基礎(chǔ)B第9次課(計(jì)數(shù)與分頻電路)[講課適用]

1、電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)電工電子基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)第九次課第九次課 實(shí)驗(yàn)提示實(shí)驗(yàn)提示 1P194 1、2 2P177-3 計(jì)數(shù)與分頻電路計(jì)數(shù)與分頻電路 1優(yōu)選課堂 一、計(jì)數(shù)器與分頻電路的簡(jiǎn)介一、計(jì)數(shù)器與分頻電路的簡(jiǎn)介 計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中一種用得最多的時(shí)計(jì)數(shù)器是數(shù)字系統(tǒng)中一種用得最多的時(shí) 序邏輯部件，他的基本功能是記錄輸入脈沖序邏輯部件，他的基本功能是記錄輸入脈沖 的個(gè)數(shù)，可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生順序脈沖的個(gè)數(shù)，可用于分頻、定時(shí)、產(chǎn)生順序脈沖 和序列碼以及數(shù)值運(yùn)算等。和序列碼以及數(shù)值運(yùn)算等。 分頻器是加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器的統(tǒng)稱。分頻器是加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器的統(tǒng)稱。 2優(yōu)選課堂 2021-5-273 74LS16

2、174LS161是同步置數(shù)，異步清零十六進(jìn)制（是同步置數(shù)，異步清零十六進(jìn)制（M=16M=16） 計(jì)數(shù)器，其功能表計(jì)數(shù)器，其功能表 如下如下 CLRLOAD PT CLK Q3 Q2 Q1 Q0功能功能 01 0 0 0 0異步清零異步清零 10 D B C A同步并入同步并入 1111000011118421計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 110 1Qn3 Qn2 Qn1 Qn0 保持保持QCC=QCCn 110Qn3 Qn2 Qn1 Qn0保持保持QCC= 0 3優(yōu)選課堂 P194 - 1 v74LS161是同步置數(shù)，異步清零十六進(jìn)制是同步置數(shù)，異步清零十六進(jìn)制 （M=16），其管腳圖和功能表參見(jiàn)），其管腳圖和功

3、能表參見(jiàn)電工電子電工電子 實(shí)驗(yàn)手冊(cè)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)P91 v用模用模N的計(jì)數(shù)器構(gòu)成模的計(jì)數(shù)器構(gòu)成模M的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器(NM)，一般，一般 采用同步置數(shù)的方法?？刹捎弥米钚?shù)法、置采用同步置數(shù)的方法?？刹捎弥米钚?shù)法、置 “0”法和置最大數(shù)法?；舅枷胧鞘褂?jì)數(shù)器從法和置最大數(shù)法?；舅枷胧鞘褂?jì)數(shù)器從 預(yù)置狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到滿足模值為預(yù)置狀態(tài)開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)到滿足模值為M的終的終 止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生置數(shù)控制信號(hào)，下一止?fàn)顟B(tài)時(shí)產(chǎn)生置數(shù)控制信號(hào)，下一CP周期進(jìn)行周期進(jìn)行 置數(shù)，重復(fù)計(jì)數(shù)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)模置數(shù)，重復(fù)計(jì)數(shù)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)模M的計(jì)數(shù)。的計(jì)數(shù)。 用用74LS161設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)M7的計(jì)數(shù)器，測(cè)試并的計(jì)數(shù)器，測(cè)試并 記

4、錄記錄CP、QA、QB、QC、QD各點(diǎn)波形。各點(diǎn)波形。 4優(yōu)選課堂 2021-5-275 用用74161構(gòu)成模構(gòu)成模M計(jì)數(shù)器的示意圖計(jì)數(shù)器的示意圖 74LS161 A B C D CP Q3 Q2 Q1 Q0 QCC P T CR 反饋函數(shù)反饋函數(shù) LD 預(yù)置數(shù)預(yù)置數(shù)“1” P194-1-P194-1-設(shè)計(jì)過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程: : 5優(yōu)選課堂 2021-5-276 1.1.置置“0 0”法法 同步預(yù)置數(shù)為全同步預(yù)置數(shù)為全“0 0”。對(duì)于同步預(yù)置加計(jì)數(shù)。對(duì)于同步預(yù)置加計(jì)數(shù) 器，器，反饋狀態(tài)為（反饋狀態(tài)為（M M1 1），本例中反饋狀態(tài)為），本例中反饋狀態(tài)為7 7 1=61=6，即計(jì)數(shù)器從，即計(jì)數(shù)器從“

