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1999年电子报第22期
（5）数码显示电路和学习数字集成电路的方法。以下继续介绍数码显示框图18的电路组成。在上期连载（六）的图22，已示出了数码显示电路中的BCD－7段译码/驱动器和数码管LED的一种配套电路。从图22看出，数码管LED驱动器的输入端是BCD码信号。该信号可用CD4518——二/十进制同步加计数器的输出供给，如图23（a）所示。图23（b）中还示出了已介绍过的CD4543集成电路。在这里首先对初学者谈谈使用数字集成电路的方法，它与使用分立元件电路完全不同，使用前者时，应把握以下几点。 1）学会查阅数字电路产品手册。从手册产品性能介绍中，查出数字电路的引脚功能。一般引脚功能分两大类，其一是输入与输出功能；其二是控制功能（包括被控和对外控制）。例如图23的（a）CD4518，该IC是一种同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}。该计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；{11}脚～{14}脚）。此外还必须掌握其控制功能，否则无法工作。手册中给有控制功能的真值（又称功能表），即集成块的使用条件，如表2所示。从表2看出，CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端应接高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN端输入，此时CP端应接低电平“0”，不仅如此，清零（又称复位）端Cr也应保持低电平“0”，只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，若不满足则IC不工作。计数时，其电路的输入输出状态如表3所示。值得注意，因表3输出是二/十进制的BCD码，所以输入端的记数脉冲到第十个时，电路自动复位0000状态（参看连载五）。另外，该CD4518无进位功能的引脚，但从表3看出，电路在第十个脉冲作用下，会自动复位，同时，第6脚或第{14}脚将输出下降沿的脉冲，利用该脉冲和EN端功能，就可作为计数的电路进位脉冲和进位功能端供多位数显用。由此可见充分利用真值表的特性，才能使用好数字电路。 读者可以按照上述方法查出BCD－7段译码/驱动器的CD4543输入、输出真值表，从表中学会电路的使用方法。由于篇幅有限，这里没有列出它的真值表。图24是LED数码显示框图18的部分电路图，图中引脚连接完全根据真值表的要求连接的。 在图24电路的CD4518中，因设定CP端为时钟（计数）输入，所以EN端10脚接电源正端（高电平）；清零端Cr{15}脚通过R1接地为零电平，电容C1是开机置Cr“1”电平清零用的。开机之后，C1不再起作用，由此可见，该IC的连接均符合表2的要求。只要从9脚输入计数脉冲，CD4518就输出BCD码。在CD4543中，LD（锁存控制）端1脚接电源正端（高电平），BI（消隐）端7脚、ph（L6CD用）6脚均接地电平，这些条件均符合CD4543真值表要求。 由此可见，学习使用数字IC是以此真值表为依据的。 湖北 王绍华 成都 遥约
数字电路及其应用(八)
1999年电子报第23期
（6）斯密特4－2输入与非门CD4093。斯密特与非门又称斯密特触发器。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。在数码显示电路中将用它作脉冲整形电路。 图25是CD4093（IC）的引脚图，从IC内部的逻辑符号和“与非”门的逻辑符号相比略有不同，增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表斯密特触发器一个重要的滞后特性。当把CD4093两个输入端并接成非门时，它们的输入、输出特性如图26所示。其中图26的上部位置代表输入信号；图26的下部位置代表输出波形。从图中看出，当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），这种现象称它为滞后特性，VT＋—VT－=△VT。△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；还可以用它作电压幅度鉴别。在数字电路中它也是很常用的器件。 图27是一种用开关K产生单脉冲的原理图。当按下按键开关K时，我们虽然感觉不到开关触点的抖动，但是因实际存在抖动而使K的输出端产生多个脉冲，为了消除开关的抖动，使用了图28的消除开关抖动的电路。图中注明了电路的组成和各点的输出波形。电路中R1是上拉电阻。R2是C1的泄放电阻，R3、C1为常数，决定C点波形的前沿和后沿状态。R4、D1和R5是斯密特触发电路输入、输出必需的延迟反馈元件。该电路是一种消除开关抖动的单脉冲发生器典型电路。 （7）CD4060时钟脉冲发生器。CD4060（IC）是一种带有振荡器的14级分频器电路。用作振荡器时需外接R、C元件或石英晶体和电容器。如图29所示。有关CD4060的详细资料，本报已介绍过多次，这里不再重复。 湖北 王绍华成都遥约
