第22章触发器和时序逻辑电路

20二月2023Page:1§22-4单稳态触发器双稳态触发器：有两个稳定状态；从一个稳定状态翻转为另一个稳定状态必须靠信号脉冲触发，脉冲消失后，稳定状态能一直保持下去。单稳态触发器：有一个稳定状态；在信号未加之前，触发器处于稳定状态，经信号触发后，触发器翻转，但新的状态只能暂时保持（暂稳状态），经过一定时间（由电路参数决定）后自动翻转到原来的稳定状态。单稳态触发器的用途：1、定时——产生一定宽度的矩形波；2、整形——把不规则的波形变成幅度和宽度都相等的脉冲；3、延时——将输入信号延迟一定时间后输出。一、CMOS积分型单稳态触发器≥1≥1G1G2RC+AUDDuiuo1uo“1”“0”20二月2023Page:2

瞬间，因电容电压不能跃变，所以“1”“0”G1、G2——CMOS或非门；≥1≥1G1G2RC

+AUDDuiuo1uoR、C——积分延时环节。说明：稳态（常态）时，输入端为高电平；有效触发信号为负脉冲（瞬间低电平）。1、稳定状态2、暂稳状态同时，电容开始通过UDD、G1门、和R放电，A点电位上升。放电电流方向，故uo=1(高电平）UDDuoototototuiuo1uA20二月2023Page:3uoototototuiuo1uAUDD输入负脉冲继续维持，当A点电位上升到G2门的开启电压UGS(th)时，G2门输出端变为低电平，输出信号恢复为稳态。在这段时间内，电路处于暂稳状态，时间间隔即暂稳态脉冲宽度：其中R0为G1门负载管的导通电阻。3、恢复过程1）输出信号的恢复电路由暂稳态恢复为稳态（如上所述）。2）输入负脉冲不消失，电容继续放电；当负脉冲消失时，电容又通过R和G1门驱动管的导通电阻充电，电路恢复为称态。充电电流方向≥1≥1G1G2RC

+AUDDuiuo1uoUGS(th)tp定时此种单稳态触发器，要求触发脉冲宽度大于输出脉冲宽度。20二月2023Page:4二、由555定时器构成的单稳态触发器555

12348765（DIP8）555集成定时器电路及外引线排列图如右。C1、C2—电压比较器；C3—由与非门构成的基本R-S触发器；由电路结构可知，555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成电路。1+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ7265843OUTT5KΩ5KΩ5KΩC1C2C3C1的参考电压为，加于同相输入端；C2的参考电压为，加于反相输入端。1、555定时器20二月2023Page:52—低电压触发端，由此输入触发脉冲。当输入电压高于三分之一UCC时，C2的输出为“1”；否则为“0”，使基本R-S触发器置“1”。1+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ7265843OUTT5KΩ5KΩ5KΩC1C2C36—高电压触发端，由此输入触发脉冲。当输入电压低于三分之二UCC时，C1的输出为“1”；否则为“0”，使基本R-S触发器置“0”。（注意基本R-S触发器的禁态，即RD和SD不能同时由“0”翻为“1”，当然在使用时很少有这种情况）4—（基本R-S触发器的直接）复位端，由此输入负脉冲（或使其电平低于0.7V）而使触发器直接复位（置“0”）20二月2023Page:63—输出端，输出电流可以达到200mA，因此可以直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、批示灯等。输出电压约低于电源电压1~3V。8—电源端，可在5~8V之间使用。5—电压控制端，在此可外加一电压以改变比较器的参考电压团党委用时，经0.01μF电容接“地”，以防止干扰的引入。1+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ7265843OUTT5KΩ5KΩ5KΩC1C2C31—接地端。7—放电端，当触发器的Q端为“1”时，放电晶体管T导通，外接电容元件通过T放电。555定时器名称的由来：“555”是指三个5KΩ电阻；定时是指此器件在电路中常用于“定时”功能。20二月2023Page:7

