第八章脈沖波形的產(chǎn)生與變換z

1、8-18-1 多諧振蕩器多諧振蕩器 8-28-2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器8-3 8-3 施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器8-4 5558-4 555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用第八章第八章 脈沖波形的產(chǎn)生與變換脈沖波形的產(chǎn)生與變換正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸正確理解多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器的電路組成及工作原理。發(fā)器的電路組成及工作原理。掌握多諧、單穩(wěn)、施密特掌握多諧、單穩(wěn)、施密特MSIMSI器件的邏輯功能及主器件的邏輯功能及主要參數(shù)計(jì)算。要參數(shù)計(jì)算。掌握掌握555555定時(shí)器的工作原理。定時(shí)器的工作原理。了解由了解由555555定時(shí)器組成的多諧、單穩(wěn)、施密特電路定時(shí)器組成

2、的多諧、單穩(wěn)、施密特電路工作原理。工作原理。本章基本要求 多諧振蕩器多諧振蕩器是一種自激震蕩電路，接通電源后是一種自激震蕩電路，接通電源后無(wú)需外接觸發(fā)信號(hào)即能產(chǎn)生方波和矩形波，其不存無(wú)需外接觸發(fā)信號(hào)即能產(chǎn)生方波和矩形波，其不存在穩(wěn)定狀態(tài)，又稱在穩(wěn)定狀態(tài)，又稱無(wú)穩(wěn)態(tài)電路無(wú)穩(wěn)態(tài)電路。多諧振蕩器多諧振蕩器 多諧振蕩器多諧振蕩器 VCC 開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)電電路路 延時(shí)環(huán)節(jié)延時(shí)環(huán)節(jié)1.1.開(kāi)關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平；開(kāi)關(guān)器件：產(chǎn)生高、低電平； 3.3.延遲環(huán)節(jié)：利用延遲環(huán)節(jié)：利用RCRC電路的電路的充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲充放電特性實(shí)現(xiàn)延時(shí)，以獲得所需要的振蕩頻率。得所需要的振蕩頻率。一、多諧振蕩器電路組成多諧振

3、蕩器電路組成2.2.反饋網(wǎng)絡(luò)：將輸出電壓恰反饋網(wǎng)絡(luò)：將輸出電壓恰當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件使之改當(dāng)?shù)胤答伣o開(kāi)關(guān)器件使之改變輸出狀態(tài)；變輸出狀態(tài)； 1 1 vI vO1 vO C R G1 G2 由由CMOSCMOS門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器 1.1.電路組成電路組成開(kāi)關(guān)器件：開(kāi)關(guān)器件：反饋延遲環(huán)節(jié)：反饋延遲環(huán)節(jié)：邏輯門電路邏輯門電路R R、C C 電路電路二、二、門電路組成的多諧振蕩器門電路組成的多諧振蕩器 2.2.工作原理工作原理假定假定vO1 = 1，vO2 = 0 Vth=VON=VOFF=VDD/2 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2

4、 G1 G2 +VDD VC進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài) t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0(1) (1) 第一暫穩(wěn)態(tài)及第一暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程 01 vI vO1 vO2 正反饋正反饋 vI D1 D2 TP TN vO1 R C D4 D3 TP TN vO2 G1 G2 +VDD VCvO1 = 0，vO2 = 1 Vth=VON=VOFF=VDD/2(2) (2) 第二暫穩(wěn)態(tài)及第二暫穩(wěn)態(tài)及電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)過(guò)程 二二 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T210 2. 工作原理工作原

5、理vI vO1 vO2 正反饋正反饋 VVDD V3.3.振蕩周期振蕩周期T T的計(jì)算的計(jì)算對(duì)于第一暫穩(wěn)態(tài)，以對(duì)于第一暫穩(wěn)態(tài)，以t1作為起點(diǎn)，作為起點(diǎn)，T1=t2-t1RCVvVVvDDI)(0)0(1根據(jù)根據(jù)RC電路瞬態(tài)電路瞬態(tài)相應(yīng)分析，相應(yīng)分析，( )()(0)()ettvvvv (0 )()ln( )()vvtv tvthDDDD1lnVVVRCT t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2 VVDD V3.3.振蕩周期振蕩周期T T的計(jì)算的計(jì)算thDD2lnVVRCT ththDD221)(lnVVVVRCTTTDDTRC1n41.4RC T = T