5、000000”計(jì)到計(jì)到“01100110”。反饋。反饋 函數(shù)函數(shù)L LD D=Q=Q2 2Q Q1 1 6優(yōu)選課堂 2021-5-277 預(yù)測(cè)波形預(yù)測(cè)波形: : 7優(yōu)選課堂 用示波器畫(huà)輸出波形：用示波器畫(huà)輸出波形： 8優(yōu)選課堂 用示波器畫(huà)輸出波形：用示波器畫(huà)輸出波形： 9優(yōu)選課堂 用示波器畫(huà)輸出波形：用示波器畫(huà)輸出波形： 10優(yōu)選課堂 2021-5-2711 2.2.置最大數(shù)法置最大數(shù)法( (非非84218421碼碼) ) 反饋狀態(tài)為（反饋狀態(tài)為（M M2 2），本例中反饋狀態(tài)為），本例中反饋狀態(tài)為7 7 2=52=5，即計(jì)數(shù)器從，即計(jì)數(shù)器從“11111111”計(jì)到計(jì)到“01010101”。反

6、饋。反饋 函數(shù)函數(shù)L LD D=Q=Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0 11優(yōu)選課堂 2021-5-2712 預(yù)測(cè)波形預(yù)測(cè)波形: : 12優(yōu)選課堂 2021-5-2713 3 3. .置最小數(shù)法置最小數(shù)法( (非非84218421碼碼) ) 同步預(yù)置最小數(shù)，最小數(shù)同步預(yù)置最小數(shù)，最小數(shù)= =N NM M。本例中最小。本例中最小 數(shù)數(shù)=16-7=9=16-7=9，即計(jì)數(shù)器從，即計(jì)數(shù)器從“10011001”計(jì)到計(jì)到“11111111”。 可利用可利用“Q QCCCC”經(jīng)反相后置數(shù)。電路最簡(jiǎn)單。經(jīng)反相后置數(shù)。電路最簡(jiǎn)單。 13優(yōu)選課堂 2021-5-2714 預(yù)測(cè)波形預(yù)測(cè)波形: : 14優(yōu)

7、選課堂 2021-5-2715 v以置以置“0”法為例：法為例： v用雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)、記錄用雙蹤示波器同時(shí)觀測(cè)、記錄CP和和QC的波的波 形。觸發(fā)信源應(yīng)選擇形。觸發(fā)信源應(yīng)選擇QC的通道。至少顯示的通道。至少顯示 QC一個(gè)完整的周期，并注意查驗(yàn)、確認(rèn)一個(gè)完整的周期，并注意查驗(yàn)、確認(rèn)QC 一個(gè)的周期的起始位置。一個(gè)的周期的起始位置。 v將觀測(cè)將觀測(cè)CP的探頭依次分別觀測(cè)、記錄的探頭依次分別觀測(cè)、記錄QB 、 QA波形。波形。 在示波器上在示波器上QB 、 QA 一個(gè)的周一個(gè)的周 期的起始位置和期的起始位置和QC的起始位置相同。的起始位置相同。 v記錄波形時(shí)必須注意記錄波形時(shí)必須注意CP、 QC

