Qo 的 1 被移入 Q 1 ，新的 0 打入 D 1 ，成为 0010 ；第 3 个 CP 后，成为 0100 ；第 4 个 CP 后，成为 1001 。
可见经过 4 个 CP ，寄存器就寄存了 4 位二进制码 1001 。目前已有品种繁多的集成 化寄存器供选用。 计数器和分频器 （ 1 ）计数器
能对脉冲进行计数的部件叫计数器。计数器品种繁多，有作累加计数的称为加法计数器， 有作递减计数的称为减法计数器；按触发器翻转来分又有同步计数器和异步计数器；按数制 来分又有二进制计数器、十进制计数器和其它进位制的计数器等等。
现举一个最简单的加法计数器为例，见图 9 。它是一个 16 进制计数器，最大计数值 是 1111 ，相当于十进制数 15 。需要计数的脉冲加到最低位触发器的 CP 端上，所有的 J 、 K 端都接高电平 1 ，各触发器 Q 端接到相邻高一位触发器的 CP 端上。 J—K 触发
器的特性表告诉我们：当 J=1 、 K=1 时来一个 CP ，触发器便翻转一次。在全部清零后， ① 第 1 个 CP 后沿，触发器 C0 翻转成 Q0=1 ，其余 3 个触发器仍保持 0 态，整个计
数器的状态是 0001 。 ② 第 2 个 CP 后沿，触发器 C0 又翻转成“ Q0=0 ， C1 翻转成
Q1=1 ，计数器成 0010 。 ?? 到第 15 个 CP 后沿，计数器成 1111 。可见这个计数器
确实能对 CP 脉冲计数。 （ 2 ）分频器
计数器的第一个触发器是每隔 2 个 CP 送出一个进位脉冲，所以每个触发器就是一个 2 分频的分频器， 16 进制计数器就是一个 16 分频的分频器。 1 1 1 1 1 1
44
为了提高电子钟表的精确度，普遍采用的方法是用晶体 生 32768 赫标准信号脉冲，经过 15 级 2 分频处理得到 1 赫的秒信号。因为晶体振荡器 的准确度和稳定度很高，所以得到的秒脉冲信号也是精确可靠的。把它们做到一个集成片上 便是电子手表专用集__________成电路产品，见图 10 。
26 www.ed-china.com
数字逻辑电路读图要点和举例
数字逻辑电路的读图步骤和其它电路是相同的，只是在进行电路分析时处处要用逻辑分 析的方法。读图时要： ① 先大致了解电路的用途和性能。
② 找出输入端、输出端和关键部件，区分开各种信号并弄清信号的流向。 ③ 逐级分析输出与输入的逻辑关系，了解各部分的逻辑功能。 ④ 最后统观全局得出分析结果。 例 1 三路抢答器
图 11 是智力竞赛用的三路抢答器电路。裁判按下开关 SA4 ，触发器全部被置零，进 入准备状态。这时 Q1 ～ Q3 均为 1 ，抢答灯不亮；门 1 和门 2 输出为 0 ，门 3 和门
4 组成的音频振荡器不振荡，扬声器无声。 1 1 1 1 1 1
45
竞赛开始，假定 1 号台抢先按下 SA1 ，触发器 C1 翻转成 Q1=1 、 Q1=0 。于是： ① 门 2 输出为 1 ，振荡器振荡，扬声器发声； ②HL1 灯点亮； ③ 门 1 输出为 1 ，这
时 2 号、 3 号台再按开关也不起作用。裁判宣布竞赛结果后，再按一下 SA4 ，电路又进 入准备状态。
例 2 彩灯追逐电路
图 12 是 4 位移位寄存器控制的彩灯电路。开始时按下 SA ，触发器 C1 ～ C4 被置 成 1000 ，彩灯 HL1 被点亮。 CP 脉冲来到后，寄存器移 1 位，触发器 C1 ～ C4 成 01 00 ，彩灯 HL2 点亮。第 2 个 CP 脉冲点亮 HL3 ，第 3 个点亮 HL4 ，第 4 个 CP 又把
触发器 C1 ～ C4 置成 1000 ，又点亮 HL1 。如此循环往复，彩灯不停闪烁。只要增加触
发器可使灯数增加，改变 CP 的频率可变化速度。 1 1 1 1 1 1
46
七、电路中的555 电路
555 集成电路开始出现时是作定时器应用的，所以叫做 555 定时器或 555 时基电路。但是
后来经过开发，它除了作定时延时控__________制外，还可以用于调光、调温、调压、调速
27 www.ed-china.com
等多种控制
以及计量检测等作用；还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，作为交流信号源 以及完成电源变换、频率变换、脉冲调制等用途。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉， 因此目前被广泛用于各种小家电中。
