觸發(fā)器的工作原理?
答:觸發(fā)器是由各種基礎(chǔ)門電路單元組成,廣泛應(yīng)用于數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)中。它具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的信息存儲(chǔ)器件,是構(gòu)成多種時(shí)序電路的最基本邏輯單元,也是數(shù)字邏輯電路中一種重要的單元電路。
觸發(fā)器具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),即0和1,在一定的外界信號(hào)作用下,可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 觸發(fā)器有集成觸發(fā)器和門電路組成的觸發(fā)器二種。觸發(fā)方式有電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)二種。 觸發(fā)器應(yīng)用很廣,可用做數(shù)字信號(hào)的寄存,移位寄存,分頻和波形發(fā)生器等例如RS觸發(fā)器;它是將兩個(gè)與非門或者或非門的G1 G2的輸入、輸出端相互交叉連接而成。它用邏輯圖和邏輯符號(hào)表示,有效高電平、低電平。
觸發(fā)器按邏輯功能分類它主要有以下四種:
①RS觸發(fā)器:即在時(shí)鐘脈沖作用下,根據(jù)輸入信號(hào)R,S取值不同,凡具有置0,置1和保持功能的電路,都稱為RS型時(shí)鐘觸發(fā)器,簡(jiǎn)稱為RS觸發(fā)器。
②JK觸發(fā)器:即在時(shí)鐘脈沖作用下,根據(jù)輸入信號(hào)J,K取值的不同,凡具有保持,置0,置1,翻轉(zhuǎn)功能的電路,都稱為JK型時(shí)鐘觸發(fā)器,簡(jiǎn)稱為JK觸發(fā)器。
③D觸發(fā)器:即在時(shí)鐘脈沖作用下,凡具有置0,置1功能的電路,都叫做D型時(shí)鐘觸發(fā)器,簡(jiǎn)稱為D觸發(fā)器。
④T觸發(fā)器:即在時(shí)鐘脈沖作用下,根據(jù)輸入信號(hào)T取值的不同,凡具有保持和翻轉(zhuǎn)功能的電路,即當(dāng)T=0時(shí)能保持狀態(tài)不變,T=1時(shí)一定翻轉(zhuǎn)的電路,都稱為T型時(shí)鐘觸發(fā)器,簡(jiǎn)稱為T觸發(fā)器。
下面就時(shí)基555集成塊構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來述一下其簡(jiǎn)單工作原理。 所謂單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器它只有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。它在電路外加脈沖信號(hào)的作用下,可以從一個(gè)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在電路中由RC延時(shí)充放電的作用,該暫穩(wěn)態(tài)保持一段時(shí)間后又回到原來的初始狀態(tài),暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間由RC的阻值和電容量來決定。
電路組成如上圖所示,圖中R、C為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的定時(shí)元件,它們的連接點(diǎn)Vc與定時(shí)器的閾值輸入端(6腳)及輸出端Vo'(7腳)相連。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度tpo=1.1RC。 Ri Ci構(gòu)成輸入回路的微分環(huán)節(jié),用以使輸入信號(hào)Vi的負(fù)脈沖寬度tpi限制在允許的范圍內(nèi),一般tpi>5RiCi,通過微分環(huán)節(jié),可使Vi'的尖脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出脈沖寬度tpo。若是輸入信號(hào)的負(fù)脈沖寬度tpi本來就小于tpo,則微分環(huán)節(jié)可忽略。定時(shí)器的復(fù)位輸入端(4腳)接高電平,控制輸入端Vm通過0.01uF接地,定時(shí)器輸出端Vo(3腳)作為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)信號(hào)輸出端。 工作原理;當(dāng)輸入Vi為高電平時(shí),Ci相當(dāng)于斷開。輸入Vi'由于Ri的存在而為高電平Vcc。這時(shí),①若定時(shí)器原始狀態(tài)為0,則集成塊(7)輸出導(dǎo)通接地,使電容C快速放電、Vc=0,即輸入6腳的信號(hào)低于2/3電源電壓Vcc,此時(shí)定時(shí)器維持0不變。 ②若定時(shí)器原始狀態(tài)為1,則集成塊(7)輸出對(duì)地為斷開狀態(tài),這時(shí)Vcc經(jīng)R向C充電,使Vc電位升高,待Vc值高于2/3電源電壓Vcc時(shí),定時(shí)器翻轉(zhuǎn)到0狀態(tài)。 綜合上述可知,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器正常工作時(shí),輸入端未加負(fù)脈沖,Ⅴi維持高電平,則輸出的Vo一定為低電平。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作過程分為下面三個(gè)階段來分析,圖為其工作波形圖:
1、觸發(fā)翻轉(zhuǎn)階段: 輸入負(fù)脈沖Vi到來時(shí),下降沿經(jīng)RiCi微分環(huán)節(jié)在Vi'端產(chǎn)生下跳負(fù)向尖脈沖,其值低于負(fù)向閥值(1/3Vcc)。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)Vc低于正向閥值(2/3Vcc),固定時(shí)器翻轉(zhuǎn)為1,輸出Vo為高電平,集電極輸出對(duì)地?cái)嚅_,此時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)。
2、暫態(tài)維持階段: 由于集電極開路輸出端(7)對(duì)地?cái)嚅_,Vcc通過R向C充電,Vc按指數(shù)規(guī)律上升并趨向于Vcc。從暫穩(wěn)態(tài)開始到Vc值到達(dá)正向閥值(2/3Vcc)之前的這段時(shí)間就是暫態(tài)維持時(shí)間tpo 。
3、返回恢復(fù)階段: 當(dāng)C充電使Vc值高于正向閥值(2/3Vcc)時(shí),由于Vi'端負(fù)向尖脈沖已消失 ,Vi'值高于負(fù)向閥值(1/3Vcc),定時(shí)器翻轉(zhuǎn)為0,輸出低電平,集電極輸出端(7腳)對(duì)地導(dǎo)通,暫態(tài)階段結(jié)束。C通過7腳放電,使Vc值低于正向閥值(2/3Vcc),使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。
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