8、 、 QB 、 QA 各波形的時(shí)間關(guān)系。各波形的時(shí)間關(guān)系。 P194-1-調(diào)測(cè)調(diào)測(cè) 15優(yōu)選課堂 2 2、設(shè)計(jì)一個(gè)分頻比、設(shè)計(jì)一個(gè)分頻比N=5N=5的整數(shù)分頻電路，觀察的整數(shù)分頻電路，觀察 并記錄時(shí)鐘和輸出波形。并記錄時(shí)鐘和輸出波形。 解：解： 搞清分頻的概念。搞清分頻的概念。 首先分頻是一個(gè)大的概念，它可以用加法首先分頻是一個(gè)大的概念，它可以用加法 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，也可以用減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。但通計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，也可以用減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)。但通 常人們習(xí)慣于用加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻。常人們習(xí)慣于用加法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)分頻。 根據(jù)根據(jù)M=7M=7計(jì)數(shù)器的分析設(shè)計(jì)，本題也就是用計(jì)數(shù)器的分析設(shè)計(jì)，本題也就是用 置置“0 0

9、法設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)M=5M=5的加法計(jì)數(shù)器。則其反饋函數(shù)的加法計(jì)數(shù)器。則其反饋函數(shù) 按按S SM M-1-1狀態(tài)書(shū)寫(xiě)：狀態(tài)書(shū)寫(xiě)： M M 1=5 1=5 1= 6 =(0100)1= 6 =(0100)2 2; ; 二、二、 P194 - 2 16優(yōu)選課堂 即：即： S SM M-1=-1=（01000100）2 2。 17優(yōu)選課堂 預(yù)測(cè)輸出波形：預(yù)測(cè)輸出波形： 18優(yōu)選課堂 例：試用例：試用MUXMUX產(chǎn)生產(chǎn)生11100101110010序列信號(hào)，用示波序列信號(hào)，用示波 器雙蹤觀察并記錄時(shí)鐘和序列信號(hào)波形。器雙蹤觀察并記錄時(shí)鐘和序列信號(hào)波形。 設(shè)計(jì)思路：計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)思路：計(jì)數(shù)器+數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器

10、 設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)分析： 分析序列碼碼長(zhǎng)分析序列碼碼長(zhǎng)M=7； 確定計(jì)數(shù)器的模長(zhǎng)確定計(jì)數(shù)器的模長(zhǎng)M=7； 列真值表列真值表 三、三、 P176 - 3 19優(yōu)選課堂 求解求解LD= Q2Q1 20優(yōu)選課堂 畫(huà)波形畫(huà)波形 21優(yōu)選課堂 示波器畫(huà)波形：示波器畫(huà)波形： Ch2作為觸發(fā)源作為觸發(fā)源 22優(yōu)選課堂 擦出多余的波形，獲得最終的輸出波形：擦出多余的波形，獲得最終的輸出波形： 23優(yōu)選課堂 2021-5-2724 思考題：思考題： 1 1、用預(yù)置法設(shè)計(jì)、用預(yù)置法設(shè)計(jì)M=9M=9的計(jì)數(shù)電路。的計(jì)數(shù)電路。 同步預(yù)置數(shù)為全同步預(yù)置數(shù)為全“0 0”。對(duì)于同步預(yù)置加計(jì)數(shù)。對(duì)于同步預(yù)置加計(jì)數(shù) 器，器，反饋狀

11、態(tài)為（反饋狀態(tài)為（M M1 1），本例中反饋狀態(tài)為），本例中反饋狀態(tài)為9 9 1=81=8，即計(jì)數(shù)器從，即計(jì)數(shù)器從“00000000”計(jì)到計(jì)到“10001000”。反饋。反饋 函數(shù)函數(shù)L LD D=Q=Q3 3 24優(yōu)選課堂 2021-5-2725 M=9M=9的輸出波形圖：的輸出波形圖： 25優(yōu)選課堂 2021-5-2726 2 2、試用、試用7416174161和門(mén)電路設(shè)計(jì)循環(huán)順序?yàn)楹烷T(mén)電路設(shè)計(jì)循環(huán)順序?yàn)?,1,2, 0,1,2, 5,6,7,0,15,6,7,0,1的模長(zhǎng)為的模長(zhǎng)為6 6的計(jì)數(shù)電路。要求電路具的計(jì)數(shù)電路。要求電路具 有自啟動(dòng)能力，寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出電路原理圖。有自啟動(dòng)能力