6、1(充充) + T2(放放)對(duì)于第二暫穩(wěn)態(tài)，以對(duì)于第二暫穩(wěn)態(tài)，以t2作為起點(diǎn)，作為起點(diǎn)，RCvVVVvIDDDD0)()0(1 t t1 t2 t t vO1VDD0vIVDDVth0vO2VDD0T1T2(0 )()ln( )()vvtv tv VVDD V特點(diǎn)特點(diǎn): :（1 1）一個(gè)）一個(gè)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)，一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)。（2 2）無(wú)信號(hào)時(shí)為穩(wěn)態(tài)；在信號(hào)觸發(fā)下，電路由穩(wěn)態(tài)翻）無(wú)信號(hào)時(shí)為穩(wěn)態(tài)；在信號(hào)觸發(fā)下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；（3 3）暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持）暫穩(wěn)態(tài)不能長(zhǎng)久保持, , 由于電路中由于電路中RCRC延時(shí)環(huán)節(jié)的延時(shí)環(huán)節(jié)的作用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。作

7、用，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間僅取決于取決于RCRC電路的參數(shù)值電路的參數(shù)值。而與。而與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。分類分類：微分型微分型積分型積分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一、門電路組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.1.電路電路 vO1vO2vcRvI&vO1vO2vcvI1 1 RCMOSCMOS與非門構(gòu)成的微分型與非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 CMOSCMOS或非門構(gòu)成的微分型或非門構(gòu)成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttp

8、ivthtwt1t22.2.工作原理工作原理(1)(1)沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于一種穩(wěn)態(tài)電路處于一種穩(wěn)態(tài) vO1vO2vcvI1 1 RvRvDD0 00 00 01 11 1G1G2vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthttttvthtpitwt1t22. 2. 工作原理工作原理vo1 v R vO2 vIvR vO2 vO1 vO1vO2vcvI1 RvRvDD1 11 11 11 10 0(2)(2)外加觸發(fā)信號(hào)后，外加觸發(fā)信號(hào)后，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。(3)(3)電容放電，電路由電容放電，電路由暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)暫穩(wěn)態(tài)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。態(tài)。1 0 0v

9、O1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthttttvthtpitwt1t23.3.討論討論（1 1）二極管的作用：在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）二極管的作用：在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束(t=t(t=t2 2) )瞬間，門瞬間，門G G2 2的輸入的輸入電壓電壓 R R達(dá)到達(dá)到V VDDDD+V+VT T，可能損壞，可能損壞G G2 2門，二極管具有保護(hù)作用；減門，二極管具有保護(hù)作用；減少恢復(fù)時(shí)間，給電容提供放電回路。少恢復(fù)時(shí)間，給電容提供放電回路。vO1vO2vcvI1 RvRvDD0 00 00 01 11 11 1 1vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttpivthtwt1t2vO1vO2vcv

10、I1 1 RvRvDD1 10 00 00 01 1G1G23.3.討論討論（2）輸入的觸發(fā)脈沖的寬度）輸入的觸發(fā)脈沖的寬度t tPIPI t tW W , , v vO2O2變?yōu)榈碗娖胶螅優(yōu)榈碗娖胶?，G1沒(méi)沒(méi)有相應(yīng)，不能形成正反饋過(guò)程，使有相應(yīng)，不能形成正反饋過(guò)程，使v vO2O2的輸出沿變緩。當(dāng)?shù)妮敵鲅刈兙彙．?dāng)t tPIPI很寬很寬時(shí)，可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加入時(shí)，可在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸入端加入Rd、Cd微分電路，如果需微分電路，如果需要改善輸出波形，可在要改善輸出波形，可在G2的輸出端再加以反向器。的輸出端再加以反向器。 vO1vO2vcvI1 1 RvRVCCCdRdvDvI1vo2

11、寬脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器寬脈沖觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.3.主要參數(shù)的計(jì)算主要參數(shù)的計(jì)算vO1vO2vRvIvDDvDDvDD+ vthtttttpivthtwt1t2DDwDDtlnhVtRCVVtw0.7RC (1)(1)輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tw w R(t)=VR( )VR(0+)-VR( ) te R(0+) = 0 R( ) =VDD =RC2/VDDthV當(dāng)(2)(2)恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間t trere tre 3 d (3)(3)最高工作頻率最高工作頻率f fmaxmax m axm inwre11fTtt1.1.定時(shí)定時(shí)&單穩(wěn)態(tài)觸單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)器vIvAvBvOvAvIvBvO

