具备触发电路的电路设计技巧

9.9.9.1 二进制计数进位制

二进制计数进位制同十进制一样是一个位值制，但是它是以2为底的幂。整数的最小位值为2⁰（表9-43）。在位值2⁰=1的左面有上升的值2¹=2，2²=4等。最后的位（n位）有位值2^n-1。

表9-43 二进制计数进位制

在把二进制换算成十进制时，要把有值1的所有位的位值相加。

例题1：

把二进制数1001011换算成十进制数。

解：

二进制数：1 0 0 1 0 1 1

位值：2⁶ 2⁵ 2⁴ 2³ 2² 2¹ 2⁰

十进制数：64+0+0+8+0+2+1=75

例题2：

把十进制数19用剩余法换算成二进制数。

解：

在计数电路中常使用BCD（二进位编码的十进制）码，如8-4-2-1码（表9-44）。对此每个十进制数由相应的4位的二进位数表示，（其他码见电子技术图表手册）。

表9-44 8-4-2-1码

①计数器复原并传输到上一级计数器

9.9.9.2 计数器

计数器相加计数脉冲并存储计数结果。

计数电路、分频器或移动寄存器常常由脉冲边沿控制JK触发电路组成。

分频器。具有J=K=1（T触发器）布线的JK触发器用每个有效脉冲边沿变化其输出状态。如图9-122所示，输出信号的周期是输入信号的2倍。

T触发电路可作为分频器。

异步二进制计数器。异步计数器的计数信号放在第一个JK触发电路的计数输入端，如图9-123所示，其输出总是控制下一个触发电路的计数输入。十进制计数器的触发电路用K₀、K1和K₂表示，其输出的位值为Q₀=2⁰、Q₁=2¹和Q₂=2²等。

如图9-124所示，异步二进制计数器线路符号是由对于每个计数器触发电路都接通一个输出块的控制块组成。在输出块中有计数级的位值，如1、2、4或8。将计数脉冲输进计数输入。在计数输入上的正符号表示正向计数器，负符号表示反向计数器。

图9-122 触发器

图9-123 异步二进制计数器

图9-124 异步二进制计数器逻辑电路图形符号

在计数电路中多数使用双边沿控制JK主从触发电路。

异步BCD计数器多数利用十进制中的七段显示其计数器状态，因此应把它修正为只有从0到9的计数，如图9-125所示。用第十个脉冲使计数器经过逻辑复位。可以把用于上一级十进制计数器的传输脉冲在计数器输出Q₃打出来。

BCD计数器对于每一个十进制数的位值都需要一个具有4个触发电路的十进制计数器。

图9-125 异步BCD计数器

对于异步计数器，由于当所有的触发电路都获得控制信号而首先结束计数过程，所以其连续连接的触发电路控制会产生不良结果，因此，异步计数器在从计数器状态3向4或从7向8过渡时会出现错误的计数器状态。在此时间内，快速工作的数据处理器接收的是处理错误的计数器的计数器状态。

异步计数器只适用于低计数频率。

同步二进制计数器。如图9-126所示，同步计数器的计数器全部触发电路的计数信号（脉冲）是同时输入。因此，计数器触发电路在控制时其状态同时发生变化。由此，它同异步计数器一样排除了有错误计数器状态的输出。

同步计数器适用于高计数频率。

由于同步计数器的计数信号是输进全部触发电路，所以当时的J输入和K输入的控制是必要的。(www.xing528.com)

图9-126 同步二进制计数器

同步二进制计数器J输入和K输入的布线：

1）触发电路K₀的J输入和K输入以数位价2⁰放在1信号。触发电路K₀的状态和计数信号每个有效边沿一起变化。

2）具有K₁、K₂和K₃高数位价的触发电路只有在所有具有低数位价的触发电路有输出状态时其状态才发生变化，如图9-126所示。

同步BCD计数器，如图9-127所示。J和K触发电路的准备输入原则上同同步二进制计数器一样，是通过有低位输出的UND逻辑进行准备。仅形成触发电路K₁和K₃的除外。