，T导通放电，ui为“0”，C1输出“1”，uo保持不变；。2、由555定时器组成的单稳态触发器1+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ726584T5KΩ5KΩ5KΩC1C2C3R+UCCuCui0.01μFC+UCC3uo1）稳态分析稳态时，ui为“1”，输入电压高于三分之一UCC，C2输出“1”。uo初值

，T不导通，电容C充电，uc升高。当uc高于三分之二UCC时，C1输出“0”，使uo置“0”。

所以输出电压的稳态为低电平“0”。20二月2023Page:81+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ726584T5KΩ5KΩ5KΩC1C2C3R+UCCuCui0.01μFC+UCC3uotuoototouiuctpt1t2t32）暂稳态分析t1时刻，输入触发负脉冲，C2输出“0”，uo被置“1”。放电管T截止，电容C充电。t2时刻，输入负脉冲消失，但uc尚未达到三分之二UCC，故仍为“1”。t3时刻，uc达到三分之二UCC，C1输出“0”，uo被置“0”，恢复为稳态，C迅速放电。20二月2023Page:93）用途①定时改变RC值，可以改变脉冲宽度tp，从而进行定时控制。②整形输入脉冲的波形往往是不规则的，边沿不陡，幅度不齐，不能直接输入到数字装置中，需要进行整形。&uAuiuouB单稳态触发器uootoui脉冲整形tuiouBouAouootttt20二月2023Page:10§22-5多谐振荡器多谐振荡器：又称无稳态触发器，它毋须外加触发脉冲，就能输出一定频率的矩形脉冲（自激振荡），因此没有稳态；因矩形脉冲波含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。一、RC环形多谐振荡器

电路如图示。它由三级非门联成环形—故称为环形振荡器。R和C组成延时环节；RS是限流电阻，其值不大（约100Ω）。1G1G2RCui1uo11G3ui2uo2ui3RsRC环形多谐振荡器20二月2023Page:111、第一种暂稳态(t1~t2)1G1G2RCui1uo11G3ui2uo2ui3Rst1时刻，ui1由“0”变为“1”（？），则ui2由“1”变为“0”，uo2由“0”变为“1”。因电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生负跳变。这个低电平（<UT）保持uo为“1”，以维持已进入的暂稳态。UTo(uo)otoui2tui1ot(uo1)uo2tui3t1t2t3

这个暂稳态期间，电容C先放电后充电，ui3逐渐上升。在t2时刻，ui3上升到门电路的门槛电压UT（TTL约为1.4V），使uo由“1”变为“0”，ui2由“0”变为“1”，uo2由“1”变为“0”。同样由于电容电压不能跃变，故ui3必定跟随ui2发生正跳变。这个高电平（>UT）保持uo为“0”。到此第一种暂稳态结束，进入第二种暂稳态。uc在±(UH-UT)之间变化ucot20二月2023Page:122、第二种暂稳态(t2~t3)t2时刻，uo2由“1”变为“0”，电容C仍然先放电后充电（但方向与前次相反）。ui3逐渐下降。在t3时刻，ui3下降到门门槛电压UT，使uo由“0”变为“1”，第二种暂稳态结束，返回到第一种暂稳态。1G1G2RCui1uo11G3ui2uo2ui3RsUTo(uo)otoui2tui1ot(uo1)uo2tui3t1t2t3uc在±(UH-UT)之间变化ucot3、振荡周期1）由于电容周期性的充、放电，使得电路在两种暂稳态之间不停地自动翻转，便形成了所谓的（自激）振荡；2）充、放电时间常数不同，两个暂稳态宽度亦不同，经估算，采用TTL门电路时20二月2023Page:13二、由555集成定时器组成的多谐振荡器21+UCC++—△∞++—△∞RDQ

SDQ76584T5KΩ5KΩ5KΩC1C2C3R1+UCCuCC+UCC3uoR1tuototouctp1t3tp2接通电源UCC，uo为“1”，UCC

通过R1、R2对C充电，当uc略高于三分之二UCC时，uo被置为“0”；C通过R2和T放电，当uc略低于三分之一UCC时，uo被置为“1”；C又被充电，重复上述过程，建立振荡。20二月2023Page:14二、由555集成定时器组成的多谐振荡器21+UCC++—△∞++—△∞RDQ