數(shù)控分頻器教案培訓

1、26/26TOC o 1-3 h z u 一 題目要求與方案論證21.1程序計數(shù)分頻器21.1.1題目要求21.1.2 方案論證21.2（實訓題題目）波形發(fā)生器與計數(shù)器41.21題目要求41.2.2方案論證4二 電子線路設(shè)計與實現(xiàn)62.1程序計數(shù)分頻器電路設(shè)計62.2波形發(fā)生器與計數(shù)器電路設(shè)計6三 結(jié)果與分析83.1程序計數(shù)分頻器的實現(xiàn)83.2.1波形發(fā)生與計數(shù)器的實現(xiàn)83.2.2 實際效果10四 總結(jié)與體會12參考文獻13附錄14波形發(fā)生與計數(shù)器焊接PCB圖15一 題目要求與方案論證1.1程序計數(shù)分頻器1.1.1題目要求用差不多掌握的mulitisim的相關(guān)知識，在mulitisim的運行環(huán)

2、境下設(shè)計并仿真一個程序計數(shù)分頻器的實驗，利用74LS138以及兩片74LS195構(gòu)成模值為2-8的程序計數(shù)分頻器，要求實現(xiàn)的功能如下：表1 程序計數(shù)分頻器功能表CBAn分頻脈沖LLH2LHL3LHH4HLL5HLH6HHL7HHH81.1.2 方案論證脈沖信號操縱信號輸入模塊脈沖信號操縱信號輸入模塊信號推斷及處理模塊顯示模塊圖1 系統(tǒng)整體模塊圖表2 74LS138功能表輸入輸入輸出G1 G2A G2BC B AY0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y7X H XX X XH H H H H H H HX X H X X XH H H H H H H HL X XX X XH H

3、 H H H H H HH L LL L LL H H H H H H HH L LL L HH L H H H H H HH L LL H LH H L H H H H HH L LL H HH H H L H H H HH L LH L LH H H H L H H HH L LH L HH H H H H L H HH L LH H LH H H H H H L HH L LH H HH H H H H H H L表3 74LS195D功能表OPERATING MODES INPUTSOUTPUTSMRPEJKPnQ0Q1Q2Q3ASYNCHRONOUSLXXXXLLLLSHIFT,SE

4、T FIRST STAGEHHhhXHqqqShift, reset firstHhlllLqqqShift,Toggle First StageHhhllqqqqShift,Retain First StageHhlhhqqqqParallel load HlXXPnpppp由功能表可知，74LS138的G2A和G2B輸入端中只要有一個是高電平，不管G1和CBA是高電平依舊低電平，Y0Y7輸出的差不多上高電平，若G1輸入低電平，Y0Y7輸出的也差不多上高電平，在G1、G2A以及G2B端輸入的是H、L、L時，輸出端Y0Y7受CBA三個輸入端操縱，同時Y輸出低電平有效,而且是呈階梯狀分布，如此可

5、實現(xiàn)3線-8線譯碼器的功能，再通過該譯碼器適當?shù)夭倏v芯片74LS195就可實現(xiàn)程序計數(shù)分頻器。至于74LS195，當輸入端MR是低電平常，不論PE、J、K、輸入低電平依舊高電平，輸出端Q Q差不多上低電平，因此MR端是高電平有效，同時當PE輸入是高電平常，該芯片具有移位寄存器的功能（看圖1的時序圖可知），然而當PE端輸入是低電平常，不論JK端輸入什么電平，輸出端，正是因為該芯片有移位寄存器的功能，再加上譯碼器，要實現(xiàn)分頻器的功能就不成問題了，因此要實現(xiàn)分頻器的關(guān)鍵在移位寄存器上。圖2 74LS195時序圖1.2（實訓題題目）波形發(fā)生器與計數(shù)器1.21題目要求依照給定的用LM324及其給定參數(shù)的

6、電阻、電位器、電容組成的方波三角波產(chǎn)生電路原理圖及其PCB板，分析電路結(jié)構(gòu)，要求如下： (1)依照模擬電路和數(shù)字電路理論分析電路差不多功能，得到方波和三角波頻率計算式； (2)用Multisim 軟件進行電路仿真，改變電位器的阻值，查看計數(shù)器的輸出狀態(tài)；并在電容C1為1uF,電位器R21阻值為100K和50K 時用虛擬示波器記錄方波和三角波的波形，并分不記錄其頻率。 (3)焊接電路并測試。在電容C1為1uF,電位器R21阻值為100K和50K時用數(shù)字示波器記錄方波和三角波的波形，并分不記錄其頻率。當計數(shù)顯示以1HZ頻率時，計下當前電位器的阻值。1.2.2方案論證 表3 74LS90芯片功表 圖