12、tW用單穩(wěn)的輸出控制用單穩(wěn)的輸出控制v vA A定時(shí)通過(guò)定時(shí)通過(guò)tW利用其輸出脈寬為利用其輸出脈寬為t tW W的脈沖，控制其它電路工作。的脈沖，控制其它電路工作。二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器應(yīng)用輸出沿比輸入沿滯后了輸出沿比輸入沿滯后了t tW W時(shí)間時(shí)間輸入輸入上升上升沿沿輸入輸入下升下升沿沿輸出輸出上升上升沿沿輸出輸出下升下升沿沿2.2.延時(shí)延時(shí)QBtWQttt施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門。 (3)(3) 輸出電壓波形的輸出電壓波形的邊沿很陡邊沿很陡。(1)(1)電平觸發(fā)電平觸發(fā)：達(dá)某一電平值，輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，達(dá)某一電平值，輸出狀

13、態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換， 電路被觸發(fā)。電路被觸發(fā)。(2)(2)正向正向增長(zhǎng)時(shí)的增長(zhǎng)時(shí)的閾值閾值，與，與負(fù)向負(fù)向增長(zhǎng)時(shí)的增長(zhǎng)時(shí)的閾值閾值不同不同。 具有具有滯后滯后的電壓傳輸特性。的電壓傳輸特性。特點(diǎn)特點(diǎn)：閾值：閾值：使輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)的輸入電壓使輸出狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)的輸入電壓的電平值。的電平值。 VT+VT-vIvOVOHVOL傳輸特性傳輸特性施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器一、施密特觸發(fā)器的組成一、施密特觸發(fā)器的組成 1 vovI21I1IO1212RRRRRRv I1 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 DDT2VV R1 R2 I為三角波為三角波 作如下假定：作如下假定： 1.組成組成2.

14、符號(hào)符號(hào)21I12120thRRRRRR 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1O211I2121I RRRRRR0 00 0只要只要v vI1I1 V Vthth，則保持，則保持v vO O= =V VOHOH當(dāng)當(dāng)v vI1I1= =V Vthth，電路產(chǎn)生如下正反饋：電路產(chǎn)生如下正反饋： 1T-th2(1)RVVR當(dāng)當(dāng)v vI I下降下降，v vI1I1也也下降下降0 01T+th2(1)RVVR1TT+Tth22RVVVVR回差電壓回差電壓 vI vI1 vO1 vO 3.3.工作原理工作原理4.4.波形波形 vI VT+VT_vO00tt0vIvOVT+VT_VDD

15、(a) 工作波形工作波形(b) 傳輸特性曲線傳輸特性曲線 1 1 G1 G2 vI vO R2 R1 vO1 vI1（1 1）波形變換波形變換三角波、正弦波三角波、正弦波方波方波vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波正弦波方波方波三角波三角波方波方波調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)V VT T可改變可改變脈寬脈寬二、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用二、施密特觸發(fā)器的應(yīng)用tOvOttOOvIvOVT2回差電壓較小回差電壓較小回差電壓較大回差電壓較大VT1加大加大V VT T可消除頂部干擾可消除頂部干擾(2)(2)波形整形波形整形vItvOtVT+VT-調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)V VT+T+可調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)鑒別門限鑒別門限(3) (3)

16、脈沖幅度鑒別脈沖幅度鑒別555555定時(shí)器及其應(yīng)用定時(shí)器及其應(yīng)用 555 555定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路定時(shí)器是一種應(yīng)用方便的中規(guī)模集成電路, ,只需只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。發(fā)器。廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。 電壓比較器：是一個(gè)開(kāi)環(huán)的運(yùn)算放大器。電壓比較器：是一個(gè)開(kāi)環(huán)的運(yùn)算放大器。- -+ +UXUREFDD=REFXREFXUUUU01電阻分電阻分壓器壓器電壓比電壓比較器較器基本基本RS觸觸發(fā)器發(fā)器復(fù)位輸復(fù)位輸入端入端(0)輸出緩沖輸出緩沖反相器反相器

