数据时序逻辑电路

数据逻辑门的用处和特性

　　数据电子线路中的后来居上是数据时序逻辑电路。把它称为数字电路设计是由于电源电路中传输的虽说也是单脉冲，但这种单脉冲是用于表明二进制数码的，比如用上拉电阻表明“ 1 ”，低电频表明“ 0 ”。响声图象文本等消息历经信息化解决后变成了一串串脉冲电流，他们被称作模拟信号。能解决模拟信号的电源电路就称之为数字电路设计。

　　这类电源电路与此同时又被称为时序逻辑电路，那是由于电源电路中的“ 1 ”和“ 0 ”还具备逻辑性实际意义，比如逻辑性“ 1 ”和逻辑性“ 0 ”能够各自表明电源电路的连接和断掉、事情的是和否、逻辑判断的真和假这些。电源电路的输入输出和键入中间是一种逻辑顺序。这类电源电路除开能开展二进制算术运算外还能进行或运算和具备逻辑判断工作能力，因此 才把它称为时序逻辑电路。

　　因为数据时序逻辑电路有便于集成化、传送品质高、有计算和逻辑判断工作能力等优势，因而被普遍适用于电子计算机、自动控制系统、通讯、精确测量等行业。一般电器产品中，如计时器、报警器、控制板、电子器件时钟、电动玩具等都需要用数字时序逻辑电路。

　　数据逻辑门的第一个特性是因为突显“逻辑性”两字，应用的是与众不同的符号图片。数据时序逻辑电路中有逻辑门和触发器原理二种基本上模块电源电路，他们全是以晶体三极管和电阻器等部件构成的，但在时序逻辑电路中大家仅用好多个简单化了的符号图片去表明他们，而不绘制他们的实际电源电路，也无论他们应用多高电压，是 TTL 电源电路或是 CMOS 电源电路这些。按逻辑性作用需要把这种符号图片组成起來画成的图便是时序逻辑电路图，它彻底有别于一般的变大震荡或单脉冲原理图。

　　数字电路设计中关于信息内容是包括在 0 和 1 的数字组合内的，因此 只需电源电路能显著地域分离 0 和 1 ， 0 和 1 的搭配关联沒有毁坏就可以了，单脉冲波型的优劣我们都是并不大理睬的。因此数据逻辑门的第二个特征是人们关键关注它能进行怎样的思维作用，较少考虑到它的电气设备主要参数特性等难题。也是因为这种缘故，数据时序逻辑电路中采用了一些特别的表达方式如真值表、特征方程等，还应用一些特别的分析工具如逻辑代数、卡诺图这些，这种也都和变大谐振电路不一样。

逻辑门和触发器原理

　（ 1 ）逻辑门

　　逻辑门能够看作是数据时序逻辑电路中比较简单的元器件。现阶段有很多一体化商品可供采用。

　　最主要的逻辑门有 3 种：非门、跟门和或门。非门便是反相器，它把导入的 0 数据信号变为 1 ， 1 变为 0 。这类逻辑性作用叫“非”，假如填写是 A ，輸出写出 P=A 。跟门有 2 个之上键入，它的功用是当键入全是 1 时，輸出才算是 1 。这类作用也叫逻辑性乘，假如填写是 A 、 B ，輸出写出 P=A·B 。或门也是有 2 个之上键入，它的功用是键入有一个 1 时，輸出便是 1 。这类作用也叫逻辑加，輸出就写出 P=A ＋ B 。

　　把这三种基本上逻辑门组成在一起能够获得各种各样复合型逻辑门，如跟门加非门成与非门，或门加非门成或非门。图 1 是两者的符号图片和真值表。除此之外也有与或非门、异或门这些。

　　数据集成电路芯片有 TTL 、 HTL 、 CMOS 等多种多样，常用的电源电压和旋光性也不一样，但只需他们有一样的思维作用，就用同样的逻辑符号。并且一般都要求上拉电阻为 1 、低电频为 0 。

　（ 2 ）触发器原理

　　触发器原理事实上便是单脉冲控制电路中的双稳电源电路，它的控制电路和作用都比逻辑门繁杂，它也可看作是数据时序逻辑电路中的元器件。现阶段也已经有一体化商品可供采用。常见的触发器原理有 D 触发器原理和 J—K 触发器原理。