12、，寫(xiě)出設(shè)計(jì)過(guò)程，畫(huà)出電路原理圖。 解：解：1 1、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表、列出狀態(tài)轉(zhuǎn)移表 2 2、在考慮自啟動(dòng)的基礎(chǔ)上寫(xiě)出反饋函數(shù)、在考慮自啟動(dòng)的基礎(chǔ)上寫(xiě)出反饋函數(shù) 3 3、寫(xiě)出數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)、寫(xiě)出數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù) D D2 2=D=D0 0=1=1，D D3 3=D=D1 1=0=0 26優(yōu)選課堂 3 3、設(shè)計(jì)一個(gè)、設(shè)計(jì)一個(gè) “1010110101”的序列信號(hào)發(fā)生器，觀的序列信號(hào)發(fā)生器，觀 察并記錄時(shí)鐘和輸出波形。察并記錄時(shí)鐘和輸出波形。 常規(guī)的分析方法通常是：常規(guī)的分析方法通常是： 先分析序列長(zhǎng)度，即：序列長(zhǎng)度先分析序列長(zhǎng)度，即：序列長(zhǎng)度=5=5； 再根據(jù)序列長(zhǎng)度確定計(jì)數(shù)器的模長(zhǎng)，再根據(jù)序列長(zhǎng)度確定計(jì)數(shù)

13、器的模長(zhǎng)，M=5M=5。 選擇選擇7415174151數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)序列碼。數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)序列碼。 設(shè)計(jì)思路：設(shè)計(jì)思路： 7416174161用置用置“0 0”法設(shè)計(jì)一個(gè)法設(shè)計(jì)一個(gè)M=5M=5的加法計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)器; ; 采用采用7415174151芯片，實(shí)現(xiàn)芯片，實(shí)現(xiàn)“1010110101”序列碼。序列碼。 27優(yōu)選課堂 設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟： 28優(yōu)選課堂 預(yù)測(cè)輸出波形：預(yù)測(cè)輸出波形： 29優(yōu)選課堂 4.4.示波器的輸入耦合方式中直流和交流有什么區(qū)別？示波器的輸入耦合方式中直流和交流有什么區(qū)別？ 請(qǐng)分別舉一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子加以說(shuō)明。請(qǐng)分別舉一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的例子加以說(shuō)明。 解解: :直流耦合：

14、信號(hào)的交直流成分都能顯示；例如：直流耦合：信號(hào)的交直流成分都能顯示；例如： 數(shù)字電路中時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量。數(shù)字電路中時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)量。 交流耦合：信號(hào)的交流成分能正常顯示，直流成分交流耦合：信號(hào)的交流成分能正常顯示，直流成分 不能顯示。例如：測(cè)量直流穩(wěn)壓電源中的紋波。不能顯示。例如：測(cè)量直流穩(wěn)壓電源中的紋波。 5.5.判斷題判斷題 (1)(1)示波器同時(shí)觀察示波器同時(shí)觀察M=7M=7計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)cpcp和進(jìn)和進(jìn) 位信號(hào)位信號(hào)F F時(shí)觸發(fā)源應(yīng)該選擇為時(shí)觸發(fā)源應(yīng)該選擇為F F。 （） (2) (2) 示波器耦合方式中的示波器耦合方式中的DCDC耦合是指直流耦合，耦合是指直流耦合， 只