17、集電極開(kāi)路集電極開(kāi)路輸出三極管輸出三極管 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G1.1.電路組成電路組成0 01 10 0 TvovICvI1vI2voC1C2+-+(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)RS&5 k 5 k 5 k &1RDVCC(8)G CC32VCC31V如果如果懸空懸空CC32V CC31V 0 01 10 01 10 0CC32V CC31V 1 10 01 11 10 01 1CC32V CC31V 1 11 1保持保持保持保持2.2.工作原理工作原理 555555

18、定時(shí)器功能表定時(shí)器功能表不變不變不變不變1導(dǎo)通導(dǎo)通01截止截止11導(dǎo)通導(dǎo)通00放電管放電管 T輸出輸出(VO)復(fù)位復(fù)位(RD)觸發(fā)輸入觸發(fā)輸入(VI2)閾值輸入閾值輸入(VI1)輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 一、一、555555定時(shí)器組成定時(shí)器組成多諧振蕩器多諧振蕩器 VCC vC vO 0.01 F C 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R1R2v v0 0 2 3 VCC 1 3 VCC vC 0 t1 t2 tPLtPHtPL=R2C1n20.7R2C tpH = (R1+R2)C1n20.7(R1+R2)C PLPH1

19、211.43(2)fttRR C 不變不變不變不變導(dǎo)通導(dǎo)通0截止截止1導(dǎo)通導(dǎo)通0 T VOV VI2I2V VI1I1輸輸 出出輸輸 入入CC31V CC31V CC31V CC32V CC32V CC32V 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通定時(shí)器應(yīng)用舉例定時(shí)器應(yīng)用舉例V VI1I1V VI2I2一、一、555555定時(shí)器組成定時(shí)器組成多諧振蕩器多諧振蕩器 VCC R1 vO 0.01F C RB 8 4 555 7 6 2 3 5 1 R2 RA RB R3 D2 + vC D1 tPL=RBC1n20.7RBC tpH = RAC1n20.7RAC PLPH11.43()ABfttRR CAAB(%)10

20、0%RQRR占空比可調(diào)占空比可調(diào)2.2.脈沖整形電路脈沖整形電路：把其它形狀周期性信號(hào)變成所：把其它形狀周期性信號(hào)變成所要求矩形脈沖。要求矩形脈沖。 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：輸出脈寬與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，由電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：輸出脈寬與輸入信號(hào)無(wú)關(guān)，由電路參數(shù)決定。參數(shù)決定。 施密特觸發(fā)器：輸出脈寬由輸入信號(hào)決定，且輸出施密特觸發(fā)器：輸出脈寬由輸入信號(hào)決定，且輸出邊沿陡。邊沿陡。1.1.多諧振蕩器多諧振蕩器: : 能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。能自動(dòng)的產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)。3.3.555555定時(shí)器定時(shí)器：能組成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)觸發(fā)器，多諧振蕩器。能組成施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)觸發(fā)器，多諧振蕩器。小結(jié)小結(jié)返回返回?cái)?shù)字電子電

21、路數(shù)字電子電路綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：簡(jiǎn)易數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易數(shù)字鐘電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?數(shù)字鐘是運(yùn)用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與數(shù)字鐘是運(yùn)用數(shù)字電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)、分、秒計(jì)時(shí)的裝置，與機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，機(jī)械式時(shí)鐘相比具有更高的準(zhǔn)確性和直觀性，且無(wú)機(jī)械裝置，具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。具有更長(zhǎng)的使用壽命，因此得到了廣泛的使用。數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合數(shù)字鐘從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且有邏輯電路和

22、時(shí)序電路。目前，數(shù)字鐘的功能越來(lái)越強(qiáng)，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。本次綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求同學(xué)們綜合運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電子電路本次綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求同學(xué)們綜合運(yùn)用所學(xué)的數(shù)字電子電路知識(shí)預(yù)先設(shè)計(jì)出一部數(shù)字鐘的部分電路，之后在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行實(shí)知識(shí)預(yù)先設(shè)計(jì)出一部數(shù)字鐘的部分電路，之后在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行實(shí)際電路的搭接與調(diào)試。從而檢查自己所學(xué)的理論知識(shí)，提高自際電路的搭接與調(diào)試。從而檢查自己所學(xué)的理論知識(shí)，提高自己實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的能力。己實(shí)際運(yùn)用知識(shí)的能力。 設(shè)計(jì)說(shuō)明設(shè)計(jì)說(shuō)明 1.數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介數(shù)字鐘電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 數(shù)字鐘電路主要有振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器和譯碼數(shù)字鐘電路主要