　　D 触发器原理有一个键入端 D 和一个时钟信号键入端 CP ，为了更好地差别在 CP 端加上箭头符号。它有两个輸出端，一个是 Q 一个是 Q ，加有圆圈的输入输出端是 Q 端。此外它也有2个预设端 R D 和 S D ，平常正常的运行时要 R D 和 S D 端都加上拉电阻 1 ，假如使 R D =0 （ S D 仍为 1 ），则触发器原理被置成 Q=0 ；假如使 S D =0 （ R D =1 ），则被置成 Q=1 。因而 R D 端称之为置 0 端， S D 端称之为置 1 端。 D 触发器原理的逻辑符号见图 2 ，图上 Q 、 D 、 SD 端画在同一侧； Q 、R D 画在另一侧。 R D 和 S D 都带小圈圈，表明要再加上低电频才合理。

　　D 触发器原理是受 CP 和 D 端双向操纵的， CP 加上拉电阻 1 时，它的输入输出和 D 的情况同样。如 D=0 ， CP 赶到后， Q=0 ；如 D=1 ， CP 赶到后， Q=1 。 CP 单脉冲起操纵开关门功效，假如 CP=0 ，则无论 D 是啥情况，触发器原理都保持原先情况不会改变。那样的思维作用画成报表就称之为功能表或特点表，见图 2 。表格中 Q n 1 表明再加上开启数据信号后成为的情况， Qn 是以前的情况。“ X ”表明是 0 或 1 的任何情况。

　　有的 D 触发器原理几个 D 键入端： D 1 、 D 2 … 他们中间是逻辑的关联，也就是仅有当 D 1 、 D 2 … 全是 1 时，輸出端 Q 才算是 1 。

　　另一种特性更健全的触发器原理叫 J － K 触发器原理。它有两个键入端： J 端和 K 端，一个 CP 端，2个预设端： R D 端和 S D 端，及其2个輸出端： Q 和 Q 端。它的逻辑符号见图 3 。 J － K 触发器原理是在 CP 单脉冲的下阵沿开启旋转的，因此 在 CP 端画一个小圈圈以表差别。图上， J 、 S D 、 Q 画在同一侧， K 、 R D 、 Q 画在另一侧。

　　J － K 触发器原理的思维作用见图 3 。有 CP 单脉冲时（即 CP=1 ）： J 、 K 都为 0 ，触发器原理情况不会改变； Q n ＋ 1 =Qn ， J ＝ 0 、 K=1 ，触发器原理被置 0 ： Q n ＋ 1 =0 ； J=1 、 K=0 ， Q n 1 =1 ； J=1 、 K=1 ，触发器原理旋转一下： Q n ＋ 1 =Qn 。假如不用脉冲发生器，即 CP=0 时，无论 J 、 K 端是啥情况，触发器原理都保持原先情况不会改变： Q n ＋ 1 =Qn 。有的 J—K 触发器原理与此同时有很多 J 端和 K 端， J 1 、 J 2 … 和 K 1 、 K 2 … 中间全是逻辑的关联。有的 J － K 触发器原理是在 CP 的上升沿开启旋转的，这时候它的逻辑符号图的 CP 端也不带小圈圈。也是有的情况下因为使图更简约，经常把 R D 和 S D 端省去不画。

　　可以把数据、英文字母转换成二进制数码的电源电路称之为伺服电机。相反可以把二进制数码转变成数据、英文字母的电源电路就称之为数据选择器。

　（ 1 ）伺服电机

　　图 4 （ a ）是一个可以把十进制数变为二进制码的伺服电机。一个十进制数被表明成二进制码务必 4 位，常见的码是使从低到高的每一位二进制码等同于十进制数的 1 、 2 、 4 、 8 ，这类码称之为 8 － 4 － 2 － 1 码或通称 BCD 码。因此 这类伺服电机就称之为“ 10 线 -4 线伺服电机”或“ DEC ／ BCD 伺服电机”。

