D觸發(fā)器的典型應(yīng)用電路及其仿真分析

李 瑩

(天津市河?xùn)|區(qū)職工大學(xué)，天津 300162)

D觸發(fā)器的典型應(yīng)用電路及其仿真分析

李 瑩

(天津市河?xùn)|區(qū)職工大學(xué)，天津 300162)

D觸發(fā)器與其它類(lèi)型觸發(fā)器相比具有明顯的優(yōu)越性，因此得到較為廣泛的應(yīng)用。本文在對(duì)D觸發(fā)器做簡(jiǎn)要介紹的基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了三種典型的用D觸發(fā)器組成的應(yīng)用電路，并對(duì)其進(jìn)行了仿真分析，從而使學(xué)生對(duì)D觸發(fā)器的邏輯功能有了更深一步的了解，為今后更好地分析并應(yīng)用其設(shè)計(jì)電路打下良好的基礎(chǔ)。

D觸發(fā)器；邏輯功能；應(yīng)用電路；仿真分析

我們把能夠存儲(chǔ)一位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的邏輯電路稱(chēng)為觸發(fā)器，其是構(gòu)成時(shí)序邏輯電路的最基本核心單元，時(shí)序邏輯電路所具備的記憶功能就是通過(guò)觸發(fā)器的功能才得以體現(xiàn)的。觸發(fā)器按照邏輯功能的不同，可以分為五種類(lèi)型：RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器、T觸發(fā)器和T，觸發(fā)器。其中D觸發(fā)器在實(shí)際電路中得到較為廣泛地應(yīng)用，究其原因，我歸納了以下三點(diǎn)：1邊沿D觸發(fā)器允許在CP觸發(fā)沿來(lái)到的前一瞬間加入信號(hào)，這樣，輸入端受干擾時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性也就降低了。而RS觸發(fā)器(基本RS觸發(fā)器、同步RS觸發(fā)器、主從RS觸發(fā)器)分別具有不受統(tǒng)一CP脈沖控制、空翻現(xiàn)象、輸出狀態(tài)不定的問(wèn)題，故其抗干擾能力較差。2 D觸發(fā)器只有一個(gè)信號(hào)輸入端，與JK觸發(fā)器有兩個(gè)信號(hào)輸入端相比，使用起來(lái)更加地方便。3 T和T，觸發(fā)器的邏輯功能可以方便地由D觸發(fā)器轉(zhuǎn)換而成。

下面，結(jié)合D觸發(fā)器的邏輯功能，我總結(jié)歸納了三種D觸發(fā)器典型應(yīng)用電路，同時(shí)，為了使學(xué)生能夠更深刻、更直觀地理解電路的功能，我分別對(duì)這三種D觸發(fā)器應(yīng)用電路進(jìn)行了仿真分析，收到了不錯(cuò)的教學(xué)效果。

一、D觸發(fā)器簡(jiǎn)介

(一) D觸發(fā)器的邏輯功能

邊沿D觸發(fā)器的邏輯圖及邏輯符號(hào)如下圖1所示：

圖1 邊沿D觸發(fā)器的邏輯圖及邏輯符號(hào)

1.工作原理

(1)CP=0時(shí)，觸發(fā)器的狀態(tài)不變；同時(shí)，可接收輸入信號(hào)D。

(2)當(dāng)CP由0變1時(shí)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；Q=D。

(3)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時(shí)輸入信號(hào)被封鎖。

總之，該觸發(fā)器是在CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖，三步都是在正跳沿前后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱(chēng)。

2.邏輯功能描述

表1 D觸發(fā)器簡(jiǎn)化特性表

D觸發(fā)器特征方程：Qn+1=D

(二)集成D觸發(fā)器4013

下圖為4013的引腳功能排列示意圖，從圖中可以看出4013芯片內(nèi)部共封裝有兩個(gè)D觸發(fā)器，這兩個(gè)觸發(fā)器功能、參數(shù)一致，用戶(hù)可以自行選擇全部使用或部分使用。

圖2 4013的引腳功能排列示意圖

4013的工作過(guò)程如下：

R=0，S=0，在CP脈沖上升沿的作用下，Q=D。

R=0，S=1，無(wú)條件置位，Q=1，該狀態(tài)又稱(chēng)“置1”。

R=1，S=0，無(wú)條件復(fù)位，Q=0，該狀態(tài)又稱(chēng)“置0”。

R=0，S=0，CP=0，Q保持狀態(tài)不變。

二、D觸發(fā)器典型應(yīng)用電路及其仿真分析

我選擇使用EWB5.0軟件對(duì)D觸發(fā)器典型應(yīng)用電路進(jìn)行仿真分析。EWB的英文全名是Electronics Workbench(電子工作臺(tái))，它虛擬了一個(gè)可以對(duì)模擬電子電路和數(shù)字電子電路進(jìn)行模擬仿真的工作平臺(tái)，它幾乎可以完成在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的所有電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，并且與實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況非常貼切，選用的元器件和儀器也與實(shí)際情況非常相近。