23、有振蕩器，分頻器，計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路構(gòu)成。其電路原理圖如下：顯示電路構(gòu)成。其電路原理圖如下： 振蕩器：振蕩器：555555定時(shí)器組成產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖定時(shí)器組成產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖 分頻器：分頻器：由于振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)過(guò)高，因此由于振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖信號(hào)過(guò)高，因此 需要進(jìn)行分頻處理，供計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)使用。需要進(jìn)行分頻處理，供計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)使用。計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器：是將分頻后的時(shí)鐘脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)記錄是將分頻后的時(shí)鐘脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)記錄1Hz1Hz的時(shí)鐘信號(hào)，作為秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器記到的時(shí)鐘信號(hào)，作為秒計(jì)數(shù)器，秒計(jì)數(shù)器記到6060后清零后清零并向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，以此類推。并向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位，以此類推。 譯

24、碼器：譯碼器：由計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)要顯示在數(shù)碼管上需由計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)要顯示在數(shù)碼管上需要經(jīng)過(guò)譯碼，譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的要經(jīng)過(guò)譯碼，譯碼驅(qū)動(dòng)電路將計(jì)數(shù)器輸出的8421BCD8421BCD碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼碼轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)，并且為保證數(shù)碼管正常工作提供足夠的工作電流。管正常工作提供足夠的工作電流。 顯示器：顯示器：電路由發(fā)光二極管（電路由發(fā)光二極管（LEDLED）數(shù)碼管組成，將）數(shù)碼管組成，將譯碼器輸出的電平信號(hào)顯示成阿拉伯?dāng)?shù)字。譯碼器輸出的電平信號(hào)顯示成阿拉伯?dāng)?shù)字。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)數(shù)字鐘的部分電路：時(shí)鐘脈沖振蕩電路；分頻設(shè)計(jì)數(shù)

25、字鐘的部分電路：時(shí)鐘脈沖振蕩電路；分頻器電路；計(jì)數(shù)器電路三部分。譯碼驅(qū)動(dòng)和顯示電路器電路；計(jì)數(shù)器電路三部分。譯碼驅(qū)動(dòng)和顯示電路由實(shí)驗(yàn)箱提供，不要求同學(xué)設(shè)計(jì)，但需要進(jìn)行電路由實(shí)驗(yàn)箱提供，不要求同學(xué)設(shè)計(jì)，但需要進(jìn)行電路連接。連接。最終設(shè)計(jì)結(jié)果：最終設(shè)計(jì)結(jié)果：兩位顯示，低位顯示十進(jìn)制數(shù)，高兩位顯示，低位顯示十進(jìn)制數(shù)，高位顯示六進(jìn)制數(shù)（即模擬秒計(jì)時(shí)），這樣，當(dāng)數(shù)碼位顯示六進(jìn)制數(shù)（即模擬秒計(jì)時(shí)），這樣，當(dāng)數(shù)碼管顯示管顯示5959時(shí)歸零。時(shí)歸零。 (1)數(shù)字鐘的時(shí)鐘脈沖振蕩電路：數(shù)字鐘的時(shí)鐘脈沖振蕩電路：要求用要求用555555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz50Hz的時(shí)鐘脈的

26、時(shí)鐘脈沖信號(hào)。沖信號(hào)。給定元件參數(shù)：給定元件參數(shù)：5 5端腳電容端腳電容=0.01f=0.01f，2 2端腳端腳電容電容=1f=1f，電阻，電阻R2=10KR2=10K請(qǐng)計(jì)算電阻請(qǐng)計(jì)算電阻R1=R1=？，實(shí)驗(yàn)中由？，實(shí)驗(yàn)中由10K10K電位器調(diào)節(jié)給定。電位器調(diào)節(jié)給定。 （2 2）分頻器電路：）分頻器電路：采用采用74LS9074LS90型芯片進(jìn)行時(shí)鐘分頻。型芯片進(jìn)行時(shí)鐘分頻。分頻器接為十分頻形式，將多諧振蕩器產(chǎn)生分頻器接為十分頻形式，將多諧振蕩器產(chǎn)生50Hz50Hz脈沖脈沖信號(hào)分成信號(hào)分成5Hz5Hz信號(hào)輸入給計(jì)數(shù)器。信號(hào)輸入給計(jì)數(shù)器。 （3 3）計(jì)數(shù)器電路：）計(jì)數(shù)器電路：采用采用74LS90