555 集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、触发器、输出管和放电管等， 电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。它的性能和参数要在非线性模拟集成电路 手册中才能查到。555 集成电路是8 脚封装，图1（a）是双列直插型封装，按输入输出的 排列可画成图 1（b）。其中 6 脚称阀值端（TH），是上比较器的输入。2 脚称触发端（ ）， 是下比较器的输入。3 脚是输出端（VO），它有 0 和 1 两种状态，它的状态是由输入端所
加的电平决定的。7 脚的放电端（DIS），它是内部放电管的输出，它也有悬空和接地两种 状态，也是由输入端的状态决定的。4 脚是复位端（ ），加上低电砰（＜0.3 伏）时可 使输出成低电平。5 脚称控制电压端（VC），可以用它改变上下触发电平值。8 脚是电源， 1 脚为地端。
对于初学者来说，可以把 555 电路等效成一个带放电开关的 R － S 触发器，如图 2 （ a ）。这个特殊的触发器有两个输入端；阈值端（ TH ）可看成是置零端 R ，要求高电
平；触发端（ ）可看成是置位端，低电平有效。它只有 1 个输出端 V O ， V O 可 等效成触发器的 Q 端。放电端（ DIS ）可看成由内部的放电开关控制的一个接点，放电开 1 1 1 1 1 1
47
关由触发器的 Q 端控制： =1 时 DIS 端接地； =0 时 DIS 端悬空。此外这个触发器还 有复位端 ，控制电压端 V C ，电源端 V DD 和地端 GND 。 这个特殊的 R － ___________S 触发器有 2 个特点：（ 1 ）两个输入端的触发电平要求一高一
低：置零端 R 即阈值端 TH 要求高电平，而置低端 即触发端 则要求低电平。（ 2 ） 两个输入端的触发电平，也就是使它们翻转的阈值电压值也不同，当 V C 端不接控制电压 时，对 TH （ R ）端来讲， > 2 /3 V DD 是高电平 1 ， < 2 /3 V DD 是低电平 0 ；而 对 （ ）端来讲，＞ 1/ 3 V DD 是高电平 1 ，＜ 1 /3 V DD 是低电平 0 。如果在
控制端（ V C ）加上控制电压 V C ，这时上触发电平就变成 V C 值，而下触发电平则变 成 1 /2 V C 。可见改变控制端的控制电压值可以改变上下触发电平值。
经过简化， 555 电路可以等效成一个触发器，它的功能表见图 2 （ b ）。
555 集成电路有双极型和 CMOS 型两种。 CMOS 型的优点是功耗低、电源电压低、输入
阻抗高，但输出功率较小，输出驱动电流只有几毫安。双极型的优点是输出功率大，驱动电 流达 200 毫安，其它指标则不如 CMOS 型的。
此外还有一种 556 双时基电路， 14 脚封装，内部包含有两个相同的时基电路单元。 555 的应用电路很多，大体上可分为 555 单稳、 555 双稳和 555 无稳三类。 555 单稳
28 www.ed-china.com
电
路单稳电路有一个稳态和一个暂稳态。 555 的单稳电路是利用电容的充放电形成暂稳态的，
因此它的输入端都带有定时电阻和定时电容，常见的 555 单稳电路有两种。 （ 1 ）人工启动型单稳
将 555 电路的 6 、 2 端并接起来接在 RC 定时电路上，在定时电容 C T 两端接按钮 开关 SB ，就成为人工启动型 555 单稳电路，见图 3 （ a ）。用等效触发器替代 555 ， 并略去与单稳工作无关的部分后画成等效图 3 （ b ）。下面分析它的工作： 1 1 1 1 1 1
48
① 稳态：接上电源后，电容 C T 很快充到 V DD ，从图 3 （ b ）看到，触发器输入 R=1 ， =1 ，从功能表查到输出 V o =0 ，这是它的稳态。
② 暂稳态：按下开关 SB ， C T 上电荷很快放到零，相当于触发器输入 R=0 ， =0 ， 输出立即翻转成 V o =1 ，暂稳态开始。开关放开后，电源又向 C T 充电，经时间 t d 后， C T 上电压升到 > 2 /3 V DD 时，输出又翻转成 V =0 ，暂稳态结束。 t d 就是单 稳电路的定时时间或延时时间，它和定时电阻 R T 和定时电容 C T 的值有关； t d=1.1R T C T 。