下面三種D觸發(fā)器典型應(yīng)電路可以通過(guò)EWB提供的示波器明顯的看出實(shí)驗(yàn)的效果。

(一)用D觸發(fā)器組成的模擬按鈕自鎖開(kāi)關(guān)

1.電路圖及工作原理

(1)電路圖

圖3 用D觸發(fā)器組成的模擬按鈕自鎖開(kāi)關(guān)

(2)工作原理

當(dāng)松開(kāi)S1(斷開(kāi)S1)時(shí)，電源向C1充電，在R1上產(chǎn)生一個(gè)正向脈沖電流，即CP1端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿，但是該上升沿的脈寬時(shí)間小于D觸發(fā)器維持翻轉(zhuǎn)所需的時(shí)間(R3、C2組成RC延時(shí)電路，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)延時(shí))，因此，觸發(fā)器保持按下開(kāi)關(guān)時(shí)的狀態(tài)。

以上工作原理可用如下表格概括：

表2 電路關(guān)鍵點(diǎn)及主要器件工作狀態(tài)

2.仿真電路圖及仿真分析圖

圖4 仿真電路圖及仿真分析圖

(二)用D觸發(fā)器組成的音頻信號(hào)發(fā)生器

1.電路圖及工作原理

(1)電路圖

圖5 用D觸發(fā)器組成的音頻信號(hào)發(fā)生器

(2)工作原理

圖狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

2.仿真電路圖及仿真分析圖

圖7 仿真電路圖及仿真分析圖

由仿真分析圖可看出，示波器顯示VT1的基極產(chǎn)生一個(gè)振蕩信號(hào)，從而驗(yàn)證了上述的工作過(guò)程。

(三)用D觸發(fā)器組成的分頻器

1.電路圖及工作原理

(1)電路圖

圖8 用D觸發(fā)器組成的分頻器

(2)工作原理

電路由非門(mén)IC1A、IC1B和R1、C1等組成自激多諧振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)IC1C緩沖、整形后加至IC2A的CP1端，由D觸發(fā)器IC2A、IC2B組成兩級(jí)分頻器，依次進(jìn)行二分頻，由發(fā)光二極管LED1、LED2、LED3及限流電阻組成電平顯示器。

圖9 示波器接在CP1端及端(O1’端)仿真電路圖

2.仿真電路圖及仿真分析圖

圖10 示波器顯示的CP1端及端(O1’端)仿真分析圖

圖11 示波器接在CP1端及端(O2’端)仿真電路圖

圖12 示波器顯示的CP1端及端(O2’端)仿真分析圖

如上所述，依次介紹了三種由D觸發(fā)器組成的典型應(yīng)用電路。其中模擬按鈕自鎖開(kāi)關(guān)電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)用D觸發(fā)器組成的雙穩(wěn)態(tài)開(kāi)關(guān)電路，音頻信號(hào)發(fā)生器實(shí)質(zhì)是一個(gè)用D觸發(fā)器組成的無(wú)穩(wěn)態(tài)振蕩器，而分頻器(或計(jì)數(shù)器)則是D觸發(fā)器的最典型應(yīng)用電路之一。教學(xué)實(shí)踐表明把這三種電路歸納在一起，并通過(guò)EWB進(jìn)行仿真分析，可以使學(xué)生加深對(duì)由D觸發(fā)器組成電路的理解及認(rèn)識(shí)，為今后更好的分析及設(shè)計(jì)相關(guān)電路起到一定的鋪墊作用。

此外，還需提及的是由D觸發(fā)器還可以組成一些典型應(yīng)用電路，如延時(shí)開(kāi)關(guān)電路(定時(shí)器)、搶答器等，這時(shí)D觸發(fā)器可以分別起到單穩(wěn)態(tài)及鎖存的電路功能，其電路工作原理與上述介紹的三種典型電路基本相似，就不再一一贅述。

[1]康華光等.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]王曉鵬.面包板電子制作68例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3]楊志忠等.數(shù)字電子技術(shù)(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2003.

The Typical Application Circuit of D Trigger and Its Simulation Analysis

LI Ying

(TianjinStaffandWorkersUniversityinHedongDistrict,Tianjin, 300162)

Compared with other types of triggers, the D trigger has obvious advantages and is widely used. This paper made a brief introduction of the D trigger and based on this it summarized three kinds of typical application circuits consisting of D trigger. Meanwhile it did the simulation analysis of the D trigger so that students could have a deeper understanding of its logical functions so as to better analyze and make use of it to design the circuits in the future.

D trigger; logical functions; application circuit; simulation analysis

2014-04-25

李瑩(1982-)， 女，天津人，天津市河?xùn)|區(qū)職工大學(xué)講師，主要從事電子技術(shù)教學(xué)研究工作。

TN79

A

1673-582X(2015)02-0057-06