数字电路及其应用(九)
1999年电子报第24期
（8）数码显示中的时钟信号。图30是数码显示的完整电路图。该电路是取自工程上一种多点检测控制箱的部分电路。由图可知，数码显示不仅可用在计数上，更多的还是其它用途。在图30中，IC1是数码显示用的时钟信号发生器，IC2是人工检测（数码显示）的单脉冲发生器电路，IC3是计数器，IC4是BCD－7段译码器和LED的驱动器。 CD4060（IC1）时钟信号发生器。数码显示用的时钟信号是由使用场合决定的，如工厂中产品自动计数是由光电传感器产生时钟信号，在这里是由脉冲发生器IC1产生的时钟信号。该发生器的脉冲周期T=2.2R2C1，设置为两秒钟，即LED计数显示每两秒钟变化读数一次。 电路中，CD4093（IC2）和开关K3共同组成供自检用的单脉冲发生器。触动一次K3，IC2的1脚接地一次，便在R4端产生一个脉冲（负的），为了消除开关通断的抖动，再利用斯密特与非门IC2对1脚上的脉冲信号整形，然后由IC2的10脚输出整形后的单脉冲信号（具体工作原理见上期介绍）。将开关K2闭合，由人工不断触动K3，IC210脚输出的信号加到IC3的CP端9脚，结果LED就显示出K3的闭合次数（0～9），达到人工检测数显示电路是否正常工作的目的。若将IC1中的电阻R2用电位器（200k?）代换，即可调节LED的显示速度。图31是数码显示的面板图。其中K1、K2是互锁按键开关，K3是不带锁的按键开关。工作时，按下“循测”键则自动计数显示；检测时按下“人工”键，再触动K3，LED就随K3触动而显示。 湖北王绍华 成都 遥约
数字电路及其应用（十）
1999年电子报第25期
四、LED数码显示的应用 已介绍过的数码显示电路只需配上相应的器件，就可组成多路监示的报警装置。图32是取自工程上一种10路报警系统的原理框图。其中的LED数码显示电路具有两种功能，1.发出BCD码，供多路报警循测开关的接通信号。设定每个开关接通两秒钟，然后断开，20秒钟一个接通循环。2.LED显示0～9个数，用来指示各路报警传感器的位号，以便发出报警声时，用户可从LED上看出报警点的位置。以下分别介绍各框图的组成。有关LED数码显示电路已作过详细介绍，这里不再复述。 1.CD4067模拟开关。数字电路中模拟开关是很有用的器件，用它来切换数字信号的传输是十分方便的。模拟开关的等效电路如图33所示。该图中0～n是开关的位，A代表开关的公共端刀，它等效一个单刀多位开关。各开关的切换是由BCD码作指令，BCD码的每四位二进制码可对应一个开关的接通，其余开关都断开。各开关都可双向传输信号，即各开关允许从n线到1线的信号传送（输入/输出）或1线到n线的分离（输出/输入），以及允许信号的并/串转换。开关所需的BCD码由外部电路产生，并称BCD码为外部地址输入信号。 图34是一种集成模拟开关器件CD4067的引脚图。CD4067是单16路（单刀16位）模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码A、B、C、D来切换。其中脚10、{11}、{14}和{13}是地址码A、B、C、D的输入端；脚2～{11}和{16}～{23}是开关的输入/输出端（开关位）；脚1是开关的输出/输入公共端（开关刀）；脚{15}为控制端，低电平有效（选通），高电平禁止（开关开路）。CD4067的真值表如附表所示。4位二进制码A、B、C、D共有16种状态，所以可以控制16个开关的通断。从真值表上看出，CD4067的工作方式和图33介绍的完全相同，不过实际的IC多了一个控制端口{15}INH。这种模拟开关具有低的导通电阻和高的断开电阻，被传输的数字信号幅度为3V～15V。 2.多路报警传感器和讯响器 这里各路设置的报警传感器依用户按要求设定，所以难以详细介绍，不过可以介绍其要求。不管设置何种传感器，如防盗的振动或断线传感器；防火的感烟传感器；家用或商用的燃气气敏传感器等，都要作数字化处理，即报警时，传感器的输出应输出高电平（≥12V），以保证传感器的报警信号可以远距离传送。如图35防盗的断线传感器，当A、B两点的布线一旦断开，A点就输出高电平（12V）的报警信号，再通过CD4067的输出到讯响器上。报警用的高响度讯响器，本报均有过介绍。 本10路报警装置与CD4067有关的电路如图36所示。它可用于仓库、石油液化站，当然也可以用于多居室别墅的防盗系统，不同的场所使用不同种类的传感器。各传感器设在需要的地方，报警电路安装在一个箱内作为监测箱挂在室内（工程上称为中心控制室）。一旦出现报警声，从监测箱的LED显示中即可查到报警位置。值得注意，因CD4067的外部地址码是二/十进制的BCD码，所以控制的报警路数最多10路，余有6路空着不同。实际使用时，也可按需要设置报警路数，这种情况下，由LED数码显示电路产生的10路循测信号也无需更改，未用上的循测信号，作空位运行。 湖北 王绍华 成都 遥约
数字电路及其应用（十二）
1999年电子报第27期
