課程實踐項目安排

1、數(shù)字電子技術(shù)課程實踐項目安排課程實踐項目一：了解運用標準、規(guī)范、設(shè)計手冊等有關(guān)技術(shù)資料的方法，選擇題目查閱設(shè)計手冊，了解相關(guān)芯片及電路的特點、具體型號、參數(shù)及應(yīng)用。1 與、或、非、與非、或非、與或非等邏輯門；2 編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器、數(shù)值比較器、算術(shù)運算器等器件；3 計數(shù)器、555定時器。課程實踐項目二：學(xué)習(xí)與使用電子電路仿真軟件（如EWB、MUTISIM等）軟件對電子電路進行設(shè)計仿真，提交實驗報告，從下列題目中任選1個。1 用下降沿觸發(fā)的JK-FF組成四位同步加計數(shù)器、異步加計數(shù)器；2 用上升沿觸發(fā)的JK-FF組成四位同步減計數(shù)器、異步減計數(shù)器；3 用74LVC161構(gòu)成1

2、2進制加計數(shù)器、24進制加計數(shù)器、10進制減計數(shù)器；4 用74LVC161對1kHz的脈沖信號進行5分頻；5 用555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多謝振蕩器、施密特觸發(fā)器進行設(shè)計和仿真。 時間安排：4月10日之前遞交課程實踐項目一紙質(zhì)打印報告，5月22日之前遞交課程實踐項目二紙質(zhì)打印報告。計數(shù)是一種最簡單基本的運算，計數(shù)器就是實現(xiàn)這種運算的邏輯電路，計數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中主要是對脈沖的個數(shù)進行計數(shù)，以實現(xiàn)測量、計數(shù)和控制的功能，同時兼有分頻功能，計數(shù)器是由基本的計數(shù)單元和一些控制門所組成，計數(shù)單元則由一系列具有存儲信息功能的各類觸發(fā)器構(gòu)成，這些觸發(fā)器有RS觸發(fā)器、T觸發(fā)器、D觸發(fā)器及JK觸發(fā)器等。計

3、數(shù)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，如在電子計算機的控制器中對指令地址進行計數(shù)，以便順序取出下一條指令，在運算器中作乘法、除法運算時記下加法、減法次數(shù)，又如在數(shù)字儀器中對脈沖的計數(shù)等等。計數(shù)器可以用來顯示產(chǎn)品的工作狀態(tài)，一般來說主要是用來表示產(chǎn)品已經(jīng)完成了多少份的折頁配頁工作。它主要的指標在于計數(shù)器的位數(shù)，常見的有3位和4位的。很顯然，3位數(shù)的計數(shù)器最大可以顯示到999，4位數(shù)的最大可以顯示到9999。3種類1、如果按照計數(shù)器中的觸發(fā)器是否同時翻轉(zhuǎn)分類，可將計數(shù)器分為同步計數(shù)器和異步計數(shù)器兩種。2、如果按照計數(shù)過程中數(shù)字增減分類，又可將計數(shù)器分為加法計數(shù)器、減法計數(shù)器和可逆計數(shù)器，隨時鐘信號不斷增加的為

4、加法計數(shù)器，不斷減少的為減法計數(shù)器，可增可減的叫做可逆計數(shù)器。另外還有很多種分類不一一列舉，但是最常用的是第一種分類，因為這種分類可以使人一目了然，知道這個計數(shù)器到底是什么觸發(fā)方式，以便于設(shè)計者進行電路的設(shè)計。此外，也經(jīng)常按照計數(shù)器的計數(shù)進制把計數(shù)器分為二進制計數(shù)器、十進制計數(shù)器等等。計數(shù)器的應(yīng)用極為廣泛，不僅能用于計數(shù)，還可用于分頻、定時，以及組成各種檢測電路和控制電路。為了使用方便，在有些單片集成計數(shù)器上還附加了異步置零、預(yù)置數(shù)、保持等功能，并設(shè)置了相應(yīng)的控制端。555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為 555，用 互補金屬氧化物（CMO

5、S ）工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。特點555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖如右圖所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它

6、提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3功能555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為低電平。它的各個引腳功能如下

7、：1腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。2腳：低觸發(fā)端TR。3腳：輸出端Vo4腳：是直接清零端。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應(yīng)接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。6腳：高觸發(fā)端TH。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個比較器A1、

8、A2基準電壓分別為的情況下，555時基電路的功能表如表61示。表61 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能00導(dǎo)通直接清零101x保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1101截止置11001截止置11110導(dǎo)通清零2發(fā)展歷程編輯555定時器是美國Signetics公司1972年研制的用于取代機械式定時器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個5k的電阻而得名。此電路后來竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個：BJT兩個：555，556（含有兩個555）；CMOS兩個：7555，7556（含有兩個7555）。555定時器可以說是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。兩個比較器 C1和 C2各

