【導(dǎo)讀】1．掌握基本RS、JK、D和T觸發(fā)器的邏輯功能。2．掌握集成觸發(fā)器的使用方法和邏輯功能的測試方法。3．熟悉觸發(fā)器之間相互轉(zhuǎn)換的方法。貯器件，是構(gòu)成各種時序電路的最基本邏輯單元?；綬S觸發(fā)器具有置“0”、置“1”和“保持”三種功能。基本RS觸發(fā)器也可以用兩個“或非門”組成，此時為高電平觸發(fā)有效。本實驗采用74LS112雙JK觸發(fā)器，是下降邊沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。Q與Q為兩個互補輸出端。通常把Q=0、Q=1的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”。JK觸發(fā)器常被用作緩沖存儲器，移位寄存器和計數(shù)器。端為高電平有效。的狀態(tài)的只取決于時鐘到來前D端的狀態(tài)，D觸發(fā)器的應(yīng)用很廣，可用作數(shù)字信號的寄存，移位寄存，分頻和波形發(fā)生等。有很多種型號可供各種用途的需要而選用。CC4013），四D，六D，八D等。圖9-3為雙D74LS74的引腳排列和邏輯符號。為反轉(zhuǎn)觸發(fā)器，廣泛用于計數(shù)電路中。同樣，若將D觸發(fā)器的Q端與D端相連，便轉(zhuǎn)換成T，觸發(fā)器。擬表格并記錄之。

　　

【正文】 5K 電阻，故取名 555 電路。其電路類型有雙極型和 CMOS 型兩大類，二者的結(jié)構(gòu)與工作原理類似。幾乎所有的雙極型產(chǎn)品型號最后的三位數(shù)碼都是 555 或 556；所有的 CMOS 產(chǎn)品型號最后四位數(shù)碼都是 7555 或 7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555 和 7555 是單定時器。 556 和 7556 是雙定時器。雙極型的電源電壓 Vec=+5V～ +15V，輸出 的最大電流可達 200mA， CMOS 型的電源電壓為 +3～ +18V。 1． 555 電路的工作原理 555 電路的內(nèi)部電路方框圖如圖 151 所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本 RS 觸發(fā)器，一個放電開關(guān)管 T，比較器的參考電壓由三只 5KΩ的電阻器構(gòu)成分壓器提供。它們分別使高電平比較器 A1 的同相輸入端和低電平比較器 A2 的反相輸入端的參考電平為32 VCC和 31 VCC。 A1 與 A2 的輸出端控制 RS 觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號自 6 腳，即高 電平觸發(fā)輸入并超過參考電平 32 VCC 時，觸發(fā)器復(fù)位， 555 的輸出端 3 腳輸出低電平，同時放電開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自 2 腳輸入并低于時 31 VCC 時，觸發(fā)器置位，555 的 3 腳輸出高電平，同時放電開關(guān)管截止。 RD 是復(fù)位端，當(dāng) RD=0， 555 輸出低電平。平時 RD 端開路或接 VCC。 （ a） （ b） 圖 151 555 定時器內(nèi)部框圖及引腳排列 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 39 VC 是控制電壓端（ 5 腳 ），平時輸出32VCC 作為比較器 A1 的參考電平，當(dāng) 5 腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外電壓時，通常接一個 f 的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。 T 為放電管，當(dāng) T 導(dǎo)通時，將給接于腳 7 的電容器提供低阻放電通路。 555 定時器主要是與電阻、電容構(gòu)成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關(guān)的通斷。這就很方便地構(gòu)成從微秒到數(shù)十分鐘的延時電路，可方便地構(gòu) 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生或波形變換電路。 2． 555 定時器的典型應(yīng)用 （ 1）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 152（ a）為由 555 定時器和外接定時元件 R、 C 構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)電路由C R D 構(gòu)成，其中 D 為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時 555 電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管 T 導(dǎo)通，輸出端 F 輸出低電平，當(dāng)有一個外部負脈沖觸發(fā)信號經(jīng) C1 加到 2 端。并使 2 端電位瞬時低于 31 VCC，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個暫態(tài)過程，電容C 開始充電， VC 按指數(shù)規(guī) 律增長。當(dāng) VC 充電到 32 VCC 時，高電平比較器動作，比較器A1 翻轉(zhuǎn)，輸出 Vo 從高電平返回低電平，放電開關(guān)管 T 重新導(dǎo)通，電容 C 上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。波形圖如圖 152（ b）所示。 （ a） （ b） 圖 152 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間 tw（即為延時時間）決定于外接元件 R、 C 的大小。 tw= 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 40 通過改變 R、 C 的大小，可使延時時間在幾個微秒到幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可以使用復(fù)位端（ 4 腳）接地的方法來中止暫態(tài)，重新計時。此外尚須用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。 （ 2）構(gòu)成多諧振蕩器 如圖 153（ a）所示由 555 定時器和外接元件 R R C 構(gòu)成多諧振蕩器，腳 2 與腳6 直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，利用電源通過 R R2 向 C 充電，以及 C 通過 R2 向放電端 Ct 放 電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容 C 在31VCC和32VCC 之間充電和放電，其波形如圖 153（ b）所示。輸出信號的時間參數(shù)是 T=tw1+tw2，tw1=（ R1+R2） C， tw2= 555 電路要求 R1 與 R2 均應(yīng)大于或等于 1KΩ，但 R1+R2 應(yīng)小于或等于 。 外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性， 555 定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。 （ 3）組成占空比可調(diào)的多諧振蕩器 電路如圖 154 所示，它比圖 153 所示電路增加了一個電位器和兩個導(dǎo)引二極管。 DD2 用來決定電容充、放電電流流經(jīng)電阻的途徑（充電時 D1 導(dǎo)通， D2 截止；放電時 D2 導(dǎo)通， D1 截止）。 占空比 tw1 RA q= ≈ = tw1+tw2 （ RA+RB） RA+RB 可見，若取 RA=RB 電路即可輸出占空比為 50％的方波信號。 （ a） （ b） 圖 153 多諧振蕩器 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 41 圖 154 占空比可調(diào)的多諧振蕩器 （ 4）組成占空比連續(xù)可調(diào)并能調(diào)節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器 電路如圖 155 所示。對 C1 充電時，充電電流通過 R D W2 和 W1；放電時通過W W D R2。當(dāng) R1=R W2 調(diào)至中心點，因充放電時間基本 相等，其占空比約為50％，此時調(diào)節(jié) W1 僅改變頻率，占空比不變。如 W2 調(diào)至偏離中心點，再調(diào)節(jié) W1，不僅振蕩頻率改變，而且對占空比也有影響。 W1 不變，調(diào)節(jié) W2，僅改變占空比，對頻率無影響。因此，當(dāng)接通電源后，應(yīng)首先調(diào)節(jié) W1 使頻率至規(guī)定值，再調(diào)節(jié) W2，以獲得需要的占空比。若頻率調(diào)節(jié)的范圍比較大，還可以用波段開關(guān)改變 C1 的值。 圖 155 占空比與頻率均可調(diào)的多諧振蕩 （ 5）組成施密特觸發(fā)器 電路如圖 156 所示，只要將腳 6 連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 42 圖 157 示出了 VS， Vi 和 Vo 的波形圖。 圖 156 施密特觸發(fā)器 設(shè)被整形變換的電壓為正弦波 VS，其正半波通過二極管 D 同時加到 555 定時器的 2腳和 6 腳，得 Vi 為半波整流波形。當(dāng) Vi 上升到 32 VCC 時， Vo 從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平；當(dāng)Vi 下降到 31 VCC 時， Vo 又從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。電路的電壓傳輸特性曲線如圖 158 所示。 回差電壓 △ V= 32 VCC－ 31 VCC =31 VCC 圖 157 波形變換圖 圖 158 電壓傳輸特性 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 43 三、實驗設(shè)備與器件 1． +5V 直流電源 2．雙蹤示波器 3．連續(xù)脈沖源 4．單次脈沖源 5．音頻信號源 6．?dāng)?shù)字頻率計 7． 01 指示器 8． 55 2CK13 2 電位器、電阻、電容若干 四、實驗內(nèi)容 1．單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 （ 1）按圖 152 連線，取 R=100K， C=47μ f，輸出接 LED 電平指示器。輸入信號 vi由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測波形 vi， vc， vo 波形。測定幅度與暫穩(wěn)時間（用手表計時）。 （ 2）將 R 改為改為 1K， C 改為 f，輸入端加 1KHZ 的連續(xù)脈沖，觀測波形 vi，vc， vo，測定幅度及延時時間。 2．多諧振蕩器 （ 1）按圖 153 接線，用雙蹤示波器觀測 vc 與 vo 的波形，測定頻率。 （ 2）按圖 154 接線，組成占空比為 50％的方波信號發(fā)生器。觀測 vc， vo 波形，測定波形參數(shù)。 （ 3）按圖 155 接線，通過調(diào)節(jié) W1 和 W2 來觀測輸出波形。 3．施密特觸發(fā)器 按圖 156 接線，輸入信號由音頻信號源提供，預(yù)先調(diào)好 vi 的頻率為 1KHZ，接通電源，逐漸加大 vs 的幅度，觀測輸出波形，測繪電壓傳輸特性，算出回差電壓△ U。 4．利用 555 定時器設(shè)計制作一只觸摸式開關(guān)定時控制器，每當(dāng)用手觸摸一次，電路即輸出一個正脈沖寬度為 10S 的信號。試搭出電路并測試電路功能。 5．模擬聲響電路 按圖 159 接線，組成兩個多諧振蕩器，調(diào)節(jié)定時元件，使Ⅰ輸出較低頻率，Ⅱ為高頻振蕩器，連好線，接通電源，試聽音響效果。調(diào)換外接阻容元件 ，再試聽音響效果。 圖 159 模擬聲響電路 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 44 五、實驗預(yù)習(xí)要求 1．復(fù)習(xí)有關(guān) 555 定時器的工作原理及其應(yīng)用。 2．?dāng)M定實驗中所需的數(shù)據(jù)、波形表格。 3．如何用示波器測定施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線？ 4．?dāng)M定各次實驗的步驟和方法。 六、實驗報告 1．繪出詳細的實驗線路圖，定量繪出觀測到的波形 2．分析、總結(jié)實驗結(jié)果 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 45 實驗十六 電子秒表 一、實驗?zāi)康? 1．學(xué)習(xí)數(shù)字電路中基本 RS 觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、時鐘發(fā)生器及計數(shù)、譯碼顯示等單元電路 的綜合應(yīng)用。 2．學(xué)習(xí)電子秒表的調(diào)試方法。 二、實驗原理 圖 161 為電子秒表的電原理圖。按功能分成四個單元電路進行分析。 1．基本 RS 觸發(fā)器 圖 161 中單元Ⅰ為用集成與非門構(gòu)成的基本 RS 觸發(fā)器。屬低電平直接觸發(fā)的觸發(fā)器，有直接置位、復(fù)位的功能。 它的一路輸出 Q 作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入，另一路輸出 Q 作為與非門 5 的輸入控制信號。 按動按鈕開關(guān) K2（接地），則門 1 輸出 Q=1；門 2 輸出 Q=0， K2 復(fù)位后 Q、 Q 狀態(tài)保持不變。再按動按鈕開關(guān) K1，則 Q 由 0 變?yōu)?1，門 5 開啟，為計數(shù)器啟動作好準備。 Q 由 1變 0，送 出負脈沖，啟動單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作。 基本 RS 觸發(fā)器在電子秒表中的職能是啟動和停止秒表的工作。 2．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖 161 中單元Ⅱ為用集成與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，圖 162 為各點波形圖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入觸發(fā)負脈沖信號 vi 由基本 RS 觸發(fā)器 Q 端提供，輸出負脈沖 vo則加到計數(shù)器的清除端 CR。 靜態(tài)時，門 4 應(yīng)處于截止狀態(tài)，故電阻 R 必須小于門的關(guān)門電阻 Roff。定時元件 RC取值不同，輸出脈沖寬度也不同。當(dāng)觸發(fā)脈沖寬度小于輸出脈沖寬度時，可以省去輸入微分電路的 Rp 和 Cp。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電子秒表中的職能是 為計數(shù)器提供清零信號。 3．時鐘發(fā)生器 圖 161 中單元Ⅲ為用 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，是一種性能較好的時鐘源。 調(diào)節(jié)電位器 RW，使在輸出端 3 獲得頻率為 50HZ 的矩形波信號，當(dāng)基本 RS 觸發(fā)器 Q=1時，門 5 開啟，此時 50HZ 脈沖信號通過門 5 作為計數(shù)脈沖加于計數(shù)器 ① 的計數(shù)輸入端 CP1。 4．計數(shù)及譯碼顯示 二 五 十進制加法計數(shù)器 74LS196構(gòu)成電子秒表的計數(shù)單元，如圖 161中單元Ⅳ所示。其中計數(shù)器 ① 接成五進制形式，對頻率為的 50HZ 的 時鐘脈沖進行五分頻，在輸出端 Q3 取得周期為 的矩形脈沖，作為 計數(shù)器 ② 的時鐘輸入。計數(shù)器 ② 及計數(shù)器 ③ 接成 8421 十進制形式，其輸出端與實驗設(shè)備上譯碼顯示單元的相應(yīng)輸入端連接，可顯示 ～ 秒；1～ 秒計時。 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 46 圖 161 圖 162 圖 163 電子技術(shù)論壇 電子發(fā)燒友 47 附： 74LS196 引腳排列及功能 圖 163 為引腳排列，表 163 為功能表。 異步清除 CR 為低電平時，可完成清除功能，與時鐘脈沖 CPo、 CP1 狀態(tài)無關(guān)。清除功能完成后，應(yīng)置高電平。 計數(shù) /置數(shù) 控制端 CT/LD 為低電 平時，輸出端 Q3～ Qo 可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端 D3～Do 相一致狀態(tài)，而與 CPo、 CP1 狀態(tài)無關(guān)