D触发器的典型应用电路及其仿真分析

李 莹

(天津市河东区职工大学，天津 300162)

D触发器的典型应用电路及其仿真分析

李 莹

(天津市河东区职工大学，天津 300162)

D触发器与其它类型触发器相比具有明显的优越性，因此得到较为广泛的应用。本文在对D触发器做简要介绍的基础上，总结归纳了三种典型的用D触发器组成的应用电路，并对其进行了仿真分析，从而使学生对D触发器的逻辑功能有了更深一步的了解，为今后更好地分析并应用其设计电路打下良好的基础。

D触发器；逻辑功能；应用电路；仿真分析

我们把能够存储一位二进制数字信号的逻辑电路称为触发器，其是构成时序逻辑电路的最基本核心单元，时序逻辑电路所具备的记忆功能就是通过触发器的功能才得以体现的。触发器按照逻辑功能的不同，可以分为五种类型：RS触发器、JK触发器、D触发器、T触发器和T，触发器。其中D触发器在实际电路中得到较为广泛地应用，究其原因，我归纳了以下三点：1边沿D触发器允许在CP触发沿来到的前一瞬间加入信号，这样，输入端受干扰时间大大缩短，受干扰的可能性也就降低了。而RS触发器(基本RS触发器、同步RS触发器、主从RS触发器)分别具有不受统一CP脉冲控制、空翻现象、输出状态不定的问题，故其抗干扰能力较差。2 D触发器只有一个信号输入端，与JK触发器有两个信号输入端相比，使用起来更加地方便。3 T和T，触发器的逻辑功能可以方便地由D触发器转换而成。

下面，结合D触发器的逻辑功能，我总结归纳了三种D触发器典型应用电路，同时，为了使学生能够更深刻、更直观地理解电路的功能，我分别对这三种D触发器应用电路进行了仿真分析，收到了不错的教学效果。

一、D触发器简介

(一) D触发器的逻辑功能

边沿D触发器的逻辑图及逻辑符号如下图1所示：

图1 边沿D触发器的逻辑图及逻辑符号

1.工作原理

(1)CP=0时，触发器的状态不变；同时，可接收输入信号D。

(2)当CP由0变1时触发器翻转；Q=D。

(3)触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。

总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁，三步都是在正跳沿前后完成，所以有边沿触发器之称。

2.逻辑功能描述

表1 D触发器简化特性表

D触发器特征方程：Qn+1=D

(二)集成D触发器4013

下图为4013的引脚功能排列示意图，从图中可以看出4013芯片内部共封装有两个D触发器，这两个触发器功能、参数一致，用户可以自行选择全部使用或部分使用。

图2 4013的引脚功能排列示意图

4013的工作过程如下：

R=0，S=0，在CP脉冲上升沿的作用下，Q=D。

R=0，S=1，无条件置位，Q=1，该状态又称“置1”。

R=1，S=0，无条件复位，Q=0，该状态又称“置0”。

R=0，S=0，CP=0，Q保持状态不变。

二、D触发器典型应用电路及其仿真分析

我选择使用EWB5.0软件对D触发器典型应用电路进行仿真分析。EWB的英文全名是Electronics Workbench(电子工作台)，它虚拟了一个可以对模拟电子电路和数字电子电路进行模拟仿真的工作平台，它几乎可以完成在实验室进行的所有电子技术实验，并且与实际实验情况非常贴切，选用的元器件和仪器也与实际情况非常相近。

下面三种D触发器典型应电路可以通过EWB提供的示波器明显的看出实验的效果。

(一)用D触发器组成的模拟按钮自锁开关

1.电路图及工作原理

(1)电路图

图3 用D触发器组成的模拟按钮自锁开关

(2)工作原理

当松开S1(断开S1)时，电源向C1充电，在R1上产生一个正向脉冲电流，即CP1端会产生一个上升沿，但是该上升沿的脉宽时间小于D触发器维持翻转所需的时间(R3、C2组成RC延时电路，使触发器翻转延时)，因此，触发器保持按下开关时的状态。

以上工作原理可用如下表格概括：

表2 电路关键点及主要器件工作状态

2.仿真电路图及仿真分析图

图4 仿真电路图及仿真分析图

(二)用D触发器组成的音频信号发生器

1.电路图及工作原理

(1)电路图

图5 用D触发器组成的音频信号发生器

(2)工作原理

图状态转换图

2.仿真电路图及仿真分析图

图7 仿真电路图及仿真分析图

由仿真分析图可看出，示波器显示VT1的基极产生一个振荡信号，从而验证了上述的工作过程。

(三)用D触发器组成的分频器

1.电路图及工作原理

(1)电路图

图8 用D触发器组成的分频器

(2)工作原理

电路由非门IC1A、IC1B和R1、C1等组成自激多谐振荡器，产生时钟信号，该信号经过IC1C缓冲、整形后加至IC2A的CP1端，由D触发器IC2A、IC2B组成两级分频器，依次进行二分频，由发光二极管LED1、LED2、LED3及限流电阻组成电平显示器。

图9 示波器接在CP1端及端(O1’端)仿真电路图

2.仿真电路图及仿真分析图

图10 示波器显示的CP1端及端(O1’端)仿真分析图

图11 示波器接在CP1端及端(O2’端)仿真电路图

图12 示波器显示的CP1端及端(O2’端)仿真分析图

如上所述，依次介绍了三种由D触发器组成的典型应用电路。其中模拟按钮自锁开关电路实质是一个用D触发器组成的双稳态开关电路，音频信号发生器实质是一个用D触发器组成的无稳态振荡器，而分频器(或计数器)则是D触发器的最典型应用电路之一。教学实践表明把这三种电路归纳在一起，并通过EWB进行仿真分析，可以使学生加深对由D触发器组成电路的理解及认识，为今后更好的分析及设计相关电路起到一定的铺垫作用。

此外，还需提及的是由D触发器还可以组成一些典型应用电路，如延时开关电路(定时器)、抢答器等，这时D触发器可以分别起到单稳态及锁存的电路功能，其电路工作原理与上述介绍的三种典型电路基本相似，就不再一一赘述。

[1]康华光等.电子技术基础数字部分(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]王晓鹏.面包板电子制作68例[M].北京：化学工业出版社，2012.

[3]杨志忠等.数字电子技术(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

李莹(1982-)， 女，天津人，天津市河东区职工大学讲师，主要从事电子技术教学研究工作。

TN79

A

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