9、有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管。輸出級的驅(qū)動電流可達200mA。比較器C1和C2的參考電壓分別為UA和UB，根據(jù)C1和C2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出RS觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復(fù)位端為低電平時，RS觸發(fā)器被強制復(fù)位。若無需復(fù)位操作，復(fù)位端應(yīng)接高電平。3應(yīng)用編輯555的應(yīng)用：555定時器（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路或脈沖鑒幅等；（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號產(chǎn)生電路；如右圖，振蕩周期： T=0.7（R1+2R2）C2（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時延時整形及一些定時開關(guān)中。555應(yīng)用電路采用這

10、3種方式中的1種或多種組合起來可以組成各種實用的電子電路，如定時器、分頻器、脈沖信號發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測電路、玩具游戲機電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動控制電路等。4實例編輯單穩(wěn)態(tài)電路前面介紹的雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有兩個穩(wěn)態(tài)的輸出狀態(tài)并且兩個狀態(tài)始終相反。而單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器只有一個穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。在未加觸發(fā)信號之前，觸發(fā)器處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)觸發(fā)后，觸發(fā)器由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為暫穩(wěn)狀態(tài)，暫穩(wěn)狀態(tài)保持一段時間后，又會自動翻轉(zhuǎn)回原來的穩(wěn)定狀態(tài)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一般用于延時和脈沖整形電路。接通電源后，未加負脈沖 ，而C充電， Vc上升，當Vc=2Vcc/3 時，RS電路輸出為低電平，放電管T導(dǎo)通，Vc快

11、速放電， 使 Vc= 0。這樣，在加負脈沖前， 輸出為低電平，即Vo= 0，這是電路的穩(wěn)態(tài)。在t = t0時刻 Vi負跳變（ Vi端電平小于 Vcc/3），而 Vc= 0（TH端電平小于2Vcc/3 ），所以輸出Vo 翻為高電平，T截止，VC充電。 按指數(shù)規(guī)律上升。t = t1時， 負脈沖消失。t = t2時 Vc上升到2Vcc/3（此時TH端電平大于2Vcc/3 ， TR端電平大于Vcc/3 ）， Vo又自動翻為低電平。3在tw這段時間電路處于暫穩(wěn)態(tài)。t t2，T導(dǎo)通，C快速放電，電路又恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)。由分析可得：輸出正脈沖寬度 tW = 1.1RC 注意：圖63（a）電路只能用窄負脈沖觸發(fā)，即

12、觸發(fā)脈沖寬度ti必須小于tW555定時器用于實際中的實例有：能發(fā)出“叮、咚”聲門鈴的電路和旋光彩燈控制電路555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖8-2 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖8-2為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通， 輸出端Vo輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于1/3VCC，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當Vc充電到2/3VCC時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C

13、上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。波形圖見圖8-3。圖8-3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。多諧振蕩器多諧振蕩器又稱為無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它沒有穩(wěn)定的輸出狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)。在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個暫穩(wěn)態(tài)自

14、行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。多諧振蕩器可用作方波發(fā)生器。接通電源后，輸出假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到2Vcc/3時（TH、端電平大于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。Vo是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到Vcc/3時（TH、端電平小于Vc），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時間 T=(R1+R2)Cln2輸出低電平時間T=R2Cln2振蕩周期 T=(R1+2R2)Cln2輸出方波的占空比 為應(yīng)用電路5設(shè)計編輯555定時器由Hans R. Cam

15、enzind于1971年為西格尼蒂克公司設(shè)計。西格尼蒂克公司后來被飛利浦公司所并購。不同的制造商生產(chǎn)的555芯片有不同的結(jié)構(gòu)，標準的555芯片集成有25個晶體管，2個二極管和15個電阻并通過8個引腳引出(DIP-8封裝)。2555的派生型號包括556（集成了兩個555的DIP-14芯片）和558與559。NE555的工作溫度范圍為0-70C，軍用級的SE555的工作溫度范圍為55到+125 C。555的封裝分為高可靠性的金屬封裝（用T表示）和低成本的環(huán)氧樹脂封裝（用V表示），所以555的完整標號為NE555V、NE555T、SE555V和SE555T。一般認為555芯片名字的來源是其中的三枚5

16、K電阻3，但Hans Camenzind否認這一說法并聲稱他是隨意取的這三個數(shù)字。555還有低功耗的版本，包括7555和使用CMOS電路的TLC555。47555的功耗比標準的555低，而且其生產(chǎn)商宣稱7555的控制引腳并不像其他555芯片那樣需要接地電容，同時供電與地之間也不需要消除毛刺的去耦電容。6引腳編輯DIP封裝的555芯片各引腳功能如下表所示：555芯片引腳圖7用途編輯555定時器可工作在三種工作模式下：單穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555功能為單次觸發(fā)。應(yīng)用范圍包括定時器，脈沖丟失檢測，反彈跳開關(guān)，輕觸開關(guān)，分頻器，電容測量，脈沖寬度調(diào)制（PWM）等。無穩(wěn)態(tài)模式：在此模式下，555以振蕩器的方式工作。