CD4013的引脚图、真值表及应用

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CD4013是双D触发器芯片，在数字电路中常用来进行锁存数据, 组成分频电路等。

CD4013的引脚图与真值表 在电子技术中，N/2(N为奇数)分频电路有着重要的应用，对一个特定的输入频率，要经N/2分频后才能得到所需要的输出，这就要求电路具有N/2的非整数倍的分频功能。CD4013是双D触发器，在以CD4013为主组成的若干个二分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成N/2分频电路。

上面介绍的N/2分频电路仅限于N≤7，当N≥7时，可根据分频N值的大小，相应增加二分频级数，并恰当引接反馈信号走线，便可得到N≥7的分频电路。 N/2分频电路可得到如下几个特性： 1、电路工作原理是，在第n个周期，末级两分频器的输出为高电平时，输入时钟脉冲的上升沿使分频电路工作；在第n＋1个周期，末级两分频器的输出为低电平时，输入时钟脉冲的下降沿使分频电路工作。 2、电路采用的是异步触发形式，各触发器的初始状态不会影响到分频的功能。如果要求初始状态为“0”状态，可以将D触发器的复位端R引出，接至复位控制电路。 3、输入信号fi的最高工作频率fimax除受到CMOS元件FM的限制外，还受到D触发器、反馈门翻转延迟和 电容C滤波频率特性的影响，所以应尽可能提高fi的值。一般情况下，最高工作频率fimax在几百千赫以下。

[电路小知识篇]D型触发器电路

在基础电路设计中， D-触发器被广泛的用于短暂（一个或者几个时钟周期内）储存/传输信号，也可以长期储存信号（但是能耗以及电路面积占用较高）。D-触发器的示意图如下：

常见的D-触发器

常见的正向D-触发器工作原理较简单：当时钟信号从0变为1的时候，输出信号Q变为输入信号D的值。 重置信号R在正常工作时需要为1，如果重置信号R为0则输出信号Q为0。

典型的应用例如串行移位寄存器以及各种需要时钟周期的控制电路中。 下图即为一个典型的D触发器的应用（扫描链）：

常见的扫描链(Scan Chain)应用

该电路的功能在于：假设我们有一个需要测试的芯片，里面有许多（例如，32个）可控输入信号（比如单片机的各种调试接口）。那么在我们设计这些芯片上的输入端时，将所有信号接到片外是一个非常不经济的行为。 这主要是因为芯片上的连接制作成本很低（几乎可以忽略不计），但是芯片内外的连接非常昂贵，需要各式各样的放大器以及保护电路，另外这些片外连接需要的芯片面积也不容小视。 因此，扫描链可以让我们轻松的实现只用3个片外信号（重置，输入以及时钟总线）来做到（理论上）任意多的芯片内可控输入。当然，输入这些信号和这些信号的数量成正比（也即每一个时钟周期只能输入一个信号）。

举个例子，如果我们的需要的内部信号为（32比特）： 0011 1100 0011 1100 0011 1100 0011 1100 （最左侧为输出信号31， 最右侧为输出信号0），那么输入的方式即为：将输入设为0， 并且使时钟上下跳动2次； 然后输入设定为1，使时钟上下跳动4次 ... 以此类推。

那么在以上的应用中，有细心的读者可能会疑惑：为什么在一个时钟上升沿（也即在时钟由0变为1的同时）， 原来的输入只会到并行输出0，并行输出0只会到并行输出1， 而不会继续向下传递呢？

这就要从D-触发器的原理说起了。简单地说， D-触发器“由时钟沿触发”的原理可以看成以下两个电路的结合：

D-触发器分解原理

前一部分电路可以理解成：当门信号为0时，允许输入信号D通过。后一部分电路和前一部分类似- 当门信号为1时，允许输入信号D通过。这样，如果我们将门信号连接到一起（也即时钟信号），该电路就变为了D-触发器。

那么， 这两组电路可以看成是以下示意图：

D-触发器示意图

我们把D-触发器想象成是两扇门，信号是一个可以在打开的门之间走动的小人，那么在时钟信号为低的时候，信号D1的小人可以通过第一扇门，但是无法通过第二扇门。同理，当时钟信号为高的时候， 信号D1可以通过第二扇门，但是注意， 此时新来的信号（信号D2）无法通过第一扇门了。因此，在每次时钟上升的时候， 只有前一次的信号可以通过D-触发器，而后一次来的信号是无法通过的。这种特性也使得D-触发器非常适合作为可控信号传递模块。

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