7、3 74LS90芯片分析74LS90芯片的引腳圖和功能表可知。要實現(xiàn)計數(shù)功能，必須將74LS90的2、3引腳中的任意一個和6、7引腳中的任意一個接低電平，剩下的兩腳隨意接。為此在設(shè)計計數(shù)部分電路的時候，將2、3引腳和6、7引腳分不連接起來。6、7引腳接低電平，2、3引腳接于有開關(guān)操縱的高電平。當開關(guān)閉合時，2、3引腳接入的是高電平，實現(xiàn)不了計數(shù)功能。當開關(guān)斷開時，2、3引腳接入低電平，滿足74LS90芯片要實現(xiàn)計數(shù)功能的要求。如此將引腳8、9、11、12通過相應(yīng)的元器件連接到數(shù)碼管便可計數(shù)了。關(guān)于波形發(fā)生器部分，結(jié)合模電學習過程中學習到的相關(guān)知識，要產(chǎn)生一個矩形波，可在遲滯比較器的基礎(chǔ)上，增加

8、一個由Rf、C組成的積分電路，把輸出電壓經(jīng)Rf、C反饋到比較器的反相端。電路圖如圖4 。 圖4 矩形波產(chǎn)生電路 圖5 波形轉(zhuǎn)化得到三角波而三角波部分，可在矩形波產(chǎn)生電路的右側(cè)加接一個形如圖5的電路。要觀看產(chǎn)生的矩形波和三角波的波形，可將V0端和U0端分不接到示波器上。為了觀看計數(shù)功能，必須將波形產(chǎn)生端和計數(shù)器端連接起來，如此完整的波形發(fā)生器與計數(shù)器電路就形成了。而為了觀看電阻阻值對波形的阻礙，可接入一滑動變阻器，通過改變接入阻值來觀看波形。二 電子線路設(shè)計與實現(xiàn)2.1程序計數(shù)分頻器電路設(shè)計圖6程序計數(shù)分頻器設(shè)計電路圖程序計數(shù)分頻器的設(shè)計要緊有一片74LS138D和兩片74LS195D構(gòu)成。74

9、LS138D是38線譯碼器。C、B、A為譯碼器的信號輸入端。通過譯碼器所需頻比C、B、A譯成八位二進制數(shù),其中有一位為0，其余全為1.它代表譯碼器輸入的分頻比，再通過兩片4位移位寄存器74LS195D對二進制信息進行移位操作，當被移到輸出時，講明輸出開始變化，產(chǎn)生下降沿；在下一脈沖到來時輸出又回到原來的高電平，產(chǎn)生一負脈沖，講明被移到電路差不多實現(xiàn)分頻。讓對兩片兩片4位移位寄存器74LS195D重新計數(shù)開始以為循環(huán)。2.2波形發(fā)生器與計數(shù)器電路設(shè)計本波形發(fā)生與計數(shù)器的設(shè)計能夠分為兩個部分：波形發(fā)生部分及程序計數(shù)部分。波形發(fā)生部分要緊是迷你電路，要緊由兩個LM324運算放大器構(gòu)成，分不產(chǎn)生了矩形

10、波和三角波，三角波由矩形波通積分電路得到。圖中電位器，通過調(diào)節(jié)其阻值能夠改變矩形波和三角波的頻率，通過數(shù)字部分的數(shù)碼顯示部分能夠直觀的觀看頻率的變化。數(shù)碼顯示部分要緊是數(shù)字電路，要緊有兩片74LS90D、兩片4511BP_5V和兩個數(shù)碼管構(gòu)成。圖7 波形發(fā)生器與計數(shù)器仿真圖分析左側(cè)波形產(chǎn)生部分。在接通電源的瞬間，輸出電壓究竟偏于正向飽和依舊負向飽和，那純屬偶然。設(shè)輸出電壓偏于正向飽和值，加到電壓比較器同相端的電壓為+FVz,而加于反相器的電壓，由于電容器C上的電壓Vc不能突變，只能有輸出電壓V0通過電阻R19按指數(shù)規(guī)律向C充電來建立。顯然，當加到反相器的電壓Vc略正于+FVz時，輸出電壓便立即

11、從正飽和值（+Vz）迅速翻轉(zhuǎn)到負飽和值（Vz），Vz又通過R19對C進行反向充電，直到Vc略負于FVz值時，輸出狀態(tài)在翻轉(zhuǎn)回來。如此循環(huán)，便形成了矩形波輸出。將滯回比較器和積分器首尾相接形成正反饋閉環(huán)系統(tǒng)。比較器輸出的矩形波經(jīng)積分器積分便可得到三角波。分析右側(cè)計數(shù)電路部分。計數(shù)部分采納74LS90芯片結(jié)合接地電源和接開關(guān)的5V電源來操縱完成計數(shù)功能。計數(shù)器采納下降沿觸發(fā)計數(shù)，當波形達到下降沿時，計數(shù)器累加。數(shù)碼管由00到99進行累加計數(shù)。累加速度和左側(cè)波形變化速度保持一致。依照模擬電路和數(shù)字電路理論分析電路差不多功能，得到方波和三角波頻率計算式:電路的振蕩頻率：方波的幅值：三角波的幅值：三 結(jié)

