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1.9 计数触发器

有一种电子装置叫作触发器,它主要由两个电子管组成,这种电子管跟收音机的电子管差不多。当电流流入触发器中时,它只能从左边的电子管或者右边的电子管中通过,也就是说,它只能通过一个电子管。触发器一共有四个触点,其中两个是用来从外部接收一种叫作脉冲的短暂电信号的;而另外两个则是用来从触发器输出回答脉冲的。接收到外部输入脉冲的瞬间,触发器会改变状态,发生“翻转”,这时,原来导通的电子管变成闭合状态,电流转而从另外一个电子管流过。在右边的电子管闭合,左边的电子管导通的瞬间,触发器就会从接触点输出回答脉冲。

当右边的电子管闭合时,我们规定触发器的状态为“状态0”;当右边的电子管导通时,我们规定触发器的状态为“状态1”。那么在连续给触发器输入几个脉冲后,触发器是怎样工作的呢?

假设一开始左边的电子管是导通的,即触发器的初始状态是状态0(图1-1)。输入第一个脉冲后,左边的电子管将会变为闭合状态,即触发器翻转成状态1。这时,触发器不输出回答脉冲。输入第二个脉冲后,左边的电子管导通,触发器重新回到状态0。这时触发器输出回答脉冲。

触发器在经过两个脉冲之后,又回到初始状态0。继续输入第三个脉冲和第四个脉冲的情况跟第一个脉冲和第二个脉冲一样。后面都是如此循环往复的。也就是说,每输入两个脉冲,触发器就会输出一次回答脉冲。

图1-1

现在我们假设有好几个触发器,给第一个触发器输入脉冲信号,然后把第一个触发器输出的回答脉冲加到第二个触发器上,第二个触发器输出的回答脉冲加到第三个触发器上,按照图1-2的顺序依次连接,之后,我们来看一下这几个触发器是怎样工作的。

图1-2

假设一共有5个触发器,将它们的初始状态都设为0,那么初始时的组合就是00 000。现在,对这组触发器加第一个脉冲,这时,第一个触发器转变为状态1。由于此时第一个触发器没有输出回答脉冲,所以,其他触发器仍然处在状态0。此时这一组触发器形成的组合就是00 001。在第二个脉冲之后,第一个触发器发生翻转,变回状态0,它发出的回答脉冲接通第二个触发器,第二个触发器变为状态1,其余的触发器依然处于状态0。这时,触发器的组合就变成了00 010。接着第一个触发器又接收到了第三个脉冲,这时它变为状态1,由于没有输出回答脉冲,其余的触发器状态不变,这时的组合就是00 011。在第四个脉冲后,第一个触发器翻转,并输出回答脉冲,第二个触发器由于第一个触发器的脉冲作用也发生翻转,并输出回答脉冲,第三个触发器因此被接通并发生翻转,变为状态1,此时的组合就是00 100。

按照这样一直进行下去,可以得到以下结果:

第一个脉冲组合    00 001

第二个脉冲组合    00 010

第三个脉冲组合    00 011

第四个脉冲组合    00 100

第五个脉冲组合    00 101

第六个脉冲组合    00 110

第七个脉冲组合    00 111

第八个脉冲组合    01 000

……

在二进制计数法中,所有的数都用0和1表示,与十进制不同,二进制后一位上的1是前一位上的1的2倍,而不是10倍。将二进制数转化为十进制数时,只需要从右到左用二进制的每个数去乘以2的相应次方,然后将所得的结果相加就可以了。需要注意的是,次方要从0开始,从右到左每次增加1。例如,二进制数10 011转化为十进制数就是1×2 0 +1×2 1 +0×2 2 +0×2 3 +1×2 4 =1+2+16=19。

连接起来的触发器就是以二进制计数法“记录”了从外面输入的脉冲的次数。需要注意的是,触发器每翻转一次,就会记录一个输入进来的脉冲,而这整个过程所需要的时间不过一亿分之几秒!现在的计数触发器每秒能够“计算”出1 000多万个脉冲。一般来说,我们的眼睛最快只能来得及识别每隔0.1秒出现一次的信号,所以计数触发器的速度大约是人眼识别速度的100万倍。

假如把20个触发器按照以上方法连接在一起,那么它就能记录不超过二进制的20位的数目的输入信号。也就是说,它可以“计数”到(2 20 1),这个数字大于100万。而当我们把64个触发器连在一起时,我们就可以利用它来记录著名的“象棋数字”了。

高速计数对于核物理的实验研究有着十分重大的意义。比如原子裂变时释放出来的各种粒子的数目就可以用这种方法来计算。 xat3pKTaLYkQkPRxs9QCz7GpVhZ1a7WQoVt9+H9AxLbzw5TWoI5qTkiVnfGNqu/J

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