　　从图见到，它是由与非门构成的。有 10 个键入端，用功能键操纵，平常功能键悬在空中等同于接上拉电阻 1 。它有 4 个輸出端 ABCD ，輸出 8421 码。假如按住“ 1 ”键，与“ 1 ”键相匹配的线被接地装置，相当于键入低电频 0 、因此门 D 輸出为 1 ，全部輸出成 0001 。

　　如按住“ 7 ”键，则 B 门、 C 门、 D 门輸出为 1 ，全部輸出成 0111 。假如把这种电源电路都做在一个集成化片内，便获得一体化的 10 线 4 线伺服电机，它的逻辑符号见图 4 （ b ）。左边有 10 个键入端，带小圈圈表明要用低电频，右边有 4 个輸出端，从上向下按从低于高排序。应用时还可以同时采用。

　（ 2 ）数据选择器

　　要把二进制码转变成十进制数就需要用数据选择器。它也是由逻辑门构成的，如今也是有一体化商品供采用。图 5 是一个 4 线 —10 线数据选择器。它的左边为 4 个二进制码的键入端，右边有 10 个輸出端，从上向下按 0 、 1 、 …9 排序表明 10 个十进制数。輸出端带小圈圈表明低电频合理。平常 10 个輸出端全是上拉电阻 1 ，如键入为 1001 码，輸出“ 9 ”端为低电频 0 ，其他 9 个线仍为上拉电阻 1 ，这表明“ 9 ”线被译中。

　　假如要想把十进制数表明出去，就需要应用数码显示管。现以共阳极氧化发光二极管（ LED ）七段数码显示管为例子，见图 6 。它有七段发光二极管，如第一段都接低电频 0 ，七段都被照亮，表明出数据“ 8 ”；如 b 、 c 段接低电频 0 ，其他都接 1 ，表明的是“ 1 ”。由此可见要把十进制数用七段显示管表明出去还需要历经一次译码器。假如应用“ 4 线 —7 线数据选择器”和显示管相互配合应用，就非常简单，键入二进制码可同时表明十进制数，见图 6 。数据选择器左边有 4 个二进制码的键入端，右边有 7 个輸出可立即和数码显示管相接。左上角侧另有一个灭灯操纵端 I B ，一切正常运行时需加上拉电阻 1 ，如不用这名数据表明就在 I B 上添低电频 0 ，就可使这名数据灭掉。

寄放器和移位寄存器

　（ 1 ）存储器

　　可以把二进制数码存储起來的的构件叫数码存储器，通称存储器。图 7 是用 4 个 D 触发器原理构成的存储器，它能存储 4 位二进制数。 4 个 CP 端连在一起做为操纵端，仅有 CP=1 时它才接受和存储数码。 4 个 R D 端连在一起变成全部存储器的清零端。假如要存储二进制码 1001 ，只需把他们各自加到触发器原理 D 端，当 CP 赶到后 4 个触发器原理从高到低各自被置成 1 、 0 、 0 、 1 ，并一直维持到下一次键入数据信息以前。要想取下这串数码能够从触发器原理的 Q 端取下。

　（ 2 ）移位寄存器

　　有挪动作用的存储器叫移位寄存器，它还可以是偏移的、偏移的，也但是双重挪动的。

　　图 8 是一个可以把数码逐位偏移的存储器。它和一般存储器不一样的是：数码是逐位串行通信键入并加在较低位的 D 端，随后把底位的 Q 端连到高一位的 D 端。这时候 CP 称之为挪动单脉冲。

　　先从 R D 端送低电频清零，使存储器成 0000 情况。假设要导入的数码是 1001 ，键入的先后顺序是先低后低逐位键入。第 1 个 CP 后， 1 被打进第 1 个触发器原理，存储器成 0001 ；第 2 个 CP 后， Qo 的 1 被移进 Q 1 ，新的 0 打进 D 1 ，变成 0010 ；第 3 个 CP 后，变成 0100 ；第 4 个 CP 后，变成 1001 。

