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2026/1/17 0:19:08 网站建设 项目流程

芯片引脚图:

74LS74,这是数字电路里第一个“有记忆”的芯片!

一句话概括:

74LS74 是一个“电子记忆单元”。它能记住一个比特(0或1)的信息,并且可以在你命令的时候改变记忆的内容。专业名称叫“双D触发器”


核心比喻:带拍照功能的电子相框

想象一个智能电子相框

  1. 平时保持显示:它一直显示着一张照片(比如风景照)。

  2. 你可以命令它换照片:当你按下“拍照”按钮时,它立刻拍下当前的画面,然后永远显示这张新照片。

  3. 直到下次拍照:它就一直显示这张新照片,不会自己变回旧照片。

74LS74 芯片里就有2个这样的“智能相框”,每个都能独立记忆一个比特(0或1)。


核心概念:什么是“触发器”?

这是你遇到的第一个时序逻辑电路(之前学的都是组合逻辑电路):

  • 组合逻辑电路(与门、或门等):输出只取决于当前输入

    • 像简单开关:按下就亮,松开就灭

    • 没有记忆

  • 时序逻辑电路(触发器):输出不仅取决于当前输入,还取决于之前的状态

    • 像带锁的开关:按一下开,再按一下关

    • 有记忆功能!

74LS74就是你的第一个“有记忆”的芯片!


芯片引脚(14脚芯片)

74LS74有14个引脚,每个触发器有5个关键脚:

电源和地

  • 引脚14:接+5V

  • 引脚7:接GND

第一个触发器(左边)

  • 引脚2数据输入D(你想让它记住的值:0或1)

  • 引脚3时钟输入CLK(“拍照按钮”!上升沿触发)

  • 引脚1清零CLR'(低电平有效,强行清成0)

  • 引脚4置位PRE'(低电平有效,强行置成1)

  • 引脚5输出Q(记住的值)

  • 引脚6输出Q'(Q的反相,Q=1时Q'=0,反之亦然)

第二个触发器(右边)

  • 引脚12:数据D

  • 引脚11:时钟CLK

  • 引脚13:清零CLR'

  • 引脚10:置位PRE'

  • 引脚9:输出Q

  • 引脚8:输出Q'

注意'表示低电平有效,比如CLR'平时要保持高电平,当给低电平时才清零。


怎么工作?(最关键的部分)

三个工作阶段:

  1. 平时状态

    • 触发器保持之前记住的值(Q不变)

    • 无论D输入怎么变化,Q都不变(只要不按“拍照按钮”)

  2. “拍照”时刻(时钟上升沿):

    • 当CLK引脚从0变到1的瞬间(上升沿)

    • 触发器立刻“拍下”当前D输入的值,并保存起来

    • 之后Q输出就变成这个新值

  3. 强行控制(优先级最高):

    • CLR'=0不管在干什么,Q立刻变成0(清零)

    • PRE'=0不管在干什么,Q立刻变成1(置位)

    • 这两个脚就像“紧急按钮”,随时可以强行改变状态


真值表(工作时序)

CLR'PRE'CLKDQ (之后)说明
01XX0清零(最高优先级)
10XX1置位(第二优先级)
00XX1*不允许这样接!
1100时钟上升沿,记住0
1111时钟上升沿,记住1
11其他X保持时钟没上升沿,保持原值

↑ 表示时钟从0到1的上升沿
X 表示任意值(0或1都行)


它到底有什么用?(应用场景)

1.数据锁存(最基本的)

  • 把瞬间的信号“抓住”并保持住。

  • 例子:按钮只按一下,但要让LED一直亮着。

2.制作移位寄存器

  • 多个74LS74串联,可以存储多位数据。

  • 数据可以在时钟控制下一位位移动。

3.制作计数器

  • 配合逻辑门,可以制作二进制计数器。

  • 74LS192内部就是用触发器构成的。

4.消除按键抖动

  • 机械按键按下时会有多次通断(抖动),用触发器可以只取一次动作。

5.同步电路

  • 让多个操作在时钟控制下同步进行,这是CPU工作的基础!