15、有直流分量能夠通過(guò)示波器顯示出來(lái)。（只有直流分量能夠通過(guò)示波器顯示出來(lái)。（X X） 30優(yōu)選課堂 6.6.示波器在雙蹤使用時(shí)，為了使兩個(gè)通道的波示波器在雙蹤使用時(shí)，為了使兩個(gè)通道的波 形穩(wěn)定的顯示在屏幕上，在什么情況下使用信形穩(wěn)定的顯示在屏幕上，在什么情況下使用信 號(hào)強(qiáng)的信號(hào)作為觸發(fā)同步信號(hào)；在什么情況下號(hào)強(qiáng)的信號(hào)作為觸發(fā)同步信號(hào)；在什么情況下 使用周期長(zhǎng)的信號(hào)作為觸發(fā)同步信號(hào)。使用周期長(zhǎng)的信號(hào)作為觸發(fā)同步信號(hào)。 答：同頻下使用強(qiáng)信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)；在答：同頻下使用強(qiáng)信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)；在 不同頻率下（整數(shù)倍）使用頻率低的信號(hào)或周不同頻率下（整數(shù)倍）使用頻率低的信號(hào)或周 期長(zhǎng)的信號(hào)作為同步

16、觸發(fā)信號(hào)。期長(zhǎng)的信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)。 31優(yōu)選課堂 7 7、用示波器顯示用示波器顯示TTLTTL電平時(shí)，其輸入耦合方電平時(shí)，其輸入耦合方 式選擇式選擇 DCDC（直流）（直流）(DC(DC（直流）、（直流）、ACAC（交（交 流）、流）、GNDGND（接地）（接地）) )；當(dāng)雙蹤顯示頻率相同、；當(dāng)雙蹤顯示頻率相同、 幅度分別為幅度分別為5mv5mv和和1V1V的兩個(gè)正弦波形時(shí)，觸的兩個(gè)正弦波形時(shí)，觸 發(fā)信源選擇幅度為發(fā)信源選擇幅度為1V 1V 的那一路。當(dāng)頻率不的那一路。當(dāng)頻率不 同，但兩路波形的頻率具有整數(shù)倍關(guān)系時(shí)，同，但兩路波形的頻率具有整數(shù)倍關(guān)系時(shí)， 選擇周期選擇周期 長(zhǎng)長(zhǎng) ( (長(zhǎng)、

17、短長(zhǎng)、短) )的那一路作觸發(fā)信源。的那一路作觸發(fā)信源。 32優(yōu)選課堂 8.如圖如圖1 1所示電路，用所示電路，用TY-360TY-360型萬(wàn)用表的直流電壓檔型萬(wàn)用表的直流電壓檔 測(cè)量測(cè)量V VR2 R2，僅考慮測(cè)量?jī)x表內(nèi)阻對(duì)被電路的影響時(shí)請(qǐng) ，僅考慮測(cè)量?jī)x表內(nèi)阻對(duì)被電路的影響時(shí)請(qǐng) 計(jì)算：（列出計(jì)算過(guò)程）。計(jì)算：（列出計(jì)算過(guò)程）。 用用50V50V直流電壓檔測(cè)得的電壓讀數(shù)直流電壓檔測(cè)得的電壓讀數(shù)V VR2 R2= = 4.55 4.55 V V 。 用用10V10V直流電壓檔測(cè)得的電壓讀數(shù)直流電壓檔測(cè)得的電壓讀數(shù)V VR2 R2= = 3.33 3.33 V V 。 解解: TY-360: TY

18、-360型萬(wàn)用表的直流型萬(wàn)用表的直流 電壓檔的等效電阻為：電壓檔的等效電阻為： 20K/V(0.120K/V(0.150V50V檔檔),), 萬(wàn)用表的等效電阻萬(wàn)用表的等效電阻R=20KR=20K50V=1000K50V=1000K VR2=10VR2=10(200+200/1000)(200+200/1000)(200/1000)4.55(200/1000)4.55 V V 萬(wàn)用表的等效電阻萬(wàn)用表的等效電阻R=20KR=20K10V=200K10V=200K VR2=10VR2=10(200+200/200)(200+200/200)(200/200)3.33V(200/200)3.33V 33優(yōu)選課堂 3-2、 裝配和調(diào)測(cè)裝配和調(diào)測(cè) vCP脈沖取實(shí)驗(yàn)箱上脈沖取實(shí)驗(yàn)箱上8kHz矩形波。矩形波。 v先裝調(diào)先