2.三态输出与非门和集成三态R－S锁存触发器。 （1）三态输出与非门。又称三态门，它与一般的与非门不同，其输入、输出除了具有与非门的功能外，还可以出现第三种状态——高阻状态（或称禁止态）。三态门的逻辑符号如图41所示，当EN端接“0”（或“1”）电平时，三态门按照与非门逻辑工作；当EN端接“1”（或“0”）电平时，三态门截止，这时若从输出端看进去，它处于高阻状态，所以称EN端为控制端（又称使能端）。在计算机电路中，常把A、B端叫做数据输入端；还把EN端接“0”（或“1”）时叫三态门的工作状态——高阻状态。至于EN端该接“1”或“0”，才能使它成高阻状态？这由给定型号集成电路的真值表而定，读者无需硬记。 在计算机（包括单片机）中，三态电路很有用处，用它可在一根导线上轮流（输入/输出）传送多个不同的数据信号或控制信号，如图42所示。通常把图中接受三个门的AB线叫做总线（又称母线）。若令EN1、EN2和EN3分时地接“0”（或“1”）电平时，则AB、CD、EF的三组数据就会轮流地按与非门关系送到总线AB上，达到用一根总线传输（输入/输出）三组信号目的。 （2）三态R－S锁存触发器CD4044 将三态输出的与非门接成R－S触发器，就构成了具有三态的锁存触发器，如集成电路CD4044。CD4044是16引脚的IC，内含4个三态R－S触发器，其引脚功能如图43所示。图中的EN端是各R－S触发器共同的三态控制端（“0”电平禁止）；S、R代表各自的R－S触发器的输入端，Q1～Q4代表各触发器的输出端，触发器的Q端均未引出。附表是CD4044的真值表。从表中看出它与上次连载中的R－S与非门触发器的真值表相比，除多了一个控制端EN外，均完全相同，只需把EN端接高电平，该IC就是含有四个R－S与非门触发器的集成电路。注意：用或非门也可以构成三态R－S锁存触发器，如集成电路CD4043。 图44是用CD4044设计的报警器电路。AB线是用户设置的防盗线（用漆包线组成）。用该线把需防盗的区域围起来。图中绘出的R－S触发器是指CD4044内部电路的原理而非实际的完整电路。图中S1端通过电阻R2高电平（“1”），但由于AB线的短路使S1处于“0”电平，R1端通过电阻R1接“0”电平，EN端（三态）接高电平使CD4044按照R－S触发器的逻辑工作。电容器C是开机时，使R1端置“1”电平的，由CD4044的真值表可知，开机加电之后R－S触发器处于“1”态，Q1输出高电平，BG1管饱和导通，BG2管截止。一旦AB线被贼切断，S处于“1”电平，因R1处于“0”电平，结果R－S触发器置“0”态（参看真值表），BG1管截止，BG2导通，讯响器工作发出报警声。开关K是二次分布AB线的复位开关。由上述可见，分析电路时只需把握R－S触发器的特性和CD4044真值表，则图44的电路原理就一目了然。 成都 史为
数字电路及其应用（十三）
1999年电子报第28期
3T型触发器和定时器电路。 将R－S触发器的引出端作适当的连接，可以构成T型触发器，如图45所示。T型触发器属于双稳态电路，可作分频器。电路中的T点称触发端（又称时钟端）。当T型触发器的电源接通时，A、B端中哪个为高电平或低电平，是随机性的。一旦在触发端T输入脉冲信号时，该脉冲通过电容器C1、C2加到R、S端，由上期的与非门R－S触发器的真值表可以看出，当输入脉冲是高电平时，电路保持原状态；当输入脉冲由高电平下跳到低电平瞬间，电路被触发改变原来的状态，其输入、输出的波形如图46所示。由波形图看出，输出端与输入端的脉冲波是一种二分频作用。实用中的T型触发器电路有多种形式，如有的T型触发器带有清零端，但它们的基本功能是相同的。 在数字集成电路中，T型触发器用途很广，已介绍过的IC CD4060和CD4518产品，其内部的计数单元就是由多个T型触发器构成的串行计数器。因T型触发器有分频作用，所以可用它制作定时器。图47是一种由CD4060、CD4518、CD4069和BG管等组成的定时器电路，其定时时间可调，最长定时可达10小时以上。电路中的各集成电路功能都已作过详细介绍，这里不作复述。定时器工作原理如下：电路通电（＋12V），因电容器C3、C2不能瞬变，开机电源信号（高电平）对IC1、IC2清零，IC26脚输出低电平，经IC3反相成高电平，该高电平驱动继电器J工作，其触点J0闭合，提供定时开始信号。电源接通后IC14060开始振荡和内部分频（14级二分频），其振荡周期T=2.2(R2＋R3)C1，振荡周期由R3可调。振荡的脉冲信号经内部分频后由3脚Q14端输出脉冲信号加到IC2CD4518（单端输入、BCD码输出）的2脚时钟端EN（负跳变触发），该时钟信号由内部再分频从IC2的6脚Q4端输出高电平信号，该高电平经IC3－1反相后，一路信号使BG截止，继电器停止工作，J0断开定时结束；另一路信号经IC3－2反相成高电平加到IC2的1脚使CD4518停止工作（保持原状）。要第二次定时，先按动同步开关K，使IC1、IC2复位，又可开始定时。图48是CD4518输出各点波形图。 关于定时时间的设定，可调节R3。
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