一个超简单实例:按钮锁存器

目标:

按一下按钮,LED亮并保持亮;再按一下另一个按钮,LED灭。

所需元件:

  1. 74LS74芯片 ×1(用1个触发器)

  2. 按钮开关 ×2

  3. LED ×1

  4. 电阻 ×2

  5. 5V电源

连接方法:

电源+5V → 按钮1 → 74LS74引脚4(PRE'置位端) 电源+5V → 按钮2 → 74LS74引脚1(CLR'清零端) 两个按钮的另一端都接地 (实际需要上拉电阻,这里简化) 74LS74引脚5(Q输出) → LED正极 LED负极 → 电阻 → 电源GND 引脚2(D)和引脚3(CLK)接高电平(+5V) 引脚14接+5V,引脚7接GND

工作过程:

  1. 初始状态:Q=0,LED灭

  2. 按按钮1(置位)

    • PRE'瞬间变0 → Q立刻变成1 → LED亮!

    • 松开按钮后,PRE'恢复1,但Q保持1不变

  3. 按按钮2(清零)

    • CLR'瞬间变0 → Q立刻变成0 → LED灭!

    • 松开后,Q保持0不变

这样就用触发器实现了一个“电子自锁开关”!


更典型的用法:时钟控制记忆

连接:

  • D输入接一个数据源(比如开关)

  • CLK接一个时钟信号(比如555产生的方波)

  • Q输出接LED

现象:

  • 平时拨动开关,LED不会立刻变化

  • 只有时钟上升沿到来的瞬间,LED才变成开关当时的状态

  • 之后即使开关变化,LED也保持之前的状态,直到下一个时钟上升沿

这就是“同步”工作:所有变化都在时钟的统一指挥下发生!


重要特性

  1. 边沿触发

    • 只在时钟上升沿(0→1)动作

    • 这是与“电平触发”锁存器的最大区别

  2. 异步控制

    • CLR'和PRE'是异步的,随时有效,不受时钟控制

  3. 两个独立触发器

    • 可以单独使用,也可以配合使用

  4. 建立时间要求

    • 在时钟上升沿到来前,D输入必须稳定一段时间(约20纳秒)


74系列触发器家族

  • 74LS74:双D触发器(最常用)

  • 74LS76:双JK触发器(功能更灵活)

  • 74LS175:四D触发器(4个一组)

  • 74LS373:八D锁存器(8位一起锁存)

D触发器是最简单、最基础的触发器,所有其他触发器都能用D触发器构建。


总结要点(初学者记住这几点就行)

  1. 本质双D触发器。能记忆1比特信息的电子单元。

  2. 核心功能在时钟上升沿“拍下”D的值并保持

  3. 三个关键控制

    • 时钟CLK:正常工作时,上升沿触发记忆

    • 清零CLR':低电平时,强制输出0(优先级最高)

    • 置位PRE':低电平时,强制输出1

  4. 引脚规律

    • 每个触发器:D、CLK、CLR'、PRE'、Q、Q'

    • 两个触发器完全独立

  5. 江湖地位数字电路的“记忆细胞”,是寄存器、存储器、CPU的基石!

最形象的理解
把74LS74想象成“电子照相馆”

  • D端是“被拍摄对象”

  • CLK是“快门按钮”(只在按下瞬间拍照)

  • Q是“冲洗出来的照片”(一直显示拍到的内容)

  • CLR'是“撕掉照片”(变空白)

  • PRE'是“贴默认照片”(贴一张1的照片)

这是你数字电路学习的一个重要里程碑!从此你接触的电路不再是“瞬时反应”,而是“有记忆、有时序”的智能系统。电脑的内存、CPU的寄存器,本质上就是成千上万个这样的触发器组成的!

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