　　由此可见历经 4 个 CP ，存储器就寄放了 4 位二进制码 1001 。现阶段已经有品种齐全的一体化存储器供采用。

电子计数器和分频器

　（ 1 ）电子计数器

　　能对单脉冲实现记数的构件叫电子计数器。电子计数器品种齐全，有作累积记数的称之为加减法电子计数器，有作下降记数的称之为加减法电子计数器；按触发器原理旋转来分又有同歩电子计数器和多线程电子计数器；按数制来分又有二进制电子计数器、十进制电子计数器和其他进位制的电子计数器这些。

　　现举一个非常简单的加减法电子计数器为例子，见图 9 。它是一个 16 进制电子计数器，较大 计标值是 1111 ，等同于十进制数 15 。必须记数的单脉冲加到最少位触发器原理的 CP 端上，全部的 J 、 K 端都接上拉电阻 1 ，各触发器原理 Q 端收到邻近高一位触发器原理的 CP 端上。 J—K 触发器原理的特点表告知大家：当 J=1 、 K=1 时来一个 CP ，触发器原理便旋转一次。在所有清零后， ① 第 1 个 CP 后沿，触发器原理 C0 旋转成 Q0=1 ，其他 3 个触发器原理仍维持 0 态，全部电子计数器的情况是 0001 。 ② 第 2 个 CP 后沿，触发器原理 C0 又旋转成“ Q0=0 ， C1 旋转成 Q1=1 ，电子计数器成 0010 。 …… 到第 15 个 CP 后沿，电子计数器成 1111 。由此可见这一电子计数器的确能对 CP 单脉冲记数。

　（ 2 ）分频器

　　电子计数器的第一个触发器原理是每过 2 个 CP 送出一个进位单脉冲，因此每一个触发器原理便是一个 2 分音器的分频器， 16 进制电子计数器便是一个 16 分音器的分频器。

　　为了更好地提升电子器件时钟的精准度，广泛采取的办法是用晶振电路造成 32768 赫规范数据信号单脉冲，历经 15 级 2 分音器解决获得 1 赫的秒数据信号。由于晶振电路的准确性和稳定性很高，因此 获得的秒差分信号也是精准稳定的。把他们保证一个集成化上面就是电子手表专用型集成电路芯片商品，见图 10 。

数据时序逻辑电路堵图关键点和举例说明

　　数据逻辑门的堵图流程和其他电源电路是同样的，仅仅在开展电路分析时随处要用逻辑性剖析的方式 。堵图时要： ① 先大概掌握电源电路的用处和特性。 ② 找到键入端、輸出端和核心部件，区别开各种各样数据信号并搞清数据信号的流入。 ③ 逐步剖析輸出与导入的逻辑顺序，掌握各部位的思维作用。 ④ 最终综观全局性得到剖析結果。

　　例 1 三路抢答器

　　图 11 是智力竞赛用的三路抢答器电源电路。裁判员按住电源开关 SA4 ，触发器原理所有被置零，进到提前准备情况。这时候 Q1 ～ Q3 均为 1 ，竞答灯没亮；门 1 和门 2 輸出为 0 ，门 3 和门 4 构成的声频震荡器不震荡，音箱无音。

　　比赛逐渐，假设 1 号台提前按住 SA1 ，触发器原理 C1 旋转成 Q1=1 、 Q1=0 。因此： ① 门 2 輸出为 1 ，震荡器震荡，音箱发音； ②HL1 灯照亮； ③ 门 1 輸出为 1 ，这时候 2 号、 3 号台再按电源开关也失灵。裁判员公布比赛結果后，再按一下 SA4 ，电源电路又进到提前准备情况。

　例 2 花灯追求电源电路

　　图 12 是 4 位移位寄存器操纵的花灯电源电路。逐渐时按住 SA ，触发器原理 C1 ～ C4 被置成 1000 ，花灯 HL1 被照亮。 CP 单脉冲赶到后，存储器移 1 位，触发器原理 C1 ～ C4 成 0100 ，花灯 HL2 照亮。第 2 个 CP 单脉冲照亮 HL3 ，第 3 个照亮 HL4 ，第 4 个 CP 又把触发器原理 C1 ～ C4 置成 1000 ，又照亮 HL1 。这般周而复始，花灯不断闪动。只需提升触发器原理可让灯数提升，更改 CP 的次数可转变速率。

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