（ 2 ）脉冲启动型单稳
把 555 电路的 6 、 7 端并接起来接到定时电容 C T 上，用 2 端作输入就成为脉冲 启动型单稳电路，见图 4 （ a ）。电路的 2 端平时接高电平，当输入接低电平或输入负 脉冲时才启动电路。用等效触发器替代 555 电路后可画成图 4 （ b ）。这个电路利用放 电端使定时电容能快速放电。下面分析它的工作状态： 1 1 1 1 1 1
49
① 稳态：通电后， R=1 ， =1 ，输出 V o =0 ， DIS 端接地， C T 上电压为 0 即 R=0 ，输出仍保持 V o =0 ，这是它的稳态。
② 暂稳态：输入负脉冲后，输入=0 ，输出翻转成 V o =1 ， DIS 端开路，电源通过 R T 向 C T 充电，暂稳态开始。经过 t d 后， C T 上电压升到＞ 2 /3 V DD ，这时负脉 冲已经消失，输入又成为 R=1 ， =1 ，输出又翻转成 V o =0 ，暂稳态结束。这时内部放 电开关接通， DIS 端接地， C T 上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。电路的定
时时间 t d =1.1R T C T 。
这两种单稳电路常用作定时延时控制。 555 双稳电路
29 www.ed-china.com
常见的 555 双稳电路有两种。 （ 1 ） R-S 触发器型双稳 把 555 电路的 6 、 2 端作为两个控制输入端， 7 端不用，就成为一个 R － S 触发器。 要注意的是两个输入端的电平要求和阈值电压都不同，见图 5 （ a ）。有时可能只有一个
控制端，这时另一个控制端要设法接死，根据电路要求可以把 R 端接到电源端，见图 5 （ b ），也可以把 S 端接地，用 R 端作输入。
有两个输入端的双稳电路常用作电机调速、电源上下限告警等用途，有一个输入端的双 稳电路常作为单端比较器用作各种检测电路。 1 1 1 1 1 1
50
（ 2 ）施密特触发器型双稳
把 555 电路的 6 、 2 端并接起来成为只有一个输入端的触发器，见图 6 （ a ）。 这个触发器因为输出电压和输入电压的关系是一个长方形的回线形，见图 6 （ b ），所以
被称为施密特触发器。从曲线看到，当输入 V i =0 时输出 V o =1 。当输入电压从 0 上 升时，要升到＞ 2/ 3 V DD 以后， V o 才翻转成 0 。而当输入电压从最高值下降时，要 降到 < 1 /3 V DD 以后， V o 才翻转成 1 。所以输出电压和输入电压之间是一个回线形 曲线。由于它的输入有两个不同的阈值电压，所以这种电路被用作电子开关，各种控制电路， 波形变换和整形的用途。 555 无稳电路
无稳电路有 2 个暂稳态，它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态， 它的输出是一串矩形脉冲，所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。 555 的无稳电路 有多种，这里介绍常用的 3 种。 （ 1 ）直接反馈型 555 无稳
利用 555 施密特触发器的回滞特性，在它的输入端接电容 C ，再在输出 V 0 与输入 之间接一个反馈电阻 R f ，就能组成直接反馈型多谐振荡器，见图 7 （ a ）。用等效触 发器替代 555 电路后可画成图 7 （ b ）。现在来看看它的振荡工作原理：
刚接通电源时， C 上电压为零，输出 V 0 =1 。通电后电源经内部电阻、 V 0 端、 R f 向 C 充电，当 C 上电压升到＞ 2 /3 V DD 时，触发器翻转 V 0 =0 ，于是 C 上电荷通
过 R f 和 V 0 放电入地。当 C 上电压降到＜ 1 /3 V DD 时，触发器又翻转成 V 0 =1 。 电源又向 C 充电，不断重复上述过程。由于施密特触发器有 2 个不同的阀值电压，因此 C 就在这 2 个阀值电压之间交替地充电和放电，输出得到的是一串连续的矩形脉冲，见图 7 （ c ）。脉冲频率约为 f=0.722 ／ R f C 。 1 1 1 1
30