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反向器的輸出連接到輸入時實驗分析

454398 ? 來源:博客園 ? 作者: 烏鴉4ay ? 2020-10-19 14:52 ? 次閱讀

反向器是一個簡單的器件,用一個繼電器就可以實現。當我們把反向器的輸出連接到輸入時,會發生什么呢?

當輸入為0時,輸出為1;輸出連接到輸入上,此時輸入又變成1,輸出值變成0;如此反復。需要特別指出的是,反向器實際上是一個繼電器,而繼電器從一個狀態轉換到另一個狀態是需要時間的。所以,即使輸入和輸出是相等的,輸出也會很快地改變,成為輸入的倒置(當然,隨即輸出也就改變了輸入,如此反復)。

這種電路稱為振蕩器(oscillator)。

振蕩器又常被稱為時鐘,因為它的輸出在0、1之間按固有的規律交替變化。

振蕩器從一個初始狀態經過一段時間又回到這個狀態;這個時間間隔定義為振蕩器的一個循環,又叫周期。如下圖所示

周期的倒數就是頻率,也就是每秒鐘振蕩器產生循環的次數。

第一個圖所示的連接方式叫做反饋,系統的輸出反饋給輸入。

下面看一個電路圖

上圖由兩個或非門組成。實際上這就是一個R-S觸發器。其真值表如下所示

S是置位,R是復位。當R為1時,Q為0,Q非為1;當S為1時,Q非為0,Q為1;當兩者都為0時,輸出狀態保持不變。兩者同時為1的情況是不允許存在的,一定要避免這種情況。

R-S觸發器的好處是可以記憶電路:Q的狀態反映了輸入端的狀態。例如此時S和R均為0,、Q為1,那我們就知道S之前為1,R為0。

但有時我們需要記憶功能更強大的電路,于是有了下面的電路。

其真值表為

當保持位為1時,它實際上就是一個R-S觸發器;當保持位為0時,置位和復位段數值無論是什么,對輸出都沒有影響。我們就可以控制輸出的記憶時間等。但我們需要兩個輸入,現在有三個。首先我們知道R-S觸發器兩個輸入端不能同時為1;而且兩個輸入端同時為0,也沒有意義,因為保持位為0已經包含這種情況。因此將電路圖改為以下形式

當保持位為1時,Q反映了數據端的數值,數據端就相當于置位。當保持位為0時,輸入端對輸出端沒有任何影響。此時R-S觸發器處于記憶狀態。

這個電路又叫電平觸發的D型觸發器,電平觸發是指當數據端電平為1或者為0時就會影響輸出。D代表輸入端(數據端),其真值表如下

這個電路也叫D鎖存器,實際上就是1位存儲器,多個1位存儲器可以構成多位存儲器。

由以上內容可知,每個鎖存器包括兩個或非門、兩個與門和一個反向器。

對某些應用而言,上面的電平觸發器就夠用了,但對另外一些來說,邊沿觸發器則更有效。對于邊沿觸發器,只有當電平從0->1或者從1->0時數據才會改變。邊沿觸發器可以由兩級R-S觸發器連接而成,如下所示

上面的電路在上升沿觸發,下面分析一下。這里時鐘同時控制著第一級和第二級R-S觸發器。進一步分析,假設初始狀態數據和時鐘均為0,Q也為0。現在數據端變為1,此時第一級觸發器的輸出變為0,但是由于時鐘為0,此時第一級觸發器的輸出對第二級觸發器沒有影響。然后,時鐘從0變為1。在時鐘從0->1的瞬間,第一級的輸入對第二級的輸出產生影響,使Q的值變為1;也就是上升沿觸發。此時時鐘為1,數據端的改變對第一級也不會有影響。邊沿D觸發器的真值表如下所示

符號為,其中小三角表示邊沿觸發。

回到本文開始的振蕩器,現在將振蕩器和上面的邊沿D觸發器連在一起

反饋接著反饋。假設初始狀態時鐘為0,Q也為0,Q非為1。當時鐘從0變為1,Q輸出與D相同,也就是Q非,值為1,Q非變為0,也就是D此時也變為0,此時時鐘為1。

當時鐘從1變為0時,由于是上升沿觸發,此時對輸出沒有影響,時鐘變為0。現在時鐘再次從0變為1,由于此時D為0,所以Q變為0,Q非變為1,D變為1。如此反復。過程如下圖

整個過程用下圖也可以說明

這種電路稱為分頻器,可以看出輸出Q的頻率是時鐘的一半。我們現在將三個這樣的分頻器連在一起

然后在輸出的信號上標上0和1,

將上圖順時針旋轉90度,然后把每一行0和1連起來,就會發現,他們分別對應了0000-1111這16個二進制數。將輸出Q1、Q2和Q3逆序連起來就組成了一個三位計數器。在時鐘的每個上升沿這個計數器就會加1。

將8個這樣的邊沿D觸發器連在一起就組成一個8位的計數器。稱為“8位行波計數器”。這樣我們就擁有了一個8位計數器。
編輯:hfy

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