功能：

1）在计数状态9，触发电路K₁不再允许用下一个脉冲边沿置定，否则对于BCD计数器会形成不允许的计数器状态10，这就阻止了在J输入K₁前面的一个UND逻辑。用计数状态8，，逻辑结果Q₀∧为0。触发电路K不能再以J=0置位。

图9-127 同步BCD计数器

2）应用计数脉冲10对触发电路K₀和K复位。用K₀处的布线J=K=1，用第十个计数脉冲边沿复位K₀。

在K₃的J输入作用有UND逻辑Q₀∧Q₁∧Q₂，因此，K用8个计数脉冲置定。通过图9-127所示K=Q₀布线复位触发电路K₃。

用在计数器状态9所施加的信号J=0和K=1可以使K₃仅以计数脉冲10复位。

3）输入到上一级十进制计数器的信号，如图9-127所示，是从·u·=Q₀∧Q₃∧计数脉冲获得的。

9.9.9.3 移动寄存器

移动寄存器在控制技术领域中用作串行-并行转换或并行-串行转换中的短时间存储器。

移动寄存器多数是由双边沿控制JK触发电路组成。如图9-128所示，串行输入（SE）直接与第一个触发电路的J输入连接并通过一个逻辑非与K输入连接。第一个触发电路（K₀）用脉冲输入上升边沿接受处在串行输入处的信息0或1并用脉冲的下降边沿转到存储器输出Q₀。存储器输出K₀与下一级的J输入和K输入连接并以此为下一个脉冲边沿信息接受做准备。所存储的信息用每个脉冲绕一个位向右移动。在第三个脉冲后，在串行输入（SE）处所接受的信息位于移动寄存器的串行输入（SA）处。

移动寄存器可以附加配备并行输入和并行输出，也可以对信息附加并行输入和串行输出（并行-串行转换）或串行输入和并行输出（串行-并行转换）。

把具有串行输出与并行输入的移动寄存器称为环形寄存器。在3个触发电路中通过并行输入值0，仅在第四个寄存器输入值1，则可制造出具有4个显示元件的连续光控系统。

图9-128 具有串联输入及串行与并行输出的移动寄存器

9.9.9.4 A-D转换器与D-A转换器

在测量电气量如电流强度或非电气量如温度时，常得到的是模拟测量值。

为了用计算机传输、存储和处理测量数据，希望这些测量数据为数字形式的，因此需要使用模-数（A-D）转换器，如图9-129a所示。

图9-129 电路图形符号

不管是用计算机或是用数字控制装置都是对电机进行控制，因此应把计算机的数字值转换为控制电压的模拟控制量，为此要把数字信号转换为电压一类的相应的模拟量，对此则采用图9-129b所示的数-模（D-A）转换器。

A-D转换器。A-D转换器分为瞬时转换器和积分转换器。图9-130所示的电压频率转换器属于积分A-D转换器。模拟测量值U_x同比例地转换为一个脉冲频率。达到一定时间时计取脉冲，在此时间内所计取的脉冲数便是测量值U_x的大小。脉冲发生器产生的测量时间内的频率通常都非常高（积分时间），为了能调整脉冲宽度，则用一个分频器来降低频率。

A-D转换器把一个模拟输入量转换为一个数字输出量。

图9-130 A-D转换器：电压-频率法（原理图）

D-A转换器是把数字值转换为模拟量，如转换成电流或电压。运算放大器可用作分电压的加法器，如图9-131所示，把与数字信号数位相应的分电压进行相加，对于8-4-2-1编码的信号以相应的比例分段。图9-131所示的开关S₁～S₄可以用开关晶体管来代替。

D-A转换器把一个数字输入量转换为一个模拟输出量。

图9-131 D-A转换器：分电压法（原理图）

计算例题：

如图9-131所示的D-A转换器的电阻R=10kΩ。输入的数字是二进制数0110，即十进制数6，开关S₁和S₄打开，开关S₂和S₃闭合，工作电压U_b=8V，反馈电阻R_K=1kΩ，求输出电压U_a。

解：

U_a=-0.6V

最大输入值为二进制数1111（十进制数15），其输出电压精确为1.5V。