12、果與分析3.1程序計數(shù)分頻器的實現(xiàn)通過譯碼器所需頻比C、B、A譯成八位二進制數(shù),其中有一位為0，其余全為1。例如：當CBA輸入111時，輸出01111111。它代表譯碼器輸入的分頻比，再通過兩片4位移位寄存器74LS195D對二進制信息進行移位操作，當被移到輸出時，講明輸出開始變化，產(chǎn)生下降沿；在下一脈沖到來時輸出又回到原來的高電平，產(chǎn)生一負脈沖，講明被移到電路差不多實現(xiàn)分頻。讓對兩片兩片4位移位寄存器74LS195D重新計數(shù)開始以為循環(huán)。圖8 程序分頻器仿真結(jié)果（八分頻）3.2.1波形發(fā)生與計數(shù)器的實現(xiàn)（1）在電容C1為1,電位器阻值為100時用數(shù)字示波器記錄方波和三角波的波形，并分不記錄其

13、頻率：， 圖9 =100時的波形圖（2）在電容C1為1,電位器阻值為50時用數(shù)字示波器記錄方波和三角波的波形，并分不記錄其頻率： 圖10 =100時的波形圖（3）當計數(shù)顯示以1頻率時，計下當前電位器的阻值。=120圖11 =1時的波形3.2.2 實際效果焊接完成的電路，在接入0.5V電壓下實現(xiàn)計數(shù)功能的效果圖和多圈電位器的阻值調(diào)到50和100情況下的波形圖如下。如圖12 所示，該圖為焊接完成的電路在接入5V電壓下實現(xiàn)的計數(shù)功能。實際觀看時，能夠發(fā)覺數(shù)碼管從0計數(shù)到99。當按下按鈕后，從0開始重新計數(shù)。如圖9和圖10分不是多圈電位器的阻值在50和100情況下的波形圖。由圖9觀看可知，現(xiàn)在波形周期

14、T=5.0*50ms=250ms，即其頻率為f=4Hz；而圖10 的波形周期為T=5.1*100ms=510ms，即其頻率為f=1.96Hz。分析圖12電路板實物圖可知，改變多圈電位器的阻值能夠改變波形的周期。圖13 =100情況下波形圖14 =50情況下波形圖15 =1的波形圖四 總結(jié)與體會兩周的數(shù)電實訓讓我們對數(shù)電方面的知識以及芯片74LS138、74LS195D有了更深的了解，也讓我們認識到了數(shù)電是如何樣運用到實際方面的，在做數(shù)電設(shè)計時所用到的mulitisim仿真軟件更是做數(shù)電設(shè)計時必不可少的好助手。這次做的程序計數(shù)分頻器的結(jié)構(gòu)要緊包括一塊74LS138芯片和兩塊74LS195D芯片，

15、盡管看上去結(jié)構(gòu)有點簡單，但它實現(xiàn)的功能卻不簡單，它能夠通過操縱開關(guān)來實現(xiàn)程序計數(shù)的分頻，該程序計數(shù)分頻器可實現(xiàn)2-8的分頻，另外做的波形發(fā)生器和計數(shù)器盡管一半是模擬電路一半是數(shù)字電路，但它卻讓我們看到了模電和數(shù)電的融合，這就暗示了我們在學好數(shù)電的同時還得學好模電，因為模擬和數(shù)字的結(jié)合在現(xiàn)在的電子領(lǐng)域中運用特不廣泛，學好了數(shù)電和模電確信會在以后的工作中大有關(guān)心的。參考文獻74LS138芯片介紹，.21/，2009-10-24康華光，陳大欽等.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分m.高等教育出版社，2008康華光，鄒壽彬等.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分m.光通信技術(shù)，2008黃志偉,李傳奇等.電子電路計算機仿真設(shè)計與分析m.電子工業(yè)，2008附錄波形發(fā)生與計數(shù)器焊接元件清單（元件標號是指在仿真圖中的元件的標號）名稱參數(shù)單套數(shù)量名稱參數(shù)單套數(shù)量電阻300 1%,0.12514芯片74HC902電阻1k 1%,0.1251芯片74HC45112電阻2k 1%,0.1251按鈕輕觸4.5mm