27、74LS90型芯片進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。型芯片進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。低位計(jì)數(shù)為十進(jìn)制，給定時(shí)鐘脈沖為分頻器輸出的低位計(jì)數(shù)為十進(jìn)制，給定時(shí)鐘脈沖為分頻器輸出的5Hz5Hz脈沖信號(hào)。高位計(jì)數(shù)為六進(jìn)制（模擬秒計(jì)時(shí)），脈沖信號(hào)。高位計(jì)數(shù)為六進(jìn)制（模擬秒計(jì)時(shí)），當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)一到當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)一到0110000001100000立即清零。因?yàn)榱⒓辞辶?。因?yàn)?090有反饋清有反饋清零端，所以用反饋清零法。給定時(shí)鐘脈沖為低位產(chǎn)生零端，所以用反饋清零法。給定時(shí)鐘脈沖為低位產(chǎn)生的進(jìn)位信號(hào)。的進(jìn)位信號(hào)。 2.2.選用元件要求選用元件要求555555定時(shí)器芯片，定時(shí)器芯片，74LS9074LS90芯片，芯片，74LS0074LS00芯片，

28、電位芯片，電位器，電容，譯碼及顯示電路，導(dǎo)線等。器，電容，譯碼及顯示電路，導(dǎo)線等。 3.3.元件使用說(shuō)明元件使用說(shuō)明 （1）555定時(shí)器：采用定時(shí)器：采用5V供電。供電。（2）74LS90芯片：芯片采用芯片：芯片采用5V供電。供電。計(jì)數(shù)功能：計(jì)數(shù)功能：Qa輸出端連到輸出端連到B輸入端，輸入計(jì)數(shù)脈沖輸入端，輸入計(jì)數(shù)脈沖加到輸入端加到輸入端A上。上。Qa，Qb，Qc，Qd分別為輸出。分別為輸出。分頻功能：分頻功能：將將74LS9074LS90芯片芯片QdQd輸出端連到輸出端連到A A輸入端上，輸輸入端上，輸入計(jì)數(shù)脈沖加到入計(jì)數(shù)脈沖加到B B輸入端，即可得到一個(gè)對(duì)稱的輸入端，即可得到一個(gè)對(duì)稱的101

29、0分頻分頻計(jì)數(shù)器，在計(jì)數(shù)器，在QaQa輸出端上可得到一個(gè)輸出端上可得到一個(gè)1010分頻的方波。分頻的方波。（3 3）數(shù)碼管顯示電路：）數(shù)碼管顯示電路：數(shù)碼管顯示采用實(shí)驗(yàn)箱右上角數(shù)碼管顯示采用實(shí)驗(yàn)箱右上角的發(fā)光數(shù)碼管，數(shù)碼管為共陰極，對(duì)應(yīng)公共端為的發(fā)光數(shù)碼管，數(shù)碼管為共陰極，對(duì)應(yīng)公共端為L(zhǎng)EDxLEDx，將將LEDxLEDx接地，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮。用接地，對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管點(diǎn)亮。用DxDx，CxCx，BxBx，AxAx進(jìn)行編碼，可得到從進(jìn)行編碼，可得到從0-90-9的顯示。的顯示。 1. 異步集成計(jì)數(shù)器異步集成計(jì)數(shù)器74LS90 74LS90是二是二五五十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，它包含十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，它包含

30、兩個(gè)獨(dú)立的下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器，即模兩個(gè)獨(dú)立的下降沿觸發(fā)的計(jì)數(shù)器，即模2(二進(jìn)制二進(jìn)制)和和模模5(五進(jìn)制五進(jìn)制)計(jì)數(shù)器；異步清計(jì)數(shù)器；異步清0端端R01、R02和異步置和異步置9端端S91、S92均為高電平有效，均為高電平有效，QAQBQCQDCP1CP2S91S92R01R02( b )74 LS90從表中看出，當(dāng)從表中看出，當(dāng)R01R02=1， S91S92=0時(shí)，無(wú)論時(shí)鐘如何，輸出時(shí)，無(wú)論時(shí)鐘如何，輸出全部清全部清0；而當(dāng)；而當(dāng)S91S92=1時(shí)，無(wú)論時(shí)鐘和清時(shí)，無(wú)論時(shí)鐘和清0信號(hào)信號(hào)R01、R02如何，如何，輸出就置輸出就置9。這說(shuō)明清。這說(shuō)明清0、置、置9都是異步操作，而且置都是異步

31、操作，而且置9是優(yōu)先是優(yōu)先的，所以稱的，所以稱R01、R02為為異步清異步清0端，端，S91、S92為異步置為異步置9端。端。 當(dāng)滿足當(dāng)滿足R01R02=0、S91S92=0時(shí)電路才能執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，根時(shí)電路才能執(zhí)行計(jì)數(shù)操作，根據(jù)據(jù)CP1、CP2的各種接法可以實(shí)現(xiàn)不同的計(jì)數(shù)功能。當(dāng)計(jì)數(shù)脈的各種接法可以實(shí)現(xiàn)不同的計(jì)數(shù)功能。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖從沖從CP1輸入，輸入，CP2不加信號(hào)時(shí)，不加信號(hào)時(shí)，QA端輸出端輸出2分頻信號(hào)，即實(shí)分頻信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)。當(dāng)現(xiàn)二進(jìn)制計(jì)數(shù)。當(dāng)CP1不加信號(hào)，計(jì)數(shù)脈沖從不加信號(hào)，計(jì)數(shù)脈沖從CP2輸入時(shí)，輸入時(shí)，QD、 QC、QB實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)有兩種接法。實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制

32、計(jì)數(shù)。實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制計(jì)數(shù)有兩種接法。圖圖 (a)是是8421 BCD碼接法，先模碼接法，先模2計(jì)數(shù)，后模計(jì)數(shù)，后模5計(jì)數(shù)，由計(jì)數(shù)，由QD、QC、 QB、QA 輸出輸出8421 BCD碼，最高位碼，最高位QD作進(jìn)位輸出。圖作進(jìn)位輸出。圖 (b)是是5421 BCD碼接法，先模碼接法，先模5計(jì)數(shù)，后模計(jì)數(shù)，后模2計(jì)數(shù)，由計(jì)數(shù)，由QA、QD、 QC、QB輸出輸出5421 BCD碼，最高位碼，最高位Q作進(jìn)位輸出，波形對(duì)稱作進(jìn)位輸出，波形對(duì)稱。 兩種接法的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表兩種接法的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表(也稱態(tài)序表也稱態(tài)序表)見(jiàn)表見(jiàn)表 。 兩種接法的態(tài)序表兩種接法的態(tài)序表 74LS90構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的兩種接法構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)

33、器的兩種接法(a) 8421 BCD碼接法；碼接法； (b) 5421 BCD碼接法碼接法 QAQBQCQDCP1CP274LS90CP(a)(b)QAQBQCQDCP1CP274LS90CPS91S92R01R02S91S92R01R024.4.電路調(diào)試注意事項(xiàng)：電路調(diào)試注意事項(xiàng)：由于此次設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)接線較為復(fù)雜，因此，由于此次設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)接線較為復(fù)雜，因此，我們要求先分別調(diào)試各個(gè)電路的功能，待其功能達(dá)我們要求先分別調(diào)試各個(gè)電路的功能，待其功能達(dá)到要求后再將電路組成系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。建議先調(diào)到要求后再將電路組成系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)調(diào)。建議先調(diào)555555定時(shí)器電路，產(chǎn)生定時(shí)器電路，產(chǎn)生50Hz50Hz時(shí)鐘脈沖信號(hào)，再進(jìn)行時(shí)鐘脈沖信號(hào)，再進(jìn)行74LS9074LS90芯片的分頻功能測(cè)試和譯碼顯示電路的功能芯片的分頻功能測(cè)試和譯碼顯示電路的功能測(cè)試，然后再組成實(shí)際整體電路。測(cè)試，然后再組成實(shí)際整體電路。實(shí)驗(yàn)線路導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，特別是實(shí)驗(yàn)線路導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，特別是555555定時(shí)器電定時(shí)器電路，以免引入干擾信號(hào)。路，以免引入干擾信號(hào)。 實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)要求：1.必須撰寫(xiě)出預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，選定所需元件規(guī)格，設(shè)必須撰寫(xiě)出預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，選定所需元件規(guī)格，設(shè)計(jì)好電路原理圖，并在電路原理圖中標(biāo)明芯片引腳號(hào)計(jì)好電路原理圖，并在電路原理圖中標(biāo)明芯片引腳號(hào)。憑預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)入